柏葉輝，李向新，鐘舒怡

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深圳市1988-2018年海岸線時(shí)空演變分析

柏葉輝，李向新，鐘舒怡

（昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650000）

以深圳為研究區(qū)域并對(duì)其進(jìn)行岸灘分區(qū)，利用1988年、1998年、2008年和2018年四個(gè)時(shí)相的TM和OLI衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，利用面向?qū)ο蟮姆椒ㄌ崛「髌诤０毒€，系統(tǒng)分析海岸線時(shí)空演化特征和岸線開發(fā)利用格局變化。結(jié)果表明：研究時(shí)段內(nèi)，深圳市海岸線長(zhǎng)度先增長(zhǎng)后縮短，海岸線的整體變化強(qiáng)度為0.39%，西部地區(qū)海岸線變化強(qiáng)度要明顯大于東部地區(qū)。大量的自然岸線轉(zhuǎn)變?yōu)槠街钡娜斯ぐ毒€，人工岸線在逐年增加，自然岸線在不斷縮減，深圳灣岸段現(xiàn)已基本都已變?yōu)槿斯ぐ毒€。與此同時(shí)，海岸線的開發(fā)強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)，且表現(xiàn)出不斷的上升趨勢(shì)，由1988年的0.32變?yōu)?018年的0.53，深圳灣和珠江口岸段開發(fā)強(qiáng)度明顯高于大鵬灣和大亞灣岸段。

海岸線；時(shí)空演變；遙感；大數(shù)據(jù)分析

0 引言

海岸帶地區(qū)是海洋系統(tǒng)與陸地系統(tǒng)之間相互作用形成的獨(dú)特生態(tài)過渡帶[1]，其生態(tài)環(huán)境極其敏感、脆弱，易受到自然變化與人類活動(dòng)的影響[2,3]。海岸線不僅標(biāo)識(shí)了沿海地區(qū)的水陸分界線，而且蘊(yùn)含著豐富的環(huán)境信息，其變化直接影響潮間帶灘涂資源量及海岸帶環(huán)境，將引起海岸帶多重資源與生態(tài)環(huán)境過程的改變，影響沿海人民的生存發(fā)展[4]。在自然因素和人類活動(dòng)的影響下，海岸線處于不斷的變化中[5]，這種變化既是海岸對(duì)各種動(dòng)力作用的響應(yīng)，也是海岸環(huán)境演變的直接體現(xiàn)[6]。因此，快速準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)海岸線變化，從而為決策部門提供科學(xué)的、有效的信息[7,8]，對(duì)進(jìn)行海岸資源開發(fā)利用和海洋環(huán)境災(zāi)害預(yù)防與評(píng)估等都具有十分重要的意義[9,10]。

伴隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨，包括大數(shù)據(jù)分析在內(nèi)的大數(shù)據(jù)理念和方法應(yīng)用于諸多方面[11-14]，遙感大數(shù)據(jù)擁有時(shí)空、光譜、分辨率等數(shù)據(jù)特征和瀏覽、顯示、存取等應(yīng)用特點(diǎn)[15]，對(duì)于多時(shí)相數(shù)據(jù)分析具有明顯的優(yōu)勢(shì)。遙感技術(shù)擁有強(qiáng)大的獲取數(shù)據(jù)的能力，在海岸線調(diào)查中具有明顯的優(yōu)勢(shì)[5]，通過對(duì)遙感影像的解譯成為海岸線提取的新手段[16,17]。面向?qū)ο蠓ㄊ且环N興新的遙感圖像解譯方法，該方法通過對(duì)影像的分割，使同質(zhì)像元組成大小不同的對(duì)象，從而實(shí)現(xiàn)較高層次的遙感圖像分類和目標(biāo)地物提 取[18]。本文以深圳市海岸帶為研究區(qū)域，并進(jìn)行岸灘分區(qū)，采用LandsatTM/OLI影像為數(shù)據(jù)源，采用面向?qū)ο蟮姆椒?，建立分類?guī)則集提取海岸線，系統(tǒng)的分析了海岸線動(dòng)態(tài)演變特征，包括海岸線長(zhǎng)度和海岸類型的變化，以及對(duì)各海岸開發(fā)利用強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)并探討其原因，以期為深圳市海洋的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

