近40年天津市大陸海岸線時(shí)空變遷分析

王園君，翟偉康，孫艷莉，劉 暢

(國(guó)家海洋信息中心，天津 300171)

海岸線是海陸的分界線，其變遷是自然和人為綜合作用的結(jié)果[1-2].近些年來(lái)，沿海省份港口建設(shè)、臨海工業(yè)、濱海旅游開(kāi)發(fā)等人為活動(dòng)的增加導(dǎo)致海岸線變化較大，成為諸多涉海學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)[3-7].天津市作為北方經(jīng)濟(jì)中心，近年來(lái)海洋經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，海岸帶開(kāi)發(fā)建設(shè)的規(guī)模和強(qiáng)度不斷增大，海岸線形態(tài)走向發(fā)生明顯變化，一些學(xué)者通過(guò)衛(wèi)星遙感影像對(duì)天津海岸線展開(kāi)了變遷分析研究.姜義等[8]解譯 20世紀(jì)50、80年代航片，20世紀(jì) 70年代 TM 數(shù)據(jù)和 2000年的 ETM 數(shù)據(jù)，分析了渤海灣西岸近百年來(lái)海岸線變遷；李建國(guó)等[9]利用多期遙感數(shù)據(jù)，解譯分析了天津?yàn)I海新區(qū)海岸線時(shí)空變遷；楊艷麗等[10]對(duì) 2001—2013年天津?yàn)I海新區(qū)海岸帶時(shí)空變化特征進(jìn)行了分析.另外，還有一些學(xué)者對(duì)包括天津市海岸線在內(nèi)的渤海灣岸線開(kāi)展了分析研究，如葉小敏等[11]利用衛(wèi)星遙感影像分析了渤海灣近 30年海岸線的變遷；孫百順等[12]利用landsatTM/ETM衛(wèi)星影像分析了近40年來(lái)渤海灣岸線變化及影響因素；孫曉宇等[13]對(duì)2000—2010年渤海灣海岸線變遷及驅(qū)動(dòng)力開(kāi)展了研究.這些研究有個(gè)共同特點(diǎn)就是采用的衛(wèi)星遙感影像分辨率較低，解譯精度不高，并缺乏核實(shí)資料，將大量的構(gòu)筑物用海誤解譯為填海造地.

因此，本文以 2007年天津市政府批復(fù)的海岸線為基準(zhǔn)，充分利用中、高空間分辨率遙感影像，結(jié)合天津市海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)工作的支撐經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展了天津市大陸海岸線(簡(jiǎn)稱“天津市海岸線”)信息提取，并疊加天津市海域使用權(quán)屬數(shù)據(jù)進(jìn)行檢校，剔除透水構(gòu)筑物用海對(duì)海岸線解譯的影響，提高了海岸線解譯的準(zhǔn)確率，以獲得更為精確的海岸線.分析結(jié)果更接近天津市海岸線變遷的實(shí)際情況，為天津市海岸線修測(cè)提供了有力支撐.

1 研究區(qū)域概況

天津市管轄海域處于天津市東部，渤海西岸，渤海灣的頂端，為 118°08′E 經(jīng)線和 38°32′N 緯線與陸域相交所圍成扇形的弧線區(qū)域，地跨濱海新區(qū)，面積約2146km2.天津市大陸海岸線北起澗河口右岸，南至北排河，長(zhǎng)約153.2km.

天津市海岸線類型為堆積型平原海岸，即典型的粉砂、淤泥質(zhì)海岸.按海岸形態(tài)變化程度，海岸線又可進(jìn)一步劃分為：緩慢淤積型海岸(分布在南堡—大神堂、薊運(yùn)河口—新港北、海河閘下及兩側(cè)灘面、獨(dú)流減河—后唐鋪等岸段)、相對(duì)穩(wěn)定型海岸(主要分布在海河口以南至獨(dú)流減河岸段)、沖刷型海岸(主要分布在蟶頭沽—大神堂岸段).天津市現(xiàn)行海岸線采用的是 2007年天津市政府批準(zhǔn)發(fā)布的以 2004年現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量為基礎(chǔ)的海岸線修測(cè)成果.

