海口市海岸線資源開發適宜性綜合評價

張 旭，張繼偉，李青生，陳鳳桂，蔣金龍

(自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門361005)

海岸線是指多年大潮平均高潮位時的海陸分界線，具有重要的生態功能和資源價值[1]。近年來，隨著沿海經濟的快速發展，對海岸線資源占用越來越多，如何平衡海岸線開發與保護、合理地利用海岸線資源成為人類面臨的迫切難題。而海岸線資源開發適宜性評價通過對海岸線資源特征進行綜合評估，協調海岸線功能布局，是提高海岸線資源綜合利用效益和保護海洋生態環境空間的重要方式[2]。

國外對海岸線資源的評價多集中于各類岸線規劃與評價報告中[3]，如Simeoni等(1994)在研究海岸特征變量間相關關系的基礎上對 Marche 南部海岸進行分類研究[4]；Forward等(1970)從城市發展的維度對澳大利亞海岸線進行了評價和規劃[5]。國內則主要以港口及江河岸線為對象開展研究[6-10]。近年來國內研究對象逐漸轉移到濱海岸線資源上，如閆吉順等(2018)通過研究建立自然海岸保護適宜性綜合評價體系劃分自然海岸保護級別[11]；徐諒慧等(2015)利用遙感與GIS技術構建適宜性評價指標體系對浙江省海岸線資源進行評價[12]；許偉(2016)從功能視角對上海市海岸線資源進行適宜性評價研究[13]；郭子堅等(2015)構建海岸線開發潛力-生態限制評價模型對大連海岸線展開研究[14]。縱觀現有研究，目前海岸線資源評價仍主要集中于工業發展和港口建設等方面，對生活旅游、生態保護等功能布局方面關注較少，且研究側重于從社會經濟維度進行評價，而從經濟發展和生態環境方面綜合評價沿海岸線資源開發適宜性的研究有待深入。

本研究以海口市海岸線為例，綜合考慮海岸線開發與保護要求，從生產、生活、生態3個維度構建海岸線資源開發適宜性綜合評價指標體系，并基于GIS技術對海岸線進行綜合評價，以期為海口市海岸線資源的開發與保護提供一定的科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

海口市位于海南島北部(19.53°—20.10°N，110.13°—110.72°E)，是海南省政治、經濟、文化中心和重要的交通樞紐。海口市海岸線總長度約為140 km，海岸線曲折，海岸類型多樣(圖1)。近年來，海口市經濟社會迅速發展，海岸線開發力度逐漸加大，導致在海岸線資源開發利用方面出現了一些問題，如部分海岸線開發強度較大，缺乏相應的保護措施；部分岸段海岸線侵蝕較為嚴重；部分優質的自然岸線逐漸轉變為人工岸線。

圖1 海口市海岸線示意圖

1.2 技術路線

首先收集整理研究區相關資料，建立海岸線資源基礎數據庫；其次根據評價需要選取指標，確定指標權重和分級閾值，通過圖層疊置分析得到適宜性評價結果；最后通過三維魔方分類進行海岸線開發適宜性功能劃分得到綜合評價結果(圖2)。

圖2 海岸線資源開發適宜性評價框架

1.3 數據來源

本研究使用的海岸線數據是通過對Landsat 8遙感影像(2018年，分辨率30 m)進行預處理(輻射定標、大氣校正、圖像融合、幾何校正)后，再使用邊緣檢測算法(Matrix Laboratory， MATLAB， Canny算子)提取，最后結合海口市修測岸線、現場踏勘進行岸線修正[15-16]。

土地利用類型數據通過Landsat 8遙感影像解譯獲得，土地利用分類系統參照《第三次全國土地調查技術規程》[17]采用目視解譯法提取，將海口市土地利用分為林地、草地、建設用地、水系、其他用地5類，解譯總精度為0.83(通過ENVI軟件統計分類得到)。

