胡明華

(浙江省圍墾局,浙江 杭州 310014)

1 問題的提出

灘涂圍墾是人類最簡單初級的利用海洋形式。根據(jù)浙江省土地利用形勢和沿海、沿江、海島岸線及灘涂自然形態(tài),生態(tài)型圍墾開發(fā)利用灘涂及其后備資源,應(yīng)是浙江省可持續(xù)利用海洋、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的必然之選?？茖W(xué)合理開發(fā)利用灘涂資源,注重灘涂濕地保護(hù)和深化淺海近岸利用,使人類在陸域得到不斷拓展的同時,催生新的近岸生態(tài)圈,使灘涂濕地的自然屬性得到延伸,有賴于廣泛領(lǐng)域的深化推進(jìn)。近年來,分形理論被普遍運(yùn)用于分析海岸線、海島、港灣區(qū)域的相關(guān)問題。在分形模型的基礎(chǔ)上,宏觀的“分形維數(shù)”、中微觀的“形狀指數(shù)”等量化指標(biāo)對浙江省灘涂生態(tài)型圍墾利用具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2 海岸線的分形結(jié)構(gòu)及分形理論的初步理解

海岸線作為曲線,其特征是極不規(guī)則、極不光滑的,呈現(xiàn)極其復(fù)雜的變化。不能從形狀和結(jié)構(gòu)上區(qū)分這部分海岸與那部分海岸有什么本質(zhì)的不同,這種幾乎同樣程度的不規(guī)則性和復(fù)雜性,說明海岸線在形貌上是自相似的,也就是局部形態(tài)和整體形態(tài)的相似。這種部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形。自然海岸線被認(rèn)為是具典型自相似性的分形結(jié)構(gòu)物,運(yùn)用分形維數(shù)可以表達(dá)海岸線的曲折度與形態(tài)變化的規(guī)律;分形理論作為一種方法論和認(rèn)識論,有多方面的啟示:一是分形整體與局部形態(tài)的相似,啟發(fā)人們通過認(rèn)識部分來認(rèn)識整體,從有限中認(rèn)識無限;二是分形揭示了介于整體與部分、有序與無序、復(fù)雜與簡單之間的新形態(tài)、新秩序;三是分形從一特定層面揭示了世界普遍聯(lián)系和統(tǒng)一的圖景[1]。

“分形維數(shù)”能表達(dá)海岸線的形態(tài)變化特征。不同海岸線的結(jié)構(gòu)形態(tài)不同,其長度隨量測尺度的變化率也有所不同;而某一岸線測量長度隨比例尺的改變發(fā)生規(guī)則性變化,這個變化率就是分形維數(shù)D。具體地說,海岸線的測算長度與量測尺度在對數(shù)坐標(biāo)下近似直線的關(guān)系。因此有分形維數(shù)D的計算式:

式中:A為相應(yīng)幾何形狀區(qū)塊面積(m2);P為相應(yīng)幾何形狀量測尺度(m),即每段海岸線都有不同分形維數(shù)D,而在該段岸線下細(xì)分出來的岸線特征是大致相同的。海岸線的分形維數(shù) D=1～ 2。D愈大,岸線形態(tài)結(jié)構(gòu)愈曲折、破碎,相應(yīng)生態(tài)環(huán)境更有利。

“形狀指數(shù)”能表達(dá)局部海岸線(港灣、河口、海島)形狀的復(fù)雜程度,是經(jīng)過某種數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化的區(qū)域的邊長與面積之比,通過計算某一區(qū)塊形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測量其形狀復(fù)雜程度。結(jié)構(gòu)最緊湊而又簡單的圓或正方形,具有較強(qiáng)可比性,常用來作標(biāo)準(zhǔn)化邊長和面積。因此,常見的形狀指數(shù)S有2種計算方式:

以圓為參照形狀:S=0.282P/A1/2

以正方形為參照形狀:S=0.25P/A1/2

式中:P為區(qū)域周長(m);A為區(qū)域面積(m2)。計算時,應(yīng)根據(jù)區(qū)域的平面形態(tài)確定參照的幾何形狀和相應(yīng)的計算式。海岸帶的形狀指數(shù)S≥1,通常用來描述海岸帶(海島)結(jié)構(gòu)與空間格局特征。

形態(tài)指數(shù)S=0.25P/A1/2應(yīng)用在港灣、海岸等研究時,也被稱為海岸線生長指數(shù),相對于一定容量的港灣、海洋,反映了海岸帶結(jié)構(gòu)上各群落的潛在發(fā)展性。而S=0.282P/A1/2則更多地應(yīng)用于島嶼研究,這個比例可以用來描述海島岸線、島嶼、沙洲等組成結(jié)構(gòu)的群落的復(fù)雜度;當(dāng)然還要考慮海島面積大小。