深圳市（22°27′―22°52′N，113°46′―114°37′E）是中國(guó)南部濱海城市，位于廣東省東南部，西臨珠江口，東瀕大亞灣和大鵬灣，南接香港新界，北靠東莞和惠州兩市。地貌類型多樣，地勢(shì)東南高、西北低，海岸類型豐富，其海岸帶被九龍半島分割為東、西兩部分，東部大鵬灣、大亞灣岸線曲折多為基巖質(zhì)和沙礫質(zhì)，西部深圳灣和珠江口主要為淤泥質(zhì)和人類圍墾修筑岸線。海岸地貌類型的多樣化，使得海岸帶開發(fā)呈現(xiàn)多元化的特征。本文參考了各國(guó)開展海岸帶調(diào)查時(shí)常用的海岸線向陸延伸10 KM的空間范圍作為海岸帶調(diào)查范圍，將深圳市行政界線海域一側(cè)界限為基準(zhǔn)向內(nèi)陸一側(cè)10 KM緩沖區(qū)作為研究區(qū)（圖1）。由于研究?jī)?nèi)容的需要，本文將根據(jù)地貌的差異對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行岸灘分區(qū)，分為深圳灣、大鵬灣、大亞灣、珠江口四個(gè)研究單元。

1.2 研究數(shù)據(jù)來源

本文研究采用的主要數(shù)據(jù)源包括30m空間分辨率的1988、1998、2008年的Landsat TM衛(wèi)星影像和2018年的Landsat OLI衛(wèi)星影像，共四期12景；深圳市地形圖及相關(guān)資料。針對(duì)四期影像數(shù)據(jù)，利用ENVI軟件對(duì)其進(jìn)行了預(yù)處理，包括幾何校正、影像融合以及影像增強(qiáng)等，分別求得各自的緩沖區(qū)覆蓋范圍。

圖1 研究區(qū)范圍

1.3 海岸線提取

鑒于Landsat衛(wèi)星影像過境為當(dāng)?shù)貢r(shí)間上午10點(diǎn)左右，研究區(qū)潮位較高，衛(wèi)星影像可用于提取海岸線。本研究針對(duì)不同類型的岸段分別提取，在連接各研究單元內(nèi)的提取結(jié)果。參照馬小峰[19]，孫偉福[20]，孫美仙[7]等人提出的海岸線提取方法，對(duì)于基巖和人工海岸，根據(jù)其對(duì)光譜的高反射特性，選擇灰度值區(qū)分海陸，其邊界作為岸線；沙質(zhì)海岸提取灘脊痕跡線上限；對(duì)于淤泥質(zhì)岸線，利用NDVI區(qū)分濕生植被與灘涂，靠陸一側(cè)分界線作為岸線。所有岸線都是利用eCognition 軟件根據(jù)不同地物在影像上表現(xiàn)出不同的光譜，形狀和紋理特征來提取出來的，同時(shí)結(jié)合Googel Earth高清影像對(duì)所有提取結(jié)果進(jìn)行人工目視解譯并修正。最終分出四期海岸線。

1.4 岸線長(zhǎng)度變化強(qiáng)度

為了更客觀的的對(duì)比各研究單元不同時(shí)段海岸線長(zhǎng)度變化的時(shí)空差異，再此采用某一時(shí)段內(nèi)某一研究單元海岸線長(zhǎng)度的年均變化百分比來表示其海岸線的變化強(qiáng)度[10]。

1.5 岸線開發(fā)利用強(qiáng)度

岸線開發(fā)利用強(qiáng)度是定量表征不同的海岸類型對(duì)海岸帶資源的影響強(qiáng)弱的量，能夠更好的了解其空間分布規(guī)律，挖掘海岸線資源的開發(fā)利用潛力，有助于海岸帶資源的可持續(xù)開發(fā)利用[21]。具體公式如下：

表1 各類型岸線的資源環(huán)境影響因子

Tab.1 Resources and environment impact factor of all kinds of the shoreline

2 研究結(jié)果與討論

2.1 岸線時(shí)空演化特征

2.1.1 岸線長(zhǎng)度演變特征

根據(jù)遙感監(jiān)測(cè)提取的海岸線成果顯示（圖2），1988年至2018年間，深圳市海岸線發(fā)生較大的變化，且不斷的向海推進(jìn)，深圳市西部地區(qū)海岸線變化在范圍和程度上都大于東部地區(qū)，特別是西部的珠江口岸區(qū)和深圳灣岸區(qū)變化最為明顯，東部的大鵬灣和大亞灣僅部分岸段發(fā)生明顯變化。

