王江波，吳宇凡，茍愛萍

（1.南京工業(yè)大學(xué) 建筑學(xué)院，南京 211816；2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 生態(tài)技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418）

自黨的“十八大”提出建設(shè)海洋強(qiáng)國的重要發(fā)展戰(zhàn)略以來，海洋經(jīng)濟(jì)已成為拉動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有力引擎。海島是人類開發(fā)海洋的遠(yuǎn)涉基地和前進(jìn)支點(diǎn)，海岸線是指海洋與陸地的分界線，一般指多年大潮高潮位時(shí)的海陸分界線（國家海洋局908專項(xiàng)辦公室，2005），海岸線的變化對于碼頭港口的安全、海島的生態(tài)環(huán)境以及濱海產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都有極其重要的影響（郭芬芬 等，2019）。珠海市作為全國沿海城市中獨(dú)具特色的“百島之城”，海島的合理開發(fā)是未來珠海發(fā)展的重要抓手。因此，科學(xué)的分析海島海岸線的時(shí)空變遷特征以及背后的驅(qū)動(dòng)因素對于政府部門加強(qiáng)海岸帶管理、改善海島生態(tài)環(huán)境、維護(hù)海島可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者借助多源數(shù)據(jù)以及多領(lǐng)域技術(shù)方法對國內(nèi)外陸地以及海島開展了岸線時(shí)空變遷研究，產(chǎn)出了豐碩的成果。首先，在岸線提取方面，目前的提取方法主要分為機(jī)器解譯和目視解譯，機(jī)器解譯即通過遙感信息軟件如ENVI、eCog‐nition 等軟件以及Matlab 語言等進(jìn)行水陸分離（隋燕 等，2018），其缺點(diǎn)是提取精度由數(shù)據(jù)源精度和提取算法決定，誤差較大。早期學(xué)者針對圖像處理任務(wù)提出模糊元胞自動(dòng)機(jī)算法，更好地將目標(biāo)物體與背景像素進(jìn)行分割（王宏 等，2004）；隨著近年來高分辨率遙感影像與各種特征要素算法的出現(xiàn)，岸線提取逐漸走向高精度、智能化，如有學(xué)者綜合RS、GIS以及Google Earth平臺(tái)，以Landsat系列衛(wèi)星為數(shù)據(jù)源分別研究大連市、長島南5島的長時(shí)序岸線變遷特點(diǎn)（王雪鴿 等，2017；康波 等，2017）；也有學(xué)者結(jié)合TM 影像（30 m）、ETM+影像（15 m）、Quickbird（0.61 m）、RapidEYE（5 m）多種類影像數(shù)據(jù)，對寧遠(yuǎn)河口進(jìn)行海岸線變遷分析（羅昆 等，2018）。通過文獻(xiàn)梳理可知，高精度的遙感影像能滿足微觀區(qū)域的研究需求，而對于中宏觀區(qū)域目前仍以Landsat 系列數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源。其次，岸線提取與水體特征數(shù)據(jù)計(jì)算密不可分，如國內(nèi)學(xué)者分別利用NDWI-B指數(shù)和MNDWI指數(shù)輔以目視解譯修正，提取江蘇省和寧波市海岸線數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行變遷分析，對比表明，通過修正的歸一化水體指數(shù)（MNDWI）并結(jié)合高分影像數(shù)據(jù)進(jìn)行岸線人工修正，提取精度較高（梅元?jiǎng)?等，2018；胡雪松 等，2019）。因此，目前岸線研究大多采用機(jī)器解譯與目視解譯相結(jié)合的方法以確保提取準(zhǔn)確度。

在岸線分析方面，現(xiàn)有研究主要從時(shí)空角度對岸線開展量化分析，如有學(xué)者基于GEE平臺(tái)研發(fā)出面向Landsat 和Sentinel 衛(wèi)星數(shù)據(jù)的岸線提取模塊（Vos et al., 2019）；美國國家地質(zhì)局也開發(fā)了用于分析大陸以及海島海岸線的數(shù)字化海岸分析系統(tǒng)（DSAS），DSAS能有效地量化岸線變遷的速率以及對岸線變遷進(jìn)行空間模擬，因此，得到多數(shù)學(xué)者認(rèn)可，國內(nèi)學(xué)者以此為基礎(chǔ)使用EPR （End Point Rate）與LRR（Linear Regression Rate）量化岸線在時(shí)間與空間上的變化速率，探討了黃河三角洲和萊州灣地區(qū)的海岸線時(shí)空變化規(guī)律，指出岸線變化較為顯著的區(qū)域主要集中在港口、圈海堤壩、海水養(yǎng)殖等區(qū)域（丁小松 等，2018）；國外有學(xué)者也利用該系統(tǒng)監(jiān)測分析了印度Tamil Nadu、孟加拉灣、越南湄公河三角洲的海岸線時(shí)空變化，均表明人類活動(dòng)對于岸線變遷具有顯著影響（Maiti et al.,2009; Nguyen et al., 2011; Natesan et al., 2015）；還有學(xué)者從形態(tài)學(xué)角度探究岸線變遷的驅(qū)動(dòng)因素，如通過計(jì)算珠江口岸線的分形維數(shù)，指出珠江口因開發(fā)強(qiáng)度大導(dǎo)致分維數(shù)值較小，并提出分形維數(shù)可作為規(guī)劃用海的重要評(píng)估參數(shù)（岳文 等，2020）；綜上所述，目前研究國內(nèi)區(qū)域的岸線變遷主要集中在中國沿海、少數(shù)典型海灣等存在顯著岸線變遷的區(qū)域，針對海島岸線變遷的研究較少且多局限于微觀層面的少數(shù)典型島嶼，如海南島、廈門島等單個(gè)區(qū)域，并且主要集中在對海島岸線變遷基本特征的分析，缺乏中宏觀層面的區(qū)域海島岸線研究以及深層次的驅(qū)動(dòng)因素分析。

