姚文強(qiáng)
(上海市測(cè)繪院,上海 200063)
海岸帶是地處陸海交匯的特殊生態(tài)系統(tǒng),其珍貴的岸線、濱海濕地等資源,為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。海岸帶開發(fā)與保護(hù)是沿海城市重要的發(fā)展任務(wù)。應(yīng)堅(jiān)持“陸海統(tǒng)籌、系統(tǒng)規(guī)劃”的原則來合理布局海岸帶的開發(fā)與保護(hù)。為此,應(yīng)加強(qiáng)海岸帶開發(fā)利用科學(xué)規(guī)劃與管理,對(duì)海岸帶進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),為海岸帶的有序開發(fā)與保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。
上海市是我國(guó)超大型城市,人口與土地資源之間的矛盾比較突出。在城市建設(shè)和開發(fā)的過程中,依靠海洋是解決土地資源過少的一種手段,特別是在上海的“十三五”規(guī)劃中,也進(jìn)行了一定面積的用海規(guī)劃。在國(guó)家海洋局印發(fā)的《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》中,明確了自然岸線的保有率,并將其納入海洋生態(tài)紅線管控。海岸帶開發(fā)利用應(yīng)是有規(guī)劃、有紀(jì)律的,嚴(yán)格管控圍填?;顒?dòng),嚴(yán)守海洋生態(tài)保護(hù)紅線,維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全。
本文對(duì)上海市域范圍內(nèi)的海岸帶開發(fā)利用進(jìn)行變化監(jiān)測(cè),基于地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果,分析海陸(島)分界線、地表覆蓋的一系列長(zhǎng)度變化、面積變化、空間位置變化的現(xiàn)象,實(shí)現(xiàn)海岸帶專題地圖的快速可視化,可以為國(guó)家相關(guān)部門對(duì)海岸帶的開發(fā)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境監(jiān)管提供信息支撐,保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境,維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全。
上海市海岸帶位于我國(guó)11個(gè)沿海省市的中點(diǎn),扼居長(zhǎng)江口,南瀕杭州灣,東臨東海,北接江蘇、南臨浙江,位于長(zhǎng)江入??诤蜄|海的交匯處,是我國(guó)黃金海岸與黃金水道的交匯處,構(gòu)成了我國(guó)弓箭型江海格局的關(guān)鍵點(diǎn)[2]。“十三五”期間,上海海洋經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)明顯,2020年海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值突破萬億元,連續(xù)多年位居全國(guó)沿海省市前列[3]。
上海市的海岸帶包括長(zhǎng)江岸帶、杭州灣岸帶和眾多河口島嶼(如崇明島、橫沙島、長(zhǎng)興島、大小金山島等)。沿海灘涂大部分為淤泥質(zhì)平原海岸帶,灘地比較開闊,可開發(fā)利用潛力大[4,5]。作為超大型城市,上海人口眾多、土地資源緊缺,海岸帶開發(fā)利用是城市可持續(xù)發(fā)展的重要一環(huán),具有良好的研究和應(yīng)用價(jià)值。本文的研究區(qū)為上海陸域的沿海區(qū)域及近海島嶼,按照行政區(qū)劃管理單元分割,即寶山區(qū)、浦東新區(qū)、奉賢區(qū)、金山區(qū)和崇明區(qū)5個(gè)縣級(jí)行政區(qū)。
