王力彥，邢喆，侯辰，章任群，張苗苗，楊慧賢

（國家海洋信息中心，天津 300171）

大陸岸線是海陸相互交匯的界線，蘊(yùn)藏著豐富的生物資源和景觀資源（嚴(yán)愷等，2002），其時(shí)空變遷對(duì)海岸帶的自然地理環(huán)境有重要指示作用，不但表現(xiàn)為岸線位置變遷和類型轉(zhuǎn)變，還會(huì)引起海岸帶灘涂資源的演化，對(duì)生物多樣性、濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)及近岸海洋環(huán)境產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響人類的生存環(huán)境（高義等，2013；楊磊等，2014）。大陸岸線信息提取與變化監(jiān)測(cè)對(duì)海岸資源管理、海岸環(huán)境保護(hù)、海岸可持續(xù)發(fā)展，以及合理規(guī)劃起到至關(guān)重要的作用（Li et al，2002）。改革開放以來，隨著中國沿海經(jīng)濟(jì)帶的不斷發(fā)展，中國大陸岸線在自然作用和人類活動(dòng)的共同影響下發(fā)生了劇烈的變化。杭州灣位于我國沿海中部，長江三角洲南翼，是錢塘江河口區(qū)外海濱部分，外形呈喇叭狀，自?？谙騼?nèi)由寬變窄。其大陸岸線類型多樣，沿岸資源豐富。通過對(duì)杭州灣大陸岸線的變化監(jiān)測(cè)與成因分析，可以為大陸岸線的變遷規(guī)律研究提供借鑒和參考，對(duì)于沿海生態(tài)環(huán)境保護(hù)、資源開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展意義重大。

遙感具有宏觀、高時(shí)效、可重復(fù)觀測(cè)的優(yōu)點(diǎn)（彭修強(qiáng)等，2014；許寧等，2016），能夠快速準(zhǔn)確地提取杭州灣大陸岸線的變化信息，從而實(shí)現(xiàn)海岸動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。楊金中等（2002）選用杭州灣20 世紀(jì)50—70 年代的航空攝影圖像和20 世紀(jì)70年代以來的MSS、TM、IRS 衛(wèi)星掃描資料，對(duì)杭州灣南北兩岸的岸線進(jìn)行了遙感調(diào)查，研究岸線變遷規(guī)律及影響因素，為杭州灣合理開發(fā)、管理和保護(hù)提供了依據(jù)。張華國等（2005）利用1986 年以來8 個(gè)時(shí)相的TM/ETM+遙感數(shù)據(jù)，調(diào)查杭州灣圍墾淤漲情況，發(fā)現(xiàn)杭州灣岸線變化主要是由人工圍墾和灘涂養(yǎng)殖引起。李建佳（2013）基于近30 年來的杭州灣地區(qū)遙感影像和兩岸的歷史變遷資料，系統(tǒng)分析了杭州灣兩岸岸灘沖淤的歷史和近期的演變規(guī)律。徐諒慧（2015）以1990、2000、2010 年的TM 遙感影像、野外實(shí)地考察數(shù)據(jù)、地圖及其他相關(guān)參考數(shù)據(jù)等為數(shù)據(jù)源，利用3S 等技術(shù)手段，對(duì)浙江省大陸岸線的時(shí)空演化特征、空間格局及圍填海格局進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。邵明明（2016）采用歷史資料和Landsat MSS、TM、ETM+遙感影像數(shù)據(jù)，分析了1962、1973、2005、2015 年4 個(gè)不同時(shí)期杭州灣海岸線的變化情況，研究近53 年岸線變遷對(duì)其內(nèi)部水動(dòng)力過程的影響及作用機(jī)理。葉夢(mèng)姚等（2017）以1990—2015 年6 期的TM/OLI 遙感影像為數(shù)據(jù)源，利用RS 和GIS 技術(shù)，分析了浙江省大陸岸線變遷及開發(fā)利用空間格局變化。張琳等（2017） 以1985、1995、2005 年TM 影像和2015年OLI 影像為數(shù)據(jù)源提取浙江省大陸岸線，分析了各期岸線長度、圍填面積和土地利用類型及分形維數(shù)的變化情況。這些研究均在一定程度上涉及了杭州灣大陸岸線變化情況分析，但是也存在一些問題。主要表現(xiàn)在：其一，研究采用數(shù)據(jù)以中等分辨率影像為主；其二，部分研究范圍為浙江全省，對(duì)杭州灣區(qū)域的分析較少；其三，部分研究受學(xué)科限制，分析方法相對(duì)單一。

