基于Landsat的连云港连岛围填海空间格局演变分析

王亚娜 谢宏全 梅雪琴 敖新东 马东洋

摘 要：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。选择连云港连岛及其周边为实验区域，利用1985年与2017年的Landsat影像，运用ENVI 5.1遥感软件，得出连云港市连岛地区32年间围填海面积的变化图。研究表明：基于经济发展以及人文因素的需求，连岛进行了大面积的围填海。

关键词：决策树分类方法 NDWI指数法 水体提取 围填海

中图分类号：S15 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）03（a）-0000-00

近年来，为缓解工业以及农业的用地需求，连云港市积极开展围填海运动，围填海面积逐年上升。但是，围填海运动改变了连云港的自然海岸格局。因此，准确提取并及时掌握围填海动态变化信息，深入研究围填海演变进程，更好地实现江苏省海洋经济战略具有重大的现实意义。目前对围填海的分析研究主要集中在两个方面：一是定性地分析围填海的驱动因素、现状、影响结果及整治对策等；二是借助遥感技术，定量地进行围填海的研究[1]。徐谅慧等[2]对1990-2010年浙江省的围填海空间格局进行了定量研究；杨果果等[3]基于谱间关系法的研究成果，分析了南京市面积变化；陈玮彤等[4]对江苏南通进行了围填海开发状况定量评价分析及开发潜力预测。

1 研究区域概况

连岛是江苏省最大的海岛，面积7.6km2，与连云港隔海相望，通过6.7km的中国最长的拦海大堤与连云港市东部城区相连。集青山、碧海、茂林、海蚀奇石、天然沙滩、海岛渔村人文景观于一体，是江苏唯一的AAAA级海滨旅游景区，盛产海鲜。是夏季避暑纳凉、踏浪休闲娱乐、享受海鲜美味的旅游胜地。具有丰富的水体，是典型的水体提取研究区。因此本实验选择连云港市连岛作为试验区域。

本实验主要使用了在地理空间数据云平台下载的连云港市连岛地区的1985年3月23日、2017年3月15日的多光谱遥感影像数据。其中使用的1985年份影像为Landsat5遥感卫星上专题成像仪（TM）获取，云量为0，数据标识为LT51200361985082HAJ00，2017年份影像为Landsat8遥感卫星上OLI陆地成像仪获取，云量为17.19%，数据标识为LC812003620170 74LGN00。

2 试验方法

本实验利用下载的影像，使用ENVI 5.1遥感软件，先对影像进行辐射定标，大气校正以及图像配准，然后建立感兴趣区域对1985年份和2017年份的连云港市影像分别进行裁剪，然后分别计算水体指数NDWI，最后对连云港市连岛地区运用决策树分类（分为水体和非水体）。

2.1 指数法

本实验中运用的提取指数为NDWI（归一化水体指数）。针对江苏省连云港市连岛地区的实验，运用NDWI（归一化水体指数） 进行提取，该方法利用TM影像中的绿色波段和近红外进行波段计算，进而二值化处理得到水体信息的提取图像[3]。

利用NDWI指数提取水体改进的归一化水体指数NDVI，通过对不同水体的提取实验，大部分获得了比NDVI好的效果特别是提取城镇范围内的水体。NDWI用遥感影像的特定波段进行归一化差值处理，以凸显影像中的水体信息。其表达式为：

式中，Green为绿色波段，NIR为近红外波段。利用NDWI指数提取水体信息后，为了提高精度，需进行进一步的处理，将高于阈值的水体部分赋值为255，其他部分赋值为0。

2.2 决策树分类

本实验使用决策树方法进行分类。使用决策树分类可以综合利用不同来源和类型的数据进行分类，提高了分类精度，并且节点数量不受限制，可以灵活定义决策树的节点。在实验过程中，使用决策树进行分类，大于等于1 的为非水体，小于1的为水体。1985年和2017年的分类结果如图1和图2所示。

