林明祥，蔡廷祿，王欣凱，夏小明

(自然資源部 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

0 引言

海岸線是指平均大潮高潮位時海陸分界的痕跡線[1]，在自然因素與人類活動的作用下不斷變化，具有不穩(wěn)定性和功能多樣性的特點[2]，并直接影響著海岸帶空間資源及其生態(tài)環(huán)境[3]。隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，海岸空間資源開發(fā)強(qiáng)度不斷加大，導(dǎo)致海岸線保護(hù)與利用之間的矛盾進(jìn)一步凸顯。開展海岸線變遷及其機(jī)制研究，對構(gòu)建科學(xué)合理的海岸線保護(hù)利用格局具有重要意義。

海岸線變遷一直是河口海岸學(xué)研究的重要課題。早期的研究主要運用歷史地理學(xué)的方法考證海岸線的歷史變遷[4]。近年來，眾多學(xué)者借助空間地理信息技術(shù)，采用閥值結(jié)合NDVI指數(shù)法、邊緣檢測算子法、面向?qū)ο蠓ǖ确椒╗5-7]進(jìn)行海岸線信息提取，并運用端點法、線性回歸法、最小二乘法等統(tǒng)計學(xué)方法研究海岸線分形特征、時空變化規(guī)律及機(jī)制等，已取得較多研究成果[8-13]。我國海岸線曲折漫長，沿岸分布著眾多海灣，這些海灣海岸線資源豐富，依托海岸線圍涂造地、興建港口和圍塘養(yǎng)殖，促進(jìn)了海灣區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，同時也對海灣生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生諸多影響。本文以浙江省沿岸中部的三門灣為對象，剖析圍填海等開發(fā)活動對海灣海岸線的影響，以期為海灣的綜合利用保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 研究區(qū)概況

三門灣是浙江省三大海灣之一，北接象山港，南鄰臺州灣，東與貓頭洋毗鄰，行政區(qū)上隸屬寧波市的象山縣、寧?？h和臺州市的三門縣。三門灣灣口界線北起石浦鎮(zhèn)銅瓦門燈標(biāo)，繞過東門島、對面山島、南田島和南山島的東海岸，經(jīng)三門列島，向西南至浦壩港鎮(zhèn)沿赤東牛密塘東南咀(1)自然資源部第二海洋研究所.浙江省重點河口海灣及其重要自然生態(tài)空間選劃技術(shù)報告. 2018.。海灣總面積約841 km2，其中，海域面積約671 km2，海島面積約170 km2。三門灣為NW—SE走向的半封閉海灣，三面群山環(huán)抱，向外通過東南灣口及石浦水道與貓頭洋相通，向內(nèi)猶如伸開五指的手掌，港汊呈指狀深嵌內(nèi)陸。三門灣岸線曲折，港汊縱橫，潮灘發(fā)育。灣內(nèi)島嶼眾多，共計199個，南田島、高塘島、花岙島面積分列前3位。三門灣資源稟賦好，區(qū)位優(yōu)勢明顯，是連接寧波經(jīng)濟(jì)圈與溫臺產(chǎn)業(yè)帶的節(jié)點，在浙江沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展中具有重要地位[14]。

圖1 研究區(qū)域形勢圖Fig.1 Situation map of the study area

2 數(shù)據(jù)及方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本文共收集了10期覆蓋三門灣海岸線的數(shù)據(jù)：第1期為1913—1934年測繪的1∶50 000比例尺的民國浙江地形圖[15]；第2期為1956—1964年期間出版的大于1∶50 000比例尺的歷史海圖以及同期的陸域地形圖；第3至第10期為1970—2019年的遙感影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分別源自美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)網(wǎng)站、地理空間云平臺、Google Earth平臺和浙江省測繪檔案館(詳見表1)。此外，還收集了2018年1∶5 000 比例尺的浙江省海岸線監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)(岸線數(shù)據(jù)精度優(yōu)于1 m)(2)自然資源部第二海洋研究所.浙江省海岸線調(diào)查監(jiān)測成果集成報告.2018.作為幾何校正和海岸線信息驗證數(shù)據(jù)。三門灣沿岸各縣的經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)據(jù)主要來源于地方縣志以及統(tǒng)計年鑒[16-21]。

