上海市海岸帶開(kāi)發(fā)利用監(jiān)測(cè)與專(zhuān)題圖可視化

姚文強(qiáng)

(上海市測(cè)繪院，上海 200063)

1 引 言

海岸帶是地處陸海交匯的特殊生態(tài)系統(tǒng)，其珍貴的岸線(xiàn)、濱海濕地等資源，為人類(lèi)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。海岸帶開(kāi)發(fā)與保護(hù)是沿海城市重要的發(fā)展任務(wù)。應(yīng)堅(jiān)持“陸海統(tǒng)籌、系統(tǒng)規(guī)劃”的原則來(lái)合理布局海岸帶的開(kāi)發(fā)與保護(hù)。為此，應(yīng)加強(qiáng)海岸帶開(kāi)發(fā)利用科學(xué)規(guī)劃與管理，對(duì)海岸帶進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為海岸帶的有序開(kāi)發(fā)與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

上海市是我國(guó)超大型城市，人口與土地資源之間的矛盾比較突出。在城市建設(shè)和開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，依靠海洋是解決土地資源過(guò)少的一種手段，特別是在上海的“十三五”規(guī)劃中，也進(jìn)行了一定面積的用海規(guī)劃。在國(guó)家海洋局印發(fā)的《海岸線(xiàn)保護(hù)與利用管理辦法》中，明確了自然岸線(xiàn)的保有率，并將其納入海洋生態(tài)紅線(xiàn)管控。海岸帶開(kāi)發(fā)利用應(yīng)是有規(guī)劃、有紀(jì)律的，嚴(yán)格管控圍填海活動(dòng)，嚴(yán)守海洋生態(tài)保護(hù)紅線(xiàn)，維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全。

本文對(duì)上海市域范圍內(nèi)的海岸帶開(kāi)發(fā)利用進(jìn)行變化監(jiān)測(cè)，基于地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果，分析海陸(島)分界線(xiàn)、地表覆蓋的一系列長(zhǎng)度變化、面積變化、空間位置變化的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)海岸帶專(zhuān)題地圖的快速可視化，可以為國(guó)家相關(guān)部門(mén)對(duì)海岸帶的開(kāi)發(fā)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供信息支撐，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境，維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全。

2 研究區(qū)與數(shù)據(jù)源

2.1 研究區(qū)

上海市海岸帶位于我國(guó)11個(gè)沿海省市的中點(diǎn)，扼居長(zhǎng)江口，南瀕杭州灣，東臨東海，北接江蘇、南臨浙江，位于長(zhǎng)江入海口和東海的交匯處，是我國(guó)黃金海岸與黃金水道的交匯處，構(gòu)成了我國(guó)弓箭型江海格局的關(guān)鍵點(diǎn)[2]。“十三五”期間，上海海洋經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)明顯，2020年海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值突破萬(wàn)億元，連續(xù)多年位居全國(guó)沿海省市前列[3]。

上海市的海岸帶包括長(zhǎng)江岸帶、杭州灣岸帶和眾多河口島嶼(如崇明島、橫沙島、長(zhǎng)興島、大小金山島等)。沿海灘涂大部分為淤泥質(zhì)平原海岸帶，灘地比較開(kāi)闊，可開(kāi)發(fā)利用潛力大[4，5]。作為超大型城市，上海人口眾多、土地資源緊缺，海岸帶開(kāi)發(fā)利用是城市可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán)，具有良好的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文的研究區(qū)為上海陸域的沿海區(qū)域及近海島嶼，按照行政區(qū)劃管理單元分割，即寶山區(qū)、浦東新區(qū)、奉賢區(qū)、金山區(qū)和崇明區(qū)5個(gè)縣級(jí)行政區(qū)。

2.2 數(shù)據(jù)源

本文獲取了2015年～2018年4個(gè)年份的上海市地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)成果作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)全面摸清“家底”的基礎(chǔ)性工作，按照“所見(jiàn)即所得”的原則，全面、客觀、真實(shí)地反映了地表現(xiàn)狀。其成果包括遙感影像、地表覆蓋和國(guó)情要素三大內(nèi)容。遙感影像分辨率均優(yōu)于 0.5 m，可以直觀反映海岸帶的現(xiàn)狀和變遷；地表覆蓋具有全覆蓋、無(wú)縫隙、高精度的特點(diǎn)，反映了土地表面自然或人工屬性或狀況；國(guó)情要素包括行政區(qū)劃、河流、道路等各類(lèi)專(zhuān)題信息。