因此，本文選取珠海市域范圍66個(gè)海島為研究對象，借助Landsat系列衛(wèi)星遙感影像，通過MND‐WI結(jié)合人工目視解譯修正提取珠海市1986、1996、2001、2006、2011、2016、2021 年7 個(gè)年份的海岸線數(shù)據(jù)并進(jìn)行誤差評(píng)估，結(jié)合GIS-DSAS拓展模塊，分析珠海市近35年海島海岸線時(shí)空變遷特征，以探討中宏觀區(qū)域范圍影響岸線變化的驅(qū)動(dòng)因素。以期為厘清珠海市海島生態(tài)環(huán)境變化提供數(shù)據(jù)支撐，為政府加強(qiáng)海島岸線管理以及海島生態(tài)保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

珠海市，地處21°48′－22°27′ N、113°03′－114°19′ E，作為廣東省中南部的地級(jí)市，是國務(wù)院批復(fù)確定的首批經(jīng)濟(jì)特區(qū)，珠江口西岸核心城市和濱海風(fēng)景旅游城市、粵港澳大灣區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市，同時(shí)，也是珠三角區(qū)域中海洋面積最大、島嶼最多、海岸線最長的城市。珠海市面積為1 736.45 km2，共分布有群島2 個(gè)、列島8 個(gè)，大小島嶼共146個(gè)，島嶼岸線總長為543.01 km，島嶼總面積約23 693 km2。海域面積、島嶼數(shù)量和陸島海岸線總長都居珠三角九大城市之首。

本研究對象為珠海市海島海岸線，珠海共有大小島嶼146 個(gè)，但由于部分海島面積過?。ǎ?.1 km2），海島名稱存在模糊性，在處理數(shù)據(jù)中存在定位難、命名模糊等問題，因此，該類海島不納入研究范圍，本文所研究珠海市海島共計(jì)66個(gè)（含珠澳口岸人工島）（圖1、表1）。

表1 珠海市海島一覽Table 1 List of islands in Zhuhai

圖1 珠海市海島分布Fig.1 Schematic diagram of islands in Zhuhai

1.2 數(shù)據(jù)來源

采用的Landsat 遙感數(shù)據(jù)來自美國地質(zhì)調(diào)查局官方網(wǎng)站①http://glovis.usgs.gov/，分別選取拍攝時(shí)間為1986、1996、2001、2006、2011、2015、2021 年的7 景影像，在保證影像質(zhì)量的前提下，盡量選擇大潮高潮時(shí)期的遙感數(shù)據(jù)，輔以當(dāng)?shù)爻毕硪赃M(jìn)行岸線提取誤差評(píng)估，時(shí)間跨度為35 a，數(shù)據(jù)云量均不超過5%且各海島岸線清晰可見，坐標(biāo)系均采用WGS-84 坐標(biāo)（表2）。

表2 研究區(qū)遙感影像匯總Table 2 Summary of remote sensing images in the study area

1.3 岸線提取與精度評(píng)價(jià)

首先，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，使用ENVI 5.2軟件對影像進(jìn)行輻射定標(biāo)、FLASSH大氣校正和幾何精校正，其中幾何精校正使用影像數(shù)據(jù)自帶的全色波段（空間分辨率15 m）校正其他波段（空間分辨率30 m），誤差控制在0.5個(gè)像元內(nèi)。岸線提取的實(shí)現(xiàn)步驟：使用ENVI Band Math Tool 對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行波段計(jì)算，計(jì)算公式采用修正的歸一化水體指數(shù)（MNDWI）進(jìn)行水陸分離，與NDWI 相比，MNDWI在快速和準(zhǔn)確地提取水體信息的同時(shí)，能降低建筑物等影響因素對岸線提取誤差的影響（McFeeters, 1996）。其計(jì)算公式為：

式中：Green 和MIR 分別代表綠光波段和中紅外波段，分別對應(yīng)Landsat5 TM影像的Band 2與Band5，Landsat8 OLI 影像的Band 3 和Band 6。接著借助ArcGIS平臺(tái)將海島海岸線矢量化，通過人機(jī)交互對海岸線進(jìn)行部分編輯修正，提高數(shù)據(jù)精度，在此基礎(chǔ)上，對提取數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。

經(jīng)過上述步驟提取的瞬時(shí)水邊線僅代表某一特點(diǎn)時(shí)刻的海陸分界線，且岸線提取受各類因素影響，如季節(jié)因素、潮汐因素、數(shù)字化誤差因素等，因此，對岸線數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析是確保提取精度以及開展后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析的重要基礎(chǔ)。在缺少足夠數(shù)量的高精度實(shí)測控制點(diǎn)的條件下，誤差分析采用計(jì)算綜合誤差法，該方法通過分析岸線提取過程中所有可能的誤差因素得出綜合誤差，計(jì)算公式為（Fletcher et al., 2003）：