本文以中、高分辨率遙感影像為數(shù)據(jù)源，分別提 取 杭 州 灣1990、2000、2005、2010、2014、2017 年6 個(gè)時(shí)期的大陸岸線，從岸線長度和岸線類型、岸線變化趨勢(shì)以及岸線變化區(qū)域類型3 個(gè)方面分析其時(shí)空變遷規(guī)律和形成原因，可以掌握20世紀(jì)90 年代以來海岸開發(fā)對(duì)杭州灣大陸岸線的影響，為未來海域合理使用與開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

圖1 杭州灣地理位置示意圖

杭州灣西起浙江省海鹽縣澉浦鎮(zhèn)和慈溪市之間的西三豐收閘斷面，與錢塘江水域?yàn)榻纾粬|至上海揚(yáng)子角—寧波鎮(zhèn)海區(qū)連線，與舟山市、北侖區(qū)海域?yàn)猷?；南連寧波鎮(zhèn)海區(qū)，北接上海金山區(qū)（圖1）。其上游接入錢塘江，下游瀕臨東海，是比較典型的河口海灣。由于灣底的地貌地形和海灣的喇叭狀外形特征，使得這里經(jīng)常產(chǎn)生巨大海潮差，出現(xiàn)涌潮或是暴漲潮現(xiàn)象。在潮汐、風(fēng)浪等水動(dòng)力作用下，杭州灣南、北兩岸長期受到侵蝕、淤積的作用，使其兩岸岸線、潮灘發(fā)生較大的演變（李亮，2015）。

1.2 數(shù)據(jù)源

研究收集了杭州灣1990、2000、2005、2010、2014、2017 年共6 個(gè)年份的遙感影像，數(shù)據(jù)見表1。一方面，隨著遙感技術(shù)的革新和新型傳感器的出現(xiàn)，遙感影像分辨率顯著提升；另一方面，所有衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)均為無云或少云遮擋，能夠清晰地辨認(rèn)大陸岸線所在的位置，有利于岸線的提取。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)列表

考慮到各時(shí)期遙感影像由于傳感器不同導(dǎo)致空間位置和分辨率存在差異，對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。以2005 年“我國近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)”（簡(jiǎn)稱“908 專項(xiàng)”）SPOT 5 影像數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，利用ENVI 軟件采用二次多項(xiàng)式和雙線性內(nèi)插重采樣法，對(duì)各期影像進(jìn)行幾何精校正和重采樣處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的遙感影像，用于岸線信息提?。翁鸬?，2016）。

2 大陸岸線提取方法

根據(jù)《我國近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專項(xiàng)海岸線修測(cè)技術(shù)規(guī)程》 （國家海洋局908 專項(xiàng)辦公室，2007）相關(guān)內(nèi)容建立杭州灣大陸岸線遙感解譯標(biāo)志庫（表2），采用人機(jī)交互方式采集各時(shí)期大陸岸線。具體方法是以908 專項(xiàng)修測(cè)岸線和海域確權(quán)數(shù)據(jù)為參考，首先確定2005 年大陸岸線位置，然后在此基礎(chǔ)上依據(jù)遙感解譯標(biāo)志依次向前提取2000、1990 年大陸岸線，向后提取2010、2014、2017 年大陸岸線。為避免不同年份間主觀判斷不一致而造成的岸線變化干擾，僅對(duì)大陸岸線類型和空間位置發(fā)生變化的岸段進(jìn)行編輯。

表2 遙感解譯標(biāo)志

為了定量分析大陸岸線時(shí)空變遷的成因，在岸線的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)大陸岸線變化區(qū)域進(jìn)行分類提取。大陸岸線變化區(qū)域是指兩個(gè)不同年份的大陸岸線相互疊加，在岸線位置發(fā)生變化的地方圍成的面狀區(qū)域。大陸岸線變化區(qū)域分類體系見表3。

表3 大陸岸線變化區(qū)域類型

3 大陸岸線提取結(jié)果

分別提取杭州灣1990、2000、2005、2010、2014、2017 年6 個(gè)時(shí)期大陸岸線以及1990—2000年、2000—2005 年、2005—2010 年、2010—2014年、2014—2017 年間大陸岸線變化區(qū)域，并對(duì)大陸岸線變化區(qū)域進(jìn)行分類，結(jié)果如圖2—圖4 所示。

