近40年来伶仃洋海岸线与红树林遥感调查与演变分析

赵玉灵

(中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)

近40年来伶仃洋海岸线与红树林遥感调查与演变分析

赵玉灵

(中国国土资源航空物探遥感中心，北京 100083)

通过对1978—2014年的5期遥感影像和地理地形资料的综合分析研究，结合实地调查验证，得出了伶仃洋海岸线和红树林湿地时空分布演变的趋势。总体而言，海岸线的总长度逐年增加，其中人工海岸线长度也是逐年增加的，2014年人工海岸线长度占总岸线长度的73.3%。全区岸线主要为向海推进海岸，东、西两岸海岸线的推进又各有特点。红树林湿地的时空分布发生了巨大变化，其总面积整体上在减少，但2003—2014年间由于红树林保护力度的增加，红树林湿地面积有所回升。海岸线变迁和红树林湿地演变主要受人为因素的影响，如筑堤围垸、围海造地、建设用地增加等。研究获得的成果数据为红树林湿地的生态保护和修复提供了重要的决策数据。

伶仃洋； 红树林； 岸线变迁； 遥感动态调查

0 引言

伶仃洋位于我国广东省珠江口，形似喇叭形，又称零丁洋或珠江口，湾内有内伶仃岛和外伶仃岛。其范围北起虎门，宽约4 km，南达香港、澳门，宽度增至约65 km，形似倒置漏斗状，水域面积约2 100 km2。东由深圳市赤湾，经内伶仃岛，西到珠海市淇澳岛一线以北为内伶仃洋，水域面积1 041 km2； 以南为外伶仃洋，水域面积1 059 km2。伶仃洋属于弱潮河口，潮型为不规则半日混合潮。在其周边有深圳市、珠海市、广州市、东莞市、中山市、香港和澳门等经济发达地区，地理位置十分重要[1]。伶仃洋主要接受来自西江、北江和东江的河水，汇集珠江的虎门、蕉门、洪奇门和横门等的来水，其流量约占了珠江总径流量的53.4%。珠江三角洲的主要港口集中在径流量较小而潮流较强的伶仃洋水系的河道口[1]。研究伶仃洋海岸线变迁与红树林湿地演变对于保护和修复这一区域生态环境有着重要意义。

1 海岸线与红树林遥感调查方法

本次调查在方法上力求遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)的3S技术相结合，以遥感解译为主，将其他研究成果资料分析和实地检查验证相结合，开展伶仃洋海岸线与红树林遥感调查。本次遥感调查共采用了5期遥感数据，具体如表1。

表1 遥感资料表

1.1 海岸线的定义及其现状的提取

海岸线是潮滩与海岸的连接线(海陆分界线)，是多年的大潮平均高潮位所形成的岸边线。根据海岸线的定义可知，遥感影像上的水陆边界线(又称水边线)并非海岸线。海岸线受水边线高度、潮汐、岸边与潮滩坡度、气象、天体运行、当地海洋动力环境、海岸地貌、海岸平面轮廓等多种要素影响[2-8]。

海岸线的提取理应根据岸边地形坡度对岸线进行校正[9-12]，但由于缺乏地形资料，所以本次海岸线提取的主要方法是： 根据多年的海岸线提取方法研究与实践建立的不同类型海岸线的遥感解译标志[5-8]。以人机交互解译为主，根据当地潮汐特点，与遥感影像的解译标志互相印证。不同类型海岸线具有不同的自然景观和影像特征，详细的遥感解译标志见表2。

表2 海岸线的类型及解译标志

①解译标志影像波段组合为ETM+7(R),4(G),1(B)。

1.2 海岸线变迁的研究方法

以遥感解译为基本工作手段，在GIS平台上将不同时相遥感资料解译得到的海岸线进行叠合对比，在此基础上分析多时相内的海岸变迁[2-6]。不同时相得到的海岸线用不同颜色加以区分(如1978年海岸线为黑色，1987年海岸线为品色，2003年海岸线青色，2006年海岸线为蓝色，2014年海岸线为红色)。工作过程中，选用该区1978年MSS、1984年TM、2003年ETM+、2006年CBERS-2和2014年高分1号等卫星数据(表1)。参考调查区内1∶5万地形图，利用ENVI和PCI软件，首先对各期遥感影像数据进行几何精纠正、配准和镶嵌，使之具有统一的地理坐标和大地坐标，本文采用高斯-克吕格投影； 然后在ArcGIS或MapGIS软件上进行专题信息提取，考虑到全区岸线总体上有向海推进的趋势，图中不同年代的海岸线表达方式采用以老盖新(老的在上层，新的在下层)的方式，以明显地反映岸线的变迁过程[2-6]。

