索安寧， 曹可，初佳蘭，于永海，王權(quán)明，關(guān)道明*

(1.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023; 2.國(guó)家海洋局海域管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116023)

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基于GF-1衛(wèi)星遙感影像的海岸線生態(tài)化監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究
——以營(yíng)口市為例

索安寧1,2， 曹可1,2，初佳蘭1,2，于永海1,2，王權(quán)明1,2，關(guān)道明1,2*

(1.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023; 2.國(guó)家海洋局海域管理技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連116023)

海岸線是海洋與陸地的分界線，也是重要的生態(tài)交錯(cuò)線。本文采用GF-1衛(wèi)星遙感影像，通過(guò)監(jiān)測(cè)大潮高潮時(shí)刻和小潮低潮時(shí)刻海岸水陸邊界線，構(gòu)建了潮間帶完整性系數(shù)，以此為依據(jù)將海岸線劃分為自然海岸線、具有基本生態(tài)功能的人工海岸線、具有部分生態(tài)功能的人工海岸線、具有有限生態(tài)功能的人工海岸線、具有少量生態(tài)功能的人工海岸線和無(wú)生態(tài)功能的人工海岸線。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合潮間帶完整性系數(shù)及其毗鄰海岸線長(zhǎng)度，構(gòu)建了海岸線生態(tài)化指數(shù)，用以評(píng)價(jià)區(qū)域海岸線的生態(tài)化程度。營(yíng)口市海岸線以無(wú)生態(tài)功能的人工海岸線、自然海岸線和具有少量生態(tài)功能的人工海岸線為主，分別占到海岸線總長(zhǎng)度的45.74%、18.31%和15.53%。營(yíng)口市總體海岸線生態(tài)化指數(shù)為0.29，其中西城區(qū)、老邊區(qū)、蓋州北、鲅魚(yú)圈區(qū)和蓋州南分別為0.55、0.17、0.40、0.10和0.55。

海岸線；衛(wèi)星遙感影像；潮間帶完整性；水陸邊界線；生態(tài)功能

1 引言

海岸線是海洋與陸地的分界線，但受到潮汐、波浪、風(fēng)暴潮等海洋水動(dòng)力環(huán)境的影響，海岸線有進(jìn)有退，時(shí)刻處于變化過(guò)程中[1—2]。這種海岸線的往復(fù)進(jìn)退變化造就了海洋與陸地之間一種獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)——潮間帶生態(tài)系統(tǒng)。潮間帶生態(tài)系統(tǒng)受海水漲落影響，漲潮為海，落潮為灘，具有海洋、陸地、濕地等多種生境特征，是許多海洋生物、濕地生物、水陸兩棲生物、乃至鳥(niǎo)類(lèi)的重要棲息地，被稱(chēng)為全球生物多樣性最為豐富的生態(tài)系統(tǒng)之一。

