14---柯丽娜

Size: px

Start display at page:

Download "14---柯丽娜"

蠡余充
5 years ago
Views:

018 40 8 1645-1657 第 40 卷第 8 期 018 年 8 月 Resources Science Vol.40 No.8 Aug. 018 引用格式柯丽娜曹君武红庆等. 基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析[J]. 资源科学 018 40 8 1645-1657. [Ke L N, Cao J, Wu H Q, et al.

1 第 40 卷第 8 期 018 年 8 月 Resources Science Vol.40 No.8 Aug. 018 引用格式柯丽娜曹君武红庆等. 基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析[J]. 资源科学 [Ke L N, Cao J, Wu H Q, et al. Dynamic evolution analysis of reclamation in Jinzhou Bay based on multi source remote sensing images[j]. Resources Science ] DOI /resci 基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析柯丽娜 1 曹君 1 武红庆 1 王权明 3 王辉 1 1. 辽宁师范大学城市与环境学院大连辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心大连国家海洋环境监测中心大连摘要填海造陆在增加土地资源的同时也对生态环境带来了深远的影响对填海造陆的监测和研究成为现实需要本文以 1991 年 1995 年 000 年的 Landsat TM 影像数据 005 年 SPOT 卫星影像和 010 年环境卫星 HJ-1 CCD 及 014 年 SPOT 遥感影像数据为主要数据源构建了基于元胞自动机模型 CA 的岸线提取方法并对锦州湾附近海域的围填海分布强度指数质心坐标及其利用情况等方面进行深入分析研究结果表明 ①3 年间锦州湾附近海域海岸线共增加了 0.07km 在年和年两个时间段增加较快 ②锦州湾中部北港镇牛营子及西海口等地区海岸线位移量相对较大围填海强度较高 ③锦州湾新增围填海面积 km 城市建设港口用海及围海养殖用海为围填海的主要类型盐业用海面积相对减小未利用类型面积增加 ④锦州湾围填海重心总体往东北方向偏移关键词围填海海岸线多源遥感影像 RS/GIS 动态演变锦州湾 DOI /resci 引言面积达 5.65 万 hm 年均围填海造地面积 1.13 万为了扩大生存和发展空间世界沿海地区通过 hm 填海造陆在增加土地资源的同时也对生态环围填海来解决日益严峻的土地赤字的做法非常境带来了深远的影响对填海造陆的监测和研究成普遍荷兰通过自 16 世纪以来的 3 次围垦高潮将为现实需要[9-11] 大量海岸湿地和河口区域转变为农业及工业用地目前基于遥感 RS 和地理信息系统 GIS 技目前其国土面积的 1/3 位于海平面以下美国墨西术进行海岸线和海岸带变化在国内外已经有一些哥湾[] 埃及尼罗河三角洲[3]等地也都进行过大规模相关的研究如 YagoubM M 等研究发现阿联酋阿填海造陆活动近年来中国沿海经济带迅速发展布扎比海岸带湿地等自然植被区明显减少而人工沿海土地资源的稀缺促进了填海造地活动的不断开种植园大幅增加 [1] Ku-mar A 等通过遥感影像地展并呈现出速度快面积大范围广的发展趋势[4-7] 形图等多源数据还原年印度卡纳塔克根据历年的国家海洋局海域使用管理公报统海岸的变化情况 [13] Banna M M 等研究发现 1955 计年底全国填海造地项目累计达 00 年来埃及尼罗河三角洲东北部海岸经历了大万 hm 其中十二五期间全国累计围填海范围的围垦和开发导致泻湖和海岸沙丘大量转化 [1] [8] 收稿日期修订日期基金项目国家自然科学基金高校人文社会科学重点研究基地重大项目子课题 16JJD79001 作者简介柯丽娜女辽宁大连人副教授硕士生导师主要研究方向为海洋资源开发与利用遥感及地理信息系统应用 kekesunny@163.com 通讯作者王权明 qmwang@nmemc.org.cn

