福建省環(huán)境科學研究院 王智苑

水域資源是一種占用一定范圍水域空間的重要國土資源，是特殊不可再生資源。閩南地區(qū)海岸帶近年來由于經(jīng)濟及社會發(fā)展需求，城市不斷擴展，使水域發(fā)生顯著變化，對其經(jīng)濟的宏觀發(fā)展，特別是河口通航條件，會產(chǎn)生較大的影響[1]。因此，研究水域的空間動態(tài)變化具有十分重要的現(xiàn)實意義。遙感作為一種動態(tài)監(jiān)測水域變化的手段，具有數(shù)據(jù)來源多、覆蓋面廣、費用低等許多優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)調查手段費時費力，難以進行及時、準確、全面監(jiān)測研究的缺點，因而被廣泛利用[2-4]。因此，筆者運用衛(wèi)星遙感影像，對閩南地區(qū)海岸帶1994年～2006年海岸線及其水域進行動態(tài)變化監(jiān)測，分析引起其變化原因，旨在為政府決策與閩南地區(qū)海岸帶可持續(xù)發(fā)展提供重要的科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

閩南丘陵平原地處福建東南沿海，東臨臺灣海峽和金門諸島，包括廈門、泉州、漳州，總面積25536.3km2，人口1381.52萬，人口密度約541人/km2，該地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風氣候，溫暖濕潤，年均溫21℃，年降水量1100～1700mm。丘陵、河谷、盆地錯落其間，海岸線曲折，擁有較長的海岸線和眾多優(yōu)良港口。

2 遙感影像的預處理

本研究選用覆蓋福建省閩南海岸帶1994年、2001年和2006年3個時相的遙感影像作為數(shù)據(jù)源。我國在進行海岸帶調查時，范圍一般為：由海岸線向陸方向延伸10公里左右，向海至水深10～15米等深線處。因此，本文在選擇研究區(qū)時，以岸線為基準，利用ARCGIS以海岸線為基礎生成左右寬度為10 km的緩沖帶矢量數(shù)據(jù)，并以此矢量數(shù)據(jù)從遙感影像中剪裁出所需要的研究區(qū)域[5]。為了保證遙感影像后續(xù)處理結果的可靠性和準確性及具有標準的地理空間坐標，以便進行不同時相影像的疊加分析，需要對閩南海岸帶3個時相的遙感影像進行幾何精校正和配準。所有影像投影坐標系均采用高斯—克呂格投影和北京坐標系。幾何校正誤差小于1個像元。

3 水域遙感信息提取

首先提取水陸分界線，對于水體指數(shù)波段，采用修正歸一化差異水體指數(shù)MNDWI（modified normalized difference water index）來進行水體提取。修正歸一化差異水體指數(shù)是徐涵秋對McFeeters創(chuàng)建的歸一化水體指數(shù)NDWI進行修正后提出的，其數(shù)學表達式為[6-8]：

其中：MIR和Green分別代表中紅外波段和綠光波段的反射率，對應TM／ETM+影像的第5和第2波段。

運用修正歸一化水體指數(shù)公式，分別獲得3個研究年份的MNDWI影像，見圖l。從圖1可知，MNDWI很好地將水體和陸地區(qū)分開來，水體在MNDWI影像上表現(xiàn)出高亮度，所對應MNDWI值高；非水體部分，即灌木林、旱地和城鄉(xiāng)建設用地等均表現(xiàn)暗淡，其MNDWI值很低，與水體相比差異很大?？梢?，對影像中水體和陸地的提取，可分別通過設定MNDWI的取值范圍來實現(xiàn)。取值范圍選取是以完整、準確地顯示出水域信息，最大限度地掩蔽非水域信息，并能準確區(qū)分水體與陸地為原則。表1列出了3個時相MNDWI影像中提取水體和陸地所用的取值范圍。

表1 水域變化信息提取所需的取值范圍

由圖1顯示，MNDWI影像上突顯的水域信息并非全為海岸線水域，其中包括閩南地區(qū)內陸水域，如水庫、內湖和永久性的養(yǎng)殖坑塘等，并不是本研究海岸線水域變化所需要的。因此，在通過閾值分割提取水域基礎上，可采用掩膜法剔除內陸水域等干擾信息，獲取3個時相的海岸線（圖2）。

圖1 閩南海岸帶MNDWI影像

圖2 閩南海岸線

在所獲得3個時相海岸線的基礎上，進一步對閩南地區(qū)海域 1994年、2001年和2006年3個時相MNDWI影像進行疊加，以查明閩南地區(qū)海岸帶1994年～2006年間的水域變化情況。圖3為閩南海岸帶 1994年～2001年和 2001年～2006年經(jīng)疊加處理后的影像，由圖3中可知水域發(fā)生變化區(qū)域。