式中：U表示綜合誤差；Er表示校正誤差；Ed表示數(shù)字化誤差；Ep表示像元誤差；Etd表示潮差誤差；Es為季節(jié)誤差。數(shù)字化誤差為提取岸線過程中由于不同數(shù)字化人員操作引起的差異性，因此，本研究所有數(shù)字化工作由一人完成；由于本研究的岸線提取方法能達(dá)到亞像元精度，因此不考慮像元誤差；由于珠海屬于亞熱帶與熱帶過渡海洋性氣候，一年四季岸線附近的植被變化較小，因此不考慮季節(jié)誤差。綜上，本文僅考慮校正誤差、數(shù)字化誤差和潮差誤差。

已有研究表明，30 m分辨率遙感影像線要素信息提取的最大允許誤差為28.28 m（高山，2010；侯西勇 等，2014）。通過計(jì)算，本研究岸線提取誤差均小于一個(gè)像元，即小于理論允許最大誤差（表3），總體精度滿足研究需要。此外，由于研究區(qū)內(nèi)淇澳島西北部的紅樹林外側(cè)存在受潮汐影響較大的淤泥質(zhì)岸線，因此，以淇澳島為例，選取Google Earth 提供的2021 年同期高分辨率遙感影像，通過人工目視解譯，并與提取的2021年岸線進(jìn)行精度驗(yàn)證，結(jié)果表明，提取的2021年海島岸線與人工目視解譯的高分辨率岸線的標(biāo)準(zhǔn)偏差為14.61 m，與本文通過綜合誤差法得出的2021年總誤差（10.18 m）較為接近，進(jìn)一步證明本文遙感解譯精度滿足研究需求。

1.4 指標(biāo)選取

1.4.1 長度變化指數(shù) 為了表現(xiàn)研究海島在各時(shí)期長度變化的劇烈程度，采用長度變化指數(shù)（Length Change Index）衡量岸線的變化強(qiáng)度，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：La與Lb為某海島在第a年與第b年的海岸線長度。

1.4.2 面積變化指數(shù) 面積變化指數(shù)（Area Change Index）旨在對各海島在不同時(shí)期面積的變化強(qiáng)度量化，生成與長度變化指數(shù)相印證的數(shù)據(jù)結(jié)果，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：Sa與Sb為某海島在第a年與第b年的海島面積。

海島岸線作為一個(gè)封閉實(shí)體，面積屬性是使其區(qū)別于某段大陸岸線的特點(diǎn)，分析面積變化能確切掌握各海島面積的增減，并與海島長度變化指數(shù)相印證，為分析海島空間變遷的驅(qū)動(dòng)因素提供理論依據(jù)。

1.4.3 終點(diǎn)變化速率 終點(diǎn)變化速率（End Point Rate）指2 個(gè)時(shí)期岸線之間距離的空間變化速率。LCI與ACI均用于分析岸線與海島面積隨時(shí)間變化的總體變化情況，而終點(diǎn)變化速率能精確計(jì)算2條不同年份海岸線的空間位置變化速率，用以分析岸線變遷的空間特征，缺陷是當(dāng)用于多條岸線的量化分析時(shí)，無法進(jìn)行多條數(shù)據(jù)從數(shù)學(xué)角度的精確擬合（Crowell et al., 1991; Dolan et al., 1991），其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：Ea，b是在ab時(shí)間段內(nèi)，兩期海岸線沿切線D的終點(diǎn)變化速率；db是第b期岸線沿切線D 到基線的距離；da是第a期岸線沿切線D到基線的距離。

DSAS 拓展模塊在ArcGIS 平臺(tái)中的工作原理為：首先，沿最外側(cè)海岸線向海面以300 m 距離建立緩沖區(qū)以生成基線，同時(shí)保證所有年份岸線在基線同一側(cè)，接著通過設(shè)置基線采樣距離在基線上生成固定間距的與各年份岸線相交的切線，每條切線與所有年份的岸線相交形成交點(diǎn)，通過計(jì)算交點(diǎn)與其他年份岸線交點(diǎn)之間的距離得出同年份岸線變化距離d。在得到所有切線EPR 數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，生成折線圖以對各段岸線在不同年份的變化進(jìn)行量化分析。

1.4.4 線性回歸變化速率 線性回歸變化速率（Linear Regression Rate）指在DSAS 拓展模塊中，利用最小二乘法擬合切線與岸線相交的點(diǎn)，計(jì)算岸線的變化速率（Ekercin et al., 2007）。LRR 可以對多條不同年份的岸線數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，在此基礎(chǔ)上對未來10～20 a 的岸線情況進(jìn)行預(yù)測，在一定程度上彌補(bǔ)了EPR 對于岸線分析的不足，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：y是因變量，為岸線的空間數(shù)據(jù)；x是年份的自變量；a為擬合的常數(shù)截距；b是回歸斜率，表示每個(gè)單位x變化所對應(yīng)的y變化，即LRR。