2 數(shù)據(jù)源

2.1 遙感數(shù)據(jù)

提取的海岸線信息主要采用天津市自1974年以來(lái)不同時(shí)間段的遙感影像數(shù)據(jù)，力求多時(shí)相、多類型和多種數(shù)據(jù)來(lái)源，主要包括 Landsat1-4MSS、Landsat5TM、CBERS-02A、CBERS-02B、HJ-1A 和ZY3，見(jiàn)表 1.

表1 遙感影像數(shù)據(jù)源Tab. 1 Date sources of the remote sensing image

2.2 輔助數(shù)據(jù)

研究所用輔助數(shù)據(jù)為截至2016年6月天津市海域使用確權(quán)現(xiàn)狀矢量數(shù)據(jù)，2007年天津市政府批準(zhǔn)的海岸線矢量數(shù)據(jù)和天津市海洋功能區(qū)劃矢量數(shù)據(jù).

3 解譯原則和方法

3.1 解譯原則

天津市海岸類型為堆積型平原海岸，由于特殊的海洋地質(zhì)環(huán)境和長(zhǎng)期以來(lái)人類對(duì)海洋大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)，天津市的自然岸線已經(jīng)基本消失，除了漢沽北部和大港南部的圍海養(yǎng)殖岸線外，絕大部分海岸線為堤壩、碼頭、海擋等人工岸線.綜合考慮天津市海域使用確權(quán)情況、海岸帶區(qū)域土地登記情況以及岸線開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，從海域管理角度，確定港口、城鎮(zhèn)建設(shè)、道路、河口等各類用海海岸線的解譯原則，具體如下：

(1)以河口區(qū)域的道路、橋梁、防潮閘或“海洋功能區(qū)劃”的邊界線作為河口岸線界線；或以河口突然展寬處的突出點(diǎn)連線作為河口海岸線.

(2)對(duì)于已開(kāi)發(fā)或面積較小的淤泥質(zhì)海岸，選擇其他地物如植被、公路等與潮灘的分界線作為海岸線.

(3)如果人工構(gòu)筑物向陸一側(cè)不存在平均大潮高潮時(shí)海水能達(dá)到水域的，以永久性人工構(gòu)筑物向海一側(cè)的平均大潮時(shí)水陸分界的痕跡線作為人工岸線；人工構(gòu)筑物向陸一側(cè)存在平均大潮高潮時(shí)海水能達(dá)到水域的，則以人工構(gòu)筑物向陸側(cè)的平均大潮高潮時(shí)水陸分界的痕跡線達(dá)到的位置作為海岸線.

(4)與海岸線垂直或者斜交的海岸工程，如引堤、突堤式碼頭、棧橋式碼頭等，海岸線以其與陸域連接的根部連線作為該區(qū)域的海岸線[14].

(5)對(duì)于蝦池，沿用天津市對(duì)外公布的海岸線.

(6)正在實(shí)施的填海造陸區(qū)域，對(duì)于未辦理海域使用權(quán)證書(shū)，或已辦理海域使用權(quán)證書(shū)但未換發(fā)土地使用權(quán)證書(shū)的填海造陸區(qū)域，按原海岸線確定.

3.2 解譯方法

基于 Arcgis10.1軟件平臺(tái)，以幾何校正后 ZY3衛(wèi)星影像和 Landsat影像作為工作底圖，在 WGS84坐標(biāo)系下，以天津市 2007年批復(fù)海岸線為基準(zhǔn)，目視解譯提取其他年份的海岸線.

首先以 2016年和 2014年 ZY3衛(wèi)星影像為底圖，以天津市 2007年批復(fù)海岸線為基準(zhǔn)，結(jié)合天津市海域開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，以天津市海域使用確權(quán)數(shù)據(jù)(用海項(xiàng)目權(quán)屬數(shù)據(jù))為輔助，提取2016年和2014年的海岸線；然后依次提取 2012、2010、2008、2006、2004、2001、1998、1987、1984 和 1974 年海岸線.1974年海岸線，在 Landsat1-4MSS影像遙感解譯基礎(chǔ)上，利用同期 1∶50000比例尺海圖進(jìn)行了對(duì)比修正.

4 結(jié)果分析

4.1 總體特征

通過(guò)遙感解譯得到的天津市海岸線變化及歷年長(zhǎng)度見(jiàn)圖1和表2.