3 監(jiān)測(cè)與可視化關(guān)鍵技術(shù)

利用上海市2015年～2018年4個(gè)年份的地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果，從海陸(島)分界線(xiàn)和沿海區(qū)縣的地表覆蓋變化兩個(gè)方面對(duì)海岸帶的開(kāi)發(fā)利用監(jiān)測(cè)情況開(kāi)展分析，并利用ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)專(zhuān)題地圖的快速表達(dá)，為海岸帶開(kāi)發(fā)規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策支持，如圖1所示。

圖1 技術(shù)流程圖

3.1 海岸帶開(kāi)發(fā)利用監(jiān)測(cè)

本文從線(xiàn)和面兩個(gè)維度考慮，選擇了海陸(島)分界線(xiàn)和地表覆蓋來(lái)反映海岸帶開(kāi)發(fā)利用情況。

海陸(島)分界線(xiàn)是海洋與陸地(島嶼)的分界線(xiàn)，是多年平均大潮高潮痕跡的連線(xiàn)[6]。依據(jù)人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用狀況，海陸(島)分界線(xiàn)可分為自然邊界線(xiàn)和人工邊界線(xiàn)兩種類(lèi)型構(gòu)成。自然邊界線(xiàn)是平均大潮高潮線(xiàn)的痕跡線(xiàn)[7，8]。人工邊界線(xiàn)是以人工設(shè)施外圍界定的水陸邊界線(xiàn)。利用2015年～2018年4個(gè)年份的高分辨率遙感影像，獲取海陸(島)分界線(xiàn)，并進(jìn)行分類(lèi)。對(duì)海陸(島)分界線(xiàn)的長(zhǎng)度變化、空間位置變化進(jìn)行分析，可以直觀地反映人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用海洋資源的進(jìn)程。

地表覆蓋反映了土地表面各類(lèi)營(yíng)造物的屬性或狀況[9]。為充分反映上海海岸帶土地開(kāi)發(fā)利用的情況，利用地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將沿海5個(gè)縣級(jí)區(qū)縣的地表覆蓋分為8大類(lèi)，分別是種植土地、林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地和水域。通過(guò)對(duì)比2015年和2018年兩年海岸帶地表覆蓋變化，反映人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用海岸帶強(qiáng)度。

3.2 基于ArcGIS的可視化表達(dá)

為了實(shí)現(xiàn)海岸帶開(kāi)發(fā)利用情況的快速可視化，利用ArcGIS軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)出圖技術(shù)，編制海岸帶專(zhuān)題地圖[10]。首先，應(yīng)用地理國(guó)情要素專(zhuān)題數(shù)據(jù)，在ArcGIS軟件定制統(tǒng)一的專(zhuān)題底圖模板，包括數(shù)據(jù)表達(dá)、注記輸出、色彩設(shè)計(jì)、符號(hào)配置、圖面整飾等，提高地圖制作的效率和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)地圖快速打印和輸出，提升信息化制圖的美觀性和科學(xué)性。為契合用戶(hù)認(rèn)知，海岸帶專(zhuān)題底圖應(yīng)以藍(lán)色背景為宜，表達(dá)與主題相關(guān)的重點(diǎn)內(nèi)容即可，比如骨干的河湖與注記、行政區(qū)劃界線(xiàn)與注記等，整體風(fēng)格簡(jiǎn)潔簡(jiǎn)約。

海岸帶專(zhuān)題地圖可采用線(xiàn)劃地圖和影像地圖相結(jié)合的方式。線(xiàn)劃地圖是經(jīng)過(guò)制圖綜合后的表達(dá)，用形象的線(xiàn)劃、符號(hào)和注記表達(dá)地理要素，影像地圖具有表現(xiàn)真實(shí)、數(shù)據(jù)完整等特點(diǎn)，細(xì)節(jié)豐富[11]。因此可以將兩種地圖相結(jié)合，線(xiàn)劃地圖反映海岸帶宏觀空間現(xiàn)狀和分布，影像地圖通過(guò)前后時(shí)相對(duì)比圖反映局部變化。

通過(guò)ArcGIS軟件進(jìn)行可視化表達(dá)，可以大大縮短地圖的成圖周期，將數(shù)據(jù)更新和地圖更新有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)同步快速更新，提高出圖的效率，從而為城市的規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、建設(shè)等決策與管理提供了高現(xiàn)勢(shì)性的參考資料。

4 監(jiān)測(cè)與可視化分析

4.1 海陸(島)分界線(xiàn)