2 結(jié)果與分析

2.1 岸線長度變化分異明顯

通 過 提 取1986、1996、2001、2006、2011、2016、2021 年各海島岸線數(shù)據(jù)，計(jì)算得出1986－2021年珠海市每5 a海島長度變化指數(shù)。圖2顯示，珠海市各海島岸線長度變化分異明顯。1986－2021年約91%海島的LCI在0.9～1.1 區(qū)間，如草鞋排島、海獺洲島等。該類島嶼大部分為無人島，可建設(shè)用地較少，島嶼的自然條件、交通條件以及島嶼基礎(chǔ)設(shè)施決定其所具有的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與開發(fā)價(jià)值較低，因此，該類海島的開發(fā)建設(shè)行為極少，岸線長度在較長時(shí)期沒有較大的變化。

圖2 1986－2021年珠海海島岸線長度變化強(qiáng)度Fig.2 Shoreline length change intensity of Zhuhai islands from 1986 to 2021

約9%的海島存在某時(shí)段長度變化指數(shù)較高的現(xiàn)象，該類島嶼各時(shí)段的LCI在1.1～2.2區(qū)間，即岸線長度為原長度的1.1～2.2倍，如桂山島、橫山島、淇澳島等。該類海島為有人島，島嶼發(fā)展歷史較長，可建設(shè)用地較多，自然條件、人口條件、交通條件良好同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施較為完備，使其具有開發(fā)旅游業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)業(yè)的潛力，因此，在過去35 a的不同時(shí)期進(jìn)行了較大程度的開發(fā)，且在開發(fā)后LCI便趨于穩(wěn)定，如桂山島在1986－1996年進(jìn)行了大規(guī)模的填海造陸，將桂山島與原中心洲島相連，岸線增長3 854.37 m，在1996－2021年進(jìn)一步將桂山島與北部的牛頭島相連，岸線增長9496.74 m，填海造陸的連島工程將三島合一，因此，桂山島岸線長度變化顯著（表4）。

表4 桂山島各時(shí)間段岸線變化Table 4 Coastline changes of Guishan Island in various time periods

約4%的島嶼出現(xiàn)由于特殊原因造成海島長度變化指數(shù)驟變的現(xiàn)象，主要是高欄島、大杧島以及珠澳口岸人工島。高欄島在1986年以前作為珠海市南部的海島獨(dú)立存在，但隨著珠海西部高欄港的建成以及珠海臨海產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，填海造陸工程對其自然岸線產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，同時(shí)，填海造陸工程將島陸相連，高欄島的海島屬性消失，岸線屬性也由海島岸線轉(zhuǎn)變?yōu)榇箨懓毒€，其LCI 折線也于2011 年終止。再如，隨著港珠澳大橋的興建，珠澳口岸人工島作為區(qū)域交通設(shè)施的起始點(diǎn)，在2010年開始進(jìn)行填海造陸工程，于2016年2月正式竣工，島嶼岸線從無到有，變化劇烈。

2.2 海島面積變化趨勢不一

由圖3可知，珠海市各海島面積變化趨勢不一，11%的海島各時(shí)段的ACI在1.1～3.3區(qū)間，海島面積變化程度較大，約89%的海島各時(shí)段的ACI在0.9～1.1 區(qū)間，即海島在不同時(shí)間段的變化面積絕對值保持在原面積的10%以內(nèi)。

圖3 1986—2021年珠海海島岸線面積變化強(qiáng)度Fig.3 Shoreline square change intensity of Zhuhai islands from 1986 to 2021

約4%海島出現(xiàn)同時(shí)間段ACI 與LCI 變化情況差異較大現(xiàn)象，即海島在某年份其面積出現(xiàn)增長但岸線長度不變或減少，以及海島面積出現(xiàn)減少但岸線長度不變或者增長的現(xiàn)象。如淇澳島在1986－1996 年ACI 為1.27，相比初始年份面積增長了約4.4 km2，而長度變化指數(shù)為0.92，相比初始年份岸線長度減少了約2 002.75 m。其原因在于，初始年份淇澳島開發(fā)程度較低，岸線曲折連綿，自然程度較高，而1986－1996年，淇澳島通過填海造陸將西部岸線圍合用于養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，海島岸線也趨于平緩，因此，岸線長度減少。再如，野貍島在2001－2006年ACI 為1.33，2006 年相比2001 年面積增長了0.16 km2，而該時(shí)段其LCI 為1.04，相比2001 年岸線僅增加了約220 m，其原因與淇澳島類似，2001－2006年野貍島在其北部進(jìn)行了大規(guī)模的填海造陸以建造珠海大劇院，2001 年填海工程還未完成，北部向海面凸出一段近1.2 km的人工岸線，大大增加了岸線長度，至2006年填海工程竣工，人造陸地將原突出岸線西段圍合，因此，岸線長度沒有發(fā)生較大改變（圖4-a）。與上述情況相反，2006－2011 年大杧島ACI 為1.05，面積僅增加0.29 km2，LCI 高達(dá)1.43，岸線長度增加了約6.2 km，原因是大杧島在該時(shí)期正在通過架設(shè)橋梁的方式將其與杧仔島連接，連島工程使海島在面積增長較小的情況下岸線長度得到顯著增加（圖4-b）。

