朱俊鳳，王耿明，張金蘭，黃鐵蘭

(1.廣東省地質(zhì)調(diào)查院，廣州 510080;2.廣東工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣州 510510)

0 引言

海岸帶是響應(yīng)全球氣候變化最迅速，隨生態(tài)環(huán)境變化最敏感、最脆弱的地帶，海岸線的侵蝕與增長(zhǎng)已成為全世界廣為關(guān)注的問題之一［1］?？焖俣鴾?zhǔn)確地測(cè)定海岸線，對(duì)海岸資源管理、開發(fā)，以及為決策部門提供動(dòng)態(tài)、科學(xué)、及時(shí)有效的信息都具有十分重要的意義。衛(wèi)星遙感具有數(shù)據(jù)獲取方便、重復(fù)觀測(cè)時(shí)間短、覆蓋面廣等優(yōu)點(diǎn)，在海岸線調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)，已成為海岸線調(diào)查與監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)手段［2－4］。

珠江三角洲是我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，也是海岸線變遷最活躍的地區(qū)之一。很多學(xué)者應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)和分析了珠江三角洲部分海岸線的變遷:如，朱小鴿［5］應(yīng)用1973，1992 和1998年遙感數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法監(jiān)測(cè)了珠江口、香港和澳門地區(qū)海岸線的變化;李學(xué)杰［6］應(yīng)用1979—2003年間遙感數(shù)據(jù)提取了珠江口伶仃洋的多時(shí)相海岸線，并分析了海岸線的變化特征及環(huán)境效應(yīng);于杰等［7］利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取并研究了大亞灣海岸線1987—2005年間的變化特征;李猷等［8］分析了深圳市1978—2005年間海岸線的動(dòng)態(tài)演變;趙玉靈［9］利用遙感數(shù)據(jù)分析了珠江口地區(qū)1978—2006年間海岸線和紅樹林的變遷。但已有文獻(xiàn)對(duì)近期珠江三角洲海岸線變遷的研究較少，且主要集中于部分海岸線的研究，缺少對(duì)整個(gè)珠江三角洲較為完整的研究?！笆晃濉逼陂g，廣東省改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)取得了重大成就，一批重大工程項(xiàng)目(如南沙開發(fā)、珠海港口建設(shè)、深圳港口建設(shè)和大亞灣石化城等)的建設(shè)必然會(huì)使海岸線發(fā)生變化。因此，本文利用1998，2003 和2008年3個(gè)時(shí)段的遙感數(shù)據(jù)，以整個(gè)珠江三角洲為研究區(qū)域，提取3個(gè)時(shí)段的海岸線，并對(duì)海岸線提取結(jié)果進(jìn)行近期演變分析。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

珠江三角洲是中國(guó)南部沿海地區(qū)的一個(gè)發(fā)展程度較高的經(jīng)濟(jì)區(qū)域，地理上以香港、澳門和廣州為中心。由包括珠江三角洲區(qū)域的2個(gè)省級(jí)特別行政區(qū)(香港、澳門)、廣東省的2個(gè)副省級(jí)市(廣州市和深圳市)及7個(gè)地級(jí)市(珠海市、佛山市、惠州市、肇慶市、江門市、中山市和東莞市)所組成(圖1)。珠江三角洲海岸帶的地理范圍在E112°18'08″～115°01'19″，N 21°42'31″～22°42'23 之間。受地質(zhì)構(gòu)造的影響，其地形、地貌呈高地低地相間分布的格局。山地、丘陵和平原交錯(cuò)分布于海濱，形成海岸線曲折、港灣眾多、島嶼星羅棋布的地貌特色。珠江三角洲海岸線(不包括香港)類型復(fù)雜多樣，主要有河口岸、人工岸、基巖岸和沙礫質(zhì)岸等。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Geographic location of study area

1.2 數(shù)據(jù)的選擇與處理

本文收集了1998，2003 和2008年3個(gè)時(shí)段的遙感數(shù)據(jù)，其中1998 和2003年的數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat TM 或ETM 數(shù)據(jù)，2008年的數(shù)據(jù)為ALOS AVNIR－2多光譜數(shù)據(jù)，TM 和AVNIR－2 數(shù)據(jù)空間分辨率分別為30 m 和10 m。此外還收集了1∶5 萬地形圖數(shù)據(jù)和少量海圖數(shù)據(jù)。

