GIS技術(shù)在海島保護(hù)與利用規(guī)劃中的應(yīng)用*
——以破灶嶼為例

任岳森1，2，翁宇斌1，2

（1．福建海洋研究所 廈門 361013；2．福建省海島與海岸帶管理技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廈門 361013）

隨著全國(guó)首批開(kāi)發(fā)利用的無(wú)居民海島名錄公布以來(lái)，全國(guó)海島保護(hù)與利用規(guī)劃工作迅速發(fā)展起來(lái)，文章以福建省破灶嶼為例，綜合考慮海島地形、植被以及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀因素，采用GIS空間分析手段，探討其保護(hù)與利用分區(qū)研究，并繪制海島保護(hù)與利用規(guī)劃各專題地圖。

地理信息系統(tǒng)；海島；保護(hù)與利用規(guī)劃

1 前言

根據(jù)《中華人民共和國(guó)海島保護(hù)法》，“本法所稱海島，是指四面環(huán)海水并在高潮時(shí)高于水面的自然形成的陸地區(qū)域，包括有居民海島和無(wú)居民海島”。中國(guó)是海洋大國(guó)，也是一個(gè)海島眾多的國(guó)家。在300萬(wàn)km2余的管轄海域中，500 m2以上的海島有6 900多個(gè)，面積不足500 m2的海島更是數(shù)以萬(wàn)計(jì)［1］，有人居住的海島460多個(gè)，總?cè)丝? 000多萬(wàn)［2］。海島是人類開(kāi)發(fā)海洋的遠(yuǎn)涉基地和前進(jìn)支點(diǎn)，是第二海洋經(jīng)濟(jì)區(qū)，在國(guó)土劃界和國(guó)防安全上也有特殊重要地位。近年來(lái)，隨著沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)利用海島，特別是開(kāi)發(fā)利用無(wú)居民海島的情況逐漸增多。但大多數(shù)開(kāi)發(fā)利用過(guò)于粗放，開(kāi)發(fā)廣度和深度不夠，所產(chǎn)生的效益低下，不僅使海島生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，甚至威脅國(guó)防安全，有些已經(jīng)嚴(yán)重地毀壞了海島自身的固有價(jià)值［3］。為此國(guó)家出臺(tái)了一系列的法律法規(guī)來(lái)規(guī)范海島保護(hù)與利用行為。1988年，國(guó)家有關(guān)部門開(kāi)展了全國(guó)海島資源綜合調(diào)查和開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，初步摸清了中國(guó)海島的家底。2003年，國(guó)家海洋局、民政部和總參謀部聯(lián)合發(fā)布了《無(wú)居民海島保護(hù)與利用管理規(guī)定》，開(kāi)始了中國(guó)無(wú)居民海島管理制度建設(shè)。2007年，啟動(dòng)了海島保護(hù)規(guī)劃的編制、海島法律制度的建設(shè)、海島經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展政策的制定以及海島特別保護(hù)區(qū)的建設(shè)等工作［1］。2009年12月26日《中華人民共和國(guó)海島保護(hù)法》頒布實(shí)施。2011年4月12日國(guó)家海洋局公布全國(guó)首批176個(gè)開(kāi)發(fā)利用的無(wú)居民海島名錄。2012年4月19日，《全國(guó)海島保護(hù)規(guī)劃》由國(guó)家海洋局正式公布實(shí)施。韓秋影等［4］研究指出我國(guó)海島資源開(kāi)發(fā)利用在環(huán)境、管理和經(jīng)濟(jì)等方面存在諸多問(wèn)題，提出我國(guó)海島資源開(kāi)發(fā)利用應(yīng)該建立有效的海島綜合管理體系和機(jī)構(gòu)因地制宜開(kāi)發(fā)利用海島資源增加海島資金投入，逐步擴(kuò)大海島對(duì)外開(kāi)放力度，大力發(fā)展海島科教事業(yè)，實(shí)施人才戰(zhàn)略。