1.3 红树林的提取方法

红树林的遥感监测方法主要有： 分类后比较法(目视解译、监督分类)、专家分类、神经网络、波段组合(植被指数、波段比值)与多时相线性变换(主成分分析法、变化向量分析)、归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)等方法。这几种方法各有优缺点[13-19]，其中以NDVI应用最为广泛。近几年，利用纹理特征来进行红树林的遥感监测是红树林遥感的新趋势。综合TM/ETM+图像的特点，选用TM2,TM5,TM7和NDVI来识别提取红树林。众多研究表明，NDVI是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子[17-19]。本文采用植被指数法与人机交互法来完成红树林的提取，获取红树林的分布现状和面积等数据。

2 海岸线现状及变迁遥感调查

调查区海岸线涵盖基岩海岸、砂砾质海岸、淤泥质海岸、生物海岸(主要为红树林)和人工海岸等类型[5-8]。总体来看，调查区海岸线的长度是逐年增长的，从1978年的691.03 km增长到2014年的799.61 km(见图1和表3)，海岸线总长度增长了108.58 km，增长比例达15.7%。

图1 调查区海岸线类型及长度的演变统计图

表3 调查区海岸线的类型与长度统计表

自然岸线的长度，尤其是淤泥质海岸和生物海岸的长度是逐年缩短的； 人工海岸长度却逐年增长。这与红树林的砍伐破坏以及围海造田、人工养殖、修建码头与机场及其他建设用地等人类活动息息相关。至2014年，人工海岸的长度占总岸线长度的73.3%，由此可见，人类活动在该地区生态环境变化中的影响占主导地位。

改革开放以来，珠江三角洲地区经济发展迅猛、人类活动频繁，尤其是伶仃洋两岸围海造地、人工养殖场的围筑、桥梁港口码头的修建、水下大规模的采砂活动等，使得本区海岸线的改造工作一直没有停止过(图2)。这些人类活动导致海岸线向海变迁、水域面积缩小、生态环境恶化等。

图2 1978—2014年调查区岸线变迁遥感解译示意图

2.1 调查区东岸的重要岸段岸线变迁研究

调查区东岸涉及东莞市、深圳市和香港特区的部分地区。从总体上看，相对于早期伶仃洋东岸的岸线在平行向海推进。其中深圳岸段海岸线向海迁移较大，尤其是交椅湾和前海湾附近海岸线变化相对更大。特别是2006—2014年间的东莞市虎门镇沙角码头与深圳市宝安区宝安机场的修建使岸线向海推移幅度较大。随着深圳港区的开发建设，整个前海湾将被继续围垦成陆。

该岸段总体走向NW。从1978—2014年的遥感影像解译图上可以看出，1978—1984年间，岸线最大外移+1 353 m，年均速率为+225.5 m.a-1。1984—2003年间东岸为全线围海造地高峰期，主要用于人工养殖场的修建，岸线最大外移+2 444 m，年平均速率为+128.63 m·a-1。2003—2014年岸线向海快速推进主要是修建机场、码头等重要设施。2003—2006年3 a间全区围海又达到一个高潮，岸线外移+3 512 m，年均速率为+1 170.67 m·a-1； 2006—2014年8 a间，岸线外移+1 434 m，年均速率为+179.25 m·a-1。1978—2014年36 a来，深圳岸段总体外移+8 743 m ，年均速率为+242.86 m·a-1。图3显示了深圳典型岸段的岸线变迁变化情况。

(a) 1978年(b) 1984年(c) 2003年 (d) 2006年(e) 2014年

图3 深圳岸段1978—2014年影像图

Fig.3 Remote sensing images of the key study area in Shenzhen from 1978 to 2014

2.2 调查区西岸的重要岸线变迁研究

调查区西岸涉及广州市、中山市、珠海市和澳门特区的部分地区。本区岸线整体变化没有东岸显著,没有出现东岸那样的全线向海推进，仅在几个点有向海推进，存在个别点的向海最大推进幅度超过了东岸的推进幅度，岸段变化主要集中在蕉门、洪奇门和横门这3大口门处，尤其在广州市南沙区万顷沙镇围垦造田幅度最大。

该岸段总体为NE走向。1978—2014年间，西岸岸段推进相对于东岸发展较为缓慢。1978—1984年间，西岸岸线变化不大,岸线外移仅集中在蕉门的鸡抱沙与孖沙浅滩。岸线最大外移+691 m,平均速率为+115.17 m·a-1。1984—2003年为岸线向海快速推进期，岸线推进主要集中在广州市南沙区和中山市横门岛和中山市泗东山等几个岸段，围海造田的主要为农田围垦带，即蕉门、洪奇门和横门等典型岸段变化显著，岸线最大外移+7 073 m, 年平均速率为+372.26 m·a-1。2003—2006年间岸线外移+2 309 m ，年平均速率为+769.67 m·a-1。2006—2014年间岸线最大外移+5 471 m，年均速率为+683.88 m·a-1。1978—2014年36 a来，广州-珠海岸段总体外移+15 544 m ，年平均速率为+431.78 m·a-1。图4反映了广州万顷沙典型岸段其岸线变迁变化情况。