為此，海岸線一直成為全球地理學(xué)、海洋學(xué)、生態(tài)學(xué)研究的熱點(diǎn)區(qū)域，1967年英國(guó)科學(xué)家Mandelbrot在《Science》雜志發(fā)表了不列顛海岸線有多長(zhǎng)的研究報(bào)道，引起了全球科學(xué)家對(duì)海岸線研究的關(guān)注[3]。1985年美國(guó)科學(xué)家Bird出版的《Coastline Changes, A Global Review》全面分析了近幾十年全球海岸線進(jìn)退，并將海岸線劃分為冰川懸崖海岸、三角洲海岸、沼澤濕地海岸和人工海岸等類(lèi)型[4]。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，利用衛(wèi)星遙感影像提取海岸線并研究其變化過(guò)程成為海岸線研究的一個(gè)重要領(lǐng)域，1990年Jong等最早利用SAR衛(wèi)星遙感影像建立了海岸水陸邊界線探測(cè)與信息提取方法，此后相關(guān)學(xué)者對(duì)基于SAR衛(wèi)星遙感影像提取海岸線的方法進(jìn)行了不斷探究完善[5—7]。2000年以來(lái)，利用各類(lèi)衛(wèi)星遙感影像提取海岸線的研究大量報(bào)道，這些研究工作大致可以分為兩個(gè)方面：一是利用衛(wèi)星遙感影像提取海岸線技術(shù)方法的研究探討，如Giancarlo等利用遙感影像建立海岸線半自動(dòng)探測(cè)技術(shù)[8]，陸立明等建立的基于合成孔徑雷達(dá)回波數(shù)據(jù)的海岸線提取方法[9—12]；二是針對(duì)某一區(qū)域的海岸線類(lèi)型、位置、形態(tài)變化的遙感監(jiān)測(cè)與驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析，如Asmar、Nuuyen、Sagheer等分別利用衛(wèi)星遙感影像研究了尼羅河口海岸線、湄公河口海岸線、紅海地區(qū)海岸線的變化過(guò)程，并分析了海岸線變化的原因[13—15]。我國(guó)近幾十年的大規(guī)模海岸開(kāi)發(fā)活動(dòng)導(dǎo)致了海岸線發(fā)生了較大變化，王建步等[16]、李行等[17]分別開(kāi)展了遼河口、江蘇省海岸線變化的遙感分析研究，高志強(qiáng)等[18]、高義等[19]、劉百橋等[20]分別對(duì)近30年全國(guó)海岸線進(jìn)行了遙感監(jiān)測(cè)和變化情況分析。2014年Ma等在《Science》雜志發(fā)表了關(guān)于中國(guó)海岸新長(zhǎng)城再思考的研究報(bào)道，提出2010年我國(guó)人工海堤長(zhǎng)度已達(dá)到11 000 km，占全國(guó)大陸海岸線總長(zhǎng)度的61%[21]。這些人工海岸線大多是以占用和破壞潮間帶濕地為代價(jià)的，由此產(chǎn)生的生態(tài)影響也受到眾多學(xué)者的關(guān)注[22]。

縱觀國(guó)內(nèi)外海岸線研究，發(fā)現(xiàn)一些學(xué)者雖然將海岸線劃分為基巖海岸、砂質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸、人工海岸等類(lèi)型，并建立了各類(lèi)海岸線的遙感影像特征及解譯標(biāo)志，但關(guān)于自然海岸線和人工海岸線的科學(xué)界定，一直缺乏詳細(xì)的理論探討[23—25]，以至于許多研究?jī)H通過(guò)遙感影像就將海岸帶存在人工構(gòu)筑物的岸段全部劃分為人工海岸線，這與海岸線的實(shí)際情況是相悖的。對(duì)于人工海岸線，也不能完全否認(rèn)其生態(tài)功能，而應(yīng)通過(guò)監(jiān)測(cè)人工堤壩在潮間帶的空間位置，評(píng)價(jià)其對(duì)潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響程度。對(duì)于那些處于潮間帶中上部，對(duì)潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性影響不大的人工防潮堤壩岸段，不能完全視為人工海岸線。

為明晰自然海岸線遙感監(jiān)測(cè)的理論依據(jù)和技術(shù)方法，本文采用國(guó)產(chǎn)GF-1衛(wèi)星遙感影像，以營(yíng)口市海岸為例，構(gòu)建自然海岸線與人工海岸線界定的潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性理論基礎(chǔ)，建立了海岸潮間帶完整性遙感監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法，及其海岸線生態(tài)化評(píng)價(jià)模型，以期為海岸線生態(tài)化遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)提供理論與技術(shù)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