灘涂圍墾必然改變局部海岸帶結(jié)構(gòu),應(yīng)盡量保持岸線、島嶼的復(fù)雜性,使形態(tài)指數(shù)不至于過快降低,少破壞海岸、濱海灘涂濕地的環(huán)境異質(zhì)性,維持生物多樣性和濕地生態(tài)環(huán)境。

3 浙江省海岸帶與港灣形狀

1980—1985年,曾進(jìn)行過大規(guī)模的全國海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查。浙江省調(diào)查范圍包括了大陸海岸線以上向大陸延展10 km左右保持行政區(qū)域完整的陸域,大陸海岸線以下20 m等深線及島嶼周圍淺于20m等深線的水域。涵蓋了浙江省近岸灘涂與海岸帶結(jié)構(gòu)內(nèi)容。成果顯示浙江省有大陸海岸線1 840.1 km,海島岸線4 301.2 km,灘涂2 444 km2,20m等深線淺海23 504 km2。

3.1 主要港灣岸線及外界

(1)杭州灣。杭州灣為河口灣,浙江省境內(nèi)河口外岸線長192.2 km。杭州灣內(nèi)界為錢塘江河口線,即澉浦長山東南咀至余姚西三閘連線;杭州灣外界為上海南匯蘆漕港閘(東側(cè)燈塔)與甬江口外長跳咀連線,此界為歷史沿用界,以東為舟山群島海域。整個杭州灣水深在8 m左右,地形寬廣平坦。

(2)象山港。象山港伸入陸地較深,岸線長280.5 km。劃定的外界是:由口門南側(cè)象山縣錢倉北面青灣山東咀過牙牌礁,至雷古山南端,再由雷古山北端向北偏東至青龍門水道北側(cè)的汀子山燈標(biāo),由此向東北方向引線切過青龍、捕蛇山東側(cè)與郭巨鄉(xiāng)東邊的石門坑山咀。

(3)三門灣外界。三門灣也是伸入陸地較遠(yuǎn)的海灣,灣內(nèi)有港汊和舌狀灘地,岸線長303.8 km。劃定的外界是;由南面的三門縣沿赤鄉(xiāng)東部牛密塘東南咀向東北,至三門島南面的葉坤山東南端,再由此向東北過草鞋婆嶼至象山縣南田島南面的南山急流咀,由此過金七門沿南田島東岸北上,經(jīng)下灣門、東門、銅瓦門諸水道,至銅瓦門北側(cè)燈標(biāo),將石浦港包括在三門灣之內(nèi)。

(4)浦壩港外界。岸線長56.0 km。浦壩港的口門界線分北南2段,北口門界自沿赤鄉(xiāng)牛頭門山東南咀至殼塘山島東北咀燈標(biāo)連線,即俗稱的牛頭門。過口門殼塘山島外緣接南口門界。南口門界自殼塘山島南山咀向南偏西過長腰礁,連至朱門山東北小門山北咀。

(5)樂清灣外界。岸線長184.7 km。劃定的外界在大巖頭至烏星嶼,過北小門山至岐頭一線。

(6)大漁灣外界。岸線長47.2 km。由大漁鄉(xiāng)東南長基咀向西南過官山島至信智東北的大門山咀。

(7)北關(guān)港外界。岸線長7.2 km。北關(guān)港位于霞關(guān)鄉(xiāng)的東部,其南口門為南關(guān)島南端的東鼻頭與北關(guān)島南端連線,東北口門為北關(guān)島北端與小槽南山連線。

(8)沿浦灣(霞關(guān)港)外界。岸線長22.3 km。地處浙江最南端,界線由浙閩2省交界處的虎頭鼻向東南至南關(guān)島西北側(cè)的賊仔岙鼻,過島轉(zhuǎn)向東北,經(jīng)門仔嶼到下瑤洞南咀頭。

(9)浙江省內(nèi)還有約750 km其它岸線。包括臺州灣、隘頑灣和溫州灣等,由于無明顯完整的灣形或平直面臨東海,灣外島嶼稀疏,且離大陸頗遠(yuǎn),對灣內(nèi)避風(fēng)擋浪作用不明顯,難以劃出合適的外界。

此外,浙江省有錢塘江、甬江、椒江、甌江、飛云江、鰲江等獨(dú)流入海,河口線是一個不斷變化的不固定邊界。根據(jù)浙江省具體情況,界線一般定在河口段與外海濱區(qū)的分界處,界址點(diǎn)取在徑流影響微弱、岸線急劇展寬部河口兩側(cè)突出的沙咀、岬角等特征地貌或天然轉(zhuǎn)折處。定界時還注重了燈標(biāo)等人工建筑物標(biāo)志、行政區(qū)界線、部門與地方慣用界及歷史沿用界等因素。

3.2 主要港灣灘涂及淺海面積

根據(jù)上述原則確定外界的主要港灣灘涂和淺海面積見表1。

表1 沿海各主要港灣灘涂及淺海面積 km2

3.3 浙江省海岸分形維數(shù)及主要港灣形狀指數(shù)