(a) 1978年(b) 1984年(c) 2003年 (d) 2006年(e) 2014年

图4 广州万顷沙典型岸段1978—2014年的影像

Fig.4 Remote sensing image of the key study area in Wanqingsha,Guangzhou from 1978 to 2014

3 红树林湿地演变的遥感分析

通过对1978—2014年5期遥感图像的解译与野外调查验证得出，调查区红树林湿地总面积的演变有先下降后上升的趋势[17]。红树林面积由1978年的3 831.2 hm2减少到1984年的1 833.3 hm2，再减少到2003年的644.6 hm2； 而后至2006年红树林面积略有上升，增长到774.1 hm2； 2006—2014年由于保护力度的增加，红树林的面积有所增加，2014年为1 159.6 hm2。珠江口东岸、西岸的红树林面积也都有先下降后上升的趋势(图5、图6)。

图5 调查区红树林分布面积演变图

(a) 1978年(b) 1984年(c) 2003年

(d) 2006年(e) 2014年

图6 调查区1978—2014年红树林分布遥感解译示意图

Fig.6 The map of mangrove distribution interpreted through remote sensing in Lingdingyang Estuary from 1978 to 2014

3.1 调查区东岸红树林分布区的演变情况

调查区东岸在20世纪80年代以前(改革开放前)，红树林分布广泛，且主要为自然红树林。1978年红树林主要分布在深圳地区的海岸，此时红树林的面积达2 470.5 hm2。随着经济的迅猛发展，围垦造田及近海养殖面积陡增，该区红树林面积大幅减少。红树林主要分布在深圳地区的西北部海岸和福田地区。1984年红树林面积骤减为617.1 hm2。随着人类活动的进一步扰动，面积减少显著，2003年集中分布在福田地区，面积仅为392.2 hm2。2003—2014年间，人们认识到红树林对生态和环境的重要性，开始建立保护区来保护仅有的红树林，如深圳福田红树林自然保护区和香港米埔红树林保护区，人为破坏红树林活动基本上得到遏制。2003—2014年间红树林的面积是缓慢增加的，2006年红树林的面积上升为471.9 hm2。2006—2014年间，随着红树林保护力度的增加，至2014年红树林面积增加到586.5 hm2，主要分布在福田地区，西乡部分地区也有恢复。

3.2 调查区西岸红树林的演变情况

调查区西岸的红树林面积的变化的趋势与东岸类似，但是没有东岸红树林面积变化剧烈。20世纪80年代以前，红树林分布广泛，主要为自然红树林，其面积由1978年的1 360.7 hm2减少到1984年的1 216.2 hm2，再到2003年的252.4 hm2； 2006—2014年略有上升，2006年其面积为302.20 hm2，2014年面积达573.1 hm2。红树林主要集中在蕉门、洪奇门、横门和淇澳岛等地。

1978年—20世纪90年代，淇澳岛天然红树林面积开始减少，因为这期间开展了较大规模的滩涂围垦。尽管淇澳岛滩涂围垦规模不大，但诸如围海养殖、海洋捕捞和路桥工程建设却使得该岛的红树林资源遭到显著破坏。

2003年至今，保护红树林资源受到重视，同时珠海市政府拟将淇澳岛建设成生态岛，开始了红树林的引种扩种工程和红树林湿地生态公园建设工程。淇澳岛西北部大围湾地区的红树林则有了更大的扩展[6-8,15-16]。

4 结论与讨论

本文采用3S技术，对5个时相的遥感图像进行信息提取，得到近40 a来调查区海岸线、红树林分布现状及演变趋势，直观地反映出海岸线变迁和红树林面积变化与空间分布演变趋势。

1)近40 a来，伶仃洋海平面处于上升期，在自然状态下，海岸线变化应有进有退，但实际岸线大幅向海迁移，且岸线变化显著区主要分布在浅滩淤积的围垦区。伶仃洋滩槽的变化，是伶仃洋河川径流、港湾潮流和人类活动等因素综合作用的产物[20-21]，但人类活动是伶仃洋岸线和红树林湿地变化的主要因素。