圖2 1988-2018年深圳市海岸線動(dòng)態(tài)變化

不同岸段的長(zhǎng)度及變化也有顯著地差別。在這30年間，深圳市海岸線由213.70 km變?yōu)榱?39.02 km，增長(zhǎng)了25.32 km。其中，珠江口岸區(qū)增長(zhǎng)了18.1km，深圳灣岸區(qū)增長(zhǎng)了0.99 km，大鵬灣岸區(qū)增長(zhǎng)了7.74 km，大亞灣岸區(qū)減少了1.51 km。深圳市1998年較1988年增長(zhǎng)了17.78 km，平均速度1.79 km/a，此階段岸線增長(zhǎng)速度最快；2008年較1998年增長(zhǎng)了14.18 km，平均速度1.42 km/a；2018年較2008年減少了6.64 km，平均速度0.66 km/a。

1988至2018年深圳市四個(gè)岸段海岸線長(zhǎng)度一直保持大亞灣岸段>大鵬灣岸段>珠江口岸段>深圳灣岸段的分布格局。其主要原因是各岸段的地理位置差異所導(dǎo)致的海岸線長(zhǎng)度有差異，因此，可以采用1988-1998年、1998-2008年、2008-2018年、1988-2018年三個(gè)時(shí)段和大亞灣岸段、大鵬灣岸段、珠江口岸段、深圳灣岸段四個(gè)研究單元海岸線長(zhǎng)度的年均變化百分比來表示其海岸線的變化強(qiáng)度（圖3）。

圖3 1988-2018年深圳市各岸灘海岸線變化強(qiáng)度

1988-2018年研究區(qū)整體海岸線的變化強(qiáng)度為0.39%，從時(shí)間序列上看，1988-1998年是研究去海岸線長(zhǎng)度變化強(qiáng)度最大的時(shí)期，海岸線變化強(qiáng)度為0.83%；其次為1998-2008年，海岸線變化強(qiáng)度為0.61%；2008年后海岸線進(jìn)入快速減少時(shí)期，2008-2018年海岸線開始縮減，其變化強(qiáng)度為-0.27%。從研究單元看，1988-2018年珠江口岸段海岸線的長(zhǎng)度變化最為劇烈，海岸線變化強(qiáng)度為1.36%；其次是大鵬灣，為0.43%；再次是深圳灣和大亞灣，海岸線變化強(qiáng)度分別為0.12%和-0.06%。

對(duì)于西部地區(qū)，1998-2008年是珠江口岸段海岸線變化最為激烈的一個(gè)時(shí)期，變化強(qiáng)度為2.01%；其次為1988-1998年，海岸線變化強(qiáng)度為1.53%；2008-2018年，海岸線變化強(qiáng)度最小，為0.17%。 1988-1998年是深圳灣岸段海岸線變化最為明顯的一個(gè)時(shí)期，變化強(qiáng)度為0.65%，其次為1998-2008年，海岸線變化強(qiáng)度為-0.36%，2008-2018年，海岸線變化強(qiáng)度最小，為0.09%。總體而言，西部地區(qū)海岸線變化強(qiáng)度較大，主要原因是珠江口區(qū)域，有大量的泥沙不斷淤積使灘涂向海推進(jìn)[22]，岸線平直，岸線平緩，是灘涂圍墾的主要區(qū)域。深圳灣是一個(gè)半封閉型的淺水海灣，主要為淤泥質(zhì)岸線，是填海造陸的主要區(qū)域。

對(duì)于東部地區(qū)，1988-1998年是大鵬灣岸段海岸線變化最強(qiáng)的一個(gè)時(shí)期，變化強(qiáng)度為1.39%；其次為2008-2018年，變化強(qiáng)度為-0.44%；變化最小為1998-2008年，變化強(qiáng)度為0.39%。2008-2018年是大亞灣岸線海岸線變化最為明顯的一年，變化強(qiáng)度為-0.57%；其次為1998-2008年，變化強(qiáng)度為0.29%；變化最小的為1988-1998年，變化強(qiáng)度為0.11%?？傮w而言，東部地區(qū)海岸線變化強(qiáng)度沒有西部大，主要原因大鵬灣和大亞灣岸段主要為基巖岸線，只有部分區(qū)域建設(shè)碼頭和網(wǎng)箱養(yǎng)殖，岸線小幅延伸，海岸線由于人為建設(shè)裁彎取直。