植被覆蓋數據是利用Landsat 8遙感影像波段運算得到[18]：首先通過紅外波段與近紅外波段運算得到歸一化植被指數(Normalized Vegetation Index, NDVI)指數，再根據歸一化植被指數計算植被覆蓋度(Fractional Vegetation Cover, FVC)。公式如下:

NDVI=(DNIR-DNR)/(DNIR+DNR)

(1)

FVC=(NDVI-NDVImin)/(NDVI+NDVImax)

(2)

式(1)中：DNIR表示近紅外波段反射率值，DNR表示紅外波段反射率值。

相關評價數據還包括：地形坡度數據是通過數字高程模型(Digitial Elevation Model, DEM，精度30 m)提取；水深數據提取自海圖；《海口市海洋環境狀況公報(2018)》[19]用于分析環境狀況；《海口市海洋功能區劃(2013—2020)》[20]用于綜合分析海域與海岸線功能；近年海口市海域水質調查數據以及潮汐資料用于了解近岸海域水文水質狀況。遙感影像與數字高程模型數據下載自地理空間數據云平臺，海圖、環境公報、功能區劃、水質潮汐數據等資料由海口市海洋和漁業局提供。

1.4 指標選擇與處理

1.4.1 指標選擇 基于研究的基礎資料，考慮指標的代表性與數據可獲得性，從生產、生活、生態3個維度綜合選取指標(表1)。

表1 海岸線資源適宜性指標體系

生產適宜性主要考慮對海岸線使用影響較大的自然條件因子，如海岸線穩定性、岸前水深、避風條件、潮差和陸域可開發縱深。隨著海洋工程技術的發展，一些相對可變因素如海岸線集疏運條件、岸線城市依托等對生產開發活動的限制能力逐漸變弱，海岸線本身的自然條件逐漸成為海岸線開發的重要影響因素[9]：海岸線穩定性、岸前水深等因素是港口建設運營的基礎條件，海岸線越穩定，港口生命周期越長；對于港口而言，水深越深則可進出港船舶噸位越大，生產能力越高；避風條件與潮差是船舶進出港口作業的重要限制因素，風浪越小對船舶作業限制越小[21]；陸域可開發縱深是海岸線開發與發展的重要影響因素，后方陸域寬闊平坦，可開發縱深范圍越廣，生產適宜性越高。

生活適宜性主要考慮人們對生態環境及交通便利程度的需求，選取的指標為近岸水質狀況、城鎮鄰近度、生態功能區鄰近度。隨著人們生活水平的提高，人們對環境質量的要求越來越高；城鎮交通便利是人們出行的重要影響因子[22]；生態功能區一般是自然保護區、風景名勝區等，是風景優美、生態和諧的重要區域，也是高生活適宜性的重要體現。

生態適宜性主要考慮生態環境保護方面的需求，選取生態服務功能重要性、海洋環境容量以及災害風險等3項指標。生態服務功能重要性是指人類能從自然生態系統中獲得的直接或間接效益，距離重要生態功能區越近生態適宜性越高[12]；環境容量是反映海岸帶污染物承載能力的指標，是海岸帶環境承載力和恢復力的重要體現；災害風險指標是反映海岸帶區域對自然災害的防護能力，是反映海岸線防災減災能力和生態保護水平的重要因素[23]。

1.4.2 指標分級 通過ArcGIS、ENVI等軟件對評價指標進行分析處理，并結合指標閾值進行分級，標準化處理后賦值1～3分。岸前水深通過海圖數字化提取、陸域可開發縱深通過數字高程數據計算坡度并作緩沖區分析后分級賦值；生態功能區鄰近度及城鎮鄰近度作緩沖區分析后按距離分級賦值；海岸線穩定性、避風條件等根據資料及現場踏勘綜合分析后分級賦值；潮差根據潮汐數據計算并分級賦值；近岸水質狀況、海洋環境容量根據海洋環境公報確定海水環境質量現狀與水質目標后分級賦值；災害風險借助遙感影像計算沿岸植被覆蓋度及坡度綜合分析后分級賦值。