2)结合调查区早期的地形图和1978—2014年的5期遥感解译结果，可以得出： 20世纪60年代末—1978年，经济发展相对比较缓慢，人为因素影响比较小，全区岸线的变迁主要处于自然演变状态； 1978年以后，岸线变迁主要受人类活动影响，如筑堤围垸、围海造地、修建机场码头等人类经济工程活动的影响。从总体上看，全区岸线多为向外推进，且岸线变化显著区主要分布在浅滩淤积的围垦区。

3)全区岸线的推进有不同的特点。1978—1984年间，东西两岸只有点状向海推进。与西岸相比，东岸推进的岸段略长，幅度略大一些。主要集中在沙角-沙井一线和赤湾、蛇口、福田等地，主要用于海水养殖。西岸仅在蕉门、珠海唐家湾镇附近有围海造田活动。1984—2003年间，东岸是全线向海推进期； 西岸在南沙、鸡抱沙、万顷沙、横门滩、崖门山-金鼎镇一线和淇澳岛大规模向海推进，主要用于农垦，部分为海水养殖。2003—2006年间，东西两岸经历了2003年之前的大规模全线向海推进高峰期后向海推进主要为点状，但推进幅度较大。2006—2014年间，东岸向海推进，主要为修建机场、码头和其他建设用地； 西岸主要集中在鸡抱沙、孖沙等新垦镇。

4)从1978年开始，各类型海岸线及长度均都发生了巨大变化，其中海岸线的总长度逐年增长，自然岸线逐年缩短，人工岸线逐年增长。至2014年，人工海岸线的长度已占总海岸线长度的73.3%。淤泥质海岸和生物海岸的急剧变短，这与人类活动密切相关。

5)1978年以来，调查区红树林总面积整体呈现面积减少的趋势，但2003年则是红树林面积先降后升的转折点，随着保护区的建设和保护力度的增加，至2006年之后红树林面积略有回升。1978—1984年间红树林减少幅度比1984—2003年大； 2006—2014年间红树林面积的增加幅度比2003—2006年大，2003年是调查区红树林面积的谷底。

6)红树林演变具有3个主要变化特征: ①由原来较为广泛的带状分布转变成现在的自然保护区内的集中分布； ②自然生的红树林越来越少,取代的是保护区内的人工种植的红树林； ③红树林总体面积的是减少的，但从2003年起又表现出了上升趋势[18]。

7)今后要更加广泛地收集或实测地形坡度、潮汐、微地貌、植被、海洋动力环境、海平面轮廓等相关资料，建立有效的海岸线数学反演模型，开展海岸线自动提取和深入的定量化研究。

志谢： 本文是南部沿海地区国土遥感综合调查子项目的部分成果，在工作过程中得到了方洪宾、聂洪峰、郭大海、杨清华、杨金中、范景辉、潘毅、尹琴丽、刘晓等多位同志的帮助，在此谨表谢忱。

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(责任编辑： 李瑜)

Remote sensing dynamic monitoring of the shoreline and the mangrove wetland in the Lingdingyang Estuary in the past 40 years

ZHAO Yuling

(ChinaAeroGeophysicalSurveyandRemoteSensingCenterforLandandResources,Beijing100083,China)

Based on large quantities of remote sensing data and topographic data, the authors studied the evolution of the shoreline and mangrove wetland in Lingdingyang Estuary since 1978. The results show that the evolution of the shoreline in the east bank and in the west bank was different from 1978 to 2014, and the shoreline has been mainly man-made since 1978. In 2014, the artificial shoreline accounted for 73.3% of the total length of the shoreline. Compared with the west bank, the east bank was developed faster. The mangrove wetlands were largely lost because of intensified human activities in the study area from 1978 to 2014. The analytical results clearly show the fluctuations for the areas of mangrove wetland in the past four decades. Many natural mangrove forests have disappeared because of reclamation projects. Only those in the reserves, such as the Qi’ao Island, Futian mangrove forests, have been well protected under strict conservation policies.

Lingdingyang Estuary； mangrove wetlands； shoreline change； remote sensing dynamic monitoring

10.6046/gtzyyg.2017.01.21

赵玉灵.近40年来伶仃洋海岸线与红树林遥感调查与演变分析[J].国土资源遥感,2017,29(1):136-142.(Zhao Y L.Remote sensing dynamic monitoring of the shoreline and the mangrove wetland in the Lingdingyang Estuary in the past 40 years[J].Remote Sensing for Land and Resources,2017,29(1):136-142.)

2015-09-17；

2015-11-27

中国地质调查局地质调查项目“南部沿海地区国土遥感综合调查”(编号： 1212031513018)资助。

赵玉灵(1971-)，女，博士，教授级高工，主要从事遥感地质、生态环境遥感调查及数据库等方面的研究。Email: 1398991855@qq.com。

TP 79

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