李 源，時連強*，童宵嶺，廖 甜

(1.國家海洋局 第二海洋研究所 國家海島開發(fā)與管理研究中心，浙江 杭州 310012；2.浙江大學 海洋科學與工程學系，浙江 舟山 316021)

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近50 a來秀山島岸線時空變化規(guī)律及其原因淺析

李 源1，時連強*1，童宵嶺2，廖 甜1

(1.國家海洋局 第二海洋研究所 國家海島開發(fā)與管理研究中心，浙江 杭州 310012；2.浙江大學 海洋科學與工程學系，浙江 舟山 316021)

海岸線是十分重要的自然資源，海岸線的變化會影響生態(tài)平衡與人們的生活。本文以浙江省秀山島1970、1980、2003、2008和2014年的遙感影像作為數(shù)據(jù)源，利用遙感和GIS技術方法，并采用DSAS的岸線分析方法揭示了秀山島近50 a來岸線的時空變化規(guī)律。結果表明：在自然和人為的雙重因素影響下，秀山島的自然岸線和人工岸線發(fā)生大規(guī)模的變化，岸線長度總體上是減少的，共減少4 226 m，新增陸域面積2.491 km2；其中人工岸線減少了4 046 m，海塘面積增加1.971 km2，表現(xiàn)為大規(guī)模的向海推進，時空變化顯著；自然岸線減少了214 m，主要是沙質岸線和淤泥質岸線的變化，整體表現(xiàn)為岸線小規(guī)模的后退，但是局部地區(qū)有向海推進的現(xiàn)象。

秀山島岸線；遙感；GIS；時空變化；DSAS

0 引言

海岸線是劃分陸域和海域的界線，形態(tài)上曲直各異，海岸線的變化是由各種地質因素的相互作用、入海河流泥沙量的變化、復雜的氣象條件和海洋條件、海平面上升以及人類社會經(jīng)濟活動的影響而造成的[1-2]。而海島岸線資源是一種重要的自然資源，它承載了海島居民許多生產(chǎn)生活的活動，是海域空間資源存在的基礎，與海島城市的社會生活、經(jīng)濟發(fā)展、交通運輸息息相關。因此近年來，海島岸線的演變研究受到越來越多的關注。隨著科學技術的飛速發(fā)展，利用遙感技術來監(jiān)測岸線變化成為了主要方法[3-11]。有研究者對灤河口外的泥沙島數(shù)量、面積和岸線長度進行了統(tǒng)計，并開展了變化原因的分析[12-13]；有研究者對海南、福建和廣西的島嶼不同類型的岸線變化進行了研究，并對典型岸段進行了分析[14-16]；還有研究者對圍海前后的島體岸線進行了描述，重點研究了人為因素對島體岸線的影響[17-18]。

浙江省作為沿海省份，擁有島嶼眾多，大小各異，其中秀山島地理位置優(yōu)越，資源豐富，以其獨特的海島景觀、海島文化和良好的生態(tài)環(huán)境為依托，建設成了以海島休閑度假和康療養(yǎng)生為主要功能的海島型省級旅游度假區(qū)，同時秀山島擁有得天獨厚的港口資源，避風條件良好，海洋優(yōu)勢十分明顯，其岸線的變化會影響到秀山島的經(jīng)濟發(fā)展，故而需要通過研究海島岸線變化認識其獨特的自然價值。本文分析了浙江省秀山島近50 a的岸線變化，試圖通過研究秀山島岸線變化的特征以及引起岸線變化的主要原因，進而預測海島岸線的演化趨勢，最終為海岸線的開發(fā)利用與保護提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

秀山島位于舟山群島中部，介于舟山島和岱山島之間，與舟山的本島相距2.5 km，俯瞰呈扇形，陸地面積22.66 km2，海岸線長40.20 km[19]。東海岸多為巖質岸線，岬角、海灣交錯，大小灣岙20個，岬角前緣多為海蝕巖崖；西海岸多為人工岸線，岸線平直；泥質海岸分布在西北部和東北部(圖1)。

