張 旭，張繼偉，李青生，陳鳳桂，蔣金龍

(自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門361005)

海岸線是指多年大潮平均高潮位時(shí)的海陸分界線，具有重要的生態(tài)功能和資源價(jià)值[1]。近年來，隨著沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)海岸線資源占用越來越多，如何平衡海岸線開發(fā)與保護(hù)、合理地利用海岸線資源成為人類面臨的迫切難題。而海岸線資源開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)通過對(duì)海岸線資源特征進(jìn)行綜合評(píng)估，協(xié)調(diào)海岸線功能布局，是提高海岸線資源綜合利用效益和保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境空間的重要方式[2]。

國外對(duì)海岸線資源的評(píng)價(jià)多集中于各類岸線規(guī)劃與評(píng)價(jià)報(bào)告中[3]，如Simeoni等(1994)在研究海岸特征變量間相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上對(duì) Marche 南部海岸進(jìn)行分類研究[4]；Forward等(1970)從城市發(fā)展的維度對(duì)澳大利亞海岸線進(jìn)行了評(píng)價(jià)和規(guī)劃[5]。國內(nèi)則主要以港口及江河岸線為對(duì)象開展研究[6-10]。近年來國內(nèi)研究對(duì)象逐漸轉(zhuǎn)移到濱海岸線資源上，如閆吉順等(2018)通過研究建立自然海岸保護(hù)適宜性綜合評(píng)價(jià)體系劃分自然海岸保護(hù)級(jí)別[11]；徐諒慧等(2015)利用遙感與GIS技術(shù)構(gòu)建適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)浙江省海岸線資源進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]；許偉(2016)從功能視角對(duì)上海市海岸線資源進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)研究[13]；郭子堅(jiān)等(2015)構(gòu)建海岸線開發(fā)潛力-生態(tài)限制評(píng)價(jià)模型對(duì)大連海岸線展開研究[14]?？v觀現(xiàn)有研究，目前海岸線資源評(píng)價(jià)仍主要集中于工業(yè)發(fā)展和港口建設(shè)等方面，對(duì)生活旅游、生態(tài)保護(hù)等功能布局方面關(guān)注較少，且研究側(cè)重于從社會(huì)經(jīng)濟(jì)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)，而從經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境方面綜合評(píng)價(jià)沿海岸線資源開發(fā)適宜性的研究有待深入。

本研究以?？谑泻０毒€為例，綜合考慮海岸線開發(fā)與保護(hù)要求，從生產(chǎn)、生活、生態(tài)3個(gè)維度構(gòu)建海岸線資源開發(fā)適宜性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并基于GIS技術(shù)對(duì)海岸線進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為?？谑泻０毒€資源的開發(fā)與保護(hù)提供一定的科技支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

海口市位于海南島北部(19.53°—20.10°N，110.13°—110.72°E)，是海南省政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心和重要的交通樞紐。海口市海岸線總長度約為140 km，海岸線曲折，海岸類型多樣(圖1)。近年來，?？谑薪?jīng)濟(jì)社會(huì)迅速發(fā)展，海岸線開發(fā)力度逐漸加大，導(dǎo)致在海岸線資源開發(fā)利用方面出現(xiàn)了一些問題，如部分海岸線開發(fā)強(qiáng)度較大，缺乏相應(yīng)的保護(hù)措施；部分岸段海岸線侵蝕較為嚴(yán)重；部分優(yōu)質(zhì)的自然岸線逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぐ毒€。

圖1 ?？谑泻０毒€示意圖

1.2 技術(shù)路線

首先收集整理研究區(qū)相關(guān)資料，建立海岸線資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；其次根據(jù)評(píng)價(jià)需要選取指標(biāo)，確定指標(biāo)權(quán)重和分級(jí)閾值，通過圖層疊置分析得到適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果；最后通過三維魔方分類進(jìn)行海岸線開發(fā)適宜性功能劃分得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(圖2)。

圖2 海岸線資源開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)框架

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究使用的海岸線數(shù)據(jù)是通過對(duì)Landsat 8遙感影像(2018年，分辨率30 m)進(jìn)行預(yù)處理(輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像融合、幾何校正)后，再使用邊緣檢測算法(Matrix Laboratory， MATLAB， Canny算子)提取，最后結(jié)合海口市修測岸線、現(xiàn)場踏勘進(jìn)行岸線修正[15-16]。