對(duì)遙感數(shù)據(jù)的預(yù)處理主要包括幾何糾正、圖像鑲嵌和裁剪。在PCI 軟件平臺(tái)上，以1∶5 萬比例尺地形圖作為參考選擇控制點(diǎn)，采用二次多項(xiàng)式法進(jìn)行幾何糾正。具體處理過程是首先糾正AVNIR－2數(shù)據(jù)，然后將2 期TM 圖像與之配準(zhǔn)，并對(duì)相鄰圖像進(jìn)行鑲嵌，最后裁剪出研究區(qū)域海岸線范圍。

海岸線提取在原始圖像(而非鑲嵌圖像)上進(jìn)行，其原因是圖像鑲嵌過程中要考慮相鄰圖像的色調(diào)均衡，會(huì)損失原始圖像的光譜信息，不利于海岸線的自動(dòng)提取。

2 遙感調(diào)查方法

本文采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取和目視解譯相結(jié)合的方法提取海岸線。首先針對(duì)不同的海岸類型，采用不同的圖像處理方法進(jìn)行海岸線的初步解譯;然后在ArcGIS 平臺(tái)上將海岸線初步解譯結(jié)果、遙感圖像、已有地形圖和海圖進(jìn)行空間疊加、綜合分析與判別，并對(duì)初步解譯結(jié)果進(jìn)行修改，對(duì)解譯的重點(diǎn)和難點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行必要的野外調(diào)查驗(yàn)證。鑒于衛(wèi)星過頂時(shí)刻拍攝的水陸分界線沒有考慮到海水懸浮泥沙、潮位和季節(jié)等因素的影響，因此圖像上顯示的瞬時(shí)水邊線不是真正意義的海岸線［10］。故本文采用平均大潮高潮位時(shí)刻的海陸分界線作為要提取的海岸線。

2.1 解譯標(biāo)志的建立

根據(jù)研究區(qū)海岸實(shí)際情況，將海岸分為河口岸、基巖岸、人工岸、沙礫質(zhì)岸、淤泥質(zhì)岸和紅樹林岸共6 類。各類型海岸線的影像及其特征見表1。

2.2 海岸線的提取

以2008年ALOS 圖像為例，闡述各類岸線的提取過程如下:

1)河口岸線的提取。河口岸以潮流界為限，解譯時(shí)多參考已有海岸線。

2)基巖岸線的提取。基巖岸的水陸分界線基本上代表著海岸線［11］。選取近紅外波段遙感圖像提取基巖海岸線。首先，確定合適的閾值對(duì)圖像進(jìn)行二值化，將海水和陸地分開;然后采用濾波算法對(duì)二值圖像進(jìn)行邊緣增強(qiáng);最后再對(duì)邊緣增強(qiáng)圖像二值化并將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為矢量數(shù)據(jù)，得到海岸線的提取結(jié)果。閾值的確定借助了ENVI 的水平剖面(即X 剖面)工具，即將圖像定位于海陸分界處，利用X 剖面工具查看該水平線上的DN 值變化，從而確定合適的閾值;采用ENVI 軟件中的Laplacian 算子進(jìn)行二值圖像的濾波增強(qiáng)，濾波核為3 像元×3 像元?；鶐r海岸的提取過程如圖2所示。

圖2 基巖岸線的自動(dòng)提取效果Fig.2 Automatic extraction of rocky coastline

3)人工岸線的提取。人工岸的構(gòu)筑物大都由水泥和石塊構(gòu)筑，具有較高的光譜反射率，和海水的分界線明顯，人工岸線就是海岸線。人工岸線的提取過程和基巖岸線的提取過程相似，也采用近紅外波段遙感圖像進(jìn)行。人工岸線的提取過程如圖3所示。

圖3 人工岸線的自動(dòng)提取效果Fig.3 Automatic extraction of artificial coastline

由于人工海岸的堤壩有一定的寬度，因此二值圖像濾波增強(qiáng)后的邊緣有2 條線，取靠近海一側(cè)的線為最終海岸線［12］。本文把人工養(yǎng)殖岸劃分為人工岸。