圖1 秀山島區(qū)位圖Fig.1 Location map of Xiushan Island

秀山島屬于大陸基巖島，原系浙東北丘陵山地的一部分，地貌以海島丘陵為主，沿東海岸山丘密集，地形復雜，沿西海岸地勢低平山坳間多海積平地。地質構造形成于燕山晚期，在全新世海侵過程中陷入海中。潮汐為正規(guī)半日潮型，近岸潮流基本呈東西往復流，平均潮差2.31 m，由于周圍有眾多島嶼遮蔽，風浪相對較小[19]。

2 數(shù)據(jù)與方法

本研究采用遙感影像作為數(shù)據(jù)源，總共收集了5期秀山島的遙感圖像，從1970年到2014年時間跨度長達44 a，遙感圖像覆蓋整個目標區(qū)域，而且分辨率基本滿足研究要求。具體信息資料如表1所示。

表1 遙感影像資料

將2014年的遙感影像作為基準圖像，在ENVI中對其他各個年份的遙感影像進行配準[20]，在配準過程中由于時間跨度比較大，地理信息變化較多，因此選取標志性地物作為控制點進行配準，并且控制點在遙感影像中均勻分布。同時為了保證各個數(shù)據(jù)之間能相互比較，把源數(shù)據(jù)統(tǒng)一校正到UTM投影和WGS84地理坐標系下。

由于早期遙感影像分辨率不是很高，加之秀山島岸線受到季節(jié)性波浪和潮汐的影響，且成像時間與高潮位的時間不一致，提取的岸線為瞬時海水水邊線，不是嚴格意義的海島岸線，所以需要對瞬時海水水邊線進行潮位改正。潮位校正是對非同步遙感影像進行水邊線對比的前提和基礎，一般岸灘的水邊線描畫受到潮時、潮位影響較大，基巖海岸和人工岸線受到的影響較少，由于秀山島的沙質岸線和淤泥質岸線所占比例較小且拍攝遙感影像的農(nóng)歷日期相差不大，所以近似認為提取的水邊線代表了海島岸線。為了準確反映不同時期的岸線變化情況，本文采用一般高潮線法[21]來統(tǒng)一標準。這種方法主要通過對遙感影像進行分類處理和目視解譯相結合來確定，優(yōu)點是操作簡單，干擾因素少，能夠提取到分析數(shù)據(jù)所要求的岸線。

目前所知的量化分析岸線變遷的方法有基線法、面積法、非線性緩沖區(qū)迭代法以及動態(tài)分析法[22-23]。分析岸線變化的方法主要是通過比較岸線的位置變化，確定海岸線的變化速率等一些參數(shù)，以此來說明岸線的沖淤情況[24]。本文將提取出的海岸線信息導入具有數(shù)字岸線分析系統(tǒng)(DSAS)功能的地理信息系統(tǒng)以計算岸線變化率。

DSAS是由USGS和TPMC環(huán)境服務部門合作開發(fā)的一套ArcView擴充軟件，該軟件的應用是為了提高使用者識別岸線變化分析系統(tǒng)主要步驟的效率。其內容包括三個主要部分，即基線(baseline)、岸線(shoreline)以及與岸線正交生成的一系列剖面(transect)[25]。本文使用端點速率(End Point Rate, EPR)[26]分析1970年到2014年的秀山島岸線變化情況，EPR的主要優(yōu)點是易于計算、條件簡單，只需要對應的海岸線日期，EPR由基線和岸線之間的剖面線長度除以時間所得。

3 結果與分析

將各年所提取的岸線疊加在一起，放在同一個圖層中，得到秀山島自1970年至2014年的岸線變化，如圖2所示。秀山島的岸線與陸域面積變化如表2所示。

圖2 秀山島各年岸線變化Fig.2 The change of coastline in Xiushan Island in different years

日期岸線長度/km陸域面積/km21970?12?0636．20221．9661980?09?1233．66323．1832003?09?0731．76523．7592008?08?0932．59923．8192014?01?3031．97624．457

3.1 整體變化

從表2中可以得知，1970年至2014年，秀山島整體岸線長度總共減少4 226 m，平均每年減少96 m，在1970年到1980年期間岸線縮減幅度最大，每年減少253.9 m，2008年岸線又有所增長，隨后緩慢減少。由圖2可見，秀山島岸線變化明顯，圍建海塘使得形狀不規(guī)則的岸線變成平直的人工岸線，所以岸線長度減少。1970年至2014年，秀山島的陸域面積呈增加趨勢，總體面積增加2.491 km2，平均每年增加0.057 km2，尤其以1970年至1980年增幅最大，達到0.122 km2/a。