圖3 閩南海岸帶水域變化圖

表2 3個年份的水域面積變化表

續(xù)表2

由表2可知，研究區(qū)海域面積從1994年～2001年～2006年呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，而1994年～2006年海域面積增加0.58%，年變化面積為221 hm2。其中1994年～2001年，海域面積減少 1.57%，年均減少面積為 1021.14 hm2。2001年～2006年海域面積增加2.19%，年均增加面積為1960 hm2。

4 海岸線變化機制

1994年～2001年間，減少的海域主要發(fā)現(xiàn)于研究區(qū)南部，面積減少最多的區(qū)域集中于廈門市集美區(qū)和杏林區(qū)附近。集美區(qū)東南部曾填海造地和圍海養(yǎng)殖，在1995年變成碼頭、養(yǎng)殖坑塘和機場擴建的跑道等，占用了部分海域面積。1995年～2001年，新增的城市用地越來越多，養(yǎng)殖區(qū)與原有的填海區(qū)也繼續(xù)擴大。集美區(qū)西面杏林灣水庫、杏林區(qū)西面馬鑾灣則因為增加大面積的養(yǎng)殖水域，而使海域面積減少。其次是海域面積減少較多的詔安縣和云霄縣，其原因與云霄縣的漳江及詔安縣的宮口港附近河道因養(yǎng)殖坑塘增加而變窄有關，表明研究區(qū)城市用地擴展和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展是造成該期間海域減少的直接原因。

與1994年～2001年的情況相反，2001年～2006年間研究區(qū)的海域面積大量增加。其中以九龍江南港、中港、和北港的東交匯處海域面積增加最劇。這主要與河口區(qū)大量挖取砂導致河道下切，引起九龍江口南港、中港、和北港的低潮位有所下降有關。其次，泉州市洛陽江水域面積增加較多。洛陽江主河道水域面積逐年增大，其相鄰的灘涂面積大量減少，造成該現(xiàn)象的原因可能是沿海紅樹林銳減、主河道兩側失去保護屏障、水從泉州灣不斷注入洛陽江、逐漸侵蝕主河道兩側灘涂，導致洛陽江主河道水域不斷增加。2003年，位于泉州灣河口濕地省級自然保護區(qū)內的洛陽江灘涂濕地上，由于附近村民利用夜間拔掉紅樹林用于養(yǎng)殖海蟶，導致約70hm2的紅樹林遭受破壞。其中破壞較為嚴重的主要是洛陽鎮(zhèn)洛陽村和石任村等地。此外，大約200 hm2的灘涂濕地也遭受破壞。

另外，同安灣、大嶝島一帶及南安市的水域面積也有所增加。同安灣、大嶝島均是廈門市貝類主要養(yǎng)殖基地，而南安市養(yǎng)殖水域面積大，這兩地于該期間過度開發(fā)海岸帶灘涂養(yǎng)殖業(yè)資源，造成部分灘涂面積減小且被侵蝕，水域面積增大，海岸線形狀也更規(guī)則化。該現(xiàn)象表明一系列人類活動給研究區(qū)海岸帶環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)帶來重大影響，是導致研究區(qū)水域面積劇烈變化的主要因素，迫切需要高度重視。

5 小結

從整體上看，研究區(qū)水域面積從1994年～2001年～2006年呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，1994年～2006年海岸帶水域面積增加0.58%，年變化面積為221hm2。其中1994年～2001年，水域面積減少了1.57%，年均減少面積為1021.14hm2。減少的水域主要發(fā)現(xiàn)于研究區(qū)南部，面積減少最多的區(qū)域集中于廈門市集美區(qū)和杏林區(qū)附近；其次是漳州市詔安縣和云霄縣。研究區(qū)城市用地擴展和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展是造成該期間水域減少的直接原因。2001年～2006年水域面積增加了2.19%，年均增加面積為 1960hm2。以九龍江南港、中港和北港的東交匯處海域面積增加最劇，主要與河口區(qū)大量挖取砂導致河道下切，低潮位下降有關；其次是泉州市洛陽江水域以及同安灣、大嶝島一帶和南安市的海域。原因是養(yǎng)殖業(yè)過分開發(fā)灘涂濕地，以及毀壞沿岸紅樹林，造成部分灘涂面積減小并且被侵蝕，水域面積增大和外擴?？梢娨幌盗腥祟惢顒咏o研究區(qū)海岸帶環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)帶來重大影響，是導致研究區(qū)水域面積劇烈變化的主要因素。

閩南海岸帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)交錯區(qū)，也是經(jīng)濟及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要地區(qū)。因此，如何確定與合理布局水域使用的性質和范圍大小，以達到環(huán)境與經(jīng)濟的雙贏，更好地服務城市建設，是目前閩南亟待解決的問題之一。

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