2 1646 资源科学第 40 卷第 8 期为农田养殖池等城市在迅速扩张[14] 苏奋振等对研究区概况数据来源与研究方法广东省大陆海岸线空间变化及其驱动因素进行探.1 研究区概况讨常军等探讨了黄河口海岸线演变时空特征及 [15] 锦州湾位于渤海辽东湾锦州小笔架山至葫芦其与黄河来水来沙关系 [16] 朱高儒等以岛柳条沟连线的西侧湾口朝向东南属于中水湾年逐年 MSS/TM/ ETM+影像为主要数据源利用截至 014 年底海岸线长 km 海湾面积为 RS/GIS 技术分析了渤海湾西北岸填海造陆的动态 km 锦州湾陆域狭义上包括两港三区即空间分布和数量变化特性雷宁等基于胶州湾区锦州港葫芦岛港锦州经济技术开发区葫芦岛市域不同年代的海图及多期遥感影像系统分析了连山区高桥塔山两个乡镇及龙港区龙程路以东年胶州湾围填海开发的演进过程[18] 茨齐路以北的沿海地区还包括凌海市小部分所 [17] 总体来看目前国内外对围填海时空变化的研辖面积约 150km[7] 锦州湾作为锦州市重点发展究多集中于对填海造陆的动态分布变化进行定量的临港工业区不仅是辽宁省五点一线重要发展分析区域也是发展大型临港工业的高水平示范区具 [19-6] 而随着沿海地区海域开发活动的不断加强围填海为主的人类活动成为影响海湾海岸带体区位如图 1 所示特征发生变化的重要原因 [19] 对于海岸线的形态变化刻画起着重要的影响且不同的围填海利用类型对海岸线的变化情况的影响也不同因此全面把握并分析海岸线的变迁过程并对引起其重要变化的围填海现状及演进过程进行定量分析对于指导区域海岸带的开发利用具有重要意义锦州湾附近海域目前还缺乏这方面的研究辽宁省锦州湾及其附近区域是中国开发利用海洋资源比较活跃的地区之一集中了港口滩涂养殖有色金属生产等多种经济活动近年来作为辽宁省五点一线战略的重要建设区域锦州湾及其附近区域围填海规模不断扩大主要用途从早期的围海晒盐围海造田围海养殖到近十几年的港口用地和工业用图 1 锦州湾区位示意 Figure 1 Bitmap of Jinzhou Bay area. 数据来源及预处理地大规模的围填海活动蚕食了 40%以上的锦州锦州市沿海地处中国沿海纬度最高的地区冬湾海域面积造成了海湾空间形态的改变纳潮量季 11 月翌年 4 月平均水温为-0.7 故一般年明显减少泥沙冲淤过程失衡污染物净化能力降份沿海区均有冰情发生为了尽量减少海冰对图低直接破坏了锦州湾海岸线附近海洋生物的栖息像判读的影响本文利用多波段组合选择最优影环境该地区海洋生态健康持续处于亚健康状态像来达到弱化海冰的影响同时考虑到云量对数因此本文选择锦州湾及其附近海域作为研究区域据精度的影响本次研究优先选择云量相对较小的借助 Landsat TM SPOT 卫星影像环境卫星 HJ-1 遥感影像数据研究中用到的 1991 年 1995 年 CCD 等多源遥感影像建立基于元胞自动机模型 000 年 Landsat TM 影像数据分辨率为 30m 数字 CA 的岸线提取方法并分析该区域岸线变化的时高程模型 DEM 分辨率为 90m 以及锦州湾及其空特征识别岸线变化较为强烈的岸段对引起其附近海域海图等数据均获取自地理空间数据云[8] 变化的围填海类型分布面积利用情况等方面深 005 年 014 年 SPOT 卫星影像分辨率为 10m 从入分析挖掘该区域围填海时空演变的规律以期中国科学院遥感与数字地球研究所获取[9] 010 年为该地区海岸线的宏观管理围填海控制预警提供环境卫星 HJ-1 CCD 影像分辨率为 30m 从中国资一定的科学依据与技术方法源卫星应用中心获取[30] [7]