營(yíng)口市海岸位于遼東灣東北部，大遼河入?？谝阅希《珊尤牒？谝员保乩砦恢?0°25′～40°40′N(xiāo)，122°5′～122°25′E，海岸直線長(zhǎng)度122 km，北部靠近營(yíng)口市區(qū)為淤泥質(zhì)海岸，中部團(tuán)山-鲅魚(yú)圈岸段為基巖海岸，南部鲅魚(yú)圈港以南為砂質(zhì)海岸，兩端的大遼河口和浮渡河口為河口海岸。近幾十年來(lái)，受?chē)覃}、圍海養(yǎng)殖、港口碼頭建設(shè)、填海造地等人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)的影響，海岸潮間帶存在土石圍堰堤壩、 斜坡式防潮防浪堤壩、直立碼頭堤壩等形態(tài)和用途不一的海岸人工構(gòu)筑物。多樣的海岸底質(zhì)類(lèi)型與復(fù)雜的海岸開(kāi)發(fā)利用方式使?fàn)I口市海岸成為我國(guó)北方海岸特征的一個(gè)縮影。營(yíng)口市海岸按行政區(qū)劃分為西城區(qū)、老邊區(qū)、蓋州市、鲅魚(yú)圈區(qū)，具體空間位置見(jiàn)圖1。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

根據(jù)營(yíng)口市海岸區(qū)域潮汐表，該區(qū)域平均大潮高潮位418.59 cm，出現(xiàn)在每年6月、7月、8月和9月的15-19時(shí)；平均小潮低潮位2.33 cm，出現(xiàn)在每年1月、2月、3月、11月和12月的12-24時(shí)。

GF-1衛(wèi)星是我國(guó)自主研發(fā)的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，搭載了兩臺(tái)2.0 m空間分辨率全色與8.0 m空間分辨率多光譜相機(jī)，處于太陽(yáng)同步回歸軌道，同一地點(diǎn)重復(fù)回訪周期為4 d。GF-1衛(wèi)星遙感影像具有B、G、R、NIR四個(gè)多光譜和一個(gè)全色波段，全色波段空間分辨率2.0 m。為了提取研究區(qū)域高潮時(shí)刻和低潮時(shí)刻的水陸邊界線，本文收集到覆蓋研究區(qū)域小潮低潮時(shí)刻采集的GF-1衛(wèi)星遙感影像4景，影像獲取時(shí)間為2015年2月23日至3月24日之間的每天11—18時(shí)；大潮高潮時(shí)刻采集的GF-1衛(wèi)星遙感影像5景，獲取時(shí)間為2015年7月17日至8月26日之間的每天11—19時(shí)。同時(shí)收集到覆蓋研究區(qū)域大潮高潮時(shí)刻采集的資源三號(hào)衛(wèi)星遙感影像作為高潮時(shí)刻水陸邊界線提取的補(bǔ)充數(shù)據(jù)。參考數(shù)據(jù)1∶10 000數(shù)字地形圖。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于大氣校正和輻射校正在衛(wèi)星地面接收站已進(jìn)行了處理。本文的數(shù)據(jù)預(yù)處理主要進(jìn)行幾何精校正。具體方法如下：(1)在覆蓋研究區(qū)域的衛(wèi)星遙感影像上均勻布設(shè)地面控制點(diǎn)25個(gè)，地面控制點(diǎn)主要選取道路交叉口或圍堰交叉口，交叉口盡量呈直角，定于兩條道路或圍堰相交邊線的直角頂點(diǎn)，便于實(shí)測(cè)定位；(2)利用手持GPS在現(xiàn)場(chǎng)找到衛(wèi)星遙感影像上的控制點(diǎn)位置，采用高精度信標(biāo)機(jī)在控制點(diǎn)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位；(3)利用遙感影像處理軟件ERDAS IMAGE9.2采用二元三次多項(xiàng)式對(duì)衛(wèi)星遙感影像全色波段進(jìn)行幾何精校正，校正方法見(jiàn)參考文獻(xiàn)[26]。利用1∶10 000數(shù)字地形圖對(duì)比檢查精校正好的衛(wèi)星遙感影像。