4 大陸岸線時(shí)空變遷分析

4.1 基于大陸岸線長度和類型的分析

針對(duì)不同年份大陸岸線提取結(jié)果，統(tǒng)計(jì)各年份大陸岸線總長度，分析岸線長度變化趨勢(shì)?；?08 專項(xiàng)岸線成果中自然岸線分布情況，結(jié)合遙感影像對(duì)2005、2010、2014、2017 年自然岸線分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，同時(shí)結(jié)合岸線總長度統(tǒng)計(jì)結(jié)果，研究自然岸線保有率變化情況（表4）。值得注意的是，由于1990、2000 年影像分辨率較低，為了避免由于影像誤判造成的影響，暫不討論這兩個(gè)年份的自然岸線分布。

圖2 杭州灣大陸岸線提取結(jié)果

圖3 杭州灣大陸岸線變化區(qū)域提取結(jié)果

圖4 杭州灣大陸岸線變化區(qū)域分類結(jié)果

表4 大陸岸線長度和岸線類型變化統(tǒng)計(jì)（單位：km）

為了直觀地展示大陸岸線總長度及其類型構(gòu)成的變化趨勢(shì)，圖5 給出了2005 年以來大陸岸線類型權(quán)重分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

圖5 大陸岸線類型權(quán)重分布統(tǒng)計(jì)圖

結(jié)合表4 和圖5 可以看出，1990—2017 年間，杭州灣大陸岸線總長度在1990—2000 年間有所減少，2000—2005 年間轉(zhuǎn)而增加并達(dá)到最大值，2005 年以后又呈現(xiàn)出明顯的遞減趨勢(shì)。其中，南段岸線的長度變化較之北段岸線波動(dòng)較大。而2005—2014 年間自然岸線長度逐漸減少，相應(yīng)的自然岸線保有率也有明顯降低。2014—2017 年間，由于國家對(duì)自然岸線保護(hù)工作的重視，自然岸線長度沒有發(fā)生變化，大陸岸線總長度的減少造成自然岸線保有率微弱提升。

4.2 基于大陸岸線變化速率的分析

岸線變化速率是用于分析海岸變化過程和預(yù)測(cè)海岸變化趨勢(shì)的常用指標(biāo)。岸線變化速率分析是利用歷史岸線位置隨時(shí)間的變化計(jì)算岸線變化速率的方法。采用端點(diǎn)速率法（黎良財(cái)?shù)龋?015）定量分析杭州灣大陸岸線變化速率過程如下：

（1）根據(jù)大陸岸線數(shù)據(jù)生成大致平行于海岸的基線，保證各期岸線均位于基線的同一側(cè)。

（2）在基線上以等間距向大陸岸線作垂線，每一個(gè)垂線對(duì)應(yīng)一個(gè)編號(hào)，任意兩期岸線與垂線交點(diǎn)的距離，即為對(duì)應(yīng)時(shí)期岸線變化距離，從而可以定量地分析任一時(shí)期大陸岸線的變遷速率。

所謂的端點(diǎn)速率法就是基于基線，計(jì)算兩期大陸岸線在垂線上的距離與對(duì)應(yīng)時(shí)期的時(shí)間間隔之間的比值，計(jì)算公式如下：

式中：EPRm（i，j）為i、j 兩個(gè)時(shí)相大陸岸線在m 條基線上的變化速率，Dmj、Dmi分別為i、j 兩個(gè)時(shí)相大陸岸線在第m 條垂線的交點(diǎn)至基線的距離，T 為i、j 兩個(gè)時(shí)相的時(shí)間間隔。

本文采用端點(diǎn)速率法定量分析1990—2000、2000—2005 年、2005—2010 年、2010—2014 年和2014—2017 年杭州灣大陸岸線變化速率，結(jié)果見表5。