圖1 近40年天津市海岸線變遷Fig. 1 Changes of Tianjin coastline in the past 40 years

海岸線變化縱向分析得出，從 1974年到 2016年，天津市海岸線從131.2km增加到337.2km，海岸線變遷年均增速為 4.8km/a.1974年到 1998年，海岸線共增長(zhǎng) 18.6km，平均每年增加僅 0.74km，海岸線變化較為緩慢；從2001年到2010年，海岸線共增長(zhǎng) 151.9km，年均增速為 15.2km/a；2012年到 2014年，海岸線共增長(zhǎng)4.4km，年均增速為1.5km/a；2014年到2016年海岸線變化趨于穩(wěn)定.

表2 天津市海岸線歷年長(zhǎng)度Tab. 2 Calendar of Tianjin coastline length

海岸線變化橫向分析得出，40年間天津市海岸線平均向海推進(jìn)距離超過(guò) 2km，平均每年推進(jìn)約50m，以2006年到2014年間推進(jìn)速度最快，平均每年向海推進(jìn)距離超過(guò)200m.

4.2 變遷分析

本文將整個(gè)研究時(shí)段分為 2個(gè)不同的岸線變遷時(shí)期來(lái)分析天津市海岸線變化趨勢(shì).

4.2.1 20世紀(jì)70年代至20世紀(jì)末

從1974年到1998年海岸線長(zhǎng)度增加18.6km，年均增速 0.74km/a，海岸線變化不大.本階段岸線變化的原因是天津港碼頭擴(kuò)建、堤壩建設(shè)和河口沖淤，變化最明顯的岸段位于北疆港區(qū)和南疆港區(qū)，另外，大港管轄海域，出現(xiàn)輕度海岸侵蝕，致使岸線后退，但對(duì)岸線長(zhǎng)度的影響較小.

從1974年到1984年的10年間，天津市海岸線長(zhǎng)度變化僅為1.2km，遙感解譯顯示在天津港北疆港區(qū)新建了凸堤碼頭；從1984到1987年的3年間，天津市海岸線長(zhǎng)度增加了約 9km，分析原因是北疆港區(qū)碼頭擴(kuò)建，南疆港區(qū)開(kāi)始建設(shè)，同時(shí)大港石油的開(kāi)采修建采油井及其配套道路；從 1987年到 1998年11年間，海岸線長(zhǎng)度增加了 8.4km，岸線增長(zhǎng)緩慢，岸線變化明顯區(qū)域是北疆和南疆港區(qū)的碼頭建設(shè)，1998年海岸線分布如圖2所示.

4.2.2 21世紀(jì)以來(lái)

進(jìn)入 21世紀(jì)，天津?yàn)I海新區(qū)推進(jìn)開(kāi)發(fā)開(kāi)放，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，從漢沽管轄海域的北疆電廠、中心漁港、臨港新城的建設(shè)，到塘沽管轄海域的天津港東疆港區(qū)和南疆港區(qū)的建設(shè)，以及臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃實(shí)施建設(shè)，濱海新區(qū)圍填海成為利用海域資源、緩解土地供需矛盾、拓展發(fā)展空間的重要途徑.從2001年到2016年海岸線長(zhǎng)度增加184.9km，年均增速 11.6km/a，海岸線變化快，海岸線分布如圖 3—圖5所示.

圖2 1998年海岸線分布Fig. 2 Coastline distribution in 1998

圖3 2006年海岸線分布Fig. 3 Coastline distribution in 2006

圖4 2010年海岸線分布Fig. 4 Coastline distribution in 2010

圖5 2016年海岸線分布Fig. 5 Coastline distribution in 2016

海岸線變化顯著的時(shí)期為 2004—2006年、2006—2008年、2008—2010年以及2010—2012年4個(gè)時(shí)間段，海岸線長(zhǎng)度分別增加了 18.6 km、60.2 km、72.2 km、25.5 km，年均變化率分別為 6.1%、17.5%、15.6%以及4.2%.

由于填海造地，天津市海岸線向海推進(jìn)幅度較大.推進(jìn)幅度較大的區(qū)域主要位于臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)、南港工業(yè)區(qū)、東疆港區(qū)、中新生態(tài)城濱海旅游區(qū)、南疆港區(qū)所處海域，推進(jìn)距離分別約為 13.5km、13.2km、6.8km、6.5km和6.1km.

