近50 a来秀山岛岸线时空变化规律及其原因浅析

李 源，时连强*，童宵岭，廖 甜

(1.国家海洋局 第二海洋研究所 国家海岛开发与管理研究中心，浙江 杭州 310012；2.浙江大学 海洋科学与工程学系，浙江 舟山 316021)



近50 a来秀山岛岸线时空变化规律及其原因浅析

李 源1，时连强*1，童宵岭2，廖 甜1

(1.国家海洋局 第二海洋研究所 国家海岛开发与管理研究中心，浙江 杭州 310012；2.浙江大学 海洋科学与工程学系，浙江 舟山 316021)

海岸线是十分重要的自然资源，海岸线的变化会影响生态平衡与人们的生活。本文以浙江省秀山岛1970、1980、2003、2008和2014年的遥感影像作为数据源，利用遥感和GIS技术方法，并采用DSAS的岸线分析方法揭示了秀山岛近50 a来岸线的时空变化规律。结果表明：在自然和人为的双重因素影响下，秀山岛的自然岸线和人工岸线发生大规模的变化，岸线长度总体上是减少的，共减少4 226 m，新增陆域面积2.491 km2；其中人工岸线减少了4 046 m，海塘面积增加1.971 km2，表现为大规模的向海推进，时空变化显著；自然岸线减少了214 m，主要是沙质岸线和淤泥质岸线的变化，整体表现为岸线小规模的后退，但是局部地区有向海推进的现象。

秀山岛岸线；遥感；GIS；时空变化；DSAS

0 引言

海岸线是划分陆域和海域的界线，形态上曲直各异，海岸线的变化是由各种地质因素的相互作用、入海河流泥沙量的变化、复杂的气象条件和海洋条件、海平面上升以及人类社会经济活动的影响而造成的[1-2]。而海岛岸线资源是一种重要的自然资源，它承载了海岛居民许多生产生活的活动，是海域空间资源存在的基础，与海岛城市的社会生活、经济发展、交通运输息息相关。因此近年来，海岛岸线的演变研究受到越来越多的关注。随着科学技术的飞速发展，利用遥感技术来监测岸线变化成为了主要方法[3-11]。有研究者对滦河口外的泥沙岛数量、面积和岸线长度进行了统计，并开展了变化原因的分析[12-13]；有研究者对海南、福建和广西的岛屿不同类型的岸线变化进行了研究，并对典型岸段进行了分析[14-16]；还有研究者对围海前后的岛体岸线进行了描述，重点研究了人为因素对岛体岸线的影响[17-18]。

浙江省作为沿海省份，拥有岛屿众多，大小各异，其中秀山岛地理位置优越，资源丰富，以其独特的海岛景观、海岛文化和良好的生态环境为依托，建设成了以海岛休闲度假和康疗养生为主要功能的海岛型省级旅游度假区，同时秀山岛拥有得天独厚的港口资源，避风条件良好，海洋优势十分明显，其岸线的变化会影响到秀山岛的经济发展，故而需要通过研究海岛岸线变化认识其独特的自然价值。本文分析了浙江省秀山岛近50 a的岸线变化，试图通过研究秀山岛岸线变化的特征以及引起岸线变化的主要原因，进而预测海岛岸线的演化趋势，最终为海岸线的开发利用与保护提供科学依据。

1 研究区域概况

秀山岛位于舟山群岛中部，介于舟山岛和岱山岛之间，与舟山的本岛相距2.5 km，俯瞰呈扇形，陆地面积22.66 km2，海岸线长40.20 km[19]。东海岸多为岩质岸线，岬角、海湾交错，大小湾岙20个，岬角前缘多为海蚀岩崖；西海岸多为人工岸线，岸线平直；泥质海岸分布在西北部和东北部(图1)。

图1 秀山岛区位图Fig.1 Location map of Xiushan Island

秀山岛属于大陆基岩岛，原系浙东北丘陵山地的一部分，地貌以海岛丘陵为主，沿东海岸山丘密集，地形复杂，沿西海岸地势低平山坳间多海积平地。地质构造形成于燕山晚期，在全新世海侵过程中陷入海中。潮汐为正规半日潮型，近岸潮流基本呈东西往复流，平均潮差2.31 m，由于周围有众多岛屿遮蔽，风浪相对较小[19]。