目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)用GIS技術(shù)進(jìn)行城市規(guī)劃的研究較多，但因海島保護(hù)欲利用規(guī)劃剛開(kāi)始起步，將GIS技術(shù)應(yīng)用到海島海島保護(hù)與利用規(guī)劃的研究卻不多。麻德明等［3］是從研究多維動(dòng)態(tài)GIS方面構(gòu)建海島三維可視化模型，從而實(shí)現(xiàn)海島保護(hù)與利用可視化管理。張海明等［5］采用GIS技術(shù)和定位定量相結(jié)合的分析方法，對(duì)嵊泗縣各島嶼生態(tài)環(huán)境敏感性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，為合理開(kāi)發(fā)嵊泗海島資源提供技術(shù)支持。王潤(rùn)等［6］嘗試運(yùn)用GIS空間分析技術(shù)手段，以福建省海壇島為例，從地理氣候、環(huán)境制約、土地開(kāi)發(fā)建設(shè)可能性和市場(chǎng)開(kāi)發(fā)條件4個(gè)方面，評(píng)判海壇島岸線運(yùn)動(dòng)休閑旅游產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的適應(yīng)性和各段岸線的開(kāi)發(fā)利用方向。郭曉峰等［7］基于生態(tài)敏感度、生態(tài)彈性度和生態(tài)壓力度，構(gòu)建了海島生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，采用綜合指數(shù)法和GIS相結(jié)合的方法分析了生態(tài)脆弱度的空間差異和不同區(qū)域生態(tài)脆弱性的主導(dǎo)成因，對(duì)于海壇島的生態(tài)保護(hù)和資源利用具有一定的指導(dǎo)意義。María Elizabeth Barroeta-Hlusicka等［8］研究利用GPS（全球定位系統(tǒng)）以及GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)提高瑪格麗塔島（Margarita）海島的管理計(jì)劃以及保護(hù)區(qū)護(hù)林人的覆蓋率。Biswajeet Pradhan等［9］研究在馬來(lái)西亞檳城島（Penang）海島利用遙感數(shù)據(jù)和GIS技術(shù)研究土壤侵蝕評(píng)價(jià)與滑坡事件的相關(guān)性。

海島作為單個(gè)的地理實(shí)體，其空間位置、大小、形態(tài)均是獨(dú)一無(wú)二的。海島的保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用涉及海島上各個(gè)地理單元，地形地貌、植被等。因此，如何根據(jù)各海島不同地理單元的特點(diǎn)以及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀情況，科學(xué)合理地保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用海島，是我們亟須解決的問(wèn)題。

2 研究區(qū)概況

2.1 地理位置

破灶嶼位于龍海市港尾鎮(zhèn)卓岐村東北側(cè)海域中，距大陸最近點(diǎn)1．320 km，行政區(qū)隸屬龍海市港尾鎮(zhèn)，面積為68 961 m2，岸線長(zhǎng)度為1 570 m。形如爐灶，故名。

2.2 海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及調(diào)訪，破灶嶼島陸已實(shí)施的開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)主要有：林木種植、房屋建筑及水井、碼頭、山體開(kāi)挖、填海造地、測(cè)量標(biāo)志、道路修建等（圖1和圖2）。

3 數(shù)據(jù)來(lái)源及技術(shù)路線

植被數(shù)據(jù)：采用“908專項(xiàng)”海洋調(diào)查海島植被數(shù)據(jù)。

等高線數(shù)據(jù)：采用福建省測(cè)繪局提供的1∶10 000地形數(shù)據(jù)。

海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)：采用實(shí)地踏勘GPS測(cè)量數(shù)據(jù)及航拍遙感數(shù)據(jù)。

圖1 破灶嶼島陸開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀照片

圖2 海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

本研究先從福建省測(cè)繪局提供的1∶10 000地形數(shù)據(jù)入手構(gòu)建海島三維數(shù)字高程模型，提取出坡度小于25°的區(qū)塊，然后疊加“908專項(xiàng)”海洋調(diào)查海島植被數(shù)據(jù)，得出坡度小于25°且無(wú)植被或植被是草叢、灌叢的區(qū)域，即海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)域，再根據(jù)實(shí)地踏勘GPS測(cè)量數(shù)據(jù)及航拍遙感數(shù)據(jù)得出海島開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，得到最終的海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃方案，并繪制海島保護(hù)與利用規(guī)劃專題圖。技術(shù)路線如圖3所示。