土地利用類型數(shù)據(jù)通過Landsat 8遙感影像解譯獲得，土地利用分類系統(tǒng)參照《第三次全國土地調(diào)查技術(shù)規(guī)程》[17]采用目視解譯法提取，將海口市土地利用分為林地、草地、建設(shè)用地、水系、其他用地5類，解譯總精度為0.83(通過ENVI軟件統(tǒng)計(jì)分類得到)。

植被覆蓋數(shù)據(jù)是利用Landsat 8遙感影像波段運(yùn)算得到[18]：首先通過紅外波段與近紅外波段運(yùn)算得到歸一化植被指數(shù)(Normalized Vegetation Index, NDVI)指數(shù)，再根據(jù)歸一化植被指數(shù)計(jì)算植被覆蓋度(Fractional Vegetation Cover, FVC)。公式如下:

NDVI=(DNIR-DNR)/(DNIR+DNR)

(1)

FVC=(NDVI-NDVImin)/(NDVI+NDVImax)

(2)

式(1)中：DNIR表示近紅外波段反射率值，DNR表示紅外波段反射率值。

相關(guān)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)還包括：地形坡度數(shù)據(jù)是通過數(shù)字高程模型(Digitial Elevation Model, DEM，精度30 m)提?。凰顢?shù)據(jù)提取自海圖；《?？谑泻Ｑ蟓h(huán)境狀況公報(bào)(2018)》[19]用于分析環(huán)境狀況；《?？谑泻Ｑ蠊δ軈^(qū)劃(2013—2020)》[20]用于綜合分析海域與海岸線功能；近年?？谑泻Ｓ蛩|(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)以及潮汐資料用于了解近岸海域水文水質(zhì)狀況。遙感影像與數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)下載自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)，海圖、環(huán)境公報(bào)、功能區(qū)劃、水質(zhì)潮汐數(shù)據(jù)等資料由?？谑泻Ｑ蠛蜐O業(yè)局提供。

1.4 指標(biāo)選擇與處理

1.4.1 指標(biāo)選擇 基于研究的基礎(chǔ)資料，考慮指標(biāo)的代表性與數(shù)據(jù)可獲得性，從生產(chǎn)、生活、生態(tài)3個(gè)維度綜合選取指標(biāo)(表1)。

表1 海岸線資源適宜性指標(biāo)體系

生產(chǎn)適宜性主要考慮對(duì)海岸線使用影響較大的自然條件因子，如海岸線穩(wěn)定性、岸前水深、避風(fēng)條件、潮差和陸域可開發(fā)縱深。隨著海洋工程技術(shù)的發(fā)展，一些相對(duì)可變因素如海岸線集疏運(yùn)條件、岸線城市依托等對(duì)生產(chǎn)開發(fā)活動(dòng)的限制能力逐漸變?nèi)?，海岸線本身的自然條件逐漸成為海岸線開發(fā)的重要影響因素[9]：海岸線穩(wěn)定性、岸前水深等因素是港口建設(shè)運(yùn)營的基礎(chǔ)條件，海岸線越穩(wěn)定，港口生命周期越長；對(duì)于港口而言，水深越深則可進(jìn)出港船舶噸位越大，生產(chǎn)能力越高；避風(fēng)條件與潮差是船舶進(jìn)出港口作業(yè)的重要限制因素，風(fēng)浪越小對(duì)船舶作業(yè)限制越小[21]；陸域可開發(fā)縱深是海岸線開發(fā)與發(fā)展的重要影響因素，后方陸域?qū)掗熎教?，可開發(fā)縱深范圍越廣，生產(chǎn)適宜性越高。

生活適宜性主要考慮人們對(duì)生態(tài)環(huán)境及交通便利程度的需求，選取的指標(biāo)為近岸水質(zhì)狀況、城鎮(zhèn)鄰近度、生態(tài)功能區(qū)鄰近度。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高；城鎮(zhèn)交通便利是人們出行的重要影響因子[22]；生態(tài)功能區(qū)一般是自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)等，是風(fēng)景優(yōu)美、生態(tài)和諧的重要區(qū)域，也是高生活適宜性的重要體現(xiàn)。