表1 歷史圖件和遙感影像數(shù)據(jù)一覽表Tab.1 List of historical maps and remote sensing images data

由于各期圖件與遙感影像的坐標(biāo)系、投影不同，故先進(jìn)行歸一化處理。對地形圖和海圖進(jìn)行數(shù)字掃描后，使用ArcGIS 10.2軟件通過岸線附近的相控點對各期圖件與遙感影像進(jìn)行空間配準(zhǔn)和投影轉(zhuǎn)換，使岸線相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)一至2000國家大地坐標(biāo)系和高斯-克呂格投影(中央經(jīng)線121.5°E)。使用2018年實測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，海岸線區(qū)域全局空間誤差范圍小于10 m。

2.2 海岸線信息提取與分析

根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[22]，一般將海岸線分為自然岸線、人工岸線和河口岸線三大類。其中自然岸線指由海陸相互作用形成的海岸線，包括基巖岸線、砂質(zhì)岸線、泥質(zhì)岸線等亞類；人工岸線指由永久性人工構(gòu)筑物組成的岸線；河口岸線指河流入?？诟浇匆欢ㄒ?guī)則人為劃分的海域與陸域水體的分界線[23]。為保證海岸線信息提取的精度和準(zhǔn)確性，本文以2018年獲取的高精度海岸線位置、類型監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，采用目視解譯方法逐期進(jìn)行海岸線位置、類型信息提取并進(jìn)行拓?fù)錂z查?？紤]到各期圖件和衛(wèi)星影像的比例尺、分辨率不同，統(tǒng)一按照1∶50 000比例尺進(jìn)行長度量算統(tǒng)計和分析比對。

為客觀地比較不同時段岸線變化特征，采用某一時段內(nèi)海岸線長度的平均變化百分比來表示海岸線的變化強(qiáng)度[3]，公式如下

(1)

式中：LCIij為第i年到第j年的海岸線變化強(qiáng)度(Length Change Intensity)；li、lj分別為第i年、第j年的海岸線長度。變化強(qiáng)度的正(負(fù))表示海岸線長度的增加(縮減)，變化強(qiáng)度的絕對值越大，岸線時空變化越明顯。

為探討海岸線類型變化情況，引入岸線人工化指數(shù)(IA),以直觀地反映出人類活動對自然岸線的影響程度，岸線人工化指數(shù)是指研究區(qū)域內(nèi)人工岸線占岸線總長度的比例[24]，其計算公式為

(2)

式中：IA為岸線人工化指數(shù)，N為人工岸線長度，L為海岸線總長度。IA越大，表明海岸線人工化程度越高。

3 結(jié)果與分析

3.1 海岸線變遷與圍填海時空分布

1913年以來，三門灣海岸線經(jīng)歷了劇烈的變遷過程，圍填?；顒訉?dǎo)致海岸線位置向海推進(jìn)，較多的曲折自然岸線被平直人工岸線所取代，部分近岸島嶼先后并入大陸。從空間分布來看，海岸線變遷主要發(fā)生在相對屏蔽的內(nèi)海灣，如下洋涂、三山涂、蛇蟠涂等區(qū)域，以港汊圍堵、連島并陸為主，海岸線最大外推距離可達(dá)15 km以上(圖2)。從時間序列來看，海岸線變遷快慢不一，與圍填海活動密切相關(guān)。據(jù)統(tǒng)計，1913年以來三門灣圍填海面積總計達(dá) 231.42 km2。基于圍填海部位和規(guī)模(圖2和圖3)，大致分為以下幾個階段：1960年前，圍填?；顒恿阈欠植?，年均面積僅0.35 km2；1961—1970年，圍填海活動有所加強(qiáng)，年均面積2.7 km2；1971—1980年，圍填海活動急劇增強(qiáng)，主要實施了胡陳港、大塘港、一市港等多處堵港蓄淡工程[25]，年均面積達(dá)7.94 km2；1981—2005年，圍填海活動放緩，年均面積不足 1.5 km2；2006—2015年，圍填?；顒釉俅卧鰪?qiáng)，主要實施了下洋涂、蛇蟠涂、晏站涂等多處填海連島和灘涂圍墾工程，年均面積7.32 km2；2016年至今，圍填?；顒蛹眲p少，年均面積1.5 km2。