2 数据与方法

本研究采用遥感影像作为数据源，总共收集了5期秀山岛的遥感图像，从1970年到2014年时间跨度长达44 a，遥感图像覆盖整个目标区域，而且分辨率基本满足研究要求。具体信息资料如表1所示。

表1 遥感影像资料

将2014年的遥感影像作为基准图像，在ENVI中对其他各个年份的遥感影像进行配准[20]，在配准过程中由于时间跨度比较大，地理信息变化较多，因此选取标志性地物作为控制点进行配准，并且控制点在遥感影像中均匀分布。同时为了保证各个数据之间能相互比较，把源数据统一校正到UTM投影和WGS84地理坐标系下。

由于早期遥感影像分辨率不是很高，加之秀山岛岸线受到季节性波浪和潮汐的影响，且成像时间与高潮位的时间不一致，提取的岸线为瞬时海水水边线，不是严格意义的海岛岸线，所以需要对瞬时海水水边线进行潮位改正。潮位校正是对非同步遥感影像进行水边线对比的前提和基础，一般岸滩的水边线描画受到潮时、潮位影响较大，基岩海岸和人工岸线受到的影响较少，由于秀山岛的沙质岸线和淤泥质岸线所占比例较小且拍摄遥感影像的农历日期相差不大，所以近似认为提取的水边线代表了海岛岸线。为了准确反映不同时期的岸线变化情况，本文采用一般高潮线法[21]来统一标准。这种方法主要通过对遥感影像进行分类处理和目视解译相结合来确定，优点是操作简单，干扰因素少，能够提取到分析数据所要求的岸线。

目前所知的量化分析岸线变迁的方法有基线法、面积法、非线性缓冲区迭代法以及动态分析法[22-23]。分析岸线变化的方法主要是通过比较岸线的位置变化，确定海岸线的变化速率等一些参数，以此来说明岸线的冲淤情况[24]。本文将提取出的海岸线信息导入具有数字岸线分析系统(DSAS)功能的地理信息系统以计算岸线变化率。

DSAS是由USGS和TPMC环境服务部门合作开发的一套ArcView扩充软件，该软件的应用是为了提高使用者识别岸线变化分析系统主要步骤的效率。其内容包括三个主要部分，即基线(baseline)、岸线(shoreline)以及与岸线正交生成的一系列剖面(transect)[25]。本文使用端点速率(End Point Rate, EPR)[26]分析1970年到2014年的秀山岛岸线变化情况，EPR的主要优点是易于计算、条件简单，只需要对应的海岸线日期，EPR由基线和岸线之间的剖面线长度除以时间所得。

3 结果与分析

将各年所提取的岸线叠加在一起，放在同一个图层中，得到秀山岛自1970年至2014年的岸线变化，如图2所示。秀山岛的岸线与陆域面积变化如表2所示。

图2 秀山岛各年岸线变化Fig.2 The change of coastline in Xiushan Island in different years

日期岸线长度/km陆域面积/km21970⁃12⁃0636．20221．9661980⁃09⁃1233．66323．1832003⁃09⁃0731．76523．7592008⁃08⁃0932．59923．8192014⁃01⁃3031．97624．457

3.1 整体变化

从表2中可以得知，1970年至2014年，秀山岛整体岸线长度总共减少4 226 m，平均每年减少96 m，在1970年到1980年期间岸线缩减幅度最大，每年减少253.9 m，2008年岸线又有所增长，随后缓慢减少。由图2可见，秀山岛岸线变化明显，围建海塘使得形状不规则的岸线变成平直的人工岸线，所以岸线长度减少。1970年至2014年，秀山岛的陆域面积呈增加趋势，总体面积增加2.491 km2，平均每年增加0.057 km2，尤其以1970年至1980年增幅最大，达到0.122 km2/a。

3.2 局部变化

将秀山岛的岸线根据《我国近海海洋综合调查与评价专项海岸线修测技术规程》中的定义划分为人工岸线和自然岸线来分析局部范围的岸线变化[27-28]。根据秀山岛的实际情况，人工岸线包括海塘岸线和码头岸线，自然岸线包括沙质岸线和淤泥质岸线，由于基岩岸线变化很小，所以本文不予考虑。