圖1 研究區(qū)空間位置圖Fig.1 Location of study area

2.3 水陸邊界線衛(wèi)星遙感影像信息提取

水陸邊界線在衛(wèi)星遙感影像上可以看作影像灰度值發(fā)生階躍變化的邊緣點(diǎn)集合，可用邊緣檢測(cè)算法自動(dòng)提取水陸邊界線，常用的邊緣檢測(cè)算法有Roberts算法、Prewitt算法、Sobel算法、Laplace算法、Canny算法等，其中Canny算法對(duì)于衛(wèi)星遙感影像中水陸邊界線的階梯型邊緣檢測(cè)效果最好[27—28]。為此，本文采用Canny算法分別提取研究區(qū)大潮高潮時(shí)刻和小潮低潮時(shí)刻獲取的衛(wèi)星遙感影像上的水陸邊界線，在衛(wèi)星遙感影像提取的水陸邊界線中選取大潮高潮時(shí)刻的最高線和小潮低潮時(shí)刻的最低線分別作為營(yíng)口市海岸大潮高潮時(shí)刻和小潮低潮時(shí)刻的水陸邊界線(圖2)。將遙感影像提取的高潮時(shí)刻水陸邊界線與低潮時(shí)刻水陸邊界線與1∶10 000地形圖中的4.0 m等高線和0 m等高線進(jìn)行疊加對(duì)比，并在高潮時(shí)刻水陸邊界線和低潮時(shí)刻水陸邊界線隨機(jī)各選取25個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)，高潮時(shí)刻水陸邊界線有24個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)兩線重合，低潮時(shí)刻全部25個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)兩線重合。

圖2 營(yíng)口市海岸高潮時(shí)刻和低潮時(shí)刻水陸邊界線Fig.2 Land boundary line at time of high tide and low tide in Yingkou

圖3 潮間帶剖面結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Section drawing of tidal zone

2.4 潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性識(shí)別與類(lèi)型劃分

根據(jù)潮間帶定義，海岸平均大潮高潮時(shí)刻的水陸邊界線與平均小潮低潮時(shí)刻的水陸邊界線之間為潮間帶[2]，具體如圖3所示。潮間帶在自然狀態(tài)下，平均小潮低潮時(shí)刻水陸邊界線至平均大潮高潮時(shí)刻水陸邊界線之間的平面直線距離為L(zhǎng)。如果因人類(lèi)活動(dòng)，在潮間帶構(gòu)筑了海岸人工堤壩，平均大潮高潮時(shí)刻的水陸邊界線就會(huì)向海推進(jìn)，平均小潮低潮時(shí)刻水陸邊界線至平均大潮高潮時(shí)刻水陸邊界線之間的平面直接距離就會(huì)變化。為了定量描述海岸人工堤壩對(duì)潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響程度，本文構(gòu)建了潮間帶完整性系數(shù)如下：

(1)

式中，Q為潮間帶完整性系數(shù)，L為潮間帶無(wú)人類(lèi)干擾情況下平均小潮低潮時(shí)刻水陸邊界線至平均大潮高潮時(shí)刻水陸邊界線的平面直線距離，k為潮間帶存在海岸人工堤壩情況下平均小潮低潮位時(shí)刻水陸邊界線至海岸人工堤壩坡腳的平面直線距離。在潮間帶存在海岸人工堤壩情況下L一般難以直接測(cè)量，但可以通過(guò)測(cè)量高潮時(shí)刻海岸人工堤壩坡腳處水深和潮間帶平均坡度間接推算，具體推算公式如下：

L=k+hcotα,

(2)

式中，h為高潮時(shí)刻海岸人工堤壩坡腳處水深，a為海岸潮間帶平均坡度。

通過(guò)潮間帶完整性系數(shù)Q可以判斷潮間帶的完整性程度，當(dāng)Q≥1.0時(shí)，說(shuō)明海岸人工堤壩位于潮間帶平均大潮高潮時(shí)刻水陸邊界線以上，海岸人工堤壩對(duì)潮間帶完整性沒(méi)有影響，屬于自然海岸線；當(dāng)Q≤0時(shí)，說(shuō)明海岸人工堤壩位于潮間帶平均小潮低潮時(shí)刻水陸邊界線以下，海岸人工堤壩全部占用了潮間帶空間，潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完全消失，屬于無(wú)生態(tài)功能的人工海岸線；當(dāng)0