2.1.2 各類型岸線變化特征

根據(jù)遙感影像特點(diǎn)，將1988、1998、2008、2018年各時(shí)期的海岸線分為自然岸線和人工岸線，其中自然岸線分為生物岸線、基巖岸線、沙質(zhì)岸線、淤泥質(zhì)岸線，人工岸線包括建設(shè)圍堤岸線、養(yǎng)殖圍墾岸線、農(nóng)業(yè)圍墾岸線。由于人類對(duì)岸線的圍墾開發(fā)，近30年來，深圳市海岸帶的自然岸線呈現(xiàn)出不斷縮短的趨勢(shì)，而人工岸線不斷的增加。1988年，深圳市人工岸線長(zhǎng)度為83.98 km，占總岸線的37%，經(jīng)過30年的城市發(fā)展，截止到2018年，人工岸線長(zhǎng)度已達(dá)135.6 km，占總岸線的57%，比例上升了20%。與之相反的是，深圳市自然岸線在不斷的減少，且減少速度也逐漸變緩，1988-1998階段速度為-2.62 km/a，為30年中減少最快的階段；1998-2008階段速度為-1.24 km/a，2008-2018階段速度為-0.32 km/a。

具體各類型岸線的變化見圖4。從圖看出，自然岸線中，基巖岸線呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢(shì)，更多的基巖海岸被開發(fā)用來建設(shè)城市住宅用地和城市工業(yè)用地等，30年間，基巖海岸共減少了19.39 km，減少速度達(dá)到了0.65 km/a。沙質(zhì)海岸岸線的長(zhǎng)度在先減少后增加后，最終2018年與1988年基本一致，這是由于隨著旅游業(yè)的不斷發(fā)展，岸線受到了更多的保護(hù)和利用，減少沙粒被海浪沖蝕的現(xiàn)象。淤泥質(zhì)海岸呈現(xiàn)出逐年減少的趨勢(shì)，這主要是由于更多的淤泥質(zhì)海岸被人為圍墾開發(fā)，轉(zhuǎn)化為建設(shè)圍堤岸線、養(yǎng)殖基地或農(nóng)田。

圖4 1988-2018年深圳市各類型岸線長(zhǎng)度變化

人工岸線中，農(nóng)業(yè)圍墾岸線在逐年減少，由1988年的33.27 km，變?yōu)?018年的8.81 km。而建設(shè)圍堤岸線卻在不斷增加，到2008年達(dá)到最大值，且2018年和2008年基本持平。說明隨著工業(yè)、旅游業(yè)及海上貿(mào)易的發(fā)展，人類對(duì)土地的需求量不斷的增加，越來越多的農(nóng)業(yè)用地被用來發(fā)展工業(yè)。養(yǎng)殖圍墾岸線從1998年后基本維持不變。

2.2 岸線開發(fā)強(qiáng)度評(píng)價(jià)

依據(jù)岸線開發(fā)利用強(qiáng)度公式計(jì)算出深圳市海岸線開發(fā)強(qiáng)度（圖5），在過去的30年里，深圳市海岸線的開發(fā)強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)，且表現(xiàn)出不斷的上升趨勢(shì)，由1988年的0.32提高為2018年的0.53，這表明人類對(duì)岸線資源的開發(fā)利用越來越迫切。各岸段的岸線開發(fā)利用強(qiáng)度也存在顯著的差異，具體來說，深圳灣岸段開發(fā)強(qiáng)度一直很高，珠江口岸段開發(fā)強(qiáng)度緊隨其后，但最近幾年超越了深圳灣岸段，大鵬灣和大亞灣岸段岸線開發(fā)強(qiáng)度都較低，但隨著時(shí)間的變化，也呈現(xiàn)出不斷增大的趨勢(shì)。

圖5 深圳市1988-2018年各岸段海岸線開發(fā)強(qiáng)度指數(shù)

總的來說，深圳市西部海岸的珠江口岸段和深圳灣岸段的開發(fā)利用強(qiáng)度要明顯高于東部海岸的大鵬灣岸段和大亞灣岸段。其中岸線開發(fā)利用強(qiáng)度最大的為這主要因?yàn)樯钲谑袞|西部海岸線的自然條件存在明顯分異，西部海岸線幾乎全部為珠江河口地區(qū)的淤泥質(zhì)海岸線，而東部海岸線大部分為基巖海岸和沙質(zhì)海岸[23]。西部地區(qū)造地成本低，填海條件優(yōu)越，現(xiàn)已全部被改造為生產(chǎn)和生活岸線，而東部地區(qū)由于岸線底質(zhì)條件大部分都不適合填海，開發(fā)的較慢，現(xiàn)生態(tài)岸線居多，只有部分由于城市化和工業(yè)化被改造為生產(chǎn)和生活岸線。