4)沙礫質(zhì)岸線的提取。沙礫質(zhì)岸是沙礫在海浪作用下堆積形成的，因此可以把沙礫質(zhì)海岸和非沙礫質(zhì)地物的分界線作為海岸線［13］。沙礫在紅波段有比較高的反射率，因此選擇紅波段圖像提取沙礫質(zhì)海岸線。首先用分割閾值區(qū)分沙礫和其他地物，得到二值圖像;再對(duì)二值圖像進(jìn)行Laplacian 濾波增強(qiáng)，得到沙礫質(zhì)岸界線;最后取靠陸地一側(cè)的分界線作為沙礫質(zhì)海岸線(圖4)。

圖4 沙礫質(zhì)岸線的自動(dòng)提取效果Fig.4 Automatic extraction of sandy and gravel coastline

5)淤泥質(zhì)岸線和紅樹林岸線的提取。淤泥質(zhì)岸以陸地植物生長(zhǎng)邊緣或公路作為海岸界線［14］。紅樹林岸以靠陸一側(cè)的堤壩或道路作為海岸界線，采用目視解譯方法提取。本文提取的紅樹林岸不包括沿海島嶼上的紅樹林岸，如淇澳島上的紅樹林岸等。

2.3 海岸線提取結(jié)果

應(yīng)用上述方法，依次提取1998，2003 和2008年海岸線，其結(jié)果如圖5 所示。圖中海岸線的疊放順序?yàn)橐岳仙w新，以便直觀地反映海岸線的演變［9］。

圖5 海岸線提取結(jié)果Fig.5 Map of coastlines extracted

從圖5 可以看出，在研究時(shí)段內(nèi)，珠江三角洲岸線變化主要分布于珠江口兩岸的廣州南沙區(qū)、深圳機(jī)場(chǎng)，珠海唐家灣、高欄港，黃茅海兩岸的臺(tái)山市都斛鎮(zhèn)和珠海金灣區(qū)，深圳蛇口半島地區(qū)和惠州市大亞灣石化工業(yè)區(qū)等處。

2.4 提取精度檢驗(yàn)

在原始圖像上隨機(jī)選取海岸線點(diǎn)，通過查看Google Earth 上對(duì)應(yīng)位置的高分辨率遙感圖像(部分解譯的重點(diǎn)、難點(diǎn)區(qū)段請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的遙感專家進(jìn)行解譯)，在各時(shí)段圖像上每種海岸類型選取30個(gè)像元點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)。結(jié)果表明，基巖岸有個(gè)別錯(cuò)分為沙礫質(zhì)岸，人工岸中的養(yǎng)殖岸線有個(gè)別錯(cuò)分為淤泥質(zhì)岸，但總體精度高于90%;河口岸由于解譯時(shí)參考了已有海岸線，提取的總體精度高于85%;沙礫質(zhì)岸和淤泥質(zhì)岸有部分相互錯(cuò)分，淤泥質(zhì)岸有個(gè)別錯(cuò)分為紅樹林岸總體精度大于80%;紅樹林岸有個(gè)別錯(cuò)分為淤泥質(zhì)岸，總體精度優(yōu)于85%。因此，本文提取的海岸線類型總體上準(zhǔn)確可靠。

3 海岸線演變分析

3.1 海岸線長(zhǎng)度變化分析

各時(shí)段不同類型海岸線長(zhǎng)度及其占珠江三角洲海岸線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

從表2 可以看出，在研究時(shí)段內(nèi)，珠江三角洲海岸線長(zhǎng)度在1998—2003年間幾乎沒有多大變化，而在2003—2008年間岸線增加較多。從海岸類型來看，人工岸比例最高(達(dá)50%以上)，其次是基巖岸、河口岸、沙礫質(zhì)岸和淤泥質(zhì)岸，紅樹林岸所占比例最低;從變化幅度來看，人工岸、沙礫質(zhì)岸和淤泥質(zhì)岸變化較大，基巖岸變化較小，而河口岸和紅樹林岸幾乎沒有變化;從變化趨勢(shì)來看，人工岸逐漸增加，沙礫質(zhì)岸和淤泥質(zhì)岸持續(xù)減少。

表2 各類海岸線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)Tab.2 Statistics of coastline length (km)