圖4 2001－2006年野貍島（a）和2006－2011年大杧島（b）海岸線變化Fig.4 The coastline change of YeLi Island (a) from 2001 to 2006 and Damang Island (b) from 2006 to 2011

2.3 岸線變化驅(qū)動(dòng)因素分析

從各海島在近35年內(nèi)的長度變化指數(shù)看，共6個(gè)海島在6 個(gè)5 年時(shí)段內(nèi)LCImax＞1.1（占比約9%），共60個(gè)海島各時(shí)段LCImax在0.9～1.1區(qū)間；從各海島的面積變化指數(shù)看，共7 個(gè)海島各時(shí)段內(nèi)ACImax＞1.1（占比約11%），共59 個(gè)海島各時(shí)段內(nèi)ACImax在0.9～1.1 區(qū)間。綜上，根據(jù)各海島35 年各時(shí)段的LCImax以及ACImax將其分為空間變化顯著海島和空間變化輕微海島，這2 類海島的數(shù)量比約為1∶8.4。（表5）

表5 珠海海島空間變化程度分類Table 5 Classification of the degree of spatial change of islands in Zhuhai

2.3.1 岸線變化顯著海島 已有研究表明，影響海岸帶變化的三大影響因子分別為全球環(huán)境過程、海岸帶環(huán)境過程以及人類活動(dòng)（毋亭 等，2016），其中，全球環(huán)境過程是較長時(shí)間尺度海岸發(fā)育和變化的背景要素（莊振業(yè) 等，2008），如新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候變暖等；海岸帶環(huán)境過程如波、浪、潮等海洋動(dòng)力是海岸形態(tài)的主要營造動(dòng)力（Dominiqu et al.,2012; Kish et al., 2013），全球環(huán)境過程和海岸帶環(huán)境過程對于海岸帶的影響是自然且緩慢的，而人類活動(dòng)對于岸線的改變是迅速且不可逆的。

由于本文數(shù)據(jù)精度以及時(shí)間跨度不足，僅對人類活動(dòng)展開研究。結(jié)合各年份遙感影像、Google Earth產(chǎn)品、天地圖以及查閱相關(guān)規(guī)劃文件，總結(jié)引起珠海市海島岸線變遷的人類活動(dòng)主要包括連島工程、填海造陸、圍墾活動(dòng)、新建擴(kuò)建碼頭以及防波堤、人工清淤以及人工造林7類（表6）。從數(shù)量上看，有27個(gè)島嶼受新建擴(kuò)建碼頭及防波堤影響而發(fā)生岸線變化，6個(gè)海島受連島工程影響，6個(gè)海島受填海造陸影響，而圍墾活動(dòng)、人工清淤以及人工造林的影響僅存在于個(gè)別海島。人類活動(dòng)中新建擴(kuò)建碼頭及防波堤現(xiàn)象較為普遍，而連島工程、填海造陸等大規(guī)模海島開發(fā)活動(dòng)僅針對部分條件優(yōu)越的海島。從時(shí)間上看，人類活動(dòng)引起的岸線顯著變化受不同因素影響在各時(shí)段均有出現(xiàn)，但經(jīng)過開發(fā)后海島岸線便趨于穩(wěn)定。

表6 珠海海島岸線變化驅(qū)動(dòng)因素Table 6 Driving factors for coastline changes of islands in the study area

珠海市作為改革開放的先驅(qū)市，在20 世紀(jì)80年代便開始了大規(guī)模的海島開發(fā)活動(dòng)，1998年珠海市設(shè)立珠海萬山海洋開發(fā)試驗(yàn)區(qū)，各海島的旅游業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)以及海島工業(yè)不斷發(fā)展，相關(guān)人類活動(dòng)很大程度地改變了岸線的空間特征。如桂山島在1986—2021 年 斷 面（11～16、76～81、126～151、291～316）存在較大起伏，最大年變化速率達(dá)到36.88 m/a（EPR）與29.5 m/a（LRR）（圖5、6），桂山島在1986—1996年便啟動(dòng)連島工程，通過填海造陸工程將桂山島與原中心洲島相連，在1996—2001年陸續(xù)與北部的牛頭島相連，挖山填海存留的現(xiàn)場，更為開發(fā)建設(shè)提供大量的可建設(shè)用地，在斷面編號(hào)11～16 岸線部分，年變化速率為-11.91 m/a（EPR）與-9.53 m/a（LRR），這是由于隨著港珠澳大橋的興建，2010年在該岸段興建了制作隧道沉管的預(yù)制工廠，該段岸線向內(nèi)挖深，形成有利于船舶?？康纳钏?，斷面編號(hào)76～81岸線部分，年變化速率為-8.68 m/a（EPR）與-6.94 m/a（LRR），原因是該處規(guī)劃新建了游艇?？考皺z修碼頭，因此，對于原淤泥質(zhì)岸線進(jìn)行大規(guī)模的清理，造成一定程度的岸線后移。在桂山島西部的岸線中段（斷面126～151），年變化速率達(dá)到36.88 m/a（EPR）與29.5 m/a（LRR），岸線向海一側(cè)推進(jìn)，這是由于2001—2006 年桂山島政府在該區(qū)域新建了兩道長度約為650和300 m的防波堤（現(xiàn)十三灣），欲將該區(qū)域打造成為游艇港示范基地，與一旁的中心洲旅游度假基地配合帶動(dòng)海島旅游業(yè)的發(fā)展（圖7-a）（李凌月等，2016）。同樣，在斷面編號(hào)291～336岸線部分，年變化速率達(dá)到21.56 m/a （EPR）與17.26 m/a（LRR），該段也是由于新建了長達(dá)810 與430 m 的防波堤，因而造成海島岸線發(fā)生較大程度的變化（圖7-b）。