圖2 三門灣海岸線和圍填海時空分布狀況Fig.2 Temporal and spatial distribution of coastline and reclamation in Sanmen Bay

圖3 三門灣各階段圍填海總面積與年均值變化圖Fig.3 Total reclamation area and annual mean changeof Sanmen Bay in different stages

3.2 海岸線長度變化及強(qiáng)度特征

海岸線長度是表征海岸線資源數(shù)量的主要指標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(圖4)，1913—2020年三門灣海岸線長度共減少了283.35 km。其中，大陸海岸線減少了161.99 km，年均減少1.51 km；海島岸線減少了121.36 km，年均減少1.13 km。海岸線長度變化與圍填海方式及規(guī)模密切相關(guān)。就大陸海岸線而言，1913—2005年，長度由522.96 km持續(xù)縮短至336.91 km，主要與堵港型和灣岙型圍填海方式有關(guān)；2006—2020年，岸線長度增加了24.06 km，主要是連島并陸和順岸外推型圍填海方式造成的，比如蛇蟠涂、下洋涂圍墾工程。就海島岸線而言，1913年以來，岸線長度不斷減少，尤其1971—1980年和2006—2010年期間分別減少了58.98 km和38.09 km，主要由海島并陸造成，原海島岸線演變成大陸岸線。

圖4 三門灣海岸線長度變化Fig.4 Variation of coastline length in Sanmen Bay

岸線變化強(qiáng)度能夠客觀地反映不同時段岸線變化特征。從圖5看，三門灣海岸線變化強(qiáng)度介于 -0.05% 至-1.85%，表明海岸線總長度一直處于縮短過程中。從時間序列來看，各階段差異較大，以1971—1980年海岸線變化最強(qiáng)，與該時段圍填海活動強(qiáng)度相一致(圖3)。將大陸與海島岸線分開看，兩者變化并不一致。海島岸線變化強(qiáng)度介于0.09%至-2.12%，以2006—2010年岸線變化最強(qiáng)(圖5)，這與蛇蟠涂、晏站涂圍墾工程導(dǎo)致海島并陸有關(guān)，蛇蟠島、正嶼等海島屬性消失，相應(yīng)的海島岸線屬性也消失；1971—1980年岸線變化強(qiáng)度次之，與大塘港堵港工程導(dǎo)致海島并陸有關(guān)，白玉灣島等海島屬性消失，相應(yīng)的海島岸線屬性也消失。其他各階段海島岸線長度變化較小，沿岸圍填海規(guī)模較小且多分布于局部灣岙。大陸海岸線變化強(qiáng)度介于1.54%至 -2.26%，以1971—1980年最強(qiáng)，主要與胡陳港、一市港等大型堵港蓄淡工程有關(guān)，原港汊內(nèi)海岸線屬性消失，海岸線長度顯著縮短；2006—2010年岸線變化強(qiáng)度次之，海岸線長度不減反增，與蛇蟠島、正嶼等海島并陸有關(guān)，雖然局部的大陸海岸線消失，但原海島岸線變更為大陸岸線，岸線長度顯著增加。其他時段大陸海岸線長度變化較小，與沿岸圍填海規(guī)模較小且多分布于局部灣岙有關(guān)。因此，海岸線長度變化強(qiáng)度與圍填海的部位、方式和規(guī)模大小密切相關(guān)。