本文獲取了2015年~2018年4個(gè)年份的上海市地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)成果作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)全面摸清“家底”的基礎(chǔ)性工作,按照“所見即所得”的原則,全面、客觀、真實(shí)地反映了地表現(xiàn)狀。其成果包括遙感影像、地表覆蓋和國(guó)情要素三大內(nèi)容。遙感影像分辨率均優(yōu)于 0.5 m,可以直觀反映海岸帶的現(xiàn)狀和變遷;地表覆蓋具有全覆蓋、無縫隙、高精度的特點(diǎn),反映了土地表面自然或人工屬性或狀況;國(guó)情要素包括行政區(qū)劃、河流、道路等各類專題信息。
利用上海市2015年~2018年4個(gè)年份的地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)成果,從海陸(島)分界線和沿海區(qū)縣的地表覆蓋變化兩個(gè)方面對(duì)海岸帶的開發(fā)利用監(jiān)測(cè)情況開展分析,并利用ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)專題地圖的快速表達(dá),為海岸帶開發(fā)規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和決策支持,如圖1所示。
圖1 技術(shù)流程圖
本文從線和面兩個(gè)維度考慮,選擇了海陸(島)分界線和地表覆蓋來反映海岸帶開發(fā)利用情況。
海陸(島)分界線是海洋與陸地(島嶼)的分界線,是多年平均大潮高潮痕跡的連線[6]。依據(jù)人類開發(fā)利用狀況,海陸(島)分界線可分為自然邊界線和人工邊界線兩種類型構(gòu)成。自然邊界線是平均大潮高潮線的痕跡線[7,8]。人工邊界線是以人工設(shè)施外圍界定的水陸邊界線。利用2015年~2018年4個(gè)年份的高分辨率遙感影像,獲取海陸(島)分界線,并進(jìn)行分類。對(duì)海陸(島)分界線的長(zhǎng)度變化、空間位置變化進(jìn)行分析,可以直觀地反映人類開發(fā)利用海洋資源的進(jìn)程。
地表覆蓋反映了土地表面各類營(yíng)造物的屬性或狀況[9]。為充分反映上海海岸帶土地開發(fā)利用的情況,利用地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),將沿海5個(gè)縣級(jí)區(qū)縣的地表覆蓋分為8大類,分別是種植土地、林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地和水域。通過對(duì)比2015年和2018年兩年海岸帶地表覆蓋變化,反映人類開發(fā)利用海岸帶強(qiáng)度。
為了實(shí)現(xiàn)海岸帶開發(fā)利用情況的快速可視化,利用ArcGIS軟件和數(shù)據(jù)庫自動(dòng)出圖技術(shù),編制海岸帶專題地圖[10]。首先,應(yīng)用地理國(guó)情要素專題數(shù)據(jù),在ArcGIS軟件定制統(tǒng)一的專題底圖模板,包括數(shù)據(jù)表達(dá)、注記輸出、色彩設(shè)計(jì)、符號(hào)配置、圖面整飾等,提高地圖制作的效率和質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)地圖快速打印和輸出,提升信息化制圖的美觀性和科學(xué)性。為契合用戶認(rèn)知,海岸帶專題底圖應(yīng)以藍(lán)色背景為宜,表達(dá)與主題相關(guān)的重點(diǎn)內(nèi)容即可,比如骨干的河湖與注記、行政區(qū)劃界線與注記等,整體風(fēng)格簡(jiǎn)潔簡(jiǎn)約。
海岸帶專題地圖可采用線劃地圖和影像地圖相結(jié)合的方式。線劃地圖是經(jīng)過制圖綜合后的表達(dá),用形象的線劃、符號(hào)和注記表達(dá)地理要素,影像地圖具有表現(xiàn)真實(shí)、數(shù)據(jù)完整等特點(diǎn),細(xì)節(jié)豐富[11]。因此可以將兩種地圖相結(jié)合,線劃地圖反映海岸帶宏觀空間現(xiàn)狀和分布,影像地圖通過前后時(shí)相對(duì)比圖反映局部變化。