3 結(jié)論

本文利用RS和GIS技術(shù)獲取了1988年-2018年30年間深圳市“三灣一口”的海岸線分布情況；計(jì)算了岸線長(zhǎng)度變化強(qiáng)度和岸線開發(fā)利用強(qiáng)度，分析了海岸線時(shí)空長(zhǎng)度、類型變化特征以及海岸線開發(fā)利用強(qiáng)度。主要結(jié)論如下：

（1）1988-2008年研究區(qū)海岸線長(zhǎng)度持續(xù)增加，2008-2018年研究區(qū)海岸長(zhǎng)度線有所輕微減少。1988至2018年深圳市四個(gè)岸段海岸線長(zhǎng)度一直保持大亞灣岸段>大鵬灣岸段>珠江口岸段>深圳灣岸段的分布格局。1988-2018年研究區(qū)整體海岸線的變化強(qiáng)度為0.39%，西部地區(qū)海岸線變化強(qiáng)度要明顯大于東部地區(qū)海岸線變化強(qiáng)度，主要是人為開發(fā)原因造成的。

（2）由于人類對(duì)岸線的圍墾開發(fā)，近30年來，深圳市海岸帶的自然岸線在逐年縮減，而人工岸線卻在逐年增加，大部分自然岸線轉(zhuǎn)化為人工岸線，人工岸線中的各類別也會(huì)相互轉(zhuǎn)換，但主要表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)圍墾岸線轉(zhuǎn)化為建設(shè)圍堤岸線。自然岸線中，基巖岸線、淤泥質(zhì)岸線呈現(xiàn)出逐年下降的趨勢(shì)；人工岸線中，農(nóng)業(yè)圍墾岸線在逐年減少，而建設(shè)圍堤岸線卻在不斷增加。但是不同的四個(gè)岸段也各自呈現(xiàn)出不同的變化特點(diǎn)。

（3）1988-2018年，深圳市海岸線的開發(fā)強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)，且表現(xiàn)出不斷的上升趨勢(shì)，由1988年的0.32提高為2018年的0.53。深圳市西部海岸的珠江口岸段和深圳灣岸段的開發(fā)利用強(qiáng)度要明顯高于東部海岸的大鵬灣岸段和大亞灣岸段，其原因與不同類型海岸的地貌環(huán)境差異密不可分。

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Dynamic Change of the Coastline in Shenzhen during 1988-2018

BAI Ye-hui, LI Xiang-xin, ZHONG Shu-yi

(Kunming University of Science and Technology, Institute of land and Resources Engineering, kunming, Yunnan, 650000)

Taking Shenzhen, a region of rapid urbanization, as the study area and dividing the shoreline into different zones, using TM and OLI satellite image data of 1988, 1998, 2008 and 2018, the shoreline of each period was extracted by object-oriented method, and the temporal and spatial evolution characteristics of the shoreline and the pattern changes of shoreline development and utilization were analyzed systematically. The results show that the coastline length of Shenzhen increases first and then decreases. The overall change intensity of the coastline is 0.39%. The change intensity of the coastline in the western region is obviously greater than that in the eastern region. A large number of natural shorelines have been transformed into flat artificial shorelines. Artificial shorelines have been increasing year by year. Natural shorelines have been shrinking. At the same time, the development intensity of the coastline continues to grow, and shows a rising trend, from 0.32 in 1988 to 0.53 in 2018. The development intensity of Shenzhen Bay and Pearl River estuary is obviously higher than that of Dapeng Bay and Daya Bay.

Coastline; Dynamic change; Remote sensing; Big data analysis

TP79

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.026

柏葉輝(1994-)，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楹０稁鷳B(tài)環(huán)境變化；李向新(1963-)，副教授，主要研究方向?yàn)?S技術(shù)集成及工程應(yīng)用、GIS水文模型；鐘舒怡(1993-)，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槌鞘袛U(kuò)張。

柏葉輝，李向新，鐘舒怡. 深圳市1988-2018年海岸線時(shí)空演變分析[J]. 軟件，2018，39（10）：133-138