生態(tài)適宜性主要考慮生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面的需求，選取生態(tài)服務(wù)功能重要性、海洋環(huán)境容量以及災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等3項(xiàng)指標(biāo)。生態(tài)服務(wù)功能重要性是指人類能從自然生態(tài)系統(tǒng)中獲得的直接或間接效益，距離重要生態(tài)功能區(qū)越近生態(tài)適宜性越高[12]；環(huán)境容量是反映海岸帶污染物承載能力的指標(biāo)，是海岸帶環(huán)境承載力和恢復(fù)力的重要體現(xiàn)；災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)是反映海岸帶區(qū)域?qū)ψ匀粸?zāi)害的防護(hù)能力，是反映海岸線防災(zāi)減災(zāi)能力和生態(tài)保護(hù)水平的重要因素[23]。

1.4.2 指標(biāo)分級(jí) 通過ArcGIS、ENVI等軟件對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析處理，并結(jié)合指標(biāo)閾值進(jìn)行分級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)化處理后賦值1～3分。岸前水深通過海圖數(shù)字化提取、陸域可開發(fā)縱深通過數(shù)字高程數(shù)據(jù)計(jì)算坡度并作緩沖區(qū)分析后分級(jí)賦值；生態(tài)功能區(qū)鄰近度及城鎮(zhèn)鄰近度作緩沖區(qū)分析后按距離分級(jí)賦值；海岸線穩(wěn)定性、避風(fēng)條件等根據(jù)資料及現(xiàn)場踏勘綜合分析后分級(jí)賦值；潮差根據(jù)潮汐數(shù)據(jù)計(jì)算并分級(jí)賦值；近岸水質(zhì)狀況、海洋環(huán)境容量根據(jù)海洋環(huán)境公報(bào)確定海水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與水質(zhì)目標(biāo)后分級(jí)賦值；災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)借助遙感影像計(jì)算沿岸植被覆蓋度及坡度綜合分析后分級(jí)賦值。

指標(biāo)閾值參考現(xiàn)有研究[2,12]以及?？谑兄笜?biāo)數(shù)據(jù)特點(diǎn)綜合確定：海岸線穩(wěn)定性根據(jù)海口市海岸線沖淤狀況定性設(shè)定；岸前水深根據(jù)?？谑醒匕?0 m水深分布特點(diǎn)設(shè)置閾值為500 m與1 000 m；陸域開發(fā)縱深根據(jù)沿岸坡度及距岸線距離設(shè)置閾值為500 m與1 000 m；潮差根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)設(shè)置為1.0 m與1.3 m；避風(fēng)條件根據(jù)海岸線周邊風(fēng)浪條件及地理位置設(shè)定。近岸水質(zhì)狀況根據(jù)水質(zhì)現(xiàn)狀分析結(jié)果及海洋水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)劃分；生態(tài)功能區(qū)鄰近度與城鎮(zhèn)鄰近度閾值設(shè)置為500 m與1 000 m。生態(tài)服務(wù)功能重要性根據(jù)海岸線離?？谑兄匾鷳B(tài)保護(hù)區(qū)距離設(shè)置為5 000 m與10 000 m；海洋環(huán)境容量根據(jù)海口市近岸水質(zhì)目標(biāo)設(shè)定；災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)根據(jù)沿岸植被覆蓋度以及坡度設(shè)定。

1.5 評(píng)價(jià)方法

1.5.1 疊加分析法 本研究主要通過對(duì)各指標(biāo)因子圖層加權(quán)疊加分析實(shí)現(xiàn)，公式如下：

(3)

式(3)中：Si表示第i個(gè)評(píng)價(jià)單元的總得分，Wij表示第i個(gè)評(píng)價(jià)單元中第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，x表示指標(biāo)因子，f(xij)表示第i個(gè)評(píng)價(jià)單元中第j個(gè)指標(biāo)因子得分，n表示第i個(gè)評(píng)價(jià)單元中的指標(biāo)數(shù)量。本研究選取的指標(biāo)反映了海岸線獨(dú)特的屬性特征，因此認(rèn)為其權(quán)重相等。根據(jù)上述分析方法將其劃分為3個(gè)等級(jí)(表2)。