3.2.1 人工岸线

人工岸线主要包括海塘工程和码头客运站，因为码头依照海塘的岸线而建造，故码头岸线计入海塘岸线，所以人工岸线主要包括双鸾、小兰山、石井潭、箬跳和海岙5处海塘。利用ArcGIS软件计算测量这5处海塘的岸线及面积变化如表3和表4所示。

表3 不同年份5个海塘的岸线长度

表4 不同年份5个海塘的面积

对比秀山岛整体的岸线与陆域面积的变化与这5处海塘的岸线和面积变化，说明秀山岛的岸线变化集中发生在人工围填海的地方。从整体上看，5处海塘的建设总共使得4 046 m的岸线消失，占所有消失岸线的95.7%；面积总共增加1.971 km2，占所有增加面积的79.1%。从局部区域看，海岙海塘的岸线减少得最多，至2014年减少2 213 m，2003年岸线变化最大达到2 372 m；而石井潭海塘的岸线变化最小，仅减少了400 m。海岙海塘的面积增幅最大，至2014年增加了0.738 km2；而双鸾海塘面积增幅最小，至2014年仅增加了0.226 km2。双鸾和小兰山这两个海塘在1980年至2003年以及2008年至2014年期间海塘面积出现减小的情况，但是海塘面积总体是增加的。

5处海塘岸线均为减少，但是于近年来有增加的趋势，这是因为最早围垦的海塘岸线形态为向内凹陷，曲折不规则，经过早期大规模的围垦，使得凹陷的区域被填满，面积增加但是岸线长度减少，岸线变得平直，此后的围填海规模不大且在之前岸线的基础上向海推移，所以岸线会在近些年以来有所增加。

3.2.2 沙质岸线

秀山岛的沙质岸线由4处沙滩构成，包括小九子、九子、三礁和哞唬。利用ArcGIS软件中的计算测量工具测算这4处沙滩各年的岸线长度，统计结果如表5所示。

表5 不同年份沙质海岸的岸线长度

从整体上看，4处沙滩的岸线总共减少了179 m，占所有消失岸线的4.2%。其中九子沙滩的沙质岸线减少得最多，总计减少88 m；哞唬沙滩相对稳定，仅仅减少4 m的岸线。秀山岛的沙质岸线并不是逐年减少的，而是呈现出淤积增加与冲刷消减反复交替的状态。

3.2.3 淤泥质岸线

在秀山岛西部有一处滑泥公园，是秀山岛唯一的淤泥质岸线，利用ArcGIS软件中的计算测量工具测算淤泥质岸线变化，如表6所示。

表6 不同年份淤泥质海岸的岸线长度

秀山岛淤泥质岸线自1970年至2008年呈减少趋势，总共减少58 m，平均每年减少1.5 m，特别是在2003年至2008年期间岸线缩减的速率最快，平均每年减少3.2 m。2008年之后淤泥质岸线又有所增加，总共增加23 m。从整体上看秀山岛淤泥质岸线仍然是减少的，占所有消失岸线的0.8%。

3.3 DSAS分析

根据本文的研究情况，将1970年的岸线设为基线，利用DSAS分析剩余4条岸线，这里通过1970年至2014年的端点速率数据显示秀山岛岸线的整体变化情况，如图3所示。

图3 各横剖线的端点速率Fig.3 End Point Rate of each transect

端点速率值由垂直于海岛岸线基线的横剖线与相交岸线之间的长度除以时间跨度所得。从图3中可以看出各条横剖线的端点速率有正有负，正值代表该条横剖线的端点是朝海方向延伸的，意味着该处岸线呈现淤积态势；负值代表该条横剖线的端点是向岸发展的，意味着此处岸线有侵蚀后退的趋势。图3中的横剖线的端点速率(EPR值)主要集中在0 m/s附近，正负基本在5 m/a的范围内，说明秀山岛自1970年以来的自然岸线既有淤积也遭到侵蚀，岸线处于一种稳定的动态平衡状态之中，过程比较缓慢，但是该图不能说明具体岸线的变化速率与趋势情况，只能客观地反映侵蚀和淤积的状况。

同时也要注意到有一部分横剖线的端点速率值丢失了，这是由于人类围垦活动造成岸线剧烈变化，导致在DSAS分析的过程中，岸线与横剖线没有相交产生交点，即端点。还有个别异常的速率点是由于岸线与横剖线的交点并不对应原来基线上的点而造成的，因为海岛岸线凹凸曲折，不似大陆岸线相对平直，大量围垦导致岸线明显向海推移，形成陆地，剧烈的岸线变化会使从基线垂直伸展出来的横剖线相交到别的位置对应的岸线，造成数据误差。