3.2 局部變化

將秀山島的岸線根據(jù)《我國近海海洋綜合調查與評價專項海岸線修測技術規(guī)程》中的定義劃分為人工岸線和自然岸線來分析局部范圍的岸線變化[27-28]。根據(jù)秀山島的實際情況，人工岸線包括海塘岸線和碼頭岸線，自然岸線包括沙質岸線和淤泥質岸線，由于基巖岸線變化很小，所以本文不予考慮。

3.2.1 人工岸線

人工岸線主要包括海塘工程和碼頭客運站，因為碼頭依照海塘的岸線而建造，故碼頭岸線計入海塘岸線，所以人工岸線主要包括雙鸞、小蘭山、石井潭、箬跳和海岙5處海塘。利用ArcGIS軟件計算測量這5處海塘的岸線及面積變化如表3和表4所示。

表3 不同年份5個海塘的岸線長度

表4 不同年份5個海塘的面積

對比秀山島整體的岸線與陸域面積的變化與這5處海塘的岸線和面積變化，說明秀山島的岸線變化集中發(fā)生在人工圍填海的地方。從整體上看，5處海塘的建設總共使得4 046 m的岸線消失，占所有消失岸線的95.7%；面積總共增加1.971 km2，占所有增加面積的79.1%。從局部區(qū)域看，海岙海塘的岸線減少得最多，至2014年減少2 213 m，2003年岸線變化最大達到2 372 m；而石井潭海塘的岸線變化最小，僅減少了400 m。海岙海塘的面積增幅最大，至2014年增加了0.738 km2；而雙鸞海塘面積增幅最小，至2014年僅增加了0.226 km2。雙鸞和小蘭山這兩個海塘在1980年至2003年以及2008年至2014年期間海塘面積出現(xiàn)減小的情況，但是海塘面積總體是增加的。

5處海塘岸線均為減少，但是于近年來有增加的趨勢，這是因為最早圍墾的海塘岸線形態(tài)為向內凹陷，曲折不規(guī)則，經(jīng)過早期大規(guī)模的圍墾，使得凹陷的區(qū)域被填滿，面積增加但是岸線長度減少，岸線變得平直，此后的圍填海規(guī)模不大且在之前岸線的基礎上向海推移，所以岸線會在近些年以來有所增加。

3.2.2 沙質岸線

秀山島的沙質岸線由4處沙灘構成，包括小九子、九子、三礁和哞唬。利用ArcGIS軟件中的計算測量工具測算這4處沙灘各年的岸線長度，統(tǒng)計結果如表5所示。

表5 不同年份沙質海岸的岸線長度

從整體上看，4處沙灘的岸線總共減少了179 m，占所有消失岸線的4.2%。其中九子沙灘的沙質岸線減少得最多，總計減少88 m；哞唬沙灘相對穩(wěn)定，僅僅減少4 m的岸線。秀山島的沙質岸線并不是逐年減少的，而是呈現(xiàn)出淤積增加與沖刷消減反復交替的狀態(tài)。

3.2.3 淤泥質岸線

在秀山島西部有一處滑泥公園，是秀山島唯一的淤泥質岸線，利用ArcGIS軟件中的計算測量工具測算淤泥質岸線變化，如表6所示。

表6 不同年份淤泥質海岸的岸線長度

秀山島淤泥質岸線自1970年至2008年呈減少趨勢，總共減少58 m，平均每年減少1.5 m，特別是在2003年至2008年期間岸線縮減的速率最快，平均每年減少3.2 m。2008年之后淤泥質岸線又有所增加，總共增加23 m。從整體上看秀山島淤泥質岸線仍然是減少的，占所有消失岸線的0.8%。

3.3 DSAS分析

根據(jù)本文的研究情況，將1970年的岸線設為基線，利用DSAS分析剩余4條岸線，這里通過1970年至2014年的端點速率數(shù)據(jù)顯示秀山島岸線的整體變化情況，如圖3所示。

