1990-2010年浙江省围填海空间格局分析

徐谅慧 ，杨磊 ，李加林 ，袁麒翔 ，卢雪珠 ，刘永超，任丽燕，孙伟伟

（1.宁波大学城市科学系，浙江 宁波 315211；2.宁波曙光中学，浙江宁波 315040；3.浙江省海洋文化与经济研究中心，浙江 宁波 315211）

围填海主要是指通过人为的修建堤坝，填埋土石方等工程来将近陆域的天然海域变为陆地，从而拓展陆域的生存空间和生产空间的一种人类活动（张明慧等，2012）。围海可以用来兴建水库、养殖塘、盐田等，填海可以用来建设港口码头、工业仓储用地、发展滨海旅游、兴建城镇以及大型基础设施或娱乐设施等。围填海具有巨大的经济效益和社会效益，能够有效缓解滨海用地紧缺与滨海城市发展的矛盾（宋红丽等，2013），实现耕地占补平衡（李加林等，2006），同时也会影响海洋产业的结构与布局（马仁锋等，2013），甚至成为经济发展速度的重要指标（Glaseretal，1991）。许多人多地少的沿海国家（如荷兰、德国、朝鲜、英国等）的围填海已有几百年甚至几千年的历史（李加林等，2007），同时通过围填海工程获得了经济腾飞的契机。

国内外学者对于围填海的研究历史悠久，大规模的围填海工程在给地区带来社会经济效益的同时，也产生了一系列海洋生境破坏和海洋环境退化等问题 （Peng et al，2005；Lie et al，2008；赵迎东等，2010）。当前相关研究主要涉及围填海的规划管理（孙丽等，2010）、围填海工程可行性（龚文平等，1995；孙连成等，2003）、围填海环境效应（Lie etal，2008；朱高儒等，2011）、围填海评价体系（吴瑞贞等，2007；刘修德等，2008；韩雪双，2009）、遥感监测（徐进勇等，2014）、驱动机制（陈凤桂等，2012）等方面，但很少有见对围填海的空间格局的综合分析。本研究拟从区域宏观角度出发，对1990-2010年浙江省围填海空间格局进行分析，以促进海洋工程的合理布局及海洋经济产业结构的转型，为改善海洋环境，减少围填海工程对海洋生境的干扰与破坏以及合理规划海洋围填海项目提供相应的参考依据。

1 研究区概况

浙江省位于中国东南沿海，长江三角洲南翼，地理位置介于北纬 27°12′-31°31′和东经 118°00′-123°00′之间。浙江大陆海岸线和海岛岸线长达6 500 km，占中国海岸线总长的20.3%，居中国首位。此外，浙江省岸线曲折，约为直线距离的4倍。岸长水深，可建万吨级以上泊位的深水岸线达290 km（孙丽娥，2013），沿海水深在200m以内的大陆架面积达23万km2，海域面积26万km2。据中国“908专项”调查结果显示，全省滩涂资源分布面积达2 285 km2，其中分布在大陆沿岸的约为1 853 km2，成为浙江省重要的土地后备资源（黄晓琛，2011）。浙江是海洋大省，全省11个地级市中的7个都是沿海城市，包括嘉兴、杭州、绍兴、宁波、台州、温州及舟山，海岸线长达2 253.7 km。本研究所指的围填海范围主要是特指浙江省大陆沿岸靠海的6个地级市，即嘉兴、杭州、绍兴、宁波、台州、温州，在此不包括舟山围填海状况。

图1 浙江省沿海地级市示意图

2 研究方法

2.1 数据来源与处理

本研究的数据主要来源于1990年及2010年的TM遥感影像（共6景，轨道号分别为118-39，118-40和118-41）。此外，其他辅助数据还包括Google Earth影像数据、浙江省1∶25万扫描地形图以及浙江省1∶25万地理背景数据。