圖6 桂山島1986－2021年海岸線變化Fig.6 Schematic diagram of Guishan Island's coastline from 1986 to 2021

圖7 桂山島斷面編號(hào)126～151（a）和291～336（b）岸線變化Fig.7 Schematic diagram of coastline changes of Guishan Island (section number 126-151 and 291-336)

圖8 1986—2021年淇澳島岸線變化速率Fig.8 Rate of shoreline change on Qiao Island from 1986 to 2021

珠海的海島開發(fā)在短期內(nèi)有力地推動(dòng)了珠海的城市建設(shè)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但海島生態(tài)環(huán)境惡化、引入的外來物種導(dǎo)致珍稀生物種群消失等問題也開始凸顯，如淇澳島1986—2021年的岸線年平均變化速率高達(dá)14.7 m/a（EPR）與13.3 m/a（LRR），其中海島斷面編號(hào)1～69、81～145、177～201、361～379等岸段發(fā)生了較大程度的岸線變化（圖8-9-a）。在淇澳島岸線（斷面編號(hào)為1～69、81～145），該段最高岸線變化速率為61.3 m/a （EPR）與52.2 m/a（LRR），這是由于1986—1996年當(dāng)?shù)鼐用裨诤u西部進(jìn)行了大規(guī)模的圍墾養(yǎng)殖活動(dòng)，岸線迅速向海一側(cè)擴(kuò)張（圖9-b）；岸段（斷面編號(hào)177～201）最高岸線變化速率為28.13 m/a （EPR）與21.17 m/a（LRR），這是由于1986—1996年此處進(jìn)行的填海活動(dòng)使岸線向海一側(cè)迅速擴(kuò)張；岸段（斷面編號(hào)361～379）最高岸線變化速率為14.34 m/a（EPR）與10.67 m/a（LRR），這是由于此處自2000 年開始陸續(xù)新建了兩道長達(dá)380 和300 m 的防波堤（今亞婆灣），對岸線造成一定程度的影響；同時(shí)，由于外來物種互花米草的入侵②據(jù)記載，1984年淇澳島紅樹林面積約為112.2 hm2，但由于珠海在80年代初期引進(jìn)互花米草作為保護(hù)沿海堤岸的生物屏障，其作為外來物種對淇澳島紅樹林的生長環(huán)境以及海島生物多樣性造成嚴(yán)重威脅，至上個(gè)世紀(jì)末淇澳島紅樹林面積已銳減至32 hm2。，導(dǎo)致淇澳島西北部紅樹林面積銳減，取而代之的是大量互花米草形成的草灘，岸線發(fā)生重大變化。1996—2001年淇澳島新建如陶瓷廠之類高耗能、高污染企業(yè)，生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步惡化。2000年4月，珠海市政府成立“淇澳紅樹林保護(hù)區(qū)”，開始對逐漸減少的紅樹林群進(jìn)行人工手段的保護(hù)與恢復(fù)，對于互花米草泛濫區(qū)采取植物更替措施，采用人工種植無瓣海桑等紅樹植物控制互花米草的入侵，草灘逐漸恢復(fù)為紅樹林生態(tài)濕地。至2008年，海島西部與北部借助原有的生物岸線增加人工紅樹林約600 hm2，岸線向海一側(cè)逐漸推進(jìn)，在一定程度改變了該段岸線的空間特征（廖寶文 等，2008）。與淇澳島類似，擔(dān)桿群島的主島擔(dān)桿島由于具有少量珍稀獼猴種群和相關(guān)生態(tài)種群，2004年底珠海成立“珠海淇澳－擔(dān)桿島省級(jí)自然保護(hù)區(qū)”，進(jìn)一步加大保護(hù)與修復(fù)淇澳島與擔(dān)桿島生態(tài)環(huán)境的力度。

圖9 淇澳島1986—2021年海岸線（a）和淇澳島（斷面1～69，b）岸線變化Fig.9 Schematic diagram of Qi'ao Island coastline(a) from 1986 to 2021 and Qiao Island (Section 1-69, b) Shoreline change