漢沽管轄海域：從津冀北線到永定新河北岸，主要用?；顒?dòng)包括北疆電廠、中心漁港、臨港新城的建設(shè).總體來(lái)說(shuō)，漢沽管轄區(qū)域開(kāi)發(fā)強(qiáng)度相對(duì)較小，也較為分散，海岸線呈鋸齒狀.2001—2006年漢沽管轄海域海岸線變化較小，僅在航母主題公園新增海岸線6.4km；2006—2010年，漢沽作為國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)區(qū)，這一時(shí)間段內(nèi)海岸線變化較大，北疆電廠、中心漁港基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、臨海新城的圍填海工程，形成新的海岸線約44km，年均增速達(dá)8.8km/a，海岸線大致輪廓基本形成.其中北疆電廠形成新的海岸線長(zhǎng)度約8.5km，中心漁港形成新的海岸線長(zhǎng)度約 17.7km，臨海新城形成新的海岸線長(zhǎng)度約 18.1km；2010—2016年，除中心漁港東南端的天津市水產(chǎn)研究所增殖站、臨海新城以及天津藍(lán)灣休閑旅游項(xiàng)目的填海造地活動(dòng)導(dǎo)致海岸線長(zhǎng)度有所增加，其他區(qū)域基本穩(wěn)定.

塘沽管轄海域：從永定新河南岸到獨(dú)流減河，主要用?；顒?dòng)包括天津港北疆港區(qū)、南疆港區(qū)以及臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè).塘沽是天津?yàn)I海新區(qū)的核心區(qū)域，天津港北疆港區(qū)、東疆港區(qū)和南疆港區(qū)以及臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)填海造地建設(shè)，產(chǎn)生了大量的工業(yè)和城鎮(zhèn)建設(shè)用地，海岸線變化較大，尤其以 2006—2010年為變化較為顯著.2001—2006年，塘沽管轄區(qū)域海岸線走勢(shì)變化較大，但長(zhǎng)度變化較緩；2006—2010年塘沽管轄海域開(kāi)發(fā)力度大，用?；顒?dòng)增長(zhǎng)，建成的圍埝也確定了海岸線長(zhǎng)度及走向，海岸線隨之倍增.據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2006—2010年共新增填海造地面積約163.2km2，新增海岸線長(zhǎng)度約 107km，年均增速達(dá)21.4km/a；2010—2016年由于早期圍埝的建設(shè)，海岸線略微變化外，其走勢(shì)和長(zhǎng)度基本沒(méi)有大的變化.

大港管轄海域：從獨(dú)流減河到津冀南線，主要用?；顒?dòng)為南港工業(yè)區(qū)的建設(shè).2001—2008年大港管轄海域沒(méi)有實(shí)施開(kāi)發(fā)，海岸線走勢(shì)及長(zhǎng)度基本沒(méi)有發(fā)生變化.2009年南港工業(yè)區(qū)規(guī)劃獲批實(shí)施，從2009—2014年大港管轄海域由于圍填?；顒?dòng)，海岸線變化較大，圍填海面積達(dá) 115km2，海岸線長(zhǎng)度增加了 75.5km，年均增速達(dá) 12.6km/a，見(jiàn)圖 6所示；2014—2016年外圍圍埝已形成，圍填海速度有所減緩，海岸線長(zhǎng)度基本沒(méi)有變化.

圖6 2009年和2014年遙感影像對(duì)比圖Fig. 6 Remote sensing image of 2009 and 2014

5 建 議

(1)設(shè)計(jì)符合天津市海域管理的岸線修測(cè)路徑.近 10年來(lái)天津市海域開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度較大，海岸線形態(tài)走向發(fā)生明顯變化.結(jié)合本文分析，至 2016年海岸線變化趨于穩(wěn)定，基本輪廓清晰，有必要對(duì)天津市海岸線進(jìn)行重新修測(cè).天津市海岸線修測(cè)應(yīng)從當(dāng)前海域開(kāi)發(fā)利用的實(shí)際情況出發(fā)，設(shè)計(jì)服務(wù)于天津市海域管理角度出發(fā)的修測(cè)走向路徑；海岸線修測(cè)應(yīng)做好規(guī)劃、水務(wù)等多個(gè)管理部門協(xié)調(diào)工作；對(duì)現(xiàn)行海岸線中沒(méi)有發(fā)生變化的海岸線，原則上保持不變；修測(cè)的海岸線應(yīng)具有相對(duì)的穩(wěn)定性，便于實(shí)際管理中的具體操作.

