闽江口海岸线40年变迁遥感监测与分析

郑旭霞

(福建省地质测绘院，福州，350011)

海岸线是陆地与海洋的分界线，主要是指多年大潮平均高潮位时的海与陆的分界线[1]。由于河口淤积、气候变暖导致海平面上升等自然条件的变化，以及人工围垦、填海造地、海洋工程等人类活动的影响，导致海岸线在不断地发生着变化。因此，快速而又准确的测定海岸线的动态变化，对于海岸线与海岸保护及利用、海域使用、海洋执法等活动具有十分重要的意义[2]。

遥感具有大范围实时同步获取不同尺度时空信息的优势，而且不受地表、海面、天气或地理位置偏远、环境条件恶劣等条件的限制[3]。因此，遥感技术在海岸线调查、动态监测等方面表现出极大的优势。国内外学者对基于遥感手段的海岸线信息提取方法开展了大量的研究，并提出多种提取算法[4-6]，大致分为2类：①瞬时水边线的提取法，该方法把海岸线和瞬时水边线混淆，没有考虑潮汐的变化对其所谓“岸线”位置的影响；②基于严格定义的海岸线提取法，该方法考虑了海岸线与潮汐的关系。而国际上很多国家采用多年平均大潮高潮线法，平均大潮高潮线是指海洋潮流达到大潮高潮时，海水所淹没的平均界线。笔者采用平均高潮线法提取闽江口海岸线信息，进行动态监测，并研究分析近40年来闽江口海岸线变迁与长度变化情况。

1 研究区概况

闽江口地区海岸线漫长曲折，大陆海岸线自罗源鉴江至福清江兜(不包括平潭岛)，长约800 km，岛屿岸线长约300 km。福州沿海海域广阔，海底地形平坦舒缓，并有阶地、峡谷等海底地貌，绝大部分为大陆架浅海[7]。闽江口漫长曲折的海岸线构成了众多大小港湾，其中较大的有罗源湾、定海湾、马尾港、漳港湾、福清湾和兴化湾，而沿海岛屿更是星罗棋布，数以万计。

闽江口以北为山地丘陵，沿岸群山峻岭，谷岭相间，岗峦起伏的山地高丘直逼海岸。闽江口以南为低丘、台地和平原，有福州、兴化两大河口平原。

闽江口地区北岸段，浅海滩涂的气温、水温适宜多种藻类、鱼虾类和贝类的养殖，是由于该岸段秋季降温早，初春气温低，较为适合海带和紫菜的养殖。此外，闽江口地区海岸线有一半是基岩岸线，而该区的基岩岸线主要为弱侵蚀型，如兴化湾、福清湾、罗源湾等港湾内岬角和岛屿基岩岸段，因为所处的地形隐蔽、波浪作用微弱，基岩岸坡较缓，有较宽的泥砂滩发育，为滩涂围垦提供了广阔的空间。因此，闽江口以北地区围垦养殖在逐年增加。而闽江口以南地区有福州、兴化两大河口平原，城镇发展较快，频繁围海造地、港口开发建设，导致海岸线变化较大。

2 海岸线提取数据源与分析方法

2.1 数据源

系统搜集了闽江口地区5个时相的底图数据有1970年1∶10000数字地形图；1986，1994，2002，2010年卫星遥感影像数据，数据来源于美国Landsat TM/ETM+、法国SPOT5。时相底图数据参数(表1)。

表1 5个时相底图数据参数Table1 The five phase map data situation

运用ERDAS IMAGE遥感图像处理软件对Landsat TM/ETM+及SPOT5遥感图像进行专业数据信息处理，从中提取海岸线信息，结合地面实地考察进行判定。利用ArcGIS Tools的叠合功能进行分析、计算，运用遥感解译得到闽江口海岸线信息，通过比对分析其变迁规律。

2.2 海岸线影像特征

闽江口地区海岸线类型主要有基岩岸线、人工岸线、砂质岸线、泥质岸线4类。不同类型的海岸线有不同的特点，遥感解译标志也不同。

2.2.1 基岩型海岸线影像特征

由于形成基岩海岸区域的坡度一般较大，当涨落潮时对基岩海岸线影响相对较小，可以直接用解译结果来进行对比分析。基岩海岸海蚀崖明显，高度较大，崖体上下地物区分明显。崖上为侵蚀、剥蚀台地，上面覆盖有土壤层及耕地，生长有许多植被、农作物，光谱反射率高。崖下为碎石堆积物以及磨蚀岸滩，常被潮水淹没，很少有植被或其它植物生长，光谱反射率低。这一光谱反射率的差异表现在单波段影像上主要为灰度的差异，而对于合成彩色图像而言，则表现为颜色上的差异，为岸线的划定提供了良好的标志[8]。在高分辨率遥感影像上地形起伏，纹理粗糙，主要分布于基岩岬角岸段、半岛和岛屿，其岸线曲折，呈典型的锯齿状海蚀岸(图1a)。