為便于說明海岸線及其近海、灘涂濕地的景觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜度及與其生態(tài)功能的關(guān)系,通?？捎煤０斗中尉S數(shù)和港灣形狀指數(shù)來表示。浙江沿海島嶼較多、港汊豐富、淺海、灘涂結(jié)構(gòu)比較破碎,僅用岸線的分形維數(shù)難以表達(dá)海岸線景觀地貌的真實(shí)狀態(tài),用形狀指數(shù)能更直觀地說明港灣、海島岸線的復(fù)雜程度。據(jù)計算,浙江省海岸線分形維數(shù)為1.20,與高義等 “蘇北—杭州灣沉降段分形維數(shù)為1.177,浙東—桂南隆起段分形維數(shù)則達(dá)1.239”相一致[2];浙江省內(nèi)主要港灣以1986年岸線內(nèi)外同幅(長)控制,正方形為參照,形狀指數(shù)分別為:杭州灣2.04、象山港5.91、三門灣5.46、浦壩港3.71、樂清灣 4.29、大漁灣 3.45、沿浦灣2.43。如結(jié)合近期航測影像,外折線包絡(luò)進(jìn)行計算,則浙江省內(nèi)主要港灣形狀指數(shù):杭州灣1.42、象山港3.01、三門灣4.37、樂清灣2.73。反映出浙江沿海開發(fā) (包括圍墾)造成相關(guān)港灣形狀指數(shù)減小的態(tài)勢。

4 灘涂圍墾生態(tài)性指標(biāo)量化控制

4.1 灘涂圍墾總體規(guī)劃應(yīng)重視維持岸線結(jié)構(gòu)格局

灘涂圍墾總體規(guī)劃是科學(xué)開發(fā)利用灘涂資源的基本依據(jù)。全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀,堅持灘涂資源可持續(xù)開發(fā)利用,要求規(guī)劃項(xiàng)目布局時,不至于改變浙江省海岸線分形維數(shù),維持不小于1.20。通過河口外延、岸線外凸優(yōu)化等區(qū)域結(jié)構(gòu)碎化,進(jìn)一步改善浙江省岸線結(jié)構(gòu)。

4.2 優(yōu)化圍墾項(xiàng)目空間設(shè)計,使新形成的岸線更富生態(tài)性

優(yōu)化圍墾項(xiàng)目空間設(shè)計,使新形成的岸線更富生態(tài)性可以從2方面入手:

(1)圍墾項(xiàng)目堤線平面布局,嚴(yán)格控制裁彎取直,鼓勵內(nèi)凹外凸線形,確保項(xiàng)目所處岸線 (港灣、海島)形狀指數(shù)不降低,并有所增大。還可通過堤線保護(hù)、促淤堤、保灘丁壩等多種方式,促成所處岸線 (港灣、海島)長度不減小。

(2)優(yōu)化塘閘結(jié)構(gòu)、通暢內(nèi)外空間生態(tài)交流。主要有降低海堤絕對高度、平緩邊坡、寬淺閘室等利于生態(tài)交流的措施。墾區(qū)的水面率應(yīng)不小于12%。

4.3 主要港灣形狀指數(shù)建議控制值

考慮到防洪減災(zāi)、水資源綜合利用及河口治理,河口灣形狀指數(shù)可適度減小;半封閉式港灣、海島傾向于現(xiàn)狀維持。因此,浙江省主要港灣形狀指數(shù)建議控制值為:杭州灣1.3、象山港3.0、三門灣4.0、樂清灣 2.5。浙江省沿海重點(diǎn)保護(hù)對象為象山港、三門灣是現(xiàn)實(shí)的。

5 結(jié) 語

近幾年來,浙江省在灘涂圍墾與生態(tài)相容、重要港灣灘涂開發(fā)利用與保護(hù)、圍墾工程堤線及建筑物景觀生態(tài)、生態(tài)圍墾評價指標(biāo)體系、低壩寬平臺親水性海堤、新建海堤結(jié)構(gòu)優(yōu)化等灘涂資源生態(tài)型圍墾利用方面進(jìn)行了不斷探索和實(shí)踐。占全省圍墾面積1/3的墾區(qū)濕地水面[3]、沿海蜿蜒岸線催生了新的近岸生態(tài)圈,使濱海灘涂濕地的屬性得到自然延伸。在大力發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)的新時期,灘涂圍墾利用一定要更加注重人涂和諧,維護(hù)海岸形態(tài)及港灣、海島形狀,為浙江省可持續(xù)利用海洋灘涂,發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

[1]曼德布羅特.分形理論[M/OL].http://baike.baidu.com/view/86848.htm.

[2]高義,蘇奮振,周成虎,等.基于分形的中國大陸海岸線尺度效應(yīng)研究 [J].地理學(xué)報,2011(03):331-339.

[3]朱志豪,趙敏,胡明華.灘涂及圍墾區(qū)濕地狀況分析與研究——浙江省濱海及圍墾區(qū)濕地狀況調(diào)查報告 [R].杭州:浙江省圍墾局,2007.