圖3 技術(shù)路線

4 海島保護(hù)與利用規(guī)劃分區(qū)確定

4.1 海島數(shù)字高程模型構(gòu)建

4.1.1 海島TIN生成

利用ArcGIS中的3DAnalyst工具中的CreateT IN from features模塊，加載研究區(qū)域邊界數(shù)據(jù)、等高線數(shù)據(jù)，高程點(diǎn)數(shù)據(jù)，將區(qū)域邊界數(shù)據(jù)Height source設(shè)置為none，將Triangulate as設(shè)置為hard clip，Tag value field設(shè)置為none，等高線數(shù)據(jù)與高程點(diǎn)數(shù)據(jù)Height source設(shè)置均為高程值，Triangulate as設(shè)置均為mass point［10］（圖4）。

圖4 海島三維高程模型

4.1.2 海島DEM生成

利用Arc GIS中的3DAnlyst工具中的Convert tin to raster模塊可以將生成的TIN轉(zhuǎn)為DEM，Attribute設(shè)置為Elevation，Z factor設(shè)置為1，根據(jù)DEM精度需要，選擇相應(yīng)的Cell size。

4.1.3 海島坡度數(shù)據(jù)提取

利用ArcGIS中的3DAnlyst工具箱中的Raster surface下的slope工具，提取DEM數(shù)據(jù)中坡度小于25°的區(qū)域（圖5）。

4.2 海島保護(hù)與利用規(guī)劃分區(qū)確定

4.2.1 初步可進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用區(qū)域確定

海島地形地貌跟植被是海島上非常重要的而且非常敏感的因子，一旦對(duì)其造成過(guò)度破壞將難以恢復(fù)甚至永遠(yuǎn)無(wú)法恢復(fù)。一般坡度大于25°的地區(qū)不適宜進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，在該地區(qū)進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)將會(huì)不可避免地嚴(yán)重破壞海島地形地貌，從而引起地質(zhì)災(zāi)害，根據(jù)地形因

圖5 海島地形坡度分布

子確定的保護(hù)區(qū)范圍如圖6所示。對(duì)于海島上植被覆蓋度較高的闊葉林地區(qū)，一般也不適宜進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，根據(jù)植被因子確定的保護(hù)區(qū)范圍見(jiàn)圖7。

圖6 根據(jù)海島地形確定的保護(hù)區(qū)范圍

圖7 根據(jù)海島植被暨保護(hù)對(duì)象確定的保護(hù)區(qū)范圍

因此，可利用ArcGIS軟件intersect空間分析工具將坡度小于25°面狀矢量圖層與無(wú)植被或植被是草叢、灌叢區(qū)域二者疊加分析，取交集，得到坡度小于25°且無(wú)植被或植被是草叢、灌叢的區(qū)域，即海島初步可進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用區(qū)域（圖8）。

圖8 海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)分布

4.2.2 海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用分區(qū)規(guī)劃方案確定

然后根據(jù)海島目前的開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，主要有林木種植、房屋建筑及水井、碼頭、填海造地、測(cè)量標(biāo)志、道路修建等開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，結(jié)合海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)分布，確定海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用分區(qū)規(guī)劃方案。破灶嶼共劃定4個(gè)保護(hù)區(qū)（其中一個(gè)位于海域）、兩個(gè)開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)和1個(gè)海域緩沖區(qū)（圖9）。

圖9 海島保護(hù)與利用規(guī)劃分區(qū)

（1）保護(hù)區(qū)。面積約3．668 7 hm2，占全島面積的53．2%。保護(hù)對(duì)象主要有海岸線、沙灘、植被群落、水井以及大地測(cè)量控制點(diǎn)。保護(hù)區(qū)內(nèi)的海岸線長(zhǎng)度613 m，且大部分岸段陡峭，少部分為沙灘岸線。島東北側(cè)有一個(gè)國(guó)家永久大地測(cè)量控制點(diǎn)，根據(jù)《中華人民共和國(guó)測(cè)量標(biāo)志保護(hù)條例》“禁止在距永久性測(cè)量標(biāo)志50米范圍內(nèi)采石、爆破、射擊、架設(shè)高壓電線”，根據(jù)《福建省測(cè)量標(biāo)志管理辦法》“禁止在距測(cè)量標(biāo)志10米范圍內(nèi)挖沙、取土或開(kāi)設(shè)機(jī)動(dòng)車道”。本研究將該永久測(cè)量控制點(diǎn)10 m范圍內(nèi)不宜進(jìn)行人工建筑的開(kāi)發(fā)建設(shè)，考慮到該區(qū)域內(nèi)植被較為稀少，且多為灌叢，高度較低，可結(jié)合現(xiàn)有道路開(kāi)展登島觀光旅游。保護(hù)區(qū)內(nèi)的海岸線嚴(yán)格控制進(jìn)行工程設(shè)施建設(shè)；保護(hù)區(qū)內(nèi)除植被修復(fù)、道路修葺等開(kāi)發(fā)活動(dòng)外，不允許開(kāi)展破壞海島植被、測(cè)量標(biāo)志及淡水資源的開(kāi)發(fā)活動(dòng)。

