GIS技術(shù)在海島保護與利用規(guī)劃中的應(yīng)用*
——以破灶嶼為例

任岳森1，2，翁宇斌1，2

（1．福建海洋研究所 廈門 361013；2．福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點實驗室 廈門 361013）

隨著全國首批開發(fā)利用的無居民海島名錄公布以來，全國海島保護與利用規(guī)劃工作迅速發(fā)展起來，文章以福建省破灶嶼為例，綜合考慮海島地形、植被以及開發(fā)利用現(xiàn)狀因素，采用GIS空間分析手段，探討其保護與利用分區(qū)研究，并繪制海島保護與利用規(guī)劃各專題地圖。

地理信息系統(tǒng)；海島；保護與利用規(guī)劃

1 前言

根據(jù)《中華人民共和國海島保護法》，“本法所稱海島，是指四面環(huán)海水并在高潮時高于水面的自然形成的陸地區(qū)域，包括有居民海島和無居民海島”。中國是海洋大國，也是一個海島眾多的國家。在300萬km2余的管轄海域中，500 m2以上的海島有6 900多個，面積不足500 m2的海島更是數(shù)以萬計［1］，有人居住的海島460多個，總?cè)丝? 000多萬［2］。海島是人類開發(fā)海洋的遠涉基地和前進支點，是第二海洋經(jīng)濟區(qū)，在國土劃界和國防安全上也有特殊重要地位。近年來，隨著沿海社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，開發(fā)利用海島，特別是開發(fā)利用無居民海島的情況逐漸增多。但大多數(shù)開發(fā)利用過于粗放，開發(fā)廣度和深度不夠，所產(chǎn)生的效益低下，不僅使海島生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞，甚至威脅國防安全，有些已經(jīng)嚴重地毀壞了海島自身的固有價值［3］。為此國家出臺了一系列的法律法規(guī)來規(guī)范海島保護與利用行為。1988年，國家有關(guān)部門開展了全國海島資源綜合調(diào)查和開發(fā)試驗，初步摸清了中國海島的家底。2003年，國家海洋局、民政部和總參謀部聯(lián)合發(fā)布了《無居民海島保護與利用管理規(guī)定》，開始了中國無居民海島管理制度建設(shè)。2007年，啟動了海島保護規(guī)劃的編制、海島法律制度的建設(shè)、海島經(jīng)濟社會發(fā)展政策的制定以及海島特別保護區(qū)的建設(shè)等工作［1］。2009年12月26日《中華人民共和國海島保護法》頒布實施。2011年4月12日國家海洋局公布全國首批176個開發(fā)利用的無居民海島名錄。2012年4月19日，《全國海島保護規(guī)劃》由國家海洋局正式公布實施。韓秋影等［4］研究指出我國海島資源開發(fā)利用在環(huán)境、管理和經(jīng)濟等方面存在諸多問題，提出我國海島資源開發(fā)利用應(yīng)該建立有效的海島綜合管理體系和機構(gòu)因地制宜開發(fā)利用海島資源增加海島資金投入，逐步擴大海島對外開放力度，大力發(fā)展海島科教事業(yè)，實施人才戰(zhàn)略。

目前，國內(nèi)運用GIS技術(shù)進行城市規(guī)劃的研究較多，但因海島保護欲利用規(guī)劃剛開始起步，將GIS技術(shù)應(yīng)用到海島海島保護與利用規(guī)劃的研究卻不多。麻德明等［3］是從研究多維動態(tài)GIS方面構(gòu)建海島三維可視化模型，從而實現(xiàn)海島保護與利用可視化管理。張海明等［5］采用GIS技術(shù)和定位定量相結(jié)合的分析方法，對嵊泗縣各島嶼生態(tài)環(huán)境敏感性進行了綜合評價，為合理開發(fā)嵊泗海島資源提供技術(shù)支持。王潤等［6］嘗試運用GIS空間分析技術(shù)手段，以福建省海壇島為例，從地理氣候、環(huán)境制約、土地開發(fā)建設(shè)可能性和市場開發(fā)條件4個方面，評判海壇島岸線運動休閑旅游產(chǎn)品開發(fā)的適應(yīng)性和各段岸線的開發(fā)利用方向。郭曉峰等［7］基于生態(tài)敏感度、生態(tài)彈性度和生態(tài)壓力度，構(gòu)建了海島生態(tài)脆弱性評價的指標(biāo)體系，采用綜合指數(shù)法和GIS相結(jié)合的方法分析了生態(tài)脆弱度的空間差異和不同區(qū)域生態(tài)脆弱性的主導(dǎo)成因，對于海壇島的生態(tài)保護和資源利用具有一定的指導(dǎo)意義。María Elizabeth Barroeta-Hlusicka等［8］研究利用GPS（全球定位系統(tǒng)）以及GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)提高瑪格麗塔島（Margarita）海島的管理計劃以及保護區(qū)護林人的覆蓋率。Biswajeet Pradhan等［9］研究在馬來西亞檳城島（Penang）海島利用遙感數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)研究土壤侵蝕評價與滑坡事件的相關(guān)性。