对于浙江省1990-2010年20年间围填海范围的确定主要是在获取1990年及2010年海陆分界线数据的基础上，对部分淤泥质岸段进行修正后得到人工围垦边界，在此，对于河海分界线的选取主要依据河海划界的水文要素法，把枯水期潮流界作为河海分界线提取的原则。将得到的1990年岸线与2010年岸线做叠加处理，将线形要素转为面，从而得到浙江省20年间大陆海岸的围垦范围边界。在此基础上，结合TM遥感影像的波段特征以及GoogleEarth中1990年及2010年影像数据，建立不同地类的解译标志，运用eCognition Developer 8.7基于样本的分类方式，同时结合人机互动解译分类，得到浙江省围填海分类数据。

根据浙江省围填海地类的具体情况，将其分为以下几种类型：耕地、临海工业、港口码头、城镇建设、湿地、养殖池塘、水域库区、未利用地等8种类型。

2.2 围填海空间格局分析指标选取

对于围填海空间格局的分析，本文主要借用景观生态学中有关景观格局变化的定量研究指标数据，并将其做相应的修改，使其适合本文围填海空间格局分析的研究。所选取的指标包括围填海斑块个数、围填海平均斑块面积、围填海面积变异系数、围填海斑块密度、围填海平均斑块形状指数、围填海平均斑块分维数、围填海聚集度指数、围填海强度指数、围填海多样性指数等9个指标（邬建国，2007）。各指标的计算主要借助景观指数计算软件Fragstats3.4来完成。

各个指标的计算方式及含义如下：

（1）围填海斑块个数 （NP）

围填海斑块个数（NP；单位：个）指围填海区域内不同类型用地的斑块的数量，可以用来描述用地的异质性和破碎度，NP值越大，破碎度越高，反之则越低。NP≥1。

（2）围填海平均斑块面积（MPS）

围填海平均斑块面积（MPS）指围填海区域内围填海总面积的平均值。可以表征某一个地类的破碎程度，MPS值越小，则该种地类越破碎。具体计算公式如下：

式中，MPS代表围填海平均斑块面积，A代表区域内所有（或某一类）围填海面积（ha），NP代表区域内总（或某一类）围填海斑块个数（个）。MPS＞0。

（3）围填海斑块密度 （PD）

围填海斑块密度指单位面积上的斑块数，是表征景观破碎化程度的指标，斑块密度越大，景观破碎化程度越高，反之则越低。具体计算公式如下：式中，NP为斑块总数（个），A代表总的景观面积（ha），PD ≥ 0。

（4）围填海面积变异系数（PSCV）

围填海面积变异系数（PSCV）指围填海的各个斑块之间面积的差异程度，PSCV越大，则表明面积差异越大，反之越小。具体计算公式如下：

式中，PSCV为围填海面积变异系数，MPS为围填海平均斑块面积，PSSD为围填海斑块面积的标准差，计算方式如下：

式中，m，n均为斑块类型总数，aij为第i类围填海用地类型中第j个斑块的面积，MPS为围填海平均斑块面积，NP为斑块总个数。PSCV≥0。

（5）围填海强度指数 （IN）

围填海强度指数（IN）指单位长度（1km）岸线上的围填海面积，表征区域内围填海规模的大小。具体计算公式如下：

式中，IN为围填海强度指数，S为围填海总面积（ha），L为1990年的岸线长度（km）。PD＞0。

（6）围填海多样性指数 （SHDI）

围填海多样性指数（SHDI）在景观生态学中也称香农多样性指数，能够反映景观类型的多少以及各类型所占总景观面积比例的变化，同时能够体现不同景观类型的异质性，对景观中各类型非均衡分布状况较为敏感，强调稀有的景观类型对总体信息的贡献度。当SHDI=0时，说明景观中只有一种斑块类型；SHDI值越大，则代表斑块类型增加或各类型斑块所占面积比例趋于相似。具体计算公式如下：

式中，m为斑块类型总数，Pi为第i类斑块类型所占景观总面积的比例。SHDI≥0。

（7）围填海平均斑块形状指数（MSI）

围填海平均斑块形状指数（MSI）通常用来表征每个斑块形状的总体复杂程度，一般而言，当景观类型中所有斑块均为正方形时，MSI=1；当景观中斑块形状不规则或偏离正方形时，MSI值增大。具体计算公式如下：