圖3 各橫剖線的端點速率Fig.3 End Point Rate of each transect

端點速率值由垂直于海島岸線基線的橫剖線與相交岸線之間的長度除以時間跨度所得。從圖3中可以看出各條橫剖線的端點速率有正有負，正值代表該條橫剖線的端點是朝海方向延伸的，意味著該處岸線呈現(xiàn)淤積態(tài)勢；負值代表該條橫剖線的端點是向岸發(fā)展的，意味著此處岸線有侵蝕后退的趨勢。圖3中的橫剖線的端點速率(EPR值)主要集中在0 m/s附近，正負基本在5 m/a的范圍內，說明秀山島自1970年以來的自然岸線既有淤積也遭到侵蝕，岸線處于一種穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)之中，過程比較緩慢，但是該圖不能說明具體岸線的變化速率與趨勢情況，只能客觀地反映侵蝕和淤積的狀況。

同時也要注意到有一部分橫剖線的端點速率值丟失了，這是由于人類圍墾活動造成岸線劇烈變化，導致在DSAS分析的過程中，岸線與橫剖線沒有相交產(chǎn)生交點，即端點。還有個別異常的速率點是由于岸線與橫剖線的交點并不對應原來基線上的點而造成的，因為海島岸線凹凸曲折，不似大陸岸線相對平直，大量圍墾導致岸線明顯向海推移，形成陸地，劇烈的岸線變化會使從基線垂直伸展出來的橫剖線相交到別的位置對應的岸線，造成數(shù)據(jù)誤差。

4 討論

秀山島的岸線變化主要受到人為因素和自然因素兩個方面的影響。引起岸線變化的人為因素主要有圍海造地，修建海塘和碼頭等海岸工程，自然因素則主要是秀山島近岸的海平面上升的因素。

4.1 人為因素

人類活動極大地改變了岸線原來的變化方向和速率，建造海堤、建造港口、圍墾等一系列海岸工程都會改變海岸帶的動力過程、沉積物的搬運和岸線位置。

秀山島人工岸線的變化在秀山島西部和東北部體現(xiàn)得十分明顯，因為這些地區(qū)經(jīng)歷過多次圍墾活動。從時間角度來看，1970年到1980年的岸線變化最明顯、最劇烈，到達一個高峰，1980年之后到現(xiàn)在岸線變化趨于緩和，基本上沒有太大的改變。根據(jù)中國海島志中的統(tǒng)計記載：1968年至1974年建南浦塘，圍涂300畝；1972年建雙鸞塘，圍涂350畝；1972年至1976年建海岙塘，圍涂830畝，保護面積1 000畝；1979年至1982年建石井潭塘和箬跳塘，總共圍涂700畝；1999年至2001年建蘭山塘，圍涂72畝；2005年建九子塘，圍涂45畝[19]。這些海岸工程是引起秀山島岸線變化的主要原因，根據(jù)這些圍墾信息可以看出，雖然近年來修建海塘的工程已經(jīng)越來越少，工程量規(guī)模也不如1980年以前，但是秀山島作為岱山縣總體規(guī)劃中十分重要的一個環(huán)節(jié)，擁有建造優(yōu)良深水港的岸線條件，政府計劃將秀山島建設成舟山群島港航物流的重要部分，所以對其具有開發(fā)潛力的岸線資源的開發(fā)不會停止，因此秀山島的人工岸線會繼續(xù)表現(xiàn)出增加的趨勢。

秀山島的自然岸線同樣也受到人為因素的影響，其淤泥質岸線和沙質岸線近年來逐漸成為人們休閑娛樂的場所，為了打造良好的旅游環(huán)境，提高經(jīng)濟效益，政府對秀山島的自然岸線也采取了一些保護措施，比如進行人工促淤養(yǎng)灘，所以從自然岸線變化的統(tǒng)計表格中可以發(fā)現(xiàn)，雖然總體岸線長度是減少的，但是從時間上看岸線有一個先減少后增加的變化。由此可以預見，隨著岸灘保護工程的投入，有蝕退減少趨勢的岸線資源會慢慢得到恢復，因此秀山島的自然岸線會表現(xiàn)出增加的趨勢。

4.2 自然因素

海平面上升是由全球氣候變暖、極地冰川融化、上層海水變熱膨脹等原因引起的，在研究某一區(qū)域的實際海平面變化時，還要考慮當?shù)氐貧ど岛途植康孛娉两档挠绊憽Ｔ诋斀駳夂驐l件以及地殼運動的大背景下，全球范圍內的海平面普遍呈上升的趨勢，這與厄爾尼諾現(xiàn)象有密切的關系。本文統(tǒng)計了國家海洋局公布的2000—2014年我國東海沿岸海平面變化速率的數(shù)據(jù)如圖4所示。