(2)建立海岸線遙感監(jiān)測(cè)機(jī)制，開(kāi)展岸線研究和評(píng)價(jià).建立海岸線長(zhǎng)期、動(dòng)態(tài)的遙感監(jiān)測(cè)機(jī)制，開(kāi)展海岸線開(kāi)發(fā)利用情況的研究和評(píng)價(jià)，深度掌握岸線類型、長(zhǎng)度、變化等信息，做好對(duì)不同區(qū)域、不同類型岸線的保護(hù)與利用管控計(jì)劃和規(guī)劃，加強(qiáng)對(duì)用海項(xiàng)目占用岸線、生成岸線情況的有效管控.

(3)制定海岸線管理政策法規(guī)，促進(jìn)海岸線保護(hù)和節(jié)約利用.以《海岸線保護(hù)與利用管理辦法》為準(zhǔn)則，依據(jù)天津市海域開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，結(jié)合 2016年開(kāi)展的天津市海岸線修測(cè)工作成果，加快制定天津市海岸線保護(hù)與利用相關(guān)政策法規(guī)，明確保護(hù)利用目標(biāo)，提出海岸線管理要求，做好海岸線規(guī)劃同區(qū)域規(guī)劃、海洋生態(tài)紅線規(guī)劃的銜接，為海灣整治以及海陸統(tǒng)籌聯(lián)動(dòng)提供政策引導(dǎo)，促進(jìn)海岸線保護(hù)和節(jié)約利用.

(4)加強(qiáng)人工岸線生態(tài)建設(shè)，提供綠色發(fā)展空間.天津市海岸線較短，海域利用多集中于近岸，根據(jù)本文分析，海岸線長(zhǎng)度基本增長(zhǎng)了一倍左右大部分海岸線已人工化.結(jié)合天津市海岸線開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，在嚴(yán)格保障自然岸線保有率的前提下，優(yōu)化海岸線開(kāi)發(fā)利用格局，實(shí)施人工岸線的生態(tài)設(shè)計(jì)，加快生活岸線和景觀岸線建設(shè)，提升海岸生態(tài)服務(wù)，為天津市戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)提供綠色發(fā)展空間.

6 結(jié) 論

(1)在 20世紀(jì)近 30年的時(shí)間內(nèi)，天津市海岸線長(zhǎng)度僅增加了 18.6km，年均增速 0.74km/a，海岸線變化不大，天津港的建設(shè)是岸線變化的主要原因，岸線形態(tài)由平直圓滑逐漸變得凹凸不平.

(2)進(jìn)入21世紀(jì)，天津市大陸海岸線長(zhǎng)度增加了184.9km，年均增速 11.6km/a，海岸線變化大.2006—2010年的 5年，海岸線增加了 132.4km，年均增速 26.5km/a，從臨海新城、東疆港區(qū)和南疆港區(qū)的建設(shè)，以及臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃實(shí)施，天津市圍填海工程建設(shè)多，海岸線變化最為顯著.2010—2016年漢沽和塘沽管轄海域海岸線基本穩(wěn)定，而大港管轄海域由于南港工業(yè)區(qū)規(guī)劃的實(shí)施，海岸線變化較大.

(3)國(guó)家政策的引導(dǎo)，天津市海域開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度高，交通運(yùn)輸、臨海工業(yè)、濱海旅游、城鎮(zhèn)建設(shè)等用?；顒?dòng)出現(xiàn)，圍填海活動(dòng)使天津市海岸線有了較大規(guī)模的增長(zhǎng)，海岸線變化與人類用?；顒?dòng)緊密相關(guān).

(4)天津漢沽、塘沽、大港海域大規(guī)模填海工程建設(shè)已基本完成，海岸線變化趨于平緩，岸線基本輪廓清晰、主體形態(tài)穩(wěn)定，海岸線修測(cè)具備代表性和可操作性.