上海地處長(zhǎng)江入海口，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口密度高，土地資源緊張，因此，在歷史上就通過(guò)層層往東修建海塘使陸域范圍不斷擴(kuò)大。海塘修建的歷史最早可以追溯到隋唐，當(dāng)時(shí)就有建設(shè)土海塘的記載，目前上海還保留著一段270多年前的石海塘[12]。

從現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，2018年，上海的海陸(島)分界線(xiàn)總長(zhǎng)度為 584.12 km，其中海陸分界線(xiàn) 217.55 km，占海陸(島)分界線(xiàn)總長(zhǎng)度的37.24%；近岸島嶼分界線(xiàn) 366.57 km，占海陸(島)分界線(xiàn)總長(zhǎng)度的62.76%。從邊界類(lèi)型來(lái)看，自然邊界線(xiàn)占海陸(島)分界線(xiàn)不到百分之一，僅為0.72%，總長(zhǎng)度為 4.22 km。99.28%的海陸(島)分界線(xiàn)皆為人工邊界線(xiàn)，且超過(guò)85%的區(qū)域均為防護(hù)工程邊界線(xiàn)(海塘)。

從變化監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，2015年～2018年，上海市海陸(島)分界線(xiàn)呈逐年遞增趨勢(shì)，長(zhǎng)度總體增長(zhǎng) 16.71 km，均為人工邊界線(xiàn)，自然邊界線(xiàn)沒(méi)有明顯的變化。其中，2016年～2017年，海陸(島)分界線(xiàn)變化長(zhǎng)度增長(zhǎng)了 16.24 km，占到近三年變化長(zhǎng)度的97.19%，為海陸(島)分界線(xiàn)長(zhǎng)度變化最顯著的一年，如表1、圖2所示。

海陸(島)分界線(xiàn)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表(單位/km) 表1

圖2 2018年上海海陸(島)分界線(xiàn)空間分布圖

為了進(jìn)一步分析人工邊界線(xiàn)的變化情況，將人工邊界線(xiàn)進(jìn)一步分為養(yǎng)殖邊界線(xiàn)、鹽田邊界線(xiàn)、港口碼頭邊界線(xiàn)、臨海建設(shè)邊界線(xiàn)、道路邊界線(xiàn)、防護(hù)工程邊界線(xiàn)、防潮閘、其他人工邊界線(xiàn)8種類(lèi)型。

2015年～2018年期間，人工邊界線(xiàn)長(zhǎng)度呈總體增加的趨勢(shì)。其中養(yǎng)殖邊界線(xiàn)呈現(xiàn)輕微減少趨勢(shì)，港口碼頭邊界線(xiàn)和道路邊界線(xiàn)在小幅減少后轉(zhuǎn)為增加趨勢(shì)，防潮閘增長(zhǎng)趨勢(shì)放緩。從總量來(lái)看，防護(hù)工程邊界線(xiàn)大幅增長(zhǎng) 15.94 km，養(yǎng)殖邊界線(xiàn)、防潮閘和其他人工邊界線(xiàn)也有一定程度的增長(zhǎng)，分別增長(zhǎng) 0.28 km、0.13 km和 0.53 km。其中2016年～2017年為變化最顯著的一年，占到近三年變化長(zhǎng)度的97.19%。主要是由于該年新修建成了較長(zhǎng)的防護(hù)工程邊界線(xiàn)。具體數(shù)值和空間分布情況如表2和圖3所示。

海陸(島)人工邊界線(xiàn)分類(lèi)變化統(tǒng)計(jì)表(單位/km) 表2

圖3 上海海陸(島)分界線(xiàn)空間變化分布圖

利用ArcGIS對(duì)上海海陸(島)分界線(xiàn)空間變化情況進(jìn)行可視化表達(dá)。從圖3可以看出，上海的海岸帶正在向東海方向延伸，主要表現(xiàn)為在長(zhǎng)江主航道疏浚過(guò)程中泥沙堆積形成圍填海區(qū)域和長(zhǎng)江水?dāng)y帶的泥沙沖積成陸。海陸(島)分界線(xiàn)外移促使陸域面積不斷擴(kuò)大，通過(guò)圍填海在一定程度上為拓展城市的發(fā)展空間，增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)力創(chuàng)造了條件。為了進(jìn)一步反映上海海岸帶人工邊界線(xiàn)的變化，選取典型區(qū)域，通過(guò)影像對(duì)比圖提升可視化效果。