破灶嶼中部北側(cè)有一小片的自然沙灘。北部沙灘面積較大，砂質(zhì)岸線較長(zhǎng)，但沙灘上礁石林立；南部沙灘砂質(zhì)較細(xì)，但面積較小，均不利于進(jìn)行旅游開(kāi)發(fā)活動(dòng)。將來(lái)可考慮在上述沙灘區(qū)進(jìn)行人工拋沙，對(duì)現(xiàn)有的沙灘進(jìn)行改造。

（2）開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)。共規(guī)劃3塊開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)，分別位于東北部、南部和西部，總面積約為3．227 4 hm2，占全島面積的46．8%。東北部地塊面積為2．393 7 hm2，該區(qū)域岸線附近地勢(shì)陡峭，已開(kāi)發(fā)建設(shè)簡(jiǎn)易步游道，南部建有碼頭建設(shè)區(qū)，現(xiàn)建有簡(jiǎn)易碼頭一個(gè)，廢棄房屋兩座，主要開(kāi)發(fā)為碼頭建設(shè)區(qū)，開(kāi)發(fā)建設(shè)區(qū)內(nèi)還包括今后擬規(guī)劃建設(shè)的規(guī)劃道路。西部地塊為人工回填區(qū)域，地勢(shì)十分平緩，面積為0．833 7 m2，為開(kāi)發(fā)建設(shè)集中區(qū)，可在該區(qū)域進(jìn)行房屋等旅游設(shè)施建設(shè)，建筑密度應(yīng)小于30%，建筑物離岸距離最小為10 m，建筑物高度不宜超過(guò)10 m。

（3）海域緩沖區(qū)。海島四周為海水所環(huán)繞，海島和海域并不是孤立的，單獨(dú)的個(gè)體，海島開(kāi)發(fā)也需要一定的海域空間。破灶嶼周邊的海域目前密布養(yǎng)殖設(shè)施，且與海島之間距離很近，根據(jù)龍海市海洋與漁業(yè)局和龍海市港尾鎮(zhèn)政府2010年8月19日共同發(fā)出的《關(guān)于破灶嶼周邊海域水產(chǎn)養(yǎng)殖退出的通告》，位于破灶嶼西南部海域的水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)當(dāng)退出。破灶嶼定位為旅游娛樂(lè)用島，島上適宜開(kāi)展休閑度假、觀光、休閑垂釣等旅游活動(dòng)，開(kāi)展休閑垂釣活動(dòng)需要一定的海域空間。

結(jié)合上述分析，破灶嶼周邊海域應(yīng)預(yù)留一定的緩沖區(qū)作為海島開(kāi)發(fā)的輔助區(qū)域。因破灶嶼緊鄰漳州開(kāi)發(fā)區(qū)填海區(qū)，周邊海域空間不大，考慮周邊海域現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)利用情況，結(jié)合破灶嶼實(shí)際需求，建議將破灶嶼周邊150 m范圍內(nèi)的海域劃為緩沖區(qū)，主要可開(kāi)展沙灘修復(fù)、碼頭修建及海上垂釣等旅游娛樂(lè)活動(dòng)。在緩沖區(qū)內(nèi)除養(yǎng)殖外，禁止開(kāi)展與島嶼旅游娛樂(lè)開(kāi)發(fā)無(wú)關(guān)的其他活動(dòng)。由于島嶼西部進(jìn)行了人工開(kāi)山填海，對(duì)海島生態(tài)造成了一定的破壞，因此，建議在人工回填區(qū)附近山體開(kāi)展生態(tài)修復(fù)活動(dòng)，部分恢復(fù)海島自然形態(tài)。