通過ArcGIS軟件進(jìn)行可視化表達(dá),可以大大縮短地圖的成圖周期,將數(shù)據(jù)更新和地圖更新有機(jī)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)同步快速更新,提高出圖的效率,從而為城市的規(guī)劃、開發(fā)、建設(shè)等決策與管理提供了高現(xiàn)勢(shì)性的參考資料。
上海地處長(zhǎng)江入???,經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),人口密度高,土地資源緊張,因此,在歷史上就通過層層往東修建海塘使陸域范圍不斷擴(kuò)大。海塘修建的歷史最早可以追溯到隋唐,當(dāng)時(shí)就有建設(shè)土海塘的記載,目前上海還保留著一段270多年前的石海塘[12]。
從現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)情況來看,2018年,上海的海陸(島)分界線總長(zhǎng)度為 584.12 km,其中海陸分界線 217.55 km,占海陸(島)分界線總長(zhǎng)度的37.24%;近岸島嶼分界線 366.57 km,占海陸(島)分界線總長(zhǎng)度的62.76%。從邊界類型來看,自然邊界線占海陸(島)分界線不到百分之一,僅為0.72%,總長(zhǎng)度為 4.22 km。99.28%的海陸(島)分界線皆為人工邊界線,且超過85%的區(qū)域均為防護(hù)工程邊界線(海塘)。
從變化監(jiān)測(cè)情況來看,2015年~2018年,上海市海陸(島)分界線呈逐年遞增趨勢(shì),長(zhǎng)度總體增長(zhǎng) 16.71 km,均為人工邊界線,自然邊界線沒有明顯的變化。其中,2016年~2017年,海陸(島)分界線變化長(zhǎng)度增長(zhǎng)了 16.24 km,占到近三年變化長(zhǎng)度的97.19%,為海陸(島)分界線長(zhǎng)度變化最顯著的一年,如表1、圖2所示。
海陸(島)分界線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)表(單位/km) 表1
圖2 2018年上海海陸(島)分界線空間分布圖
為了進(jìn)一步分析人工邊界線的變化情況,將人工邊界線進(jìn)一步分為養(yǎng)殖邊界線、鹽田邊界線、港口碼頭邊界線、臨海建設(shè)邊界線、道路邊界線、防護(hù)工程邊界線、防潮閘、其他人工邊界線8種類型。
2015年~2018年期間,人工邊界線長(zhǎng)度呈總體增加的趨勢(shì)。其中養(yǎng)殖邊界線呈現(xiàn)輕微減少趨勢(shì),港口碼頭邊界線和道路邊界線在小幅減少后轉(zhuǎn)為增加趨勢(shì),防潮閘增長(zhǎng)趨勢(shì)放緩。從總量來看,防護(hù)工程邊界線大幅增長(zhǎng) 15.94 km,養(yǎng)殖邊界線、防潮閘和其他人工邊界線也有一定程度的增長(zhǎng),分別增長(zhǎng) 0.28 km、0.13 km和 0.53 km。其中2016年~2017年為變化最顯著的一年,占到近三年變化長(zhǎng)度的97.19%。主要是由于該年新修建成了較長(zhǎng)的防護(hù)工程邊界線。具體數(shù)值和空間分布情況如表2和圖3所示。
海陸(島)人工邊界線分類變化統(tǒng)計(jì)表(單位/km) 表2
圖3 上海海陸(島)分界線空間變化分布圖
利用ArcGIS對(duì)上海海陸(島)分界線空間變化情況進(jìn)行可視化表達(dá)。從圖3可以看出,上海的海岸帶正在向東海方向延伸,主要表現(xiàn)為在長(zhǎng)江主航道疏浚過程中泥沙堆積形成圍填海區(qū)域和長(zhǎng)江水?dāng)y帶的泥沙沖積成陸。海陸(島)分界線外移促使陸域面積不斷擴(kuò)大,通過圍填海在一定程度上為拓展城市的發(fā)展空間,增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)力創(chuàng)造了條件。為了進(jìn)一步反映上海海岸帶人工邊界線的變化,選取典型區(qū)域,通過影像對(duì)比圖提升可視化效果。
①崇明島東北部
崇明島是長(zhǎng)江三角洲東段長(zhǎng)江口處的沖積島嶼,由于泥沙的存積導(dǎo)致灘涂逐年擴(kuò)大,加上人工干預(yù)影響,人工邊界線逐步外移。2015年~2018年崇明島東北部的新修建了堤壩海塘,因此2018年比2015年邊界線長(zhǎng)度減少了約 2 km,但面積擴(kuò)大約 3 km2,如圖4所示。