2.2.2 人工海岸线影像特征

海岸带是人类活动频繁的区域，人类围垦、填海造地、滩涂养殖等修建了许多堤坝，影像上呈规则线性，与海域界线明显(图1b)。这些堤坝边缘不受潮汐作用的影响，可以作为海岸线，有利于遥感影像对其直接监测。

2.2.3 砂质海岸线影像特征

砂质海岸对应着沙滩和过渡型砂砾质岸滩，在真彩色高分影像上呈灰黄、浅黄色色调，由海至陆地呈渐变色调，纹理平滑(图1c)，主要分布于长乐海滨一带。

2.2.4 泥质海岸线影像特征

泥质岸线对应着泥质滩或泥砂质滩，海洋环境良好，营养丰富，一般可成为重要的滩涂养殖区域。在影像上呈灰色、浅灰色色调，纹理平滑、细腻(图1d)，主要分布于罗源湾、福清湾等半封闭的谷河口海湾。

图1 闽江口海岸线卫星影像纹理特征Fig.1 The satellite image characteristics of shorelinea—基岩岸线；b—人工岸线；c—砂质岸线；d—泥质岸线

2.3 海岸线提取方法

依据以上各类型海岸线影像特征，解译出不同时间的海岸线。在通常情况下，海岸线的提取采用阈值法即可实现，其前提条件是水陆边界线位置受潮汐、海岸地形等因素的影响变化很小，岸线相对稳定。研究表明,在缺乏潮位和地形资料的情况下，平均大潮高潮线法是一种切实可行的方法，能够满足宏观分析所需的精度。平均大潮高潮线是指海洋潮流达到大潮高潮时，海水所淹没的平均界线。由于海水淹没的沙滩与未淹没的沙滩具有不同的潮滩物质成分，且暴露于水面之上的时间不同，致使沙滩含水量明显不同，具有不同的反射率，从而在遥感影像的红外波段具有不同的灰阶和色彩特征信息。因此，根据近红外波段的水体反射辐射率明显单一并低于其他地物的特性，将平均大潮高潮线位置进行提取，并结合人机交互修正方法，从而获得各时段的海岸线。

3 闽江口海岸线动态变化及分析

3.1 闽江口海岸线总体变迁分析

基于上述方法提取出的海岸线信息，再经过野外实地勘查验证、并进行修正后，得出了1970，1986，1994，2002，2010共5个年份的闽江口各类型海岸线的空间位置，不同时相各类型海岸线长度变迁统计情况(表2)。统计分析表明，闽江口海岸线长度变迁总体呈下降趋势。其中人工岸线逐年递增，2010年人工岸线长度是1970年的2.8倍。泥质岸线、砂质岸线则逐年递减，其中泥质岸线变化最为剧烈，2010年泥质岸线的长度仅为1970年的28%，基岩岸线相对较稳定。

闽江口地区海岸线在20世纪70年代至90年代岸线变迁主要是海湾区填海圩垸，用于虾、贝、鱼等养殖用地；90年代至2002年则为乡镇用地和养殖开发用地并存，而2002年至2010年期间岸线变迁主要表现为港口、工业等建设用地。

主要分布于罗源湾、官岭村、晓澳镇、道澳村、壶江村、梅花镇、松下港、兴化湾等地，其中最为明显的是兴化湾和罗源湾。兴化湾则多以工业用地为主，新建了江阴港、火力发电站、福清核电站等；罗源湾主要新建了工业码头、砂码头、狮歧码头、可门港、罗源火车站以及部分乡镇居民用地。闽江口海岸线由罗源湾、定海湾、马尾港、漳港湾、福清湾和兴化湾6部分组成，其中定海湾和马尾港海岸线变化较小，其他4个海岸线变化较大。

表2 各类型海岸线长度变迁统计情况(单位：km)Table2 The statistics of difference types of coastline lenth