海島作為單個的地理實體，其空間位置、大小、形態(tài)均是獨一無二的。海島的保護與開發(fā)利用涉及海島上各個地理單元，地形地貌、植被等。因此，如何根據(jù)各海島不同地理單元的特點以及開發(fā)利用現(xiàn)狀情況，科學(xué)合理地保護與開發(fā)利用海島，是我們亟須解決的問題。

2 研究區(qū)概況

2.1 地理位置

破灶嶼位于龍海市港尾鎮(zhèn)卓岐村東北側(cè)海域中，距大陸最近點1．320 km，行政區(qū)隸屬龍海市港尾鎮(zhèn)，面積為68 961 m2，岸線長度為1 570 m。形如爐灶，故名。

2.2 海島開發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及調(diào)訪，破灶嶼島陸已實施的開發(fā)利用活動主要有：林木種植、房屋建筑及水井、碼頭、山體開挖、填海造地、測量標(biāo)志、道路修建等（圖1和圖2）。

3 數(shù)據(jù)來源及技術(shù)路線

植被數(shù)據(jù)：采用“908專項”海洋調(diào)查海島植被數(shù)據(jù)。

等高線數(shù)據(jù)：采用福建省測繪局提供的1∶10 000地形數(shù)據(jù)。

海島開發(fā)利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)：采用實地踏勘GPS測量數(shù)據(jù)及航拍遙感數(shù)據(jù)。

圖1 破灶嶼島陸開發(fā)利用現(xiàn)狀照片

圖2 海島開發(fā)利用現(xiàn)狀

本研究先從福建省測繪局提供的1∶10 000地形數(shù)據(jù)入手構(gòu)建海島三維數(shù)字高程模型，提取出坡度小于25°的區(qū)塊，然后疊加“908專項”海洋調(diào)查海島植被數(shù)據(jù)，得出坡度小于25°且無植被或植被是草叢、灌叢的區(qū)域，即海島初步較適宜開發(fā)利用區(qū)域，再根據(jù)實地踏勘GPS測量數(shù)據(jù)及航拍遙感數(shù)據(jù)得出海島開發(fā)利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，得到最終的海島保護與開發(fā)利用規(guī)劃方案，并繪制海島保護與利用規(guī)劃專題圖。技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線

4 海島保護與利用規(guī)劃分區(qū)確定

4.1 海島數(shù)字高程模型構(gòu)建

4.1.1 海島TIN生成

利用ArcGIS中的3DAnalyst工具中的CreateT IN from features模塊，加載研究區(qū)域邊界數(shù)據(jù)、等高線數(shù)據(jù)，高程點數(shù)據(jù)，將區(qū)域邊界數(shù)據(jù)Height source設(shè)置為none，將Triangulate as設(shè)置為hard clip，Tag value field設(shè)置為none，等高線數(shù)據(jù)與高程點數(shù)據(jù)Height source設(shè)置均為高程值，Triangulate as設(shè)置均為mass point［10］（圖4）。

圖4 海島三維高程模型

4.1.2 海島DEM生成

利用Arc GIS中的3DAnlyst工具中的Convert tin to raster模塊可以將生成的TIN轉(zhuǎn)為DEM，Attribute設(shè)置為Elevation，Z factor設(shè)置為1，根據(jù)DEM精度需要，選擇相應(yīng)的Cell size。