5 利用ArcGIS繪制專題圖

根據(jù)前節(jié)得到的海島各專題數(shù)據(jù)，繪制海島保護(hù)與利用規(guī)劃各專題圖，主要專題圖有海島三維高程模型圖、海島地形坡度分布圖、海島植被分布圖、海島初步較適宜開(kāi)發(fā)利用區(qū)分布圖以及海島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用分區(qū)圖，如上述系列圖。

6 結(jié)語(yǔ)與展望

海島的保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)利用是海島管理中的兩個(gè)方面，如何針對(duì)不同的海島采取不同的保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用模式，是我們今后需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。本研究主要利用GIS手段，從地形、植被以及海島開(kāi)發(fā)利用狀況3個(gè)因素來(lái)探討海島的保護(hù)與可開(kāi)發(fā)利用分區(qū)方案，為海島的保護(hù)與合理開(kāi)發(fā)利用研究提供技術(shù)支撐，進(jìn)而為海島信息化綜合管理提供技術(shù)保障。目前三維可視化GIS技術(shù)與面向?qū)ο蟮姆?wù)端GIS技術(shù)（Arc server）以及移動(dòng)GIS技術(shù)是今后GIS技術(shù)發(fā)展的3個(gè)熱點(diǎn)。今后還可以運(yùn)用GIS中的三維可視化技術(shù)進(jìn)行海島三維可視化管理系統(tǒng)研究，從而構(gòu)建三維海島動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)；利用面向?qū)ο蟮姆?wù)端GIS技術(shù)，向社會(huì)公共以及內(nèi)部管理人員發(fā)布與共享海島管理信息；利用移動(dòng)GIS技術(shù)將可以構(gòu)建海島移動(dòng)GIS信息發(fā)布以及管理系統(tǒng)。

［1］ 楊邦杰，呂彩霞．中國(guó)海島的保護(hù)開(kāi)發(fā)與管理［J］．中國(guó)發(fā)展．2009，9（2）：1－2．

［2］ 陳可文．中國(guó)海洋經(jīng)濟(jì)學(xué)［M］．北京：海洋出版社，2003：215－214．

［3］ 麻德明，張志衛(wèi)，麻德波，等．多維動(dòng)態(tài)GIS在海島保護(hù)與利用管理中的應(yīng)用［J］．地理空間信息，2011，9（3）：1－2．

［4］ 韓秋影，黃小平，施平．我國(guó)海島開(kāi)發(fā)存在的問(wèn)題及對(duì)策研究［J］．湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào)．2005，25（5）：1．

［5］ 張海明，牟永銘，徐俊．基于GIS的海島地區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)：以嵊泗縣為例［J］．浙江教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（1）：1．

［6］ 王 潤(rùn)，劉家明，田大江．海島運(yùn)動(dòng)休閑旅游產(chǎn)品開(kāi)發(fā)選址研究：以福建省海壇島為例［J］．熱帶地理，2010，30（6）：1．

［7］ 郭曉峰，李青生．基于GIS的海島生態(tài)脆弱性評(píng)價(jià)研究與實(shí)踐：以海壇島為例［J］．環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2011，37（5）：1．

［8］ BARROETA-HLUSICKA María Elizabeth，BUITRAGO Joaquín．Contrasting approved uses against actual uses at La Restinga Lagoon National Park，Margarita Island，Venezuela：A GPS and GIS method to improve management plans and rangers coverage［J］．J Coast Conserv，2012，16：65－76．

［9］ PRADHAN Biswajeet，CHAUDHARI Amruta，ADINARAYANA J，et al．Soil erosion assessment and its correlation with landslide events using remote sensing data and GIS：a case study at Penang Island，Malaysia［J］．Environ Monit Assess，2012，184：715－727．

［10］ 任岳森，羅美雪．基于ARCGIS的海岸帶DEM生成與精度檢查［J］．地理空間信息，2011，9（6）：1－2．

福建省科技廳省屬公益類科研院所基金專項(xiàng)（2011R1006－6）．