表5 大陸岸線變化速率統(tǒng)計(jì)（單位：m·a-1）

結(jié)合大陸岸線提取結(jié)果和變化速率統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出，1990—2017 年期間杭州灣大陸岸線整體以較快的速率向海一側(cè)推進(jìn)。其中，以2000—2005 年和2005—2010 年推進(jìn)速率最快，2014—2017 年推進(jìn)幅度明顯減弱。以河口為界，北段岸線向海推進(jìn)幅度較緩，以海寧市和海鹽縣交界附近區(qū)域推進(jìn)幅度最大。南段岸線則普遍以較大的幅度向海推進(jìn)，岸線平直、整齊，說明人類活動(dòng)是促使岸線向海推進(jìn)的主要原因，且南岸人類活動(dòng)較之北岸更加劇烈。

4.3 基于大陸岸線變化區(qū)域類型的分析

大陸岸線變化區(qū)域類型分析是通過對(duì)不同時(shí)相間大陸岸線變化區(qū)域進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)以定量分析造成岸線變化的原因。其過程如下。

（1）將相鄰年份的岸線進(jìn)行疊加，然后由線轉(zhuǎn)成面，在生成的面文件中，岸線重疊的位置為空，岸線發(fā)生變化的部分構(gòu)成變化區(qū)域。

（2）對(duì)生成的岸線變化區(qū)域進(jìn)行面積統(tǒng)計(jì)，設(shè)定閾值，對(duì)不具有統(tǒng)計(jì)意義的圖斑予以舍棄。

（3）對(duì)b 中得到的岸線變化區(qū)域進(jìn)行分類，分別統(tǒng)計(jì)各類型變化區(qū)域的變化面積（表6）。

可以看出，雖然4 個(gè)階段大陸岸線變化區(qū)域圍成的總面積逐漸減少，但是平均每年的變化強(qiáng)度卻有顯著的不同。其中，2000—2005 年變化最為劇烈，2005—2010 年次之，2010—2014 年和1990—2000 年變化強(qiáng)度一般，2014—2017 年變化最為緩慢。

此外，為了更加直觀地分析造成1990—2000年、2000—2005 年、2005—2010 年、2010—2014 年、2014—2017 年間大陸岸線變化的原因，圖6 展示了各階段大陸岸線變化區(qū)域的類型分布。由于退陸還海變化區(qū)域面積極小，在圖中未予顯示?？梢钥闯?，填海造地在大陸岸線變化區(qū)域類型權(quán)重分布中占比高達(dá)57.88%～94.74%，是造成杭州灣大陸岸線變化的最重要影響因素。其次是圍海工程，其在1990—2014 年大陸岸線變化區(qū)域類型權(quán)重分布中占比達(dá)5.26%～35.76%，在2014—2017 年間占比更是高達(dá)100%。河口變化造成的大陸岸線變化相對(duì)較少，即使在其權(quán)重分布占比最高的1990—2000 年，也僅占6.36%。

表6 大陸岸線變化區(qū)域類型統(tǒng)計(jì)（單位：km2）

5 結(jié)束語

本文針對(duì)杭州灣1990、2000、2005、2010、2014、2017 年大陸岸線提取結(jié)果展開研究，通過對(duì)岸線長度和岸線類型、岸線變化速率以及岸線變化區(qū)域類型等3 方面的分析，探討1990—2017 年期間杭州灣大陸岸線的時(shí)空變遷規(guī)律和形成原因，得出了以下結(jié)論。

（1）杭州灣大陸岸線總長度在1990—2005 年間存在一定的波動(dòng)，2005 年達(dá)到最大值，之后至2017 年表現(xiàn)出明顯的遞減趨勢(shì)；自然岸線整體呈遞減趨勢(shì)發(fā)展，相應(yīng)的自然岸線保有率也逐漸下降。

（2）20 世紀(jì)90 年代以來，杭州灣大陸岸線整體向海一側(cè)推進(jìn)。一方面，南岸岸線推進(jìn)幅度比北岸明顯得多；另一方面，平直、整齊的南岸岸線，說明人類活動(dòng)是促使岸線向海推進(jìn)的主要原因。

（3）圍填海等工程建設(shè)是造成杭州灣大陸岸線變遷的主要影響因素。特別是2000—2010 年間，大陸岸線變化強(qiáng)度的劇增，是圍填海工程建設(shè)不斷加強(qiáng)的直接后果。

（4）隨著2017 年《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》的頒布，國家對(duì)圍填海工程的管控和對(duì)海岸線保護(hù)與利用管理的加強(qiáng)，可以有效控制杭州灣大陸岸線的變化趨勢(shì)，促使科學(xué)合理的海岸帶格局的形成。