圖5 三門灣海岸線變化強(qiáng)度Fig.5 Intensity of coastline change in Sanmen Bay

3.3 海岸線類型變化及人工化特征

從三門灣不同岸線類型長度的總體變化看(圖6)，大陸自然岸線從1913年的230.71 km減少到2020年的93.83 km，變化率為59.33%，而人工岸線從290.23 km減少至265.60 km，變化率為 8.49%；海島自然岸線從1913年的319.35 km下降到2020年的205.29 km，變化率為35.72%，人工岸線從 124.69 km 下降到107.32 km，變化率為 13.93%。從變化過程看，大陸和海島自然岸線長度持續(xù)減少，而人工岸線有增有減。圍填?；顒邮沟米匀话毒€大幅減少，基巖岸線最為明顯，沿岸圍填?；顒訉?dǎo)致曲折的基巖岸線滅失，而人工岸線的增減與具體的海岸開發(fā)方式相關(guān)。

圖6 三門灣海岸線類型變化及人工化程度Fig.6 Changes of coastline types and artificialdegree in Sanmen Bay

從海岸線人工化指數(shù)看(圖6a)，三門灣海岸線的人工化程度不斷增加，海岸類型由基巖海岸為主演變成以人工海岸為主。大陸海岸線人工化指數(shù)由55.50% 增加至73.58%，海島岸線人工化指數(shù)由26.41% 增加至34.33%。大陸人工岸線呈現(xiàn)先減少而后增加的趨勢，但人工化指數(shù)持續(xù)增加(圖6b)，主要因為岸線總長度縮短，曲折的自然岸線逐漸平直化。海島人工化指數(shù)與人工岸線的變化趨勢保持一致(圖6c)，在1980年和2010年表現(xiàn)為下降，主要由于海島并陸時大量原海島的人工岸線劃歸至大陸人工岸線所致。整體上，三門灣的海岸線人工化指數(shù)不斷增加，且大陸海岸線人工化程度遠(yuǎn)高于海島岸線，近岸海島遠(yuǎn)大于偏遠(yuǎn)海島。

3.4 海岸線演變的驅(qū)動因素

導(dǎo)致海岸線演變的影響因素有很多，一般認(rèn)為海岸線變遷的原因分為兩類[26]，一類是自然因素，另一類是人類活動。近百年來，由于全球氣候變暖，海平面上升，世界海岸線普遍存在侵蝕后退的現(xiàn)象，而我國海岸線近期呈現(xiàn)出大規(guī)模向海推進(jìn)的趨勢，多數(shù)研究認(rèn)為圍填海作為我國開發(fā)利用海岸帶的重要方式，受沿海地區(qū)不同階段社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的驅(qū)動，是導(dǎo)致我國海岸線變遷的主要影響因素[27]。

三門灣是半封閉型基巖海灣，島嶼眾多，沿岸土地資源匱乏。從三門灣沿岸地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程看(圖7)，1949年以前，戰(zhàn)亂不斷導(dǎo)致人口減少，經(jīng)濟(jì)落后，土地資源基本能夠滿足需求。1949年以來，尤其1960—1980年間，人口激增(圖7a)，土地資源緊缺，淡水資源需求大。為解決土地與淡水匱乏的問題，三門灣開展了大規(guī)模圍填?；顒樱昃鶉詈Ｃ娣e急劇增加，主要表現(xiàn)為堵港蓄淡和填海造地墾種，經(jīng)濟(jì)方式以第一產(chǎn)業(yè)(農(nóng)業(yè))為主。1981—2000年，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)方式開始轉(zhuǎn)變，第二、第三產(chǎn)業(yè)的GDP比例逐漸增加，但第一產(chǎn)業(yè)(農(nóng)業(yè))占比依然不低，海岸開發(fā)強(qiáng)度較小且方式單一，傳統(tǒng)海水養(yǎng)殖業(yè)比重較大。進(jìn)入21世紀(jì)，經(jīng)濟(jì)增長迅猛，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)也發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，第二、第三產(chǎn)業(yè)的GDP比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第一產(chǎn)業(yè)(農(nóng)業(yè))，而城鎮(zhèn)建設(shè)、臨港工業(yè)(電力、港口)、圍海養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)的用海用地需求不斷增加，2006—2015年圍填?；顒舆M(jìn)入高峰。2016年以來，國家推行海岸線保護(hù)與利用管理制度，遵循保護(hù)優(yōu)先、節(jié)約利用原則，建立自然岸線保有率控制制度，對圍填?；顒舆M(jìn)行嚴(yán)格管控，除國家重大戰(zhàn)略項目外，禁止新增圍填海，三門灣海岸線逐漸趨于穩(wěn)定。