3 018 8 柯丽娜等 : 基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析 1647 本文对收集的数据资料进行质量检查, 并在 ENVI 环境下对遥感影像数据进行预处理, 包含几何精校正裁剪图像融合去条带等, 利用 haze-tool 去云插件, 在 ENVI 中对遥感影像进行去云处理为方便岸线的空间分析, 对 6 个时期的影像统一采用 WGS84 坐标系, 先将 014 年的高分辨率 SPOT 数据基于 CA 进行岸线提取, 并通过潮汐计算公式校正为平均大潮高潮线, 在此基础上依次提取前期海岸线, 只对海岸线变化部分进行动态更新, 从而避免由于传感器分辨率不同所带来的影响.3 研究方法本次研究基于遥感调查资料收集对比验证等, 对锦州湾不同年份的海岸线及围填海信息进行提取, 对其海岸线变化特征进行分析, 建立锦州湾区域围填海时空格局及其环境资源信息数据集, 明确锦州湾围填海时空分布演变特征, 并对其进行评价.3.1 海岸线的定义与分类海岸线的变化作为监测区域围填海进程的最关键指标, 中国国家标准海洋学术语 : 海洋地质学 (GB/T ) [31] 给出的海岸线定义是海岸线是海陆分界线, 在中国指多年大潮平均高潮位时的海陆界线中国近海海洋综合调查与评价专项 ( 908 专项 ) 则采用平均大潮高潮时水陆分界的痕迹线作为海岸线的定义因此本研究用遥感影像提取的卫星过顶时的海陆分界线, 即水边线, 结合遥感影像过境时间及潮汐计算公式, 通过对水边线进行纠正得到海岸线依据海岛海岸带卫星遥感调查技术规程 [3] 的海岸线分类体系, 结合锦州湾海岸的特点, 将锦州湾岸线分为人工岸线和自然岸线, 各自下分 4 个二级类型自然岸线包括基岩岸线砂质岸线淤泥质岸线和河口岸线, 人工岸线包括养殖岸线盐业岸线城镇建设岸线和港口码头岸线 ( 表 1).3. 基于 CA 的岸线提取 CA 在图像分类与模式识别中的作用明显, 越来越多的学者将其用于混合像元分解及图像边缘 [33] 检测等本文参考冯永玖等的论文, 构建了一种海岸线遥感信息提取的 CA 模型, 并在 Matlab 环境下开发实现演化规则是 CA 模型架构的核心, 采用元胞自动机中的 Moore 型, 在图像边缘检测中, 具体的演化规则公式为 : S t = f (S t - 1,N ei,c con ) (1) 式中 t 为迭代运算时间 ;N ei 为邻近元胞状态 ;C con 为元胞演化的限制条件 ;f 为演化规则函数 ;S t 和 S t-1 为中心元胞在 t 和 t-1 时刻的状态以带有方向信息权重的邻域元胞灰度指数作为海陆分离的指标, 公式为 : D W i C i i + 1 G Nei = () r r - 1 式中 r 为元胞邻域半径 ;D 为邻域元胞的数量 (D=r r-1);c i 为第 i 个元胞的灰度值 ;W i 为第 i 个元胞的权重, 是一个带有方向信息的矩阵一个良好的方向信息矩阵应尽可能检测出图像中各个方向上的灰度突变信息, 该方向信息矩阵也可以称之模板 [0] 在海陆分离二值化图像的基础上再进行水边线目标的追踪, 具体过程为通过定义模板对图像中的元胞 ( 像元 ) 进行邻域检测, 当中心元胞的邻域内存在水域元胞时, 定义该中心元胞即为水边线的组成部分, 同时给该元胞赋以不同的固定灰度值, 当整个图像经模板检测完毕, 再将海岸线元胞以外的图像设置为背景, 即可获取完整的水边线信息水边线受潮起潮落及卫星过境时间的影响, 与多年平均大潮高潮位形成的痕迹线 ( 即海岸线 ) 存在着一定的误差, 因此需要基于已提取的水边线, 结合遥感影像过境时间及潮汐计算公式, 纠正得到海岸线假设 C 1 C 为研究区不同时刻影像提取的水边线 ( 图 ), 记录 C 1 和 C 水边线的距离 M,h 1 h 分别为影像卫星过顶时刻的潮位高度, 则岸滩坡度角 θ 为 : θ = arctan[(h - h 1 )/ΔM ] (3) M =(H - h )/ tan θ (4) 式中 H 为平均大潮高潮位高度 ; 可根据多年潮位观测资料得到 ;M 为水边线修正为平均大潮高潮线的距离.3.3 海岸线提取误差分析本文利用 008 年辽宁省海域勘界数据对提取的海岸线进行误差分析,008 年辽宁省海域勘界数据是由实测数据获得, 精度较高, 可以作为岸线精度评价的标准选取了与 008 年辽宁省海域勘界数据时间相

1648 表 1 海岸线分类体系 Table 1 The classification system of coastlines 40 8 一级编码

位置界定在水陆分界线上 1 砂质岸线岸线比较平直, 受海水搬运沉积作用影响, 形成一条与岸线平行的砂质沉积带在影像中呈亮白色,

14 河口岸线有明确的河海分界线, 则以该线为河口岸线 ; 若没有明显的分界线, 则以最靠近河口的防潮闸或者跨河桥梁为河口分界线人工岸线 1 养殖岸线

地状物呈规则小型方块状, 大面积连续分布在影像上呈亮白色, 位置界定在向海一侧外边缘 3 城镇建设岸线岸线较平直, 地状物包含矿区油田和景观等人工建筑

边缘呈现齿状, 位置界定在向海一侧外边缘差及均方根误差 (RMS), 并同时对比二者的岸线类型, 计算岸线类型一致的控制点所占比率其中 RMS

由于两个时间点不是完全匹配, 选取了未发生变迁区域的海岸线进行误差分析, 在选取岸段上均匀地布点, 尽可能覆盖较多的岸线类型,

;t 为测量点到提取岸线的垂直距离经检查解译的海岸线类型和实测数据比对计算,RMS 误差优于 9.

4 1648 表 1 海岸线分类体系 Table 1 The classification system of coastlines 40 8 一级编码一级分类二级编码二级分类说明图解 1 自然岸线 11 基岩岸线岸线较曲折, 岸线不规则, 呈锯齿状分布在影像中有明显的起伏状态和岩石构造, 位置界定在水陆分界线上 1 砂质岸线岸线比较平直, 受海水搬运沉积作用影响, 形成一条与岸线平行的砂质沉积带在影像中呈亮白色, 位置界定在干燥摊面与陆域交界处 13 淤泥质岸线岸线平直, 潮间带宽而平缓在影像中色调较沙滩暗, 有潮沟发育, 位置界定在有痕迹线前段向海一侧外边界 14 河口岸线有明确的河海分界线, 则以该线为河口岸线 ; 若没有明显的分界线, 则以最靠近河口的防潮闸或者跨河桥梁为河口分界线人工岸线 1 养殖岸线岸线平直, 地状物呈长条状, 空间集中分布, 布局规则在影像上, 轮廓清楚, 边界明显, 位置界定在向海一侧的外边缘盐业岸线岸线平直, 地状物呈规则小型方块状, 大面积连续分布在影像上呈亮白色, 位置界定在向海一侧外边缘 3 城镇建设岸线岸线较平直, 地状物包含矿区油田和景观等人工建筑在影像上呈白色或灰色, 与城市衔接, 位置界定在向海一侧外边缘 4 港口码头岸线岸线较平直, 地状物分布不均匀在影像上多呈白色, 明显细条状突出, 边缘呈现齿状, 位置界定在向海一侧外边缘差及均方根误差 (RMS), 并同时对比二者的岸线类型, 计算岸线类型一致的控制点所占比率其中 RMS 的计算公式为 : 图潮位校正原理 Figure Principle of tide level correction 近的 010 年海岸线进行误差分析, 由于两个时间点不是完全匹配, 选取了未发生变迁区域的海岸线进行误差分析, 在选取岸段上均匀地布点, 尽可能覆盖较多的岸线类型, 逐个计算海域勘界海岸线上各点与对应的岸线提取结果之间的平均距离标准方 RMS = t 1 + t + + t n n (5) 式中 n 为选取的测量点个数 ;t 为测量点到提取岸线的垂直距离经检查解译的海岸线类型和实测数据比对计算,RMS 误差优于 9.9m, 小于基于遥感影像提取海岸线的理论最大允许误差要求 [5], 各期岸线类型精度评价结果均值为 93.4%, 能够满足本次研究的需要.3.4 海岸线变化速率根据岸线变迁分析的需要, 选取了岸线年平均变化速率终点变化速率指标, 用于对锦州湾海岸