指標閾值參考現有研究[2,12]以及海口市指標數據特點綜合確定：海岸線穩定性根據海口市海岸線沖淤狀況定性設定；岸前水深根據海口市沿岸10 m水深分布特點設置閾值為500 m與1 000 m；陸域開發縱深根據沿岸坡度及距岸線距離設置閾值為500 m與1 000 m；潮差根據數據特點設置為1.0 m與1.3 m；避風條件根據海岸線周邊風浪條件及地理位置設定。近岸水質狀況根據水質現狀分析結果及海洋水質標準等級劃分；生態功能區鄰近度與城鎮鄰近度閾值設置為500 m與1 000 m。生態服務功能重要性根據海岸線離海口市重要生態保護區距離設置為5 000 m與10 000 m；海洋環境容量根據海口市近岸水質目標設定；災害風險根據沿岸植被覆蓋度以及坡度設定。

1.5 評價方法

1.5.1 疊加分析法 本研究主要通過對各指標因子圖層加權疊加分析實現，公式如下：

(3)

式(3)中：Si表示第i個評價單元的總得分，Wij表示第i個評價單元中第j個指標的權重，x表示指標因子，f(xij)表示第i個評價單元中第j個指標因子得分，n表示第i個評價單元中的指標數量。本研究選取的指標反映了海岸線獨特的屬性特征，因此認為其權重相等。根據上述分析方法將其劃分為3個等級(表2)。

表2 海岸線適宜性等級劃分

1.5.2 三維魔方分類 三維魔方分類是指從事物不同維度構建三維坐標系，每個維度設定不同結點構成三維空間的N階魔方，形成N×N×N種模式組合，并通過制定組合歸類規則進行分區[24]。該方法是空間功能分區應用較為成熟的方法[25]，可以直觀表達研究單元的主導功能位序[26]。因此本研究構建以生產、生活、生態為軸的三維坐標系，并等距劃分形成3×3×3三維魔方，并依照適宜性等級優先確定開發方向。生態適宜性等級高其余較低，應進行管制保護；生產適宜性等級高其余較低，適合大規模開發；生活適宜性等級高其余較低則適度開發；各類等級均較低則優先按照生態適宜性等級確定開發方向；最后結合現場調研及資料分析確定海岸線適宜開發功能類型。

2 結果與討論

2.1 海岸線適宜性評價

2.1.1 生產適宜性 海口市海岸線生產適宜性整體較好，以I、II級岸線為主，其中I級岸線占岸線總長度的54.2%，II級岸線占岸線總長度的38.5%，III級岸線占岸線總長度的7.2%。I級岸線主要分布在東海岸至東寨港岸段，該段海岸線較穩定且海岸線后方陸域開闊平坦，開發條件優越。II級岸線主要分布在海口市西部片區、中心城區。III級岸線主要分布在新埠島至南渡江河口岸段，其中新埠島岸段受潮流影響侵蝕嚴重，南渡江河口岸段受風浪影響近岸泥砂變化活躍(表3)。

2.1.2 生活適宜性 海口市海岸線生活適宜性總體優越，I、II級岸線占岸線總長度的98%，西海岸至海甸島岸段生活適宜性明顯高于東海岸。其中I級岸線主要分布在盈濱半島至海甸島岸段，生活環境較好且交通較為便利。新海港岸段主要因為近岸排污影響，生活適宜性為III級。II級岸線主要分布在新埠島至東寨港岸段，該段目前開發力度較小且距城鎮相對較遠(表3)。