3.2 典型岸段演變分析

在研究時(shí)段內(nèi)，珠江三角洲海岸線以向海延伸為主，總體表現(xiàn)為海岸工程建設(shè)、灘涂圍墾、圍海造地和人工養(yǎng)殖等。本文選取6個(gè)有代表性的岸段進(jìn)行演變分析，詳細(xì)闡述珠江三角洲海岸線的演變特點(diǎn)、規(guī)律和趨勢(shì)。

3.2.1 南沙開發(fā)區(qū)岸線

南沙開發(fā)區(qū)岸線對(duì)應(yīng)于圖5 中“1”標(biāo)注的位置。3個(gè)時(shí)段的影像如圖6 所示。

圖6 南沙開發(fā)區(qū)岸線Fig.6 Coastline of Nansha development district

該區(qū)屬于廣州南沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，是廣州近年來投資開發(fā)的重點(diǎn)地區(qū)，位于珠江入?？?，懸浮泥沙含量較高，是出海口泥沙的主要沉積區(qū)［15－17］。河口淤積是該區(qū)海岸線變遷的主要自然因素，而人工圍海造地則是該區(qū)海岸線變遷的主要原因。1998—2008年，橫門島南側(cè)向東圍海，萬頃沙島沒有繼續(xù)向海延伸。龍穴島主要規(guī)劃發(fā)展現(xiàn)代物流業(yè)，因此近期將進(jìn)行港口、碼頭建設(shè)。1998年龍穴島開始填海，2003年填海面積擴(kuò)大，2008年南部新增填海區(qū)，海岸線向南延伸。該區(qū)海岸線雖然進(jìn)一步向海延伸，但相比1978—1998年的海岸線變化，幅度有所下降，海岸線向海延伸速率有所放慢［6，9］。

3.2.2 珠海唐家灣岸線

珠海唐家灣岸線對(duì)應(yīng)于圖5 中“2”標(biāo)注的位置。3個(gè)時(shí)段的影像如圖7 所示。

圖7 珠海唐家灣岸線Fig.7 Coastline of Tangjiawan in Pearl River City

該區(qū)位于珠海市唐家灣地區(qū)，2007年9月，《珠海市唐家灣分區(qū)規(guī)劃》明確提出將進(jìn)行填海建設(shè)，城市建設(shè)面積增加22 km2。從圖7 可以看出，1998—2003年金星港圍海養(yǎng)殖，海岸線向海延伸，唐家灣地區(qū)南面海灣處開始填海;2003—2008年唐家灣南面海灣處繼續(xù)填海，東部也開始向東南方向填海。1998—2008年總的填海面積約3.5 km2。唐家灣地區(qū)填海還將繼續(xù)，未來填海區(qū)為金星港圍海養(yǎng)殖區(qū)。

3.2.3 珠海高欄港岸線

珠海高欄港岸線對(duì)應(yīng)于圖5 中“3”標(biāo)注的位置。3個(gè)時(shí)段的影像如圖8 所示。

圖8 珠海高欄港岸線Fig.8 Coastline of Gaolan port in Pearl River City

該區(qū)屬于珠海市高欄港經(jīng)濟(jì)區(qū)，規(guī)劃建設(shè)成為現(xiàn)代化港口新區(qū)。1998年高欄港還未開工建設(shè)，珠海港西北方向?yàn)闉┩繀^(qū);2003年高欄港開始圍海造地，高欄島西面開始工程建設(shè)，珠海港西北方向?yàn)┩繀^(qū)被圍墾為養(yǎng)殖區(qū);2008年高欄港大面積圍海造地，整個(gè)高欄港灣有合圍之勢(shì)，珠海港也進(jìn)一步擴(kuò)建，高欄島西面開始圍海造地。未來高欄港、珠海港和高欄島將會(huì)進(jìn)一步圍海造地。

3.2.4 臺(tái)山黃茅海岸線

臺(tái)山黃茅海岸線對(duì)應(yīng)于圖5 中“4”標(biāo)注的位置。3個(gè)時(shí)段的影像如圖9 所示。

圖9 臺(tái)山黃茅海岸線Fig.9 Coastline of Huangmaohai in Taishan City

該區(qū)位于珠江入?？诘难麻T和虎跳門的西側(cè)，面向黃茅海，海岸類型為淤泥質(zhì)海岸，海岸線變遷主要是灘涂圍墾和人工養(yǎng)殖，表現(xiàn)為不斷向海一側(cè)延伸擴(kuò)展趨勢(shì)。