5 018 8 柯丽娜等 : 基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析 1649 线变迁情况进行定量分析研究海岸线平均变化速率的计算公式为 : R i,i + 1 = R i R i L i ΔY i,i + 1 (6) 式中 R i, i+1 为相邻年份间的岸线年平均变化率 (i=1,,,8);r i+1 为第 i+1 期海岸线与研究区陆域纵横边界所围区域的面积 (i=1,,,8);r i 为第 i 期海岸线与陆域纵横边界所围区域的面积 (i=1,,,8); L i 为第 i 期海岸线的长度 (i=1,,,8); Y i, i+1 为第 i+1 期与第 i 期海岸线年份数的差值 (i=1,,,8) 终点变化速率的计算公式为 : E i,j = d j - d i ΔY j,i (7) 式中 E i, j 为相邻年份间沿切线的岸线终点变化速率 ; d j 为沿切线方向第 j 期海岸线到基线的距离 ;d i 为沿切线方向第 i 期海岸线到基线的距离 ; Y j.i 为海岸线年份差值.3.5 围填海利用类型的解译及解译标志建立结合收集到的锦州湾区域历史地形图及海图资料社会经济统计资料海洋环境监测数据等, 依据围填海的各种利用类型的光谱信息及空间信息的差异, 与调查资料 DEM 数据相结合, 分析各类型围填海的图谱特征, 建立围填海使用类型的解译标志 ( 如表所示 ), 从而明确各类型围填海的分布及利用情况.3.6 围填海空间格局指标采用强度指数及质心坐标对锦州湾围填海进行空间格局分析围填海强度指数 P 表示一定区域范围内围填海的规模与强度, 具体计算公式为 : P = K T 式中 K 为围填海面积 ;T 为海岸线长度 (8) 通过分析各研究时段的围填海类型分布质心, 可发现围填海空间变化趋势质心坐标的具体计算公式为 : X c = Y c = a (F i X i ) i = 1 (9) a F i i = 1 a (F i Y i ) i = 1 (10) a F i i = 1 式中 X c 和 Y c 分别为按面积加权的围填海类型质心坐标 ;X i 和 Y i 是某一围填海类型第 i 个斑块的质心坐标 ;F i 为某一围填海类型第 i 个斑块的面积 ;a 为某一围填海类型的斑块总数 Table 表围填海利用类型划分及其解译标志 Classification of reclamation utilization types and its interpretation signs 类型定义图示解译标志围海养殖用海指围海筑塘用以养殖的海域一般集中分布在沿岸, 呈长条状, 布局规则, 水体呈蓝绿色盐业用海指工业用海中将海水引进蒸发晒盐的平地, 多位于滨海靠近海岸, 呈规则小型方块状, 大面积连续分布, 间杂带有白色点状港口用海指供船舶停靠进行装卸作业避风和调动所使用的海域分布于沿岸处, 影像上多呈白色, 明显细条状突出, 港口多有货船停靠城镇建设填海造地用海为大型的用于城镇建设的人工造地, 一般依托海岸线, 呈块状分布依托海岸线, 呈块状, 影像上多呈蓝色或白色, 连片布置, 整体规模很大未利用类型指已进行围海或填海, 但尚未实施利用或已利用但后来荒废的造地区域围而未填区域水域颜色显示为灰色灰黑色, 围堰呈亮灰色 ; 填而未建区域分有植物生长区和无植物生长区, 颜色分别显示为暗绿色和灰色