4 讨论

秀山岛的岸线变化主要受到人为因素和自然因素两个方面的影响。引起岸线变化的人为因素主要有围海造地，修建海塘和码头等海岸工程，自然因素则主要是秀山岛近岸的海平面上升的因素。

4.1 人为因素

人类活动极大地改变了岸线原来的变化方向和速率，建造海堤、建造港口、围垦等一系列海岸工程都会改变海岸带的动力过程、沉积物的搬运和岸线位置。

秀山岛人工岸线的变化在秀山岛西部和东北部体现得十分明显，因为这些地区经历过多次围垦活动。从时间角度来看，1970年到1980年的岸线变化最明显、最剧烈，到达一个高峰，1980年之后到现在岸线变化趋于缓和，基本上没有太大的改变。根据中国海岛志中的统计记载：1968年至1974年建南浦塘，围涂300亩；1972年建双鸾塘，围涂350亩；1972年至1976年建海岙塘，围涂830亩，保护面积1 000亩；1979年至1982年建石井潭塘和箬跳塘，总共围涂700亩；1999年至2001年建兰山塘，围涂72亩；2005年建九子塘，围涂45亩[19]。这些海岸工程是引起秀山岛岸线变化的主要原因，根据这些围垦信息可以看出，虽然近年来修建海塘的工程已经越来越少，工程量规模也不如1980年以前，但是秀山岛作为岱山县总体规划中十分重要的一个环节，拥有建造优良深水港的岸线条件，政府计划将秀山岛建设成舟山群岛港航物流的重要部分，所以对其具有开发潜力的岸线资源的开发不会停止，因此秀山岛的人工岸线会继续表现出增加的趋势。

秀山岛的自然岸线同样也受到人为因素的影响，其淤泥质岸线和沙质岸线近年来逐渐成为人们休闲娱乐的场所，为了打造良好的旅游环境，提高经济效益，政府对秀山岛的自然岸线也采取了一些保护措施，比如进行人工促淤养滩，所以从自然岸线变化的统计表格中可以发现，虽然总体岸线长度是减少的，但是从时间上看岸线有一个先减少后增加的变化。由此可以预见，随着岸滩保护工程的投入，有蚀退减少趋势的岸线资源会慢慢得到恢复，因此秀山岛的自然岸线会表现出增加的趋势。

4.2 自然因素

海平面上升是由全球气候变暖、极地冰川融化、上层海水变热膨胀等原因引起的，在研究某一区域的实际海平面变化时，还要考虑当地地壳升降和局部地面沉降的影响。在当今气候条件以及地壳运动的大背景下，全球范围内的海平面普遍呈上升的趋势，这与厄尔尼诺现象有密切的关系。本文统计了国家海洋局公布的2000—2014年我国东海沿岸海平面变化速率的数据如图4所示。

图4 2000—2014年中国东海沿岸海平面变化Fig.4 The sea level change in coastal area of the East China Sea during 2000 to 2014

浙江东部沿海属于我国东海海域，浙江沿岸的海平面变化可以通过东海的海平面变化来反映。由图4可知，东海沿岸海平面变化速率均为正值，说明海平面在持续上升。羊天柱 等[29]运用统计学的方法对浙江22个验潮站的月平均海平面资料进行了分析，其中有10个海岛站资料，这里所用的海平面是“相对海平面”的概念，结果表明浙江省在过去40 a平均海面上升速率为2.63±0.06 mm/a，高于全国海平面平均上升速率，而且预计浙江海平面在未来一段时期内将保持上升趋势，估计到2050年海平面上升值为29 cm，到2100年海平面上升值为60 cm。吴中鼎 等[30]根据我国近海海平面速度变化曲线判断海平面的变化与厄尔尼诺现象有关系，并预测我国海平面会继续上升。张静[31]研究我国海平面上升的趋势后认为海平面持续上升会引起岸线侵蚀，减少可利用的土地面积，破坏沿海低地环境，威胁沿海居民生产生活。因此，海平面上升是秀山岛岸线侵蚀后退的自然原因之一。