圖4 2000—2014年中國東海沿岸海平面變化Fig.4 The sea level change in coastal area of the East China Sea during 2000 to 2014

浙江東部沿海屬于我國東海海域，浙江沿岸的海平面變化可以通過東海的海平面變化來反映。由圖4可知，東海沿岸海平面變化速率均為正值，說明海平面在持續(xù)上升。羊天柱 等[29]運用統(tǒng)計學的方法對浙江22個驗潮站的月平均海平面資料進行了分析，其中有10個海島站資料，這里所用的海平面是“相對海平面”的概念，結果表明浙江省在過去40 a平均海面上升速率為2.63±0.06 mm/a，高于全國海平面平均上升速率，而且預計浙江海平面在未來一段時期內將保持上升趨勢，估計到2050年海平面上升值為29 cm，到2100年海平面上升值為60 cm。吳中鼎 等[30]根據(jù)我國近海海平面速度變化曲線判斷海平面的變化與厄爾尼諾現(xiàn)象有關系，并預測我國海平面會繼續(xù)上升。張靜[31]研究我國海平面上升的趨勢后認為海平面持續(xù)上升會引起岸線侵蝕，減少可利用的土地面積，破壞沿海低地環(huán)境，威脅沿海居民生產(chǎn)生活。因此，海平面上升是秀山島岸線侵蝕后退的自然原因之一。

岸灘沖淤演變也是重要的影響岸線變化的自然因素之一。在相同的一段時期內，秀山島不同的岸段有著不同的沖淤趨勢，而在同一岸段的不同時期內也會有不同的沖淤趨勢。在波浪、潮汐、沿岸流作用影響下的沙質岸線和淤泥質岸線所表現(xiàn)出的反復沖淤現(xiàn)象會引起自然岸線的變化，而秀山島岸灘的沖淤狀態(tài)并不穩(wěn)定，所以其自然岸線會有變化。

5 結論

本文采用1970、1980、2003、2008和2014年的秀山島遙感影像，通過ENVI和ArcGIS等技術手段提取各年岸線信息，并利用DSAS軟件綜合分析之后得出以下結論。

(1)從整體范圍上看，從1970年到2014年秀山島岸線是減少的，總共減少4 226 m，人工岸線減少4 046 m，表現(xiàn)為早期持續(xù)減少，近年來有所增加；自然岸線減少214 m，表現(xiàn)為不規(guī)律的反復，局部岸線會有增加。

(2)秀山島在自然因素的影響下，其自然岸線處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)，個別沙質岸線地區(qū)和淤泥質岸線地區(qū)有小幅度的侵蝕或者淤積，這是受到沿岸流、波浪、潮流、潮汐作用以及全球海平面上升的影響，也有其泥沙條件變化、自身地質構造和物質組成方面的原因；而人工岸線在自然條件下變化不大。

(3)在人為因素的影響下，由于人類活動引起一部分岸線劇烈變化，以圍墾為主要內容，使得岸線在短時間內大規(guī)模向海推進，海岸工程是造成秀山島岸線變化的主要原因。在1970年至1980年的研究早期圍墾活動最為頻繁，而且圍墾工程和圍墾范圍大，現(xiàn)在圍墾項目大大減少，所以近些年來沒有明顯的人工岸線變化；而一些自然岸線出于人們旅游休閑的需要，會采取一些保護岸線的措施，所以自然岸線有恢復的趨勢。

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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

國家海洋公益性行業(yè)科研專項項目資助(201405037)；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金項目資助(JT1303)

李源(1991-)，男，江蘇無錫市人，主要從事海島海岸帶開發(fā)與管理方面的研究。E-mail：15967125214@163.com

*通訊作者:時連強(1977-)，男，山東青州市人，副研究員，主要從事河口海岸動力沉積與地貌及環(huán)境磁學研究。E-mail：slqgj@163.com

P737

A

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

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

李源，時連強，童宵嶺，等.近50 a來秀山島岸線時空變化規(guī)律及其原因淺析[J].海洋學研究,2016,34(4):46-53,