表1 海岸線生態(tài)化類(lèi)型劃分

2.5 海岸線生態(tài)化評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了定量描述一個(gè)區(qū)域海岸線生態(tài)化水平總體狀況，或者反映一個(gè)區(qū)域海岸線生態(tài)功能受人類(lèi)活動(dòng)影響程度的總體狀況，本文在海岸潮間帶完整性系數(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了海岸線生態(tài)化指數(shù)，計(jì)算方法如下：

(1)

圖4 營(yíng)口市海岸潮間帶完整性系數(shù)分布圖Fig.4 Completeness index for tidal zone in Yingkou

式中，ECi為第i區(qū)域海岸線生態(tài)化指數(shù)，Qj為第j岸段海岸潮間帶完整性系數(shù)，lj為第j岸段長(zhǎng)度，j為第i區(qū)域岸段數(shù)量。

根據(jù)研究區(qū)域海岸潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性程度，本文開(kāi)展了具有一定生態(tài)功能的人工海岸線的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，包括海岸人工堤壩高潮痕跡線至坡腳高度，及其潮間帶灘涂平均坡度，共測(cè)量岸段數(shù)據(jù)32組。

3 結(jié)果分析

3.1 營(yíng)口市海岸潮間帶完整性分析與生態(tài)化類(lèi)型劃分

圖4為營(yíng)口市海岸潮間帶完整性系數(shù)分布圖，可以看出營(yíng)口市潮間帶完整性系數(shù)為1.0的岸段，主要分布在團(tuán)山、月亮灣、仙人島和白沙灣，長(zhǎng)度分別為5.62 km、4.09 km、3.93 km和11.15 km，其中團(tuán)山岸段和仙人島岸段為基巖海岸線，月亮灣岸段和白沙灣岸段為砂質(zhì)海岸線。潮間帶完整性系數(shù)為0的岸段，主要分布在鲅魚(yú)圈港口碼頭區(qū)、仙人島石化工業(yè)區(qū)、鞍鋼工業(yè)區(qū)以及藍(lán)旗海岸圍海養(yǎng)殖區(qū)，長(zhǎng)度分別為36.56 km、17.84 km、17.55 km和6.10 km，全部為人工堤壩海岸線。潮間帶完整性系數(shù)處于0.80～1.0之間的海岸線長(zhǎng)度為8.83 km，占研究區(qū)海岸線總長(zhǎng)度的3.73%，主要分布在仙人島、北海局部岸段，長(zhǎng)度分別為2.79 km和4.52 km。潮間帶完整性系數(shù)處于0.50～0.80之間的海岸線長(zhǎng)度為24.67 km，占研究區(qū)海岸線總長(zhǎng)度的10.43%，主要分布在北海、紅旗橋、月亮灣等局部岸段。潮間帶完整性系數(shù)處于0.20～0.50之間的海岸線長(zhǎng)度為14.82 km，占研究區(qū)海岸線總長(zhǎng)度的6.26%，主要分布在四道溝、新海大街、大清河局部岸段，長(zhǎng)度分別為2.05 km、1.84 km和2.85 km。潮間帶完整性系數(shù)處于0～0.20之間的海岸線長(zhǎng)度為36.75 km，占研究區(qū)海岸線總長(zhǎng)度的15.53%，主要分布在四道溝以南、沿海產(chǎn)業(yè)基地岸段，長(zhǎng)度分別為4.95 km和27.95 km。

根據(jù)潮間帶完整性系數(shù)，營(yíng)口市海岸線可劃分為自然海岸線、具有基本生態(tài)功能的人工海岸線、具有部分生態(tài)功能的人工海岸線、具有有限生態(tài)功能的人工海岸線、具有少量生態(tài)功能的人工海岸線和無(wú)生態(tài)功能的人工海岸線6種類(lèi)型，各類(lèi)海岸線生態(tài)化類(lèi)型長(zhǎng)度與分布具體見(jiàn)表2。