表2 海岸線適宜性等級(jí)劃分

1.5.2 三維魔方分類 三維魔方分類是指從事物不同維度構(gòu)建三維坐標(biāo)系，每個(gè)維度設(shè)定不同結(jié)點(diǎn)構(gòu)成三維空間的N階魔方，形成N×N×N種模式組合，并通過制定組合歸類規(guī)則進(jìn)行分區(qū)[24]。該方法是空間功能分區(qū)應(yīng)用較為成熟的方法[25]，可以直觀表達(dá)研究單元的主導(dǎo)功能位序[26]。因此本研究構(gòu)建以生產(chǎn)、生活、生態(tài)為軸的三維坐標(biāo)系，并等距劃分形成3×3×3三維魔方，并依照適宜性等級(jí)優(yōu)先確定開發(fā)方向。生態(tài)適宜性等級(jí)高其余較低，應(yīng)進(jìn)行管制保護(hù)；生產(chǎn)適宜性等級(jí)高其余較低，適合大規(guī)模開發(fā)；生活適宜性等級(jí)高其余較低則適度開發(fā)；各類等級(jí)均較低則優(yōu)先按照生態(tài)適宜性等級(jí)確定開發(fā)方向；最后結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研及資料分析確定海岸線適宜開發(fā)功能類型。

2 結(jié)果與討論

2.1 海岸線適宜性評(píng)價(jià)

2.1.1 生產(chǎn)適宜性 ?？谑泻０毒€生產(chǎn)適宜性整體較好，以I、II級(jí)岸線為主，其中I級(jí)岸線占岸線總長度的54.2%，II級(jí)岸線占岸線總長度的38.5%，III級(jí)岸線占岸線總長度的7.2%。I級(jí)岸線主要分布在東海岸至東寨港岸段，該段海岸線較穩(wěn)定且海岸線后方陸域開闊平坦，開發(fā)條件優(yōu)越。II級(jí)岸線主要分布在?？谑形鞑科瑓^(qū)、中心城區(qū)。III級(jí)岸線主要分布在新埠島至南渡江河口岸段，其中新埠島岸段受潮流影響侵蝕嚴(yán)重，南渡江河口岸段受風(fēng)浪影響近岸泥砂變化活躍(表3)。

2.1.2 生活適宜性 ?？谑泻０毒€生活適宜性總體優(yōu)越，I、II級(jí)岸線占岸線總長度的98%，西海岸至海甸島岸段生活適宜性明顯高于東海岸。其中I級(jí)岸線主要分布在盈濱半島至海甸島岸段，生活環(huán)境較好且交通較為便利。新海港岸段主要因?yàn)榻杜盼塾绊懀钸m宜性為III級(jí)。II級(jí)岸線主要分布在新埠島至東寨港岸段，該段目前開發(fā)力度較小且距城鎮(zhèn)相對(duì)較遠(yuǎn)(表3)。

2.1.3 生態(tài)適宜性 ?？谑泻０毒€生態(tài)適宜性總體較好，I、II級(jí)岸線分別占岸線總長度的46.1%、45.2%。I級(jí)岸線主要分布在東寨港岸段，該段存在國家級(jí)紅樹林保護(hù)區(qū)，生態(tài)服務(wù)功能高。II級(jí)岸線主要分布在盈濱半島、西海岸、海甸島至東海岸等岸段，新海港、秀英港和?？跒嘲抖斡捎诟劭诮ㄔO(shè)以及城市生活污水排放，生態(tài)適宜性為III級(jí)(表3)。

表3 ?？谑泻０毒€適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

2.2 海岸線功能評(píng)價(jià)

根據(jù)疊加分析法得到海口市海岸線適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果，通過三維魔方分類得出海口市海岸線開發(fā)適宜功能類型[27-29]，其結(jié)果表明：海口海岸線整體開發(fā)強(qiáng)度較高，中心城區(qū)>西部片區(qū)>東部片區(qū)；生產(chǎn)岸線、生活岸線、生態(tài)岸線、儲(chǔ)備岸線長度分別占岸線總長度的13.61%、38.01%、39.48%、8.90%，其中生態(tài)岸線長度占比最高，主要分布在東部片區(qū)的東寨港岸段，儲(chǔ)備岸線長度占比最低，主要分布在新埠島與南渡江河口部分岸段；?？谑泻０毒€資源開發(fā)適宜功能類型包括港口碼頭、漁業(yè)養(yǎng)殖、生活旅游、生態(tài)保護(hù)、儲(chǔ)備岸線5種，其中主要以生活旅游功能為主(圖3、表4、5)。