3.2 罗源湾岸段海岸线变迁分析

近40年来，罗源湾岸段的泥质岸线变化最为明显，每个阶段各类型海岸线都有较大幅度的变化，主要原因是人工围垦所致。1970～1986年，罗源湾海岸线由172 km减少到了150 km。主要是新建大官坂围垦区，泥质岸线减少18.1 km，人工岸线增加2.3 km，基岩岸线减少5.6 km。1986～1994年，罗源湾海岸线由150 km减少到119 km。主要是罗源松山镇巽屿村至乘风村围垦，人工岸线减少了1.1 km，泥质岸线减少了20 km，基岩岸线减少了2.2 km。1994～2002年，罗源湾海岸线由119 km减少到110 km。主要是罗源松山镇白水村围垦，人工岸线增加了1.7 km，泥质岸线减少了8.9 km。2002～2010年，罗源湾海岸线由110 km增加到113 km。主要是罗源碧里乡先锋村至梅花村的围海造地，使4.5 km的泥质岸线变为5.4 km的人工岸线；另外，连江可门港区围海造地，使得3.0 km的泥质岸线变为4.2 km的人工岸线。

3.3 漳港湾岸段海岸线变迁分析

1970～1994年，漳港湾岸段海岸线比较稳定，变化很少。但在1994～2002年变化比较大，海岸线由39 km减少到29 km。主要是长乐江田围垦，该围垦区岸线由原来的人工岸线1.9 km、泥质岸线7.7 km、砂质岸线3.4 km，变为人工岸线4.0 km。2002～2010年，海岸线由29 km增加到35 km。主要是长乐松下镇牛头湾码头围海造地，岸线由原来的基岩岸线2.9 km，变为人工岸线8.7 km。

3.4 福清湾岸段海岸线变迁分析

1970～1986年，福清湾海岸线由158 km减少到136 km。主要是福清三山镇的围垦，使得该围垦区内的人工岸线增加到2.8 km，泥质岸线减少15.9 km。另外，福清市城头镇的围垦，人工岸线减少了4.9 km，泥质岸线减少了0.1 km。1986～1994年，福清湾海岸线由136 km减少到117 km。主要是龙田镇、三山镇的围垦，人工岸线增加1.9 km，泥质岸线减少22.6 km。1994～2002年，福清湾海岸线比较稳定，变化很少。2002～2010年，福清湾海岸线由117 km减少到106 km。主要是港头港的围垦，人工岸线减少5.1 km，基岩岸线减少4.1 km，泥质岸线减少4.1 km。

3.5 兴化湾岸段海岸线变迁分析

1970～1986年，兴化湾海岸线由257 km减少到254 km。主要是东港和西港围垦，使得海岸线有所减少。1986～1994年，兴化湾海岸线比较稳定，变化少。1994～2002年，兴化湾海岸线由254 km减少到241 km。主要是东港和西港继续向外围垦，使得海岸线减少较多。2002～2010年间，兴化湾海岸线由241 km增加到253 km。主要是江阴半岛围海造地，使得该范围内的岸线由原来的人工岸线9.7 km、砂质岸线2.2 km，变为人工岸线19.2 km。另外，三山镇前学薛村围海造地，岸线由原来的人工岸线1.7 km、基岩岸线6.3 km，变为人工岸线8.3 km。

4 结论

(1)采用卫星遥感调查与GIS空间分析技术相结合的方法，探讨研究分析了近40年来闽江口海岸线变迁演化规律。其中5个时段闽江口海岸线空间位移与长度变化。

(2)其主要原因是人类活动因素导致闽江口沿海岸线的变迁及长度变化。对变迁情况进行实地勘查验证对比及综合分析研究表明，闽江口海岸线在逐年不断缩短，人工岸线逐年不断增加，其中罗源湾、漳港湾、福清湾和兴化湾变化最大。

(3)采用不同时相的遥感影像数据源，能够快捷地获取不同年份各类型海岸线的变化信息，通过剖析变化的因素，总结变迁演化规律，可以为海岸带的开发利用及海洋资源的保护提供翔实的科学参考依据。

文章承蒙张书煌教授级高级工程师的悉心指导、审阅，并提出宝贵修改意见，在此表示衷心感谢！

1 马小峰.海岸线卫星遥感提取方法研究.大连：大连海事大学，2007.

2 孙美仙，张伟.福建省海岸线遥感调查方法及其应用研究.台湾海峡，2004，23(2).

3 郑旭霞.遥感技术在闽江口水下三角洲调查的应用研究.福建地质，2008，27(3).

4 江冲亚，李满春，刘永学.海岸带水体遥感信息全自动提取方法.测绘学报，2011，40(3).

5 孟伟灿.遥感影像水域边界智能化提取方法研究.郑州：解放军信息工程大学，2012.

6 常军，刘高焕，刘庆生.黄河三角洲海岸线遥感动态监测.地球信息科学，2004，6(1).

7 郑雯.福州海岸带景观格局动态变化及生态安全评价.福州：福建农林大学，2012.

8 樊建勇.青岛及周边地区海岸线动态变化的遥感监测.北京：中国科学院研究生院，2005.