3.2 營(yíng)口市海岸線生態(tài)化狀況分析

圖5為研究區(qū)海岸線生態(tài)化指數(shù)區(qū)域分布圖，可以看出，研究區(qū)海岸線生態(tài)化指數(shù)總體為0.29，但各個(gè)區(qū)域差異比較大。蓋州南部岸段海岸線生態(tài)化指數(shù)最大，為0.55，主要因?yàn)樵搮^(qū)域自然砂質(zhì)海岸線占比例很大，海岸人工構(gòu)筑物多位于高潮帶，對(duì)潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性影響較小。西城區(qū)岸段海岸線生態(tài)化指數(shù)略小于蓋州南部岸段，該岸段處于大遼河入海口，人類(lèi)活動(dòng)干擾較少，濱海公路多處通過(guò)涵洞與公路以上蘆葦濕地連通，海岸基本保持自然狀態(tài)。蓋州北岸段海岸線生態(tài)化指數(shù)為0.40，該岸段北部海岸線主要以團(tuán)山岸段的基巖海岸線和其以南的砂質(zhì)海岸線為主，潮間帶人工構(gòu)筑物相對(duì)比較少，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海岸線的干擾小。老邊區(qū)海岸線生態(tài)化指數(shù)為0.17， 該岸段北部人工堤壩外存在較寬的潮間帶濕地，具有一定的生態(tài)功能，南部海岸近年來(lái)實(shí)施了大規(guī)模的圍海養(yǎng)殖工程，使養(yǎng)殖堤壩深入到低潮線以下區(qū)域，潮間帶灘涂濕地基本消失，海岸生態(tài)功能十分有限。鲅魚(yú)圈區(qū)海岸線生態(tài)化指數(shù)最小，僅為0.10，主要因?yàn)樵搮^(qū)域海岸修建了鲅魚(yú)圈港、鞍鋼工業(yè)區(qū)，港口碼頭岸線直接進(jìn)入深水海域，海岸堤壩大多位于潮間帶低潮線以下，海岸潮間帶生態(tài)系統(tǒng)多已不復(fù)存在。

表2 營(yíng)口市海岸線生態(tài)化類(lèi)型表

圖5 營(yíng)口市各區(qū)域海岸線生態(tài)化指數(shù)Fig.5 Ecological index of coastline in sub-region of Yingkou