圖4 崇明島東北部影像變化監(jiān)測(cè)
②橫沙島東端
橫沙島位于長(zhǎng)江口的最東段,為了保障長(zhǎng)江主航道的正常航運(yùn),在航道疏浚中每年會(huì)產(chǎn)生數(shù)億噸的泥沙無處堆積,因此,位于在航道北側(cè)的橫沙島附近成了泥沙最合適的堆積場(chǎng)所,同時(shí)可以緩解土地資源緊缺、儲(chǔ)備空閑土地。通過遙感影像對(duì)比,可以發(fā)現(xiàn)2015年~2018年橫沙島岸線的逐年擴(kuò)張變化情況,其中2016年~2017年人工邊界線變化最大,增長(zhǎng)了約 11 km,面積也大幅增加,如圖5所示。
圖5 橫沙島影像變化監(jiān)測(cè)
對(duì)上海市沿海5個(gè)縣級(jí)行政區(qū)劃地表覆蓋進(jìn)行分析。從2018年上海的海岸帶陸域范圍地表覆蓋結(jié)構(gòu)來看,面積最大的是種植土地,占海岸帶陸域面積的43.72%,主要分布在崇明區(qū)和浦東新區(qū);房屋建筑(區(qū))的面積次之,占16.47%,主要分布在浦東新區(qū)和寶山區(qū),如圖6所示。
圖6 2018年上海海岸帶地表覆蓋空間分布圖
對(duì)比2015年和2018年兩年的海岸帶地表覆蓋分類數(shù)據(jù),利用轉(zhuǎn)移矩陣可以發(fā)現(xiàn),各地類之間存在一定數(shù)量的相互轉(zhuǎn)變,其中變化最大的是水域,主要是由于圍填海面積在近幾年正在逐步擴(kuò)大。林草覆蓋、房屋建筑(區(qū))、荒漠與裸露地面積都有減少,人工開發(fā)利用海岸帶活動(dòng)一直處于比較活躍的狀態(tài),如表3所示。
2015年~2018年海岸帶地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣統(tǒng)計(jì)表(單位/km2) 表3
從行政區(qū)劃來看,沿海五區(qū)總體種植土地面積有所增加,其中崇明區(qū)和奉賢區(qū)大幅增加,而寶山區(qū)、浦東新區(qū)、金山區(qū)的種植土地都有一定程度減少。道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地也均為增長(zhǎng),與城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)基本一致。其中,崇明區(qū)和浦東新區(qū)的表覆蓋類型變化較為顯著,主要是由于圍填海,種植土地、林草覆蓋等自然地類轉(zhuǎn)移為建筑工地、房屋建筑(區(qū))、構(gòu)筑物等,如圖7所示。
圖7 2015年~2018年各區(qū)海岸帶地表覆蓋變化統(tǒng)計(jì)圖
本文利用地理國(guó)情數(shù)據(jù)成果,對(duì)上海市2015年~2018年海陸(島)分界線和地表覆蓋變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè),運(yùn)用測(cè)繪地理信息技術(shù),開展了科學(xué)、客觀的統(tǒng)計(jì)分析,并使用ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)了海岸帶專題地圖的快速可視化,形成的海岸帶開發(fā)利用變化成果豐富、現(xiàn)勢(shì)、科學(xué)。地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作,已形成常態(tài)化更新機(jī)制,可以為海岸帶開發(fā)利用監(jiān)測(cè)提供持續(xù)、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。通過監(jiān)測(cè)反映上海市海岸帶地區(qū)的海陸(島)分界線和圍填海情況,及時(shí)掌握海岸帶的開發(fā)利用和生態(tài)的變化情況,進(jìn)而分析其變化的原因,為各級(jí)政府相關(guān)部門對(duì)圍填海和海岸帶的開發(fā)建設(shè)生態(tài)環(huán)境的監(jiān)管可以及時(shí)提供信息支撐。