中宏觀層面上，從珠海市各階段發(fā)展規(guī)劃以及城市總體規(guī)劃探討岸線變遷的間接驅(qū)動(dòng)因素。發(fā)展規(guī)劃如《珠海市海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展十一五規(guī)劃》（2006年8月）將萬山海洋開發(fā)實(shí)驗(yàn)區(qū)定位為生態(tài)海洋漁業(yè)示范區(qū)、國際性的濱海旅行區(qū)和先進(jìn)的港口經(jīng)濟(jì)區(qū)，指出要大力發(fā)展東澳島、桂山島、外伶仃島等海島的旅游產(chǎn)業(yè)，同時(shí)規(guī)劃了桂山島的10萬噸級(jí)固定式碼頭改造、黃茅島澳門液化氣項(xiàng)目等重大項(xiàng)目（珠海市發(fā)展和改革局，2006）。城市總體規(guī)劃如《珠海市城市總體規(guī)劃（2001—2020）》（2015年修訂）將珠海市海島的空間結(jié)構(gòu)劃分為“四群一鏈”并對其進(jìn)行了明確的功能定位與產(chǎn)業(yè)發(fā)展導(dǎo)向，“一鏈”是淇澳島、蛇島等近岸海島組成以景觀及生態(tài)游憩功能為主的生態(tài)島鏈，“四群”分別為藍(lán)色中心島群、旅游獨(dú)家島群、休閑運(yùn)動(dòng)島以及生態(tài)休閑島群（珠海市人民政府，2014）。該規(guī)劃以桂山島為代表的藍(lán)色中心島群發(fā)展海洋漁業(yè)、海洋倉儲(chǔ)、海洋生物醫(yī)藥等海洋產(chǎn)業(yè)；以東澳島、大小萬山島為代表的旅游度假島群規(guī)劃大力發(fā)展海洋旅游產(chǎn)業(yè)；以擔(dān)桿列島為主的生態(tài)休閑島群進(jìn)行以生態(tài)保護(hù)為主的適量海洋休閑旅游開發(fā)。在海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大趨勢下，海島內(nèi)部以及沿岸工程頻繁，海島開發(fā)程度逐漸提高，因而海島岸線變化顯著。

2.3.2 岸線變化輕微海島 對于本研究中岸線變化輕微海島，大部分海島仍為無人島，少部分海島擁有少量居民。該類海島并沒有開發(fā)活動(dòng)或僅受極少量海島工程的影響，相關(guān)海島工程大多為建設(shè)中小型碼頭以滿足基礎(chǔ)交通需求，岸線變化程度較小，變化速度極其緩慢（圖10）。目前珠海市仍在積極進(jìn)行城市建設(shè)以及土地資源整合，海島資源作為珠海重要的發(fā)展資源，大量海島仍處于未開發(fā)和少量開發(fā)狀態(tài)。一方面，該類海島的區(qū)位條件、可建設(shè)面積、交通條件以及基礎(chǔ)設(shè)施等條件較差，缺乏開發(fā)的必要資源，因而不受開發(fā)市場青睞，如大碌島、大頭洲（島）、竹島等，海島土地資源不足，地形大多為中部高，四周低，山體多數(shù)為花崗巖，難以形成1 km2以上集雨面積的溪流，淡水資源調(diào)控能力薄弱（孫煒，2013），導(dǎo)致該類海島開發(fā)成本高，難度大，開發(fā)者很難快速從中獲利。另一方面，珠海市在各階段發(fā)展規(guī)劃以及城市總體規(guī)劃均有對海島生態(tài)保護(hù)的規(guī)定，如珠海市“十一五”規(guī)劃明確對位于非保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的海島岸線進(jìn)行限制開發(fā)，實(shí)行保護(hù)優(yōu)先、積極培育的土地政策規(guī)定；將各類依法設(shè)立的海島自然保護(hù)區(qū)域劃分為禁止開發(fā)區(qū)域，禁止一切非功能區(qū)定位的開發(fā)建設(shè)（珠海市人民政府，2006a）。《珠海市城市總體規(guī)劃（2001—2020）》也將擔(dān)桿島獼猴自然保護(hù)功能區(qū)、桂山島、外伶仃島等重要生態(tài)海島列入一類海域功能區(qū)，實(shí)施嚴(yán)格的海島保護(hù)措施。《珠海萬山海洋開發(fā)試驗(yàn)區(qū)空間發(fā)展規(guī)劃研究》也將珠海萬山區(qū)海島保護(hù)等級(jí)進(jìn)行3類劃分，嚴(yán)格規(guī)定所有海島不得再以各種借口挖石取土，破壞海島生態(tài)環(huán)境，對于已被破壞的海島，積極采取措施進(jìn)行覆綠工作（珠海市人民政府，2006b）。2018 年11 月珠海政府正式出臺(tái)《珠海經(jīng)濟(jì)特區(qū)海域保護(hù)條例》，第三十四條規(guī)定“生態(tài)環(huán)境未受到破壞的無居民海島，應(yīng)當(dāng)維持現(xiàn)狀，原則上不納入申請開發(fā)利用范圍”，從政策方面進(jìn)一步加強(qiáng)海島生態(tài)保護(hù)力度（珠海市自然資源局，2019）。由此可見，海島自身?xiàng)l件所決定的市場劣勢以及海島保護(hù)政策的因素使此類海島開發(fā)程度較低，長時(shí)間內(nèi)其岸線空間變化輕微。

圖10 部分岸線變化輕微海島岸線始末對比Fig.10 Comparison of the beginning and end of some islands with slight coastline