6 1650 资源科学第 40 卷第 8 期 3 结果及分析线变迁本文采用基线法分析年间锦 3.1 海岸线变化分析州湾海岸线变化首先选取 1991 年海岸线作为基海岸线变化强度分析线再利用 DSAS 插件以 400m 为采样间距 6km 为根据锦州湾海岸线数据计算得到锦州湾海岸采样距离等间距生成 05 个垂直于基线的断面再线变化速率如图 3 所示年锦州湾海岸将各年份海岸线相交从而得到各年份海岸线相对线长度共增长了约 0.07km 海岸线变化强度出现于基线的位移量如图 4 所示其中海岸线断面号最了个峰值分别是年及年大值为 05 但由于空间有限及刻度间隔的原因在表明这两个时间段内锦州湾海岸线长度迅速增加图中没有显示年是围海养殖和盐业用海的快速通过对位移量数据的统计得到 7 个海岸线位移发展期在北石壶山和打渔山附近海域都进行了大量相对剧烈的区域在图 4 中用矩形标出并编号其规模的造地工程用于围垦农田和养殖导致岸线具体位置如图 5 所示并在图 5 中标出了变化剧烈长度增加了 4.89km 变化强度达到 5.54% 1995 区域的海岸线断面号范围结合遥感影像解译分 000 年随着填海造地进程的放缓岸线变化强度降别辨析各区域主要围填海利用类型详情见表 3 低至 1.18% 年岸线变化强度上升到从岸线变化距离及其空间分布情况来看 % 北大洼附近填海工程进展及锦州港的进一 1995 年北港镇附近岸线变化较为显著主要用于盐步开发建设年间北港工业区和葫芦业用海和围海养殖同时牛营子 E 区和西海口 F 岛锌厂工业区迅速扩展同时北大洼和灯塔山附近区附近海域大规模围填海牛营子区域主要侧重港口用海开始大面积扩建使锦州湾海岸线在于城镇建设及围填养殖而西海口区域大力发展港口年间增长了近 10.31km 岸线变化强度用海该时期新增港口用海面积达 3.km 1995 高达 10.00% 是 3a 间锦州湾海岸线增长最快的时 000 年打渔山附近的部分区域盐业用海被改造为间段年锦州湾海岸线变化强度减弱至围海养殖北大洼地区填海造地主要用于围海养殖 0.5% 围填海进程明显放缓从 000 年开始锦州湾港口用海逐渐增加年锦州湾填海造地速率高达 3.7km/a 双泉寺 A 区渔民村 B 区和北大洼 C 区的港口用海发展迅速更有北大洼的围海养殖改造为港口用海经济发展的巨大需求推动着该地区工业建设进程的不断加快北港镇地区的填海造地被大幅度改造为城镇建设主要用于工业建设及矿产加工等年围填海增长速率减缓梁屯村 G 区的港口用海增加而牛营子附近的围海养殖区域荒废后还未进一步开发沿海地区大规模围填海趋势放缓图年锦州湾海岸线长度及岸线变化强度 3. 围填海变化分析 Figure 3 Coastline length and variation intensity in Jinzhou Bay 3..1 围填海演变过程分析 from 1991 to 重点区域海岸线变化分析结合遥感影像解译获取各时期锦州湾附近海域围填海利用类型及面积变化并计算各时期开发美国地质调查局 USGS 研发的数字海岸线分利用面积变化速率详情见表 4 为直观简洁地表达析系统 DSAS, Digital Shoreline Analysis System 能各类型围填海变化情况本文用一段时间内新增的够对海岸线进行定量化分析计算各年份序列的海围填海面积 hm 与海岸线长度 km 的比值表示围岸线变化率从而揭示大范围长时间序列的海岸填海强度强度指数越大说明该时间段内围填海

柯丽娜等基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析 018 年 8 月 1651 图 4 1991 014 年锦州湾岸线位移量变化 Figure 4 Variation diagram of shoreline displacement in Jinzhou Bay from 1991 to 014 表 3 海岸线位移量变化剧烈区域及其围填海利用类型 Table 3 Zone of

7 柯丽娜等基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析 018 年 8 月 1651 图年锦州湾岸线位移量变化 Figure 4 Variation diagram of shoreline displacement in Jinzhou Bay from 1991 to 014 表 3 海岸线位移量变化剧烈区域及其围填海利用类型 Table 3 Zone of strenuous variation of coastline displacement and the types of reclamation utilization 区域编号对应海岸带断面号所在位置 A 14 7 双泉寺港口用海围填海利用类型 B 渔民村港口用海工业用海 C 63 7 北大洼港口用海工业用海 D 北港镇工业用海围海养殖 E 牛营子城镇建设围海养殖 F 西海口港口用海围海养殖 G 梁屯村港口用海开发越强烈见表 5 图年锦州湾岸线变化示意图 6 显示年间锦州湾新增围填海 Figure 5 Changes of shoreline in Jinzhou Bay from 1991 to 014 面积达 50.67km 到 014 年围填海总面积达到注图中数字为海岸线断面号表年锦州湾海域不同时期开发利用方式及面积变化情况 Table 4 Development and utilization patterns and changes of area of different periods in Jinzhou Bay from 1991 to 年开发利用面积/km 变化速率/ km/a 000 年 005 年 010 年 014 年盐业用海养殖用海城镇建设港口用海未利用类型总面积面积变化/km 1995 年注面积变化和变化速率是相对于前一个年度的变化量将其放置在两个年度数据之间以表达其含义