圖3 ?？谑泻０毒€綜合評(píng)價(jià)分布示意圖

表4 海口市海岸線功能統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表5 ?？谑泻０毒€功能劃分結(jié)果

2.3 討論

2020年6月1日，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《海南自由貿(mào)易港建設(shè)總體方案》，在海南全島建設(shè)自由貿(mào)易試驗(yàn)區(qū)和中國特色自由貿(mào)易港，海南進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。?？谑凶鳛楹Ｄ鲜∈?huì)，是海南省的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域，分布著大量的生態(tài)敏感區(qū)，未來?？谑械拈_發(fā)與保護(hù)矛盾將更加突出，而海岸線作為海陸交界線，是重點(diǎn)開發(fā)區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)，是未來開發(fā)與保護(hù)矛盾聚焦點(diǎn)。因此，本研究從生產(chǎn)、生活、生態(tài)3個(gè)維度評(píng)價(jià)了?？谑泻０毒€資源的開發(fā)適宜性，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了海岸線功能評(píng)價(jià)，結(jié)果一方面可以為?？谑袑氋F的海岸線資源保護(hù)提供參考，另一方面也可以為?？谑泻侠硪?guī)劃海岸線開發(fā)布局提供科學(xué)依據(jù)。

另外海口市海岸線生態(tài)岸線長度占比較高，但主要集中在東部片區(qū)的東寨港岸段，西部片區(qū)主要為生活岸線，建議加強(qiáng)西部城區(qū)沿海岸線附近的帶狀公園建設(shè)，提高海岸線的生態(tài)化水平；新埠島與南渡江河口岸線受到的侵蝕較強(qiáng)，建議加強(qiáng)侵蝕岸線的修復(fù)；東海岸沿岸生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)越，海岸線開發(fā)程度較低，建議在未來開發(fā)過程中，協(xié)調(diào)好海岸線的開發(fā)與保護(hù)，保護(hù)好寶貴的海岸線資源。

最后本研究中指標(biāo)閾值的設(shè)定主要依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)來確定，這可能會(huì)在一定程度上影響評(píng)價(jià)結(jié)果的精度，因此需要在今后的研究中根據(jù)海口市的實(shí)際情況不斷完善。

3 結(jié)論

(1)本研究從生產(chǎn)、生活、生態(tài)3個(gè)維度構(gòu)建海岸線資源開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)?？谑泻０毒€資源進(jìn)行開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)和功能分段。

(2)海口市海岸線整體開發(fā)強(qiáng)度較高，中心城區(qū)的開發(fā)強(qiáng)度最大，西部片區(qū)次之，東部片區(qū)的開發(fā)強(qiáng)度最小。?？谑泻０毒€中，生產(chǎn)岸線、生活岸線、生態(tài)岸線、儲(chǔ)備岸線分別占岸線總長度的13.61%、38.01%、39.48%、8.90%。

(3)?？谑泻０毒€資源按照開發(fā)功能可分為港口碼頭、漁業(yè)養(yǎng)殖、生活旅游、生態(tài)保護(hù)、儲(chǔ)備岸線等5種類型，西部片區(qū)、中心城區(qū)以生活旅游功能為主兼具港口航運(yùn)功能；生態(tài)保護(hù)岸線和漁業(yè)岸線主要分布在東部片區(qū)東寨港岸段。

(4)建議加強(qiáng)西部城區(qū)沿海岸線附近的帶狀公園建設(shè)，提高海岸線的生態(tài)化水平；新埠島與南渡江河口岸線受到的侵蝕較強(qiáng)，建議加強(qiáng)侵蝕岸線的修復(fù)；東海岸沿岸生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)越，海岸線開發(fā)程度較低，建議在未來開發(fā)過程中，協(xié)調(diào)好海岸線的開發(fā)與保護(hù)，保護(hù)好寶貴的海岸線資源。