人類活動(dòng)是珠海市海島近35年岸線發(fā)生空間變化的主要直接驅(qū)動(dòng)因素。宏觀上看，海島資源作為珠海經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要抓手，改革開放后海島旅游業(yè)、漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，海島的人類活動(dòng)顯著增加，但早期過度開發(fā)破壞了部分海島生態(tài)環(huán)境，隨著海島合理開發(fā)與保護(hù)政策的不斷貫徹落實(shí)，政府部門不斷加強(qiáng)海島環(huán)境保護(hù)與修復(fù)力度，海島生態(tài)環(huán)境以及岸線逐漸得以恢復(fù)與合理使用；微觀上看，以桂山島為代表的海島地理位置、交通條件、人口規(guī)模、基礎(chǔ)設(shè)施、岸線類型等條件良好，使其具備發(fā)展旅游業(yè)、漁業(yè)以及工業(yè)的較好基礎(chǔ)，而填海連島等人類活動(dòng)則直接改變了海島岸線?？傮w來說，多主體、多因素從多角度共同驅(qū)動(dòng)與影響海島的岸線空間變化。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

以珠海市1986—2021 年7 個(gè)不同年份的Land‐sat衛(wèi)星遙感影像為數(shù)據(jù)源，通過ENVI與ArcGIS對珠海市近35 年66 個(gè)海島岸線長度、海島面積進(jìn)行量化分析，將其分為岸線變化輕微海島和岸線變化顯著海島，并借助DSAS拓展模塊分析并探究各海島岸線變化的時(shí)空特點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)因素，主要結(jié)論包括：

1）近35 年珠海市各海島岸線長度變化分異明顯，約9%的海島岸線在各時(shí)段內(nèi)其LCI 在1.1～2.2區(qū)間，約91%的海島LCI在0.9～1.1區(qū)間。各海島面積變化趨勢不一，約11%的海島各時(shí)段ACI在1.1～3.3 區(qū)間，約89%的海島ACI在0.9～1.1 區(qū)間。根據(jù)海島各時(shí)段的LCI與ACI，可分為岸線變化顯著海島和岸線變化輕微海島2類。

2）岸線變化顯著海島在近35年進(jìn)行了較大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)，岸線受人類活動(dòng)影響較大，其各時(shí)段LCImax＞1.1。該類海島中約4%的海島出現(xiàn)在某時(shí)段LCI與ACI變化情況差異較大現(xiàn)象，原因在于海島的某段存在較長的突出岸線，在海島開發(fā)過程中被圍合，因此海島面積與岸線長度變化不成比例。岸線變化顯著海島一般呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：交通條件良好、海島可建設(shè)面積較大、基礎(chǔ)設(shè)施完善、自然環(huán)境優(yōu)越、岸線類型有利開發(fā)、具備發(fā)展某產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢或具有珍稀生態(tài)保護(hù)種群。

3）岸線變化輕微海島在近35年沒有進(jìn)行大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)，岸線長度和海島面積沒有發(fā)生較大程度的變化，該類海島6個(gè)時(shí)段的LCImax與ACImax均在0.9～1.1區(qū)間，指標(biāo)之間呈正比例關(guān)系。這主要是由該類海島自身?xiàng)l件所決定的市場層面劣勢以及政府層面頒布的海島保護(hù)政策引致的。

4）人類活動(dòng)作為影響珠海市海島岸線變化最直接的驅(qū)動(dòng)因素，共涉及7類：連島工程、填海造陸、圍墾造田、圍墾養(yǎng)殖、新建擴(kuò)建碼頭以及防波堤等構(gòu)筑物、人工清淤、人工造林，人類活動(dòng)能在短期內(nèi)顯著改變海島岸線的空間形態(tài)；間接驅(qū)動(dòng)岸線變化的因素，宏觀層面是由于海島開發(fā)作為珠海市發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的重要抓手，海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給海島帶來了集中的人類活動(dòng)從而改變海島岸線。微觀層面則是由于相關(guān)海島具備發(fā)展相關(guān)產(chǎn)業(yè)的潛力或含有亟需保護(hù)的珍稀生態(tài)種群，填海連島等工程措施或城市規(guī)劃政策影響了海島岸線變化。

3.2 討論

與以往研究岸線變遷選取單個(gè)海島或海灣的常規(guī)微觀視角不同，本文從中宏觀視角出發(fā)，選取珠海市域范圍內(nèi)66 個(gè)海島以探究岸線變遷的驅(qū)動(dòng)因素。與大部分分析岸線變遷的直接驅(qū)動(dòng)因素不同，本文更多地結(jié)合珠海市各階段“五年規(guī)劃”、珠海市城市總體規(guī)劃（2001—2020）、萬山海洋開發(fā)試驗(yàn)區(qū)總體規(guī)劃（2013—2020）等政府規(guī)劃層面文件，解讀岸線變遷的驅(qū)動(dòng)因素，探究規(guī)劃層面對于岸線變遷的間接影響，本文可為珠海市以及粵港澳大灣區(qū)制定海島發(fā)展策略提供較為全面的數(shù)據(jù)支撐以及資料參考。當(dāng)然，本文也存在一些不足，首先，采用的Landsat衛(wèi)星遙感影像分辨率為30和15 m（波段融合后），未來可以通過采用商業(yè)高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)以提高岸線提取精度；其次，對于岸線類型沒有分類進(jìn)行細(xì)化研究等，未來將針對上述問題進(jìn)行改進(jìn)。珠海市作為粵港澳大灣區(qū)的重要節(jié)點(diǎn)城市，海島發(fā)展是未來珠海發(fā)展的重點(diǎn)研究問題，而對于如何根據(jù)海島自身情況制定適宜的海島發(fā)展規(guī)劃，如何做到海島經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)也將是未來工作的重點(diǎn)。