式中，MSI为围填海平均斑块形状指数，m，n均为斑块类型总数，aij为第i类围填海用地类型中第j个斑块的面积，Pij为第i类围填海用地类型中第j个斑块的周长，NP为围填海斑块总数。MSI≥1。

（8）围填海平均斑块分维数（MPFD）

围填海平均斑块分维数（MPFD）用来描述景观中斑块形状的复杂程度，其大小能够表征人类活动对景观的影响程度。MPFD的值越接近于1，则说明斑块间的相似性越强，斑块形状越有规律，即斑块的几何形状越简单，表明受人类活动的影响程度越大，反之则越小。具体计算公式如下：

式中，MPFD为围填海平均斑块分维数，m，n均为斑块类型总数，aij为第i类围填海用地类型中第j个斑块的面积，Pij为第i类围填海用地类型中第j个斑块的周长，NP为围填海斑块总数。1≤MPFD≤2。

（9）围填海聚集度指数（AI）

围填海聚集度指数（AI）指不同类型斑块的非随机性的聚集程度，能够表征景观组分的空间配置特征。聚集度指数越小，则表明景观多由许多小斑块组成，且有着较大的随机性；聚集度指数越大，斑块则越聚集且能形成少数较大的斑块。具体计算公式如下：

式中，m，n均为斑块类型总数，Pij是随机选择的两个相邻栅格细胞属于类型i与类型j的概率。0＜AI≤ 100。

3 结果与分析

3.1 围填海整体结构分析

通过将1990年和2010年海陆分界线叠加，以及要素转面处理可得，1990-2010年的20年间，浙江省围填海总面积达108 760.41 ha，共有斑块447个，围填海平均斑块面积为244.40 ha（表3），其中，宁波、台州、杭州、温州、嘉兴、绍兴围填海面积分别是42 087.42 ha、31 518.00 ha、14 152.59 ha、11 809.08 ha、8 106.03 ha、1 087.29 ha。在各类围填海用地类型中，养殖池塘的比例最大，约占总围填海面积的28.22%（图2），其次为未利用地，约占总围填海面积的21.77%，且从其利用趋势来看，大部分将用作养殖池塘，由此可见，浙江省的围填海区域中，有近一半作为鱼塘、虾塘、蟹塘、鳝塘等，这主要由于浙江省沿海岸线中，原先淤泥质岸线占据了较大的比例，更多的海岸被围垦为养殖池塘。正因如此，湿地和耕地所占的比例也较大，分别约为19.23%和13.40%。此外，在各类建设用地中，城镇建设所占比例较大，为7.86%，这主要是由于浙江沿海的平原地区有着良好的海运条件，更多的城镇依靠港口、工业等发展起来，且面积不断扩大。临海工业和港口码头也占5.91%，但是主要集中在杭州湾北岸的基岩海岸区以及宁波北仑至象山附近，而杭州湾南岸以及三门湾、乐清湾海域由于淤泥质海岸较多，建港条件不理想，故港口较少；浙江省沿海的临港工业主要也集中在港口码头附近，且以临海化工业和海洋船舶工业居多。还有一小部分的围填海区域被用作水域库区，用来存储淡水资源等，约占围垦面积的3.60%。

图2 浙江省1990-2010年围填海地类用途百分比

从地理空间分布来看，在浙江省6个地级市中，宁波市的围填海面积最大，达42 087.42 ha，占围填海总面积的38.70%，且围填海斑块个数为196个，居6个地级市之首，同时，8类围填海地类中，除未利用地外（台州市未利用地占总未利用地面积的62.51%），宁波市的其余地类所占百分比均占首位，其中，水域库区约占浙江省围填海水域库区的71.06%。绍兴市围填海面积最小，仅为1 087.29 ha，占总围填海面积的1.00%。其余几个地级市中，围填海面积：台州市＞杭州市＞温州市＞嘉兴市（表1）。此外，对于各类建设用地，如临海工业、城镇建设及港口码头除集中分布在宁波市外，还集中分布于嘉兴市和台州市，其中台州市的港口码头占总围填海港口码头面积的38.21%。而从各类农用地来看，除集中分布在宁波市外，嘉兴市、杭州市的耕地分别占24.12%和23.35%，这些耕地主要分布在杭州湾底部钱塘江口两岸的淤泥质海岸上，而湿地和养殖池塘主要还集中分布在杭州市和台州市沿岸的淤泥质岸线上（表1）。