4.1.3 海島坡度數(shù)據(jù)提取

利用ArcGIS中的3DAnlyst工具箱中的Raster surface下的slope工具，提取DEM數(shù)據(jù)中坡度小于25°的區(qū)域（圖5）。

4.2 海島保護與利用規(guī)劃分區(qū)確定

4.2.1 初步可進行開發(fā)利用區(qū)域確定

海島地形地貌跟植被是海島上非常重要的而且非常敏感的因子，一旦對其造成過度破壞將難以恢復(fù)甚至永遠無法恢復(fù)。一般坡度大于25°的地區(qū)不適宜進行開發(fā)利用活動，在該地區(qū)進行開發(fā)利用活動將會不可避免地嚴重破壞海島地形地貌，從而引起地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)地形因

圖5 海島地形坡度分布

子確定的保護區(qū)范圍如圖6所示。對于海島上植被覆蓋度較高的闊葉林地區(qū)，一般也不適宜進行開發(fā)利用活動，根據(jù)植被因子確定的保護區(qū)范圍見圖7。

圖6 根據(jù)海島地形確定的保護區(qū)范圍

圖7 根據(jù)海島植被暨保護對象確定的保護區(qū)范圍

因此，可利用ArcGIS軟件intersect空間分析工具將坡度小于25°面狀矢量圖層與無植被或植被是草叢、灌叢區(qū)域二者疊加分析，取交集，得到坡度小于25°且無植被或植被是草叢、灌叢的區(qū)域，即海島初步可進行開發(fā)利用區(qū)域（圖8）。

圖8 海島初步較適宜開發(fā)利用區(qū)分布

4.2.2 海島保護與開發(fā)利用分區(qū)規(guī)劃方案確定

然后根據(jù)海島目前的開發(fā)利用現(xiàn)狀，主要有林木種植、房屋建筑及水井、碼頭、填海造地、測量標(biāo)志、道路修建等開發(fā)利用活動，結(jié)合海島初步較適宜開發(fā)利用區(qū)分布，確定海島保護與開發(fā)利用分區(qū)規(guī)劃方案。破灶嶼共劃定4個保護區(qū)（其中一個位于海域）、兩個開發(fā)建設(shè)區(qū)和1個海域緩沖區(qū)（圖9）。

圖9 海島保護與利用規(guī)劃分區(qū)

（1）保護區(qū)。面積約3．668 7 hm2，占全島面積的53．2%。保護對象主要有海岸線、沙灘、植被群落、水井以及大地測量控制點。保護區(qū)內(nèi)的海岸線長度613 m，且大部分岸段陡峭，少部分為沙灘岸線。島東北側(cè)有一個國家永久大地測量控制點，根據(jù)《中華人民共和國測量標(biāo)志保護條例》“禁止在距永久性測量標(biāo)志50米范圍內(nèi)采石、爆破、射擊、架設(shè)高壓電線”，根據(jù)《福建省測量標(biāo)志管理辦法》“禁止在距測量標(biāo)志10米范圍內(nèi)挖沙、取土或開設(shè)機動車道”。本研究將該永久測量控制點10 m范圍內(nèi)不宜進行人工建筑的開發(fā)建設(shè)，考慮到該區(qū)域內(nèi)植被較為稀少，且多為灌叢，高度較低，可結(jié)合現(xiàn)有道路開展登島觀光旅游。保護區(qū)內(nèi)的海岸線嚴格控制進行工程設(shè)施建設(shè)；保護區(qū)內(nèi)除植被修復(fù)、道路修葺等開發(fā)活動外，不允許開展破壞海島植被、測量標(biāo)志及淡水資源的開發(fā)活動。

破灶嶼中部北側(cè)有一小片的自然沙灘。北部沙灘面積較大，砂質(zhì)岸線較長，但沙灘上礁石林立；南部沙灘砂質(zhì)較細，但面積較小，均不利于進行旅游開發(fā)活動。將來可考慮在上述沙灘區(qū)進行人工拋沙，對現(xiàn)有的沙灘進行改造。