165 资源科学第 40 卷第 8 期表 5 1991 014 年锦州湾各类型围填海强度指数 Table 5 Intensity indexes of various types of reclamation in Jinzhou Bay from 1991 to 014 (hm/km) 1991 1995 年 1995 000 年 000 005 年 005 010 年 010

8 165 资源科学第 40 卷第 8 期表年锦州湾各类型围填海强度指数 Table 5 Intensity indexes of various types of reclamation in Jinzhou Bay from 1991 to 014 (hm/km) 年年年年年盐业用海围海养殖城镇建设港口用海图年锦州湾围填海分布演进情况 Figure 6 Distribution and evolution of reclamation in Jinzhou Bay from 1991 to km 年围填海面积增长速率呈现 40.7% 是锦州湾围填海的最主要利用类型从城镇波动年围填海增长速率最快该时期建设类型围填海强度指数来看年波动围填海面积变化 18.89km 变化速率达 3.78km /a 不大基本稳定在13.45~15.75之间年围年围填海增长速率下降该时期围填海填海强度迅速增长围填海强度指数为 33.93~36.86 面积变化.31km 变化速率为 0.46km /a 005 年以表明该时期是锦州湾城镇建设的快速发展时期从后研究区围填海变化速率迅速增加围填海变化速城镇建设用海类型的空间分布情况来看城镇建设用率基本保持在 3km /a 左右海主要集中在龙岗区及西海口周边海域同时在北 1 城镇建设用地是锦州湾附近海域围填海的最主要利用类型 1991 年城镇建设面积为 1.59km 年出现小幅度的下降其他年份都呈上港镇附近区域大范围的工业城镇建设用地增长也是导致锦州湾区域城镇建设围填海强度增加的原因锦州湾早期围填海以盐业为主 1991 年盐升趋势 014 年城镇建设用地达 30.7km 3a 共增加业用海面积为 6.84km 占围填海总面积的 7.6% 了 18.11km 城镇建设占围填海总面积的比例达年盐业用海面积不断增长 005 年以后

9 柯丽娜等基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析 018 年 8 月 1653 盐业用海面积开始呈现下降趋势逐渐被养殖用海数从 3.40 增长到该区域的港口码头建设规模及港口用海代替年锦州湾附近海域不断扩大主要以锦州港和葫芦岛港为中心不断向盐业用海主要分布在牛营子附近海域 005 年盐业外扩展锦州港和葫芦岛港作为连接京津唐经济区用海面积达到 13.73km 010 年后盐业用海逐渐萎与东北工业区重要的交通枢纽对锦州湾附近区域缩盐业用海逐渐转变为城镇建设用海只在牛营经济的增长起到了支撑作用子附近海域还保留大面积的盐业用海年锦州湾附近海域未利用类型 3 锦州湾围海养殖用海面积波动增加 010 的面积从1991年的.03km 增加到014年的9.6km 年面积有所缩减年锦州湾围海养殖占围填海总面积比重从 8.%增加到 1.3% 处于围面积共增加了 10.8km 占围填海总面积比例从填海存量资源的形成阶段未来可作为吸引外资或 1991 年的 6.7%上升到 014 年的 16.5% 其开发强度该区域进一步发展的土地储备部分区域已被圈指数在 5.50~14.99 之间 014 年锦州湾围海养殖在围但还没有填充成土地部分区域已被围填成土北港镇牛营子和西海口等地区附近海域均有分地尚未开发建设同时也有部分闲置废弃淤积的布而随着围海养殖的不断发展其开发利用主要低效养殖用海空间及低效盐田区域主要分布在北集中在西海口附近海域大洼和北港镇中间区域以及牛营子附近海域 4 锦州湾的交通用海主要以港口用海为主 3.. 围填海质心变化分析港口用海面积持续增加从 1991 年的 1.68km 增加利用 ArcGIS 软件生成围填海斑块的质心再计到 014 年的 16.8km 占围填海总面积比例达到算各围填海类型的空间质心并设置为 UTM 投影坐 1.6% 年锦州湾港口用海开发强度指标系从而生成各围填海利用类型质心变化图 7 图年锦州湾各围填海利用类型质心变化 Figure 7 Variation of centroid of reclamation typesin Jinzhou Bay from 1991 to 014