表1 浙江省围填海各类型空间区域分布（单位：ha）

3.2 围填海斑块面积分析

浙江省围填海各类用地类型中，以耕地和养殖池塘占优势（表2），说明大部分的围填海用来作为农用地，以补偿城区耕地被占用的现状。养殖池塘的斑块密度较大，达0.122个/ha，同时，斑块间的面积差异也相对较大，变异系数达200.93%。此外，城镇建设、港口码头以及水域库区的面积变异系数也较大，这主要是由于大部分的围填海城镇建设及港口码头均位于基岩海岸附近，受地形等因素的影响，不同区域用地面积差异较大；而对于水域库区，也大部分位于基岩海岸内凹的小港湾处，故不同岸线沿岸水域库区面积差异也较大。

而从空间差异来看，浙江省总体围填海斑块面积变异系数较大，达218.64%（表3）。在6个沿海地级市中，台州市的斑块面积变异系数最大，达249.24%，大于浙江省整体的围填海斑块面积变异系数，这主要是由于台州市的临海市、台州市区及玉环县东侧有几块面积较大的已围垦但还未彻底开发的未利用地斑块的存在，面积差异悬殊，故面积变异系数较大。而其余几个地级市的斑块面积变异系数均小于浙江省整体值，其中，温州市和宁波市次之，分别为210.91%和208.49%，主要因为围填海地类种类较多，且不同类别之间差异较大，故面积变异系数较大。而绍兴市的面积变异系数最小，仅为97.07%，这是由于绍兴市围填海斑块面积较少，仅为7个，且各斑块都相对比较均匀，面积差异不大。

表2 浙江省围填海各类型面积指数表

表3 浙江省各沿海地级市围填海面积指数统计

3.3 围填海斑块形状特征分析

对于围填海斑块形状特征的分析，主要选取平均斑块形状指数和平均斑块分维数两个指标来分析。如图3所示，各类型的平均斑块形状指数和平均斑块分维数表现出一定的相关性。其中，水域库区和港口码头的平均斑块形状指数均较大，同时，二者的平均斑块分维数也分别达到1.10和1.12，这主要是由于这两种地类均大多分布在基岩岸线附近，受当地地形的限制，使得其形状更为复杂。除此以外，湿地、耕地以及未利用地的平均斑块形状指数和平均斑块分维数也较大，主要由于这三类地类相互镶嵌，更多的围垦用地还未较好的开发利用，呈现出半海水半淤泥质湿地或半耕地半淤泥质湿地的特征，且期间没有较明显的人工分界线，故增加了其形状的复杂程度。而对于受人类作用明显，且开发较为彻底的临海工业以及城镇建设，二项指标值均较小，形状较为简单。

图3 浙江省围填海各类型的平均形状指数和平均分维数

由图4可知，浙江省围填海平均斑块形状指数为1.91，平均斑块分维数为1.09。其在各个地级市中的情况各有不同，其中，台州市和宁波市的平均斑块形状指数和平均斑块分维数分别为1.99和1.10及1.95和1.10，均高于浙江省平均值，这主要与宁波、台州沿海地带多丘陵地形有关，使得斑块受自然地形影响较大，形状最为复杂。杭州市和温州市次之，绍兴市的平均斑块形状指数及平均斑块分维数最小，分别为1.68和1.07，其各个斑块的形状较为简单，主要由于此处大多为平原地区，受自然地形的影响较小。