4 討論

海岸線不僅是海洋與陸地管理的分界線，更是海洋生態(tài)系統(tǒng)向陸地生態(tài)系統(tǒng)過(guò)渡的生態(tài)交錯(cuò)線，因此海洋綜合管理非常重視海岸線的生態(tài)功能[1]?！度珖?guó)海洋功能區(qū)劃2011-2020年》提出到2020年全國(guó)大陸自然岸線保有率不低于35%，各省級(jí)海洋功能區(qū)劃也都提出了各自區(qū)域的大陸自然岸線保有率目標(biāo)。2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》也提出到2020年全國(guó)自然岸線保有率不低于35%(不包括海島岸線)。環(huán)渤海三省一市劃定的渤海海洋生態(tài)紅線保護(hù)自然海岸線800 km以上，確保環(huán)渤海自然海岸線保有率不低于30%。另外，相關(guān)的專(zhuān)家學(xué)者開(kāi)展了全國(guó)性的海岸線監(jiān)測(cè)研究，Ma等報(bào)道2010年全國(guó)大陸人工堤壩岸線占大陸海岸線總長(zhǎng)度的61%[21]。高義等報(bào)道2010年全國(guó)大陸人工海岸線所占比例由1990年的24.60%上升到2010年的56.10%[19]。劉百橋等報(bào)道2013年全國(guó)大陸自然海岸線長(zhǎng)度8 298.12 km，占海岸線總長(zhǎng)度的比例為43.71%[20]。雖然政府管理部門(mén)和專(zhuān)家學(xué)者都十分關(guān)心海岸線的生態(tài)功能，但對(duì)于自然海岸線和人工海岸線的界定一直缺乏具體的闡述，索安寧等2015年指出自然海岸線的界定應(yīng)該以潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性為原則，只要海岸人工構(gòu)筑物不影響潮間帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能完整性，則可認(rèn)為其為自然海岸線，當(dāng)海岸人工構(gòu)筑物已影響到潮間帶生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能完整性時(shí)，才能認(rèn)定為人工海岸線[1]。實(shí)際上，在人類(lèi)活動(dòng)干擾破壞和自然水動(dòng)力沖淤過(guò)程相互作用下，海岸區(qū)域地形、地物環(huán)境十分復(fù)雜，筆者認(rèn)為以下情況下，仍可以看作自然海岸線：(1)在最大高潮線以下存在非透水構(gòu)筑物，但非透水構(gòu)筑物體積較小，漲潮后海水能沒(méi)過(guò)這些構(gòu)筑物或環(huán)繞這些構(gòu)筑物的海岸線，例如灘涂上修筑的橋墩、非透水島狀壩體、帶有涵洞或納潮通道的實(shí)堤公路；(2)有些淤泥質(zhì)海岸，水淺灘平，圍海養(yǎng)殖池塘聚集，養(yǎng)殖池塘圍堰一般為淤泥質(zhì)土壩，壩低坡緩，壩外海域?yàn)┩咳匀皇謱掗煟瑝误w處于平均高潮線以上，基本不影響潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性的海岸線；(3)有些淤漲型海岸，圍?；蛱詈：螅瑖呋虻虊瓮饩壧幱诓粩嘤贊q狀態(tài)，當(dāng)海水漲潮時(shí)高潮線達(dá)不到圍堰或堤壩根基線，即圍堰或堤壩不影響海水漲落潮過(guò)程的海岸線；(4)海岸筑壩圍塘，壩體處于平均高潮線以下，但圍塘內(nèi)仍為自然灘涂或廢棄的養(yǎng)殖圍塘，且漲潮時(shí)圍塘內(nèi)外仍具有水動(dòng)力交換條件的海岸線。

海岸線所在的潮間帶灘涂濕地被認(rèn)為具有重要的生態(tài)功能與環(huán)境價(jià)值[29—30]，而我國(guó)目前的用海項(xiàng)目多聚集于潮間帶灘涂濕地區(qū)域，用海項(xiàng)目的實(shí)施，尤其是圍填海項(xiàng)目的實(shí)施基本都是以填埋占用潮間帶灘涂濕地，破壞自然海岸線生態(tài)功能為代價(jià)。如何化解這種大規(guī)模用?；顒?dòng)壓縮自然海岸線的生態(tài)功能問(wèn)題，筆者認(rèn)為美國(guó)近年來(lái)實(shí)施的濕地補(bǔ)償銀行可為我國(guó)海岸線生態(tài)化建設(shè)提供借鑒[31]，即所有用海項(xiàng)目應(yīng)盡量少占用潮間帶灘涂濕地，對(duì)于必須圍填占用潮間帶灘涂濕地的用海項(xiàng)目，項(xiàng)目建設(shè)方必須在毗鄰岸線海域重新?tīng)I(yíng)造等面積的灘涂濕地，以保證圍填新形成的海岸線達(dá)到本文界定的自然海岸線要求，實(shí)現(xiàn)區(qū)域自然海岸線零減少的總體目標(biāo)。同時(shí)，要加大對(duì)各類(lèi)生態(tài)功能受損的人工海岸線生態(tài)化建設(shè)，逐步修復(fù)無(wú)生態(tài)功能的人工海岸線、具有少量生態(tài)功能的人工海岸線等生態(tài)功能受損岸段的海岸生態(tài)功能，不斷提高海岸潮間帶完整性系數(shù)，直至滿足自然海岸線的界定要求。