10 (1) 港口用海质心在年从 11.0 E N 向北偏东 40 方向迁移了近 3.1km, 年又向 E N 迁移, 整体从 11.0 E N 到 E N 迁移了 575.8m, 主要由于年锦州经济区和西海工业区港口的快速开发使质心向东北方向迁移, 随着年葫芦岛港的大力开发, 质心又向西南方向迁移 () 盐业用海质心在 (10.97 E,10.98 E) (40.8 N,40.85 N) 之间变化, 年盐业用海质心从 (10.98 E,40.85 N) 向南偏西 3 方向迁移了约 3.77km, 年质心又向 (10.98 E, N) 迁移了约 3.8km, 主要是由于打渔山园区的盐业用海工程及北港工业区盐业用海的开发, 使质心发生变化 (3) 围海养殖质心迁移幅度较大, 在 (10.96 E, E) (40.78 N,40.8 N) 之间变化, 年质心向 (10.97 E,40.78 N) 迁移了约 1.8km, 年质心又向北偏东 61 方向迁移约 3.59km, 整体是从 (10.96 E,40.8 N) 到 (11.00 E,40.80 N) 迁移了 3.61km 锦州湾早期围海养殖主要集中在锦州经济开发区附近, 随着北港工业区附近围海养殖的开发, 以及万得工业区围海养殖的大面积工程, 使得质心整体向东南方向迁移 (4) 城镇建设质心波动范围较小, 年从 (10.97 E,40.78 N) 向北偏东 67 方向迁移了约 46m, 年由于北港工业区建设, 使质心向西南方向迁移了约 50m, 年锦州经济开发区建设, 质心又向 (10.98 E,40.78 N) 迁移了约 587m 4 结论与讨论本文以 1991 年 1995 年 000 年的 Landsat TM 影像数据,005 年 SPOT 卫星影像和 010 年环境卫星 HJ-1 CCD 014 年 SPOT 遥感影像数据为主要数据源, 建立基于元胞自动机模型 (CA) 的岸线提取方法, 并分析该区域岸线变化的时空特征, 识别岸线变化较为强烈的岸段, 对引起其变化的围填海类型分布面积利用情况等方面深入分析, 得出以下结论 : (1) 建立的 CA 模型的岸线提取方法, 小于基于遥感影像提取海岸线的理论最大允许误差要求, 能够满足研究的需要 () 年, 锦州湾海岸线长度共增加了 0.07km, 到 014 年达到 km, 年是研究区海岸线增长最快的时间段, 海岸线增长了近 10.31km, 岸线变化强度高达 10.00% (3) 锦州湾中部地区, 即北港镇牛营子和西海口等地区附近海域,3 年间海岸线长度相对于其他地区变化较大, 新增了大量的港口用海和城镇建设用地 (4) 年, 锦州湾填海造地总面积达到 75.48km, 新增填海造地面积 50.67km 城镇建设一直是锦州湾附近海域的主要用海类型, 主要集中分布在龙港镇北港镇以及西海口附近海域 ; 港口建设和围海养殖面积稳步增加, 其中港口建设主要为锦州港及葫芦岛港的扩建 ; 盐业用海面积先增加后减少, 部分盐业用海逐渐转化为城镇建设用地及港口用海 ; 未利用类型占围填海总面积比重上升, 主要分布在北大洼和北港镇中间区域以及牛营子附近海域 (5) 锦州湾围填海各类型的空间质心在 3 年间都有不同程度的变化, 但是总体上往北偏东方向偏移, 说明锦州湾围填海重心逐渐向东北方向迁移, 以西海口附近海域为中心, 新增了大量的港口用海和围海养殖类型用海大面积填海造地反映了锦州湾沿海城市建设和经济发展对土地的强烈需求, 对该地区土地资源紧缺拓展发展空间促进经济社会发展发挥了积极的作用, 但围填海工程永久地改变了海域的自然属性, 也必然会对该区域的生态环境造成较大影响, 同时该区域部分围填海形成的土地资源存在粗放利用低密度建设开发利用综合效益不高等问题, 应加强对该区域海湾生态环境的长期定位监测和评价, 同时随着国务院关于加强滨海湿地保护严格管控围填海的通知 [34] 的下发, 该区域未来如何立足于区域经济社会发展需求的方向及阶段特征, 统筹陆海空间开发保护, 进行围填海现状调查, 摸清已开发的发现低效开发的, 并开展闲置低效区域的整治挖潜, 适当建立闲置低效区域的围填海退出机制, 实行退围还海退养还滩, 从而科学引导该地区产业用海结构, 合理布局未来区域发展的生态生产生活空间, 以利于该区域海域资源的可持续利用

