基于時間序列遙感影像的廣西南流江口海島變遷研究

楊帆 高奕康 邊啟明 王增軍 王娜 溫玉波

摘要：廣西南流江口無居民海島生態系統較為脆弱，自海島地名普查以來，該區域海島形態和島體開發利用變化顯著。文章基于2012—2019年共8期遙感影像，開展南流江口海島形態和開發利用的遙感提取和變化檢測，并逐年分析海島變化情況。遙感監測結果表明：2012—2019年，南流江口10個海島形態變化顯著，面積減少約61.8%，2個海島島體新增開發利用變化;重點說明花轎鋪、小磚窯島和小平墩島3個顯著變化海島的逐年變遷情況，并分析海島變遷的主要原因，為海島保護和管理提出若干建議。

關鍵詞：遙感監測;海島形態;海島開發利用;海島變遷

Abstract：The ecosystem of island in Nanliujiang Estuary in Guangxi is relatively fragile，the islands had significant changes in morphology and island development and utilization since the investigation of islands in 2012.Based on the 8 phase remote sensing images from 2012 to 2019，the paper conducted remote sensing extraction and change detection of the morphology and island development and utilization of the Nanliujiang Estuary Islands，and analyzed the island changes in every year.The remote sensing monitoring results showed that from year 2012 to 2019，the morphology of the 10 islands had changed significantly with an area of about 61.8% reduction，and new development and utilization changes in 2 islands.The paper focused on the year-to-year changes of the islands named Huajiaopu，Xiaozhuanyao and Xiaopingdun.The paper analyzed the main reasons for the change of the island，and put forward several suggestions for the protection and management of the island.

Key words：Remote sensing monitoring，Island morphology，Island exploitation，Island dynamical changes

0 引言

海洋是人類生存與發展的基本環境和重要資源保障，是人類可持續發展的重要支撐。海島是地球上環境復雜、生態脆弱、災難較多的區域之一，自21世紀以來，我國海島開發進入快速發展時期，人類對海島及周邊海域的開發和利用程度也空前提高，生態環境則日漸脆弱。對生態環境較為脆弱的無居民海島開展保護和管理，妥善協調無居民海島開發利用與生態保護的關系，對維護國家海洋權益、發展海洋經濟、保障國防安全尤為重要。

江河入海口海島是重要的海洋生態系統，但位于河海交界處，受河流沖刷和海洋潮汐作用雙重影響，生態系統極其脆弱。因此，開展河口海島的動態監視監測，對于及時掌握海島變化和及時制定海島保護修復措施具有重要意義。

為高頻次、全覆蓋地掌握無居民海島島體面積和開發利用情況，遙感技術手段已成為海島島體形態和開發利用變遷研究的重要技術手段，相比海島現場調查具有效率高、成本低等優勢[1-2]。利用多個時期的遙感影像開展海島動態監視監測，可全面掌握海島形態和開發利用情況的變遷趨勢，有助于分析海島變化原因，更好地對海島進行保護修復和管理[3-4]。

本研究以廣西南流江入海口的無居民海島為研究對象，利用2012—2019年的遙感影像數據，開展南流江口海島形態和開發利用的變遷分析與研究，并為南流江口海島的保護、管理和修復提出建議。

1 研究區域

南流江位于廣西壯族自治區東南部，是廣西獨流入海第一大河，于合浦縣流入北部灣的廉州灣。出海口處生長著茂密的紅樹林，為白鷺和其他多種鳥類提供良好的棲息環境，咸淡水交匯處的海域盛產魚類。

根據2012年全國海島地名普查結果，南流江口區域共有無居民海島24個和有居民海島3個，本研究的主要研究對象為南流江入海口24個無居民海島，南流江口海島均為沙泥類型海島，部分海島上長有草叢和灌木林[5]。根據《廣西壯族自治區海洋主體功能區規劃》和《廣西壯族自治區海島保護規劃》，該區域內的無居民海島以農林牧漁業、旅游娛樂業用島為主，兼顧防洪防澇、防風暴潮等防災工程以及紅樹林保護等。

但近年來，南流江口廉州灣區域的港口建設、臨海工業和城市排污工程、圍填海工程等建設迅速發展，工程用海范圍不斷擴大，與海島及周邊海域、海島獨立的自然生態等矛盾日益突出，海洋生態環境保護壓力日益嚴峻。同時，該區域海島受南流江入海水流沖刷和臺風災害等自然因素影響，海島侵蝕和受損情況嚴重。

2 海島遙感數據處理與信息提取

搜集2012—2019年共8期南流江口區域的遙感影像數據，主要為航空遙感影像、高分系列衛星遙感影像以及部分年份的谷歌歷史影像。通過提取海島岸線和開發利用信息，逐年開展海島形狀、面積和開發利用變化檢測[6]。

2.1 遙感數據處理

在海島信息提取前，對影像進行融合、配準、增強等處理[7]。

（1）影像融合。對高分系列衛星的全色影像和多光譜影像進行融合，主要采用Gram-Schmidt融合算法，融合后影像空間分辨率和全色影像一致，同時保留海島區域的光譜信息、增強海島的紋理特征，使遙感影像中海島島體和海域的界限更加明確清晰。

（2）幾何校正和影像配準。使用的高分系列衛星影像均已幾何精校正，選取空間分辨率最高的高分二號影像為基準，對航空影像和谷歌歷史影像進行配準，保證時間序列遙感影像的空間位置保持一致。

（3）影像增強。應用多譜段合成拉伸、均衡化、濾波等方式進行圖像增強處理，使遙感影像層次更分明，海島島體與周邊海域分界更加明顯，海島岸線、地貌、開發利用、植被等地物特征明顯，有利于遙感判讀和專題要素提取。