2.1.3 生態適宜性 海口市海岸線生態適宜性總體較好，I、II級岸線分別占岸線總長度的46.1%、45.2%。I級岸線主要分布在東寨港岸段，該段存在國家級紅樹林保護區，生態服務功能高。II級岸線主要分布在盈濱半島、西海岸、海甸島至東海岸等岸段，新海港、秀英港和海口灣岸段由于港口建設以及城市生活污水排放，生態適宜性為III級(表3)。

表3 海口市海岸線適宜性評價結果統計

2.2 海岸線功能評價

根據疊加分析法得到海口市海岸線適宜性評價結果，通過三維魔方分類得出海口市海岸線開發適宜功能類型[27-29]，其結果表明：海口海岸線整體開發強度較高，中心城區>西部片區>東部片區；生產岸線、生活岸線、生態岸線、儲備岸線長度分別占岸線總長度的13.61%、38.01%、39.48%、8.90%，其中生態岸線長度占比最高，主要分布在東部片區的東寨港岸段，儲備岸線長度占比最低，主要分布在新埠島與南渡江河口部分岸段；海口市海岸線資源開發適宜功能類型包括港口碼頭、漁業養殖、生活旅游、生態保護、儲備岸線5種，其中主要以生活旅游功能為主(圖3、表4、5)。

圖3 海口市海岸線綜合評價分布示意圖

表4 海口市海岸線功能統計結果

表5 海口市海岸線功能劃分結果

2.3 討論

2020年6月1日，中共中央、國務院印發了《海南自由貿易港建設總體方案》，在海南全島建設自由貿易試驗區和中國特色自由貿易港，海南進入了快速發展時期。海口市作為海南省省會，是海南省的重點開發區域，分布著大量的生態敏感區，未來海口市的開發與保護矛盾將更加突出，而海岸線作為海陸交界線，是重點開發區和生態脆弱區，是未來開發與保護矛盾聚焦點。因此，本研究從生產、生活、生態3個維度評價了海口市海岸線資源的開發適宜性，并在此基礎上進行了海岸線功能評價，結果一方面可以為海口市寶貴的海岸線資源保護提供參考，另一方面也可以為海口市合理規劃海岸線開發布局提供科學依據。

另外海口市海岸線生態岸線長度占比較高，但主要集中在東部片區的東寨港岸段，西部片區主要為生活岸線，建議加強西部城區沿海岸線附近的帶狀公園建設，提高海岸線的生態化水平；新埠島與南渡江河口岸線受到的侵蝕較強，建議加強侵蝕岸線的修復；東海岸沿岸生態環境質量優越，海岸線開發程度較低，建議在未來開發過程中，協調好海岸線的開發與保護，保護好寶貴的海岸線資源。

最后本研究中指標閾值的設定主要依據相關文獻來確定，這可能會在一定程度上影響評價結果的精度，因此需要在今后的研究中根據海口市的實際情況不斷完善。

3 結論

(1)本研究從生產、生活、生態3個維度構建海岸線資源開發適宜性評價指標體系，并對海口市海岸線資源進行開發適宜性評價和功能分段。

(2)海口市海岸線整體開發強度較高，中心城區的開發強度最大，西部片區次之，東部片區的開發強度最小。海口市海岸線中，生產岸線、生活岸線、生態岸線、儲備岸線分別占岸線總長度的13.61%、38.01%、39.48%、8.90%。

(3)海口市海岸線資源按照開發功能可分為港口碼頭、漁業養殖、生活旅游、生態保護、儲備岸線等5種類型，西部片區、中心城區以生活旅游功能為主兼具港口航運功能；生態保護岸線和漁業岸線主要分布在東部片區東寨港岸段。

(4)建議加強西部城區沿海岸線附近的帶狀公園建設，提高海岸線的生態化水平；新埠島與南渡江河口岸線受到的侵蝕較強，建議加強侵蝕岸線的修復；東海岸沿岸生態環境質量優越，海岸線開發程度較低，建議在未來開發過程中，協調好海岸線的開發與保護，保護好寶貴的海岸線資源。