5 結(jié)論

本文以營(yíng)口市海岸為例，采用GF-1衛(wèi)星遙感影像結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查方法，探索構(gòu)建了潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性判定的理論方法，以此為基礎(chǔ)來(lái)劃分自然海岸線和人工海岸線，并根據(jù)人工海岸線潮間帶生態(tài)系統(tǒng)完整性的受損程度，將人工海岸線細(xì)化為具有基本生態(tài)功能的人工海岸線、具有部分生態(tài)功能的人工海岸線、具有有限生態(tài)功能的人工海岸線、具有少量生態(tài)功能的人工海岸線和無(wú)生態(tài)功能的人工海岸線5種類(lèi)型。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了海岸線生態(tài)化指數(shù)，為海岸線類(lèi)型劃分及其生態(tài)化監(jiān)測(cè)與評(píng)估提供技術(shù)方法。營(yíng)口市海岸線研究結(jié)果表明：GF-1衛(wèi)星遙感影像結(jié)合海岸潮汐過(guò)程，能夠較好地提取高、低潮時(shí)刻的水陸邊界線，實(shí)現(xiàn)潮間帶完整性系數(shù)計(jì)算、海岸線類(lèi)型劃分和區(qū)域海岸線生態(tài)化狀況總體評(píng)價(jià)。希望本文能夠?yàn)樽匀缓０毒€的界定、海岸線生態(tài)化監(jiān)測(cè)、生態(tài)用海模式探索及人工海岸線生態(tài)化建設(shè)等海洋生態(tài)文明建設(shè)提供思路與技術(shù)方法。

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A study on monitoring and analysis of ecological coastline based on GF-1 Satellite remote sensing images: A case study in Yingkou

Suo Anning1,2, Cao Ke1,2, Chu Jialan1,2, Yu Yonghai1,2, Wang Quanming1,2, Guan Daoming1,2

(1.NationalMarineEnvironmentMonitoringCenter,Dalian116023，China；2.KeyLaboraryofSeaFieldManagementTechnology,StateOceanicAdministration,Dalian116023,China)

Coastline is boundary line of land and sea, it is also an ecotone between land ecosystem and marine ecosystem. This paper employ GF-1 Satellite remote sensing images to monitor land boundary line at time of high tide and low tide, and create a tidal zone completeness index. The coastline is divided into natural coastline, artificial coastline with basic ecological function, artificial coastline with part ecological function, artificial coastline with limited ecological function, artificial coastline with few ecological function and artificial coastline with none ecological function based on tidal zone completeness index. Then the ecological index of coastline is established to evaluate the ecological condition of coastline in regional scale. The coastline in Yingkou is dominated by artificial coastline with none ecological function, natural coastline and artificial coastline with few ecological function. Their length is account for 45.74%, 18.31% and 15.53% of total coastline in Yingkou. The ecological index of coastline for total region is 0.29, and exist difference in sub-regions of Xicheng, Liaobian, Gaizhoubei, Bayuquan, Gaizhounan with value of 0.55, 0.17, 0.40, 0.10 and 0.55.

coastline; satellite remote sensing images; tidal zone completeness; land boundary line; ecological function

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.013

2016-04-05；

2016-08-23。

國(guó)家自然科學(xué)面上基金(41376120)；海洋行業(yè)公益性科研專(zhuān)項(xiàng)(201005011，201405025)。

索安寧(1977—)，甘肅省慶陽(yáng)市人，博士，研究員，主要從事海岸帶遙感監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)科研與業(yè)務(wù)支撐工作。E-mail:san720@sina.com

*通信作者：關(guān)道明(1960—)，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事海洋開(kāi)發(fā)資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)方法研究。E-mail:dmguan@nmemc.org.cn

P737；P715.7

A

0253-4193(2017)01-0121-09

索安寧, 曹可, 初佳蘭, 等. 基于GF-1衛(wèi)星遙感影像的海岸線生態(tài)化監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究——以營(yíng)口市為例[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2017, 39(1): 121-129,

Suo Anning, Cao Ke, Chu Jialan, et al. A study on monitoring and analysis of ecological coastline based on GF-1 Satellite remote sensing images: A case study in Yingkou[J]. Haiyang Xuebao, 2017, 39(1): 121-129, doi:10.3969/j.issn.0253-4193.2017.01.013