图4 浙江省各地级市围填海斑块平均形状指数和平均分维数

3.4 围填海类型聚集度分析

如图5所示，浙江省围填海各类型的聚集度均较高，其中未利用地最高，湿地、耕地、养殖池塘次之，其后是城镇建设、临港工业、水域库区等，而港口码头的聚集度最低，即最为破碎，这与港口选址的条件限制以及人类活动的强烈作用有着重要的关系。在1990-2010年的20年间，更多的海域被围填起来成为陆域的一部分，由于某些区块围填面积较大，故还有一大部分围填海域还未得到及时充分的开发利用，且这些区块较为集中，故未利用地的聚集度较大。而湿地、耕地及养殖池塘大多分布在浙江杭州湾南岸、三门湾、乐清湾以及温州南部的淤泥质岸线一带，且分布也较为集中，聚集度也较大。而对于各类建设用地，由于受到地形因素的影响，同时考虑到各地发展的需要，大多分布在山脚平原地区，较为零散，故聚集度较低，破碎度较大，该现象尤以港口码头用地最为突出。

图5 浙江省围填海各类型聚集度指数

3.5 围填海强度及多样性分析

海陆分界线是各个区域围填海的重要依托，在此采用单位岸线的围填海面积来表征浙江省各个地级市的围填海强度指数，由图6可知，浙江省的围填海强度指数为56.30 ha/km。而在浙江省的6个沿海地级市中，杭州市的围填海强度最大，为300.70 ha/km，主要由于杭州市岸线较短，而钱塘江口又有着众多的淤泥质海岸，故围填海面积较大。其次为绍兴市和嘉兴市，分别为76.25 ha/km和72.91 ha/km，而宁波市、台州市及温州市由于岸线较长，故围填海强度相对较弱。

图6 浙江省各地级市围填海强度指数及多样性指数

围填海多样性指数是度量围填海各用地类型及面积的空间复杂程度的量，由图6可知，浙江省的总体围填海多样性指数为1.80。表现在浙江省沿海6个地级市中，宁波市的围填海用地类型有8类，且各个类型面积比例差异较大，故围填海多样性指数较高，达1.86，高于浙江省平均值。嘉兴市、绍兴市的围填海用地类型也为8类，但是由于其不同用地类型之间的面积比例差异较小，故围填海多样性指数次之，分别为1.68和1.49。而温州市、杭州市和绍兴市由于用地类型相对较少，故围填海多样性指数较低。

4 结论

综合上述分析，可以得出以下结论：

（1）在1990-2010年的20年间，浙江省围填海总面积达到108 760 ha，各类围填海用地类型中，养殖池塘所占比例居第一位且有进一步增大的趋势。此外，建设用地中，城镇建设所占比例较大。从空间分布来看，浙江省6个大陆沿海城市中的围填海面积宁波市最多，嘉兴市最少。由此表明，人类活动对于围填海区域的影响在地域上存在明显的差异。

（2）浙江省围填海地区各类用地的斑块面积、个数、密度以及斑块面积变异系数差异明显。以农用地为主，其中，养殖池塘的面积、个数、密度和斑块面积变异系数均处于第一位。空间分布上，浙江省围填海形成的斑块面积变异系数总体处于较高的水平。6个地级市中，只有台州市围填海的斑块面积变异系数高于平均值，且各地级市之间存在较大差异，即从整体上看，浙江省围填海斑块面积的区域差异显著。此外，受地形、地类间的空间关系以及人类活动等的影响，浙江省围填海各类型的平均斑块形状指数与平均斑块分维数呈正相关关系。其中，台州市和宁波市的指标均高于平均值，斑块的形状最为复杂，而嘉兴市和绍兴市的斑块形状较为简单。

（3）浙江省围填海各用地类型的聚集度处于较高水平，其中，未利用地最高，其次是湿地、耕地以及养殖池塘，而水库库区、港口码头、城镇建设及临海工业的聚集度都比较低，尤其是港口码头的聚集度最低。说明，围填海类型的聚集度与地形条件、发展需要、人类活动程度等因素之间存在密切的关系。杭州市的围填海强度最大，超出浙江省平均水平；宁波市围填海的多样性指数最高。可见，围填海强度和多样性指数的大小与围填海的面积、岸线的长度、用地类型等因素有关。

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