（2）開發(fā)建設(shè)區(qū)。共規(guī)劃3塊開發(fā)建設(shè)區(qū)，分別位于東北部、南部和西部，總面積約為3．227 4 hm2，占全島面積的46．8%。東北部地塊面積為2．393 7 hm2，該區(qū)域岸線附近地勢陡峭，已開發(fā)建設(shè)簡易步游道，南部建有碼頭建設(shè)區(qū)，現(xiàn)建有簡易碼頭一個，廢棄房屋兩座，主要開發(fā)為碼頭建設(shè)區(qū)，開發(fā)建設(shè)區(qū)內(nèi)還包括今后擬規(guī)劃建設(shè)的規(guī)劃道路。西部地塊為人工回填區(qū)域，地勢十分平緩，面積為0．833 7 m2，為開發(fā)建設(shè)集中區(qū)，可在該區(qū)域進行房屋等旅游設(shè)施建設(shè)，建筑密度應(yīng)小于30%，建筑物離岸距離最小為10 m，建筑物高度不宜超過10 m。

（3）海域緩沖區(qū)。海島四周為海水所環(huán)繞，海島和海域并不是孤立的，單獨的個體，海島開發(fā)也需要一定的海域空間。破灶嶼周邊的海域目前密布養(yǎng)殖設(shè)施，且與海島之間距離很近，根據(jù)龍海市海洋與漁業(yè)局和龍海市港尾鎮(zhèn)政府2010年8月19日共同發(fā)出的《關(guān)于破灶嶼周邊海域水產(chǎn)養(yǎng)殖退出的通告》，位于破灶嶼西南部海域的水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)當(dāng)退出。破灶嶼定位為旅游娛樂用島，島上適宜開展休閑度假、觀光、休閑垂釣等旅游活動，開展休閑垂釣活動需要一定的海域空間。

結(jié)合上述分析，破灶嶼周邊海域應(yīng)預(yù)留一定的緩沖區(qū)作為海島開發(fā)的輔助區(qū)域。因破灶嶼緊鄰漳州開發(fā)區(qū)填海區(qū)，周邊海域空間不大，考慮周邊海域現(xiàn)有的開發(fā)利用情況，結(jié)合破灶嶼實際需求，建議將破灶嶼周邊150 m范圍內(nèi)的海域劃為緩沖區(qū)，主要可開展沙灘修復(fù)、碼頭修建及海上垂釣等旅游娛樂活動。在緩沖區(qū)內(nèi)除養(yǎng)殖外，禁止開展與島嶼旅游娛樂開發(fā)無關(guān)的其他活動。由于島嶼西部進行了人工開山填海，對海島生態(tài)造成了一定的破壞，因此，建議在人工回填區(qū)附近山體開展生態(tài)修復(fù)活動，部分恢復(fù)海島自然形態(tài)。

5 利用ArcGIS繪制專題圖

根據(jù)前節(jié)得到的海島各專題數(shù)據(jù)，繪制海島保護與利用規(guī)劃各專題圖，主要專題圖有海島三維高程模型圖、海島地形坡度分布圖、海島植被分布圖、海島初步較適宜開發(fā)利用區(qū)分布圖以及海島保護與開發(fā)利用分區(qū)圖，如上述系列圖。

6 結(jié)語與展望

海島的保護與合理開發(fā)利用是海島管理中的兩個方面，如何針對不同的海島采取不同的保護與開發(fā)利用模式，是我們今后需要進一步研究的問題。本研究主要利用GIS手段，從地形、植被以及海島開發(fā)利用狀況3個因素來探討海島的保護與可開發(fā)利用分區(qū)方案，為海島的保護與合理開發(fā)利用研究提供技術(shù)支撐，進而為海島信息化綜合管理提供技術(shù)保障。目前三維可視化GIS技術(shù)與面向?qū)ο蟮姆?wù)端GIS技術(shù)（Arc server）以及移動GIS技術(shù)是今后GIS技術(shù)發(fā)展的3個熱點。今后還可以運用GIS中的三維可視化技術(shù)進行海島三維可視化管理系統(tǒng)研究，從而構(gòu)建三維海島動態(tài)管理系統(tǒng)；利用面向?qū)ο蟮姆?wù)端GIS技術(shù)，向社會公共以及內(nèi)部管理人員發(fā)布與共享海島管理信息；利用移動GIS技術(shù)將可以構(gòu)建海島移動GIS信息發(fā)布以及管理系統(tǒng)。

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福建省科技廳省屬公益類科研院所基金專項（2011R1006－6）．