①崇明島東北部

崇明島是長(zhǎng)江三角洲東段長(zhǎng)江口處的沖積島嶼，由于泥沙的存積導(dǎo)致灘涂逐年擴(kuò)大，加上人工干預(yù)影響，人工邊界線(xiàn)逐步外移。2015年～2018年崇明島東北部的新修建了堤壩海塘，因此2018年比2015年邊界線(xiàn)長(zhǎng)度減少了約 2 km，但面積擴(kuò)大約 3 km2，如圖4所示。

圖4 崇明島東北部影像變化監(jiān)測(cè)

②橫沙島東端

橫沙島位于長(zhǎng)江口的最東段，為了保障長(zhǎng)江主航道的正常航運(yùn)，在航道疏浚中每年會(huì)產(chǎn)生數(shù)億噸的泥沙無(wú)處堆積，因此，位于在航道北側(cè)的橫沙島附近成了泥沙最合適的堆積場(chǎng)所，同時(shí)可以緩解土地資源緊缺、儲(chǔ)備空閑土地。通過(guò)遙感影像對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)2015年～2018年橫沙島岸線(xiàn)的逐年擴(kuò)張變化情況，其中2016年～2017年人工邊界線(xiàn)變化最大，增長(zhǎng)了約 11 km，面積也大幅增加，如圖5所示。

圖5 橫沙島影像變化監(jiān)測(cè)

4.2 地表覆蓋

對(duì)上海市沿海5個(gè)縣級(jí)行政區(qū)劃地表覆蓋進(jìn)行分析。從2018年上海的海岸帶陸域范圍地表覆蓋結(jié)構(gòu)來(lái)看，面積最大的是種植土地，占海岸帶陸域面積的43.72%，主要分布在崇明區(qū)和浦東新區(qū)；房屋建筑(區(qū))的面積次之，占16.47%，主要分布在浦東新區(qū)和寶山區(qū)，如圖6所示。

圖6 2018年上海海岸帶地表覆蓋空間分布圖

對(duì)比2015年和2018年兩年的海岸帶地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)，利用轉(zhuǎn)移矩陣可以發(fā)現(xiàn)，各地類(lèi)之間存在一定數(shù)量的相互轉(zhuǎn)變，其中變化最大的是水域，主要是由于圍填海面積在近幾年正在逐步擴(kuò)大。林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、荒漠與裸露地面積都有減少，人工開(kāi)發(fā)利用海岸帶活動(dòng)一直處于比較活躍的狀態(tài)，如表3所示。

2015年～2018年海岸帶地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣統(tǒng)計(jì)表(單位/km2) 表3

從行政區(qū)劃來(lái)看，沿海五區(qū)總體種植土地面積有所增加，其中崇明區(qū)和奉賢區(qū)大幅增加，而寶山區(qū)、浦東新區(qū)、金山區(qū)的種植土地都有一定程度減少。道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地也均為增長(zhǎng)，與城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)基本一致。其中，崇明區(qū)和浦東新區(qū)的表覆蓋類(lèi)型變化較為顯著，主要是由于圍填海，種植土地、林草覆蓋等自然地類(lèi)轉(zhuǎn)移為建筑工地、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物等，如圖7所示。

圖7 2015年～2018年各區(qū)海岸帶地表覆蓋變化統(tǒng)計(jì)圖

5 結(jié) 語(yǔ)

本文利用地理國(guó)情數(shù)據(jù)成果，對(duì)上海市2015年～2018年海陸(島)分界線(xiàn)和地表覆蓋變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，運(yùn)用測(cè)繪地理信息技術(shù)，開(kāi)展了科學(xué)、客觀的統(tǒng)計(jì)分析，并使用ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)了海岸帶專(zhuān)題地圖的快速可視化，形成的海岸帶開(kāi)發(fā)利用變化成果豐富、現(xiàn)勢(shì)、科學(xué)。地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作，已形成常態(tài)化更新機(jī)制，可以為海岸帶開(kāi)發(fā)利用監(jiān)測(cè)提供持續(xù)、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。通過(guò)監(jiān)測(cè)反映上海市海岸帶地區(qū)的海陸(島)分界線(xiàn)和圍填海情況，及時(shí)掌握海岸帶的開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)的變化情況，進(jìn)而分析其變化的原因，為各級(jí)政府相關(guān)部門(mén)對(duì)圍填海和海岸帶的開(kāi)發(fā)建設(shè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管可以及時(shí)提供信息支撐。