2.2 海島信息提取及變化檢測

海島信息提取及變化檢測的主要對象包括海島形態、開發利用和植被覆蓋等信息，主要技術流程為3項[8-10]。

（1）海島岸線、開發利用分類體系建立。根據海島信息提取要求，將海島岸線分為自然岸線和人工岸線兩大類，自然岸線分為砂質岸線、基巖岸線、生物岸線、粉砂淤泥質岸線等;依據土地自然生態和利用屬性將海島陸域劃分為島陸人為利用區和島陸自然覆被區兩大類，將島陸人為利用區細化為采石礦山、碼頭、道路、房屋建筑、其他工建礦區、農用地、人工水域和養殖池塘等類別，依據海域使用方式將占用海島岸線的海域開發利用類型分為填海區和構筑物等類別。根據不同岸線和開發利用類型及在遙感影像不同波段組合上的特征表達，建立遙感影像解譯標志。

（2）海島信息遙感解譯和提取。基于不同時期的遙感影像，按照分類體系和解譯標志，識別并提取海島岸線、開發利用、植被要素及分布范圍信息，形成海島信息矢量數據。

（3）海島信息變化檢測。以2012年海島岸線和開發利用為基準，逐年開展岸線和開發利用變化信息的提取，形成海島變化信息矢量數據。

3 海島變遷情況

通過2012—2019年8個時間序列的海島岸線和開發利用遙感提取，截至2019年，南流江口24個海島的岸線均以自然岸線為主，9個海島島體上有開發利用活動，主要為養殖蝦塘和簡易房屋等，島體總體開發利用程度較低。

其中，10個海島島體形態變化，島體面積由2012年的22.56 hm2減小到8.61 hm2，面積減少約61.8%;14個海島無明顯變化，其中2個海島島體上有新增開發利用活動。

3.1 海島面積變化情況

2012—2019年，10個海島的面積逐年遞減，島體面積共減少13.95 hm2，1個海島至2019年已無法從遙感影像上發現明顯島體。島體面積減小的海島僅榕木頭島體上有開發利用活動，剩余9個海島島體均為自然覆被區（表1）。

3.2 海島開發利用變化情況

通過遙感變化檢測，2012—2019年北海涌和獨墩頭2個海島發生開發利用變化。

北海涌2012年島體上主要開發利用為養殖池塘，面積約1.74 hm2，2013年起北海涌北側海域填海造地修建造船廠并與島體北部相連，2014年起逐步占用島體，至2019年占用北海涌島體面積約0.56 hm2。

獨墩頭2012年島體上主要開發利用為養殖池塘，面積約6.19 hm2，2013年原養殖池塘開始進行吹填平整，2014年開始進行島體施工建設，主要建設項目為旅游娛樂設施，2015—2019年島體無顯著開發利用變化。

3.3 顯著變化海島變遷情況

本研究選取花轎鋪、小磚窯島和小平墩島3個顯著變化海島，分析2012—2019年海島形態和面積變遷情況。

（1）花轎鋪自2012年開始，島體變化為東、西2個部分，西側島體面積逐年減小，該海島面積減小的主要原因是江水沖刷。

（2）小磚窯島2012—2016年島體逐年減小，2016年后的遙感影像上已無法發現明顯的島體特征，該海島逐漸變化的原因之一是江水沖刷等自然因素，該島位于南流江河道分流口處，受海水逐年沖刷，構成島體的泥沙逐年崩坍流失，最終導致島體越來越小。另外，距離小磚窯島約50 m的北部和南部海域存在砂場和修船廠等人為開發利用活動，也是造成海島顯著變化的可能原因。

（3）小平墩島2012—2014年島體由SW向NE逐年減小，2014年后遙感影像上僅能發現約500 m2的島體，隨著江水沖刷，未來數年內小平墩島將面臨喪失海島屬性的可能。該海島逐漸變化的原因除江水沖刷等自然因素外，島體位置NW向約50 m處建設有采砂場，島體上有植被砍伐和人為開發跡象，面積減少可能與采砂活動有密切關系。

4 海島保護和管理建議

4.1 海島變遷主要原因

南流江口海島自2012年海島地名普查以來，部分海島形態和面積變化較大，海島特殊的地理位置和沙泥為主的島體組成物質類型等客觀因素導致該區域海島生態系統較為脆弱，在江流沖刷影響下，容易導致構成島體的泥沙崩坍流失，造成海島地形地貌破壞，進而海島形態變化。另外，海島周邊海域的人工抽沙和人為開發利用活動以及島體上植被破壞等因素，也是造成海島形態和面積變化顯著的原因。

4.2 海島保護和管理建議

（1）河口海島多為沙泥類型海島，底質脆弱不穩定，易受河水和海水的多重沖刷作用導致海島形態變化較大，南流江口海島應作為一個整體的生態系統，統籌制定合理的海島保護利用規劃方案。

（2）提高海島監視監測頻率，及時發現海島非法開發利用和周邊海域抽沙挖沙行為，及時發現海島地形地貌變化及島體侵蝕情況，及時制止海島上林木砍伐現象，有效保護海島植被。

（3）江河入海口處多個政府職能部門均有管理權限，導致海島管理職能不明確，建議多個部門協同管理，重視海島管理和執法，嚴禁在海島沿岸海域采挖海砂。

（4）開展河口海島保護修復工程，河口島嶼一般面積較小，生物群落簡單，當面臨外界環境干擾和人類活動影響后，其對抗和恢復干擾的能力較弱，需要人工輔助手段開展海島整治修復工程。

參考文獻

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