圖7 三門灣沿岸地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)變化與圍填海活動Fig.7 Changes of socio-economic indicators and reclamation activities in the coastal area of Sanmen Bay

4 結(jié)論與建議

本文結(jié)合2018年浙江海岸線監(jiān)測矢量數(shù)據(jù)，運用空間地理信息技術(shù)對近百年來三門灣海岸線變遷的時空特征進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下：

(1)三門灣海岸線變遷主要為內(nèi)海灣的圍填?；顒樱鋵?dǎo)致海岸線位置向海推進(jìn)，人工岸線逐漸取代自然岸線，部分近岸島嶼并入大陸，以港汊圍堵、連島并陸為主。近百年來圍填海面積總計達(dá)231.42 km2，其中在1971—1980年、2006—2015年圍填海強(qiáng)度最為劇烈。

(2)截彎取直的岸線變化方式致使海岸線總長度持續(xù)縮短，近百年來共減少了283.35 km。大陸岸線長度減少了161.99 km，海島岸線長度減少了 121.36 km。海岸線變化強(qiáng)度介于-0.05%至 -1.85%，大陸在1971—1980年、海島在2006—2010年期間變化強(qiáng)度最為劇烈。海岸線變化強(qiáng)度與圍填海的部位、方式和規(guī)模大小密切相關(guān)。

(3)自然岸線不斷減少，基巖岸線最為明顯，人工岸線有增有減。海岸線人工化程度持續(xù)增加，大陸遠(yuǎn)高于海島。大陸海岸線人工化指數(shù)由55.50%增至73.58%，海島岸線人工化指數(shù)由26.41%增至 34.33%，其中海島人工化指數(shù)在1980年和2010年下降，主要由近岸海島并入大陸時人工岸線大幅減少所致。

(4)人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政策引導(dǎo)是三門灣海岸線演變的驅(qū)動因素。1949年以來，尤其1960—1980年期間，人口激增而淡水、土地資源匱乏，圍填海方式以圍墾造田、堵港蓄淡為主。1981年以來，雖然經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)方式發(fā)生轉(zhuǎn)變，但農(nóng)業(yè)占比依然不低，圍墾造田和海水養(yǎng)殖仍是海岸開發(fā)的主要方式。進(jìn)入21世紀(jì)，各產(chǎn)業(yè)用地需求不斷增加，圍填海活動在2006—2015年進(jìn)入高峰。近年來，隨著圍填海管控政策的引導(dǎo)，海岸線趨向于穩(wěn)定。

隨著國家政策對圍填海活動的嚴(yán)格管控，建議不僅要妥善處理好圍填海歷史遺留問題，還應(yīng)該遵循生態(tài)優(yōu)先的原則進(jìn)行岸線生態(tài)修復(fù)，確保岸線自然保有率。同時，應(yīng)逐步將圍填海養(yǎng)殖轉(zhuǎn)化至開放式養(yǎng)殖，合理科學(xué)規(guī)劃岸線資源，實現(xiàn)生態(tài)岸線建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展。