图1 1985年决策树分类结果

图2 2017年决策树分类结果

3 结果与分析

3.1 水体演变结果

通过对比1985年和2017年2个不同时相的连云港市连岛地区水体提取结果的灰度变化，建立新的变化监测图像，对结果进行分析。演变结果如图3所示，黑色部分为海洋变为陆地的部分，白色是85年到17年间没有变化的部分，灰色表示水体变为海洋。对于1985年到2017年间，连云港市连岛海域围填海区域主要集中在连岛西面，在连岛西面与云台山之间建立了一条道路，在云台山北方向增加了许多淤泥和沙滩，在连岛东面与云台山之间建立了堤坝。

图3 水体变化对比图

3.2 演变分析

3.2.1 演变原因分析

根据Landsat遥感影像图和连云港连岛调查区资料，发现位于海州湾湾顶南侧的连云港港口，在这30多年来发展巨大，成为江苏省主要港口，已成为拥有30万吨级航道的大港口[5]。连岛海域渔场位置由1985年位于连岛与云台山之间，因为连云港港口的发展改为连岛近海区。同时渔场面积显著增强。并且，连岛与云台山之间有大面积围填海区域，增加了道路和建筑，通行方式由原来的仅限船运，变为现在的海陆双运，增加了两岸之间的联系，推动了经济的发展。

3.2.2 围填海的影响

（1）围填海改变了海域的自然属性：围填海对连岛最直接的影响就是改变了海域原有的自然几何属性，包括海岸形状、海域面积、海湾容量和海底地形地貌等；其次，縮小了海域面积[6]。

（2）围填海对近海潮动力过程及海湾水交换的影响：海湾内的围填工程通常会导致湾内潮流减弱，主要动力机制是由于围填海缩小了海湾的空间尺度，减小了驻波型潮波反射距离所致；连岛海湾容积的减小和潮流的减弱会降低连岛地区的水交换能力，并导致连岛环境容量减小和纳污能力减弱。

（3）围填海对海域生态环境的影响：围填海改变了连岛海域的自然属性、施工过程会产生污染物、以及其他负面的环境效应，将会对连岛海域的生态系统产生不同程度的影响[6，7]。

对此，江苏省发布《江苏省沿江沿海港口布局规划（2015-2030年）》。规划提出：要建设布局合理、资源集约、保障有力、绿色平安的现代化港口体系，尽可能避免围填海运动造成的负面影响。

4 结论

本文利用2期遥感影像和连云港连岛地区调查资料，使用ENVI 5.1遥感软件，完成了对连云港连岛地区1985-2017年间连岛围填海演变信息的提取以及分析，得出连岛基于经济发展的原因，在连岛与云台山之间增加了大面积的围填海区域，来扩建港口码头、构筑建设用地、沿海养殖，发展旅游业。说明围填海造地工程与地形条件、发展需要、人类活动程度等因素之间存在密切的关系。

参考文献

[1] 高志强，刘向阳，宁吉才，等.基于遥感的近30a中国海岸线和围填海面积变化及成因分析[J].农业工程学报，2014，30（12）：140-147.

[2] 徐谅慧，杨磊，李加林，等.1990-2010年浙江省围填海空间格局分析[J].海洋通报，2015，34（06）：688-694.

[3] 杨果果，高原，周蕾.水体信息遥感自动提取与演变分析——以南京城区为例[J].测绘与空间地理信息，2016，39（10）：35-39.

[4] 陈玮彤，张东，韩飞，等.江苏南通沿岸围填海强度与潜力定量评价研究[J].海洋通报，2015，34（4）：443-449.

[5] 苏进，徐敏.试论连云港港口的发展[J].淮海工学院学报（社会科学版），2007，5（1）：66-68.

[6] 胡聪.围填海开发活动对海洋资源影响评价方法研究[D].青岛：中国海洋大学，2014.

[7] 林磊，刘东艳，刘哲，等.围填海对海洋水动力与生态环境的影响[J].海洋学报，2016，38（8）：1-11.