岸滩冲淤演变也是重要的影响岸线变化的自然因素之一。在相同的一段时期内，秀山岛不同的岸段有着不同的冲淤趋势，而在同一岸段的不同时期内也会有不同的冲淤趋势。在波浪、潮汐、沿岸流作用影响下的沙质岸线和淤泥质岸线所表现出的反复冲淤现象会引起自然岸线的变化，而秀山岛岸滩的冲淤状态并不稳定，所以其自然岸线会有变化。

5 结论

本文采用1970、1980、2003、2008和2014年的秀山岛遥感影像，通过ENVI和ArcGIS等技术手段提取各年岸线信息，并利用DSAS软件综合分析之后得出以下结论。

(1)从整体范围上看，从1970年到2014年秀山岛岸线是减少的，总共减少4 226 m，人工岸线减少4 046 m，表现为早期持续减少，近年来有所增加；自然岸线减少214 m，表现为不规律的反复，局部岸线会有增加。

(2)秀山岛在自然因素的影响下，其自然岸线处于相对稳定的状态，个别沙质岸线地区和淤泥质岸线地区有小幅度的侵蚀或者淤积，这是受到沿岸流、波浪、潮流、潮汐作用以及全球海平面上升的影响，也有其泥沙条件变化、自身地质构造和物质组成方面的原因；而人工岸线在自然条件下变化不大。

(3)在人为因素的影响下，由于人类活动引起一部分岸线剧烈变化，以围垦为主要内容，使得岸线在短时间内大规模向海推进，海岸工程是造成秀山岛岸线变化的主要原因。在1970年至1980年的研究早期围垦活动最为频繁，而且围垦工程和围垦范围大，现在围垦项目大大减少，所以近些年来没有明显的人工岸线变化；而一些自然岸线出于人们旅游休闲的需要，会采取一些保护岸线的措施，所以自然岸线有恢复的趋势。

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The rule of temporal and spatial variation and its reasons analysis of coastline in Xiushan Island over the last 50 years

LI Yuan1， SHI Lian-qiang*1， TONG Xiao-ling2， LIAO Tian1

(1.StateResearchCenterforIslandExploitationandManagement,SecondInstituteofOceanography，SOA，Hangzhou310012，China；2.DepartmentofOceanScienceandEngineering，ZhejiangUniversity，Zhoushan316021，China)

Coastline is important natural resource，the change of coastline may affect the ecological balance and people’s life. the remote sensing images of the Xiushan Island of Zhejiang Province in 1970，1980，2003，2008 and 2014 were taken as data resource，while the remote sensing and GIS technology，especially DSAS shoreline analysis method were used to reveal the temporal and spatial variation of shoreline of Xiushan Island over the past 50 years. The results show that a large-scale shoreline change of natural coastline and artificial coastline have taken place in Xiushan Island under the double factors of natural and artificial influence. In general, the coastlines have been reduced, and the overall reduced value is 4 226 m, and 2.491 km2new land area has been created. The artificial coastline has been reduced 4 046 m, the seawall area has been created 1.971 km2. Characterized by massive advance to the sea，spatial and temporal changes are significant. The natural coastline has been reduced 214 m，mainly because of the change of sandy coast and muddy coast. In general, the natural coastline appears a small-scale retreat，but in some places, the coastline appears advancing to the sea.

coastline of Xiushan Island；remote sensing；GIS；temporal and spatial variation；DSAS

10.3969/j.issn.1001-909X.2016.04.006.LI Yuan，SHI Lian-qiang，TONG Xiao-ling, et al. The rule of temporal and spatial variation and its reasons analysis of coastline in Xiushan Island over the last 50 years[J]. Journal of Marine Sciences, 2016,34(4):46-53, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2016.04.006.

2015-11-23

2016-03-11

国家海洋公益性行业科研专项项目资助(201405037)；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目资助(JT1303)

李源(1991-)，男，江苏无锡市人，主要从事海岛海岸带开发与管理方面的研究。E-mail：15967125214@163.com

*通讯作者:时连强(1977-)，男，山东青州市人，副研究员，主要从事河口海岸动力沉积与地貌及环境磁学研究。E-mail：slqgj@163.com

P737

A

1001-909X(2016)04-0046-08

10.3969/j.issn.1001-909X.2016.04.006

李源，时连强，童宵岭，等.近50 a来秀山岛岸线时空变化规律及其原因浅析[J].海洋学研究,2016,34(4):46-53,