3.2.5 深圳蛇口半島岸線

深圳蛇口半島岸線對(duì)應(yīng)于圖5 中“5”標(biāo)注的位置，3個(gè)時(shí)段的影像如圖10 所示。

圖10 深圳蛇口半島岸線Fig.10 Coastline of Shekou in Shenzhen City

該區(qū)為深圳蛇口半島地區(qū)，是深圳重要的加工和貿(mào)易區(qū)。1998—2003年前海的養(yǎng)殖岸線向海延伸，后海開始填海造陸。2003—2008年前海人工養(yǎng)殖區(qū)被填，且海灣南、北兩端向中間填充，未來整個(gè)海灣將被合圍，海岸線也將被裁彎取直;媽灣也有工程建設(shè)，海岸線向西南方向延伸;赤灣繼續(xù)向海延伸;后海完成填海。但1998—2008年蛇口港變化不大。

3.2.6 惠州大亞灣岸線

惠州大亞灣岸線對(duì)應(yīng)于圖5 中“6”標(biāo)注的相應(yīng)位置。3個(gè)時(shí)段的影像如圖11 所示。

圖11 惠州大亞灣岸線Fig.11 Coastline of Dayawan in Huizhou city

該區(qū)為惠州大亞灣石化工業(yè)區(qū)，是惠州市“十一五”重點(diǎn)發(fā)展的石化工業(yè)基地。1998 和2003年大亞灣海岸還是淤泥質(zhì)岸，但2003年靠近海岸區(qū)域已有工程建設(shè)，到2008年工程建設(shè)已初具規(guī)模，海岸線向海最大延伸1 300 m。

從以上典型岸線的海岸線演變可以看出，珠江三角洲海岸線變遷的主要驅(qū)動(dòng)因素是人為造地。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

1)根據(jù)海岸類型特點(diǎn)，建立遙感解譯標(biāo)志，采用人工目視解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)提取相結(jié)合方法，得到了3個(gè)時(shí)段的海岸線，各類海岸線提取的總體精度優(yōu)于80%，結(jié)果較為準(zhǔn)確、可靠。

2)珠江三角洲海岸線在1998—2003年間幾乎沒有多大變化，而2003—2008年間岸線增加較多，主要是人工岸的增加。

3)在珠江三角洲海岸線類型中，人工岸所占比例最高(達(dá)50%以上)，其次是基巖岸、河口岸、沙礫質(zhì)岸和淤泥質(zhì)岸，紅樹林岸占比例最低。

4)珠江三角洲海岸線以向海延伸為主，總體表現(xiàn)為海岸工程建設(shè)、灘涂圍墾、圍海造地、人工養(yǎng)殖等。人為造地是海岸線變遷的主要驅(qū)動(dòng)因素。

4.2 展望

1)受遙感數(shù)據(jù)空間分辨率(10 m 和30 m)的限制，本文所提取的海岸線還存在一定的誤差，但用于分析整個(gè)珠江三角洲岸線的變遷趨勢(shì)和規(guī)律是完全可行的。隨著SPOT5(2.5 m)，IKONOS(1 m)和QuickBird/WorldView(亞米級(jí))等高空間分辨率遙感圖像的應(yīng)用，利用遙感圖像提取海岸線的精度將會(huì)大大提高。同時(shí)，隨著遙感圖像處理算法的不斷發(fā)展，也會(huì)有新的海岸線提取方法，如元胞自動(dòng)機(jī)方法［18］、岸線追蹤［19］、幾何活動(dòng)輪廓模型［20］等。

2)大量的圍海造地和工程建設(shè)必然會(huì)對(duì)沿海環(huán)境帶來影響，如海水污染、河口區(qū)河道延長(zhǎng)和變窄帶來的排洪不暢、洪澇等。未來將進(jìn)一步研究海岸線變遷帶來的環(huán)境問題以及可能的解決方案，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，走社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展之路［21－22］。

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