11 018 8 柯丽娜等 : 基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析 1655 参考文献 (References): [ 1 ] Shi J F, Wei H S, Li Y G, et al. Field studies of the effectiveness of dynamic compaction in coastal reclamation areas[j]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 010, 69(1): [ ] Gramling C. Rebuilding wetlands by managing the muddy Missis sippi[j]. Science, 01, 335(6068): [ 3 ] Barbier E B, Hacker S D, Kennedy C, et al. The value of estuarine and coastal ecosystem services[j]. Ecological Monographs, 011, 81(): [ 4 ] 高义, 王辉, 苏奋振, 等. 我国大陆海岸线近 30a 时空变化分析 [J]. 海洋学报, 013, 35(6): 31-4.[Gao Y, Wang H, Su F Z, et al. Spatial and temporal of continental coastline of China in recent three decade[j]. Acta Oceanologica Sinica(in Chinese), 013, 35 (6): 31-4.] [ 5 ] 武芳, 苏奋阵, 平博, 等. 基于多源信息的辽东湾顶东部海岸时空变化研究 [J]. 资源科学, 013, 35(4): [Wu F, Su F Z, Ping B, et al. Multi-source-based space-time analysis of shore line changes in eastern Liaodong Bay top[j]. Resources Science, 013, 35(4): ] [ 6 ] 肖康, 许惠平, 叶娜. 基于遥感影像的福建围填海初步研究 [J]. 海洋通报, 013, 3(6): [Xiao K, Xu H P, Ye N. Prelimi nary research on the reclamation at the Fujian coast based on the remote sensing imagery[j]. Marine Science Bulletin, 013, 3(6): ] [ 7 ] 陈玮彤, 张东, 韩飞. 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, 015, 34(4): [ Chen W T, Zhang D, Han F, et al. Study on the quantitative assessment of coastal recla mation intensity and development potential in Nantong of Jiangsu [J]. Marine Science Bulletin, 015, 34(4): ] [ 8 ] 国家海洋局. 海域使用管理公报 [EB/OL].( ) [ ]. http: // [State Oceanic Administration, People s Republic of China. Bulle tin of the Administration of the Use of Sea Areas [EB/ OL].( )[ ]. http: // gb/hysyglgb/.] [ 9 ] 刘曙光, 纪瑞雪. 海域环境恶化对中国海洋捕捞业发展的阻滞效应研究 [J]. 资源科学, 014, 36(8): [Liu S G, Ji R X. The drag effect of marine environmental deterioration on the devel opment of China s marine fishing industry[j]. Resources Science, 014, 36(8): ] [10] 薛春汀年来渤海西岸南岸海岸线变迁 [J]. 地理科学, 009, 9(): 17-.[Xue C T. Historical changes of coastlines on west and south coasts of Bohai sea since 7000 a B.P[J]. Scientia Geographica Sinica, 009, 9(): 17-.] [11] 雷磊, 高秋香, 杨晨. 中国海域使用演变特征及发展趋势分析 [J]. 资源科学, 017, 39(11): [Lei L, Gao Q X, Yang C. The variations and trend analyses of sea area use in China[J]. Re sources Science, 017, 39(11): ] [1] Yagoub M M, Kolan G R. Monitoring coastal zone land use and land cover changes of Abu Dhabi using remote sensing[j]. Pho tonirvachak - Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 006, 34(1): [13] Kumar A, Narayana A C, Jayappa K S. Shoreline changes and mor phology of spits along southern Karnataka, west coast of In-dia: a remote sensing and statistics- based approach[j]. Geomorphology, 010, 10(3-4): [14] Banna M M, Frihy O E. Human-induced changes in the geomor phology of the northeastern coast of the Nile delta, Egypt[J]. Geo morphology, 009, 107(1-): [15] 高义, 苏奋振, 孙晓宇, 等. 近 0 a 广东省海岛海岸带土地利用变化及驱动力分析 [J]. 海洋学报, 011, 33(4): [ Gao Y, Su F Z, Sun X Y, et al. A study on driving forces of land use change of Guangdong Province coastal zone and islands in recent 0 a[j]. Acta Oceanologica Sinica, 011, 33(4): ] [16] 常军, 刘高焕, 刘庆生. 黄河口海岸线演变时空特征及其与黄河来水来沙关系 [J]. 地理研究, 011, 16(3): [Chang J, Liu G H, Liu Q S. Analysis on spatio-temporal feature of coastline change in the Yellow River Estuary and its relation with runoff and sand- transportation[j]. Geographical Research, 011, 16(3): ] [17] 朱高儒, 许学工. 渤海湾西北岸 1974~010 年逐年填海造陆进程分析 [J]. 地理科学, 01, 3(8): [Zu G R, Xu X G. An nual processes of land reclamation from the sea along the north west coast of Bohai Bay during 1974 to 010[J]. Scientia Geograph ica Sinica, 01, 3(8): ] [18] 雷宁, 胡小颖, 周兴华. 胶州湾围填海的演进过程及其生态环境影响分析 [J]. 海洋环境科学, 013, 3(4): [Lei N, Hu X Y, Zhou X H. Evolution process and ecological effect analysis of reclamation in Jiaozhou Bay[J]. Marine Environmental Science, 013, 3(4): ] [19] 侯西勇, 侯婉, 毋亭.0 世纪 40 年代初以来中国大陆沿海主要海湾形态变化. 地理学报, (1): [ Hou X Y, Hou W, Wu T Changes of coastal main gulf forms in Mainland China since the early 1940s[J]. Geographica Journal, 016, 71(1): ] [0] 徐进勇, 张增祥, 赵晓丽, 等年中国北方海岸线时空变化分析 [J]. 地理学报, 013, 68(5): [Xu J Y, Zhang Z X, Zhao X L, et al. Spatial-temporal analysis of coastline changes in northern China from 000 to 01[J]. Acta Geographica Sinica, 013, 68(5): ] [1] 李行, 张连蓬, 姬长晨, 等. 基于遥感和 GIS 的江苏省海岸线时空变化 [J]. 地理研究, 014, 33(3): [Li X, Zhang L P, Ji C C, et al. Spatiotemporal changes of Jiangsu coastline: a remote

12 sensing and GIS approach[j]. Geographical Research, 014, 33(3): ] [] 索安宁, 曹可, 马红伟, 等. 海岸线分类体系探讨 [J]. 地理科学, 015, 35(7): [Suo A N, Cao K, Ma H W, et al. Discus sion on classification system of coastline[j]. Scientia Geographica Sinica, 015, 35(7): ] [3] 张云, 张建丽, 李雪铭, 等.1990 年以来中国大陆海岸线稳定性研究 [J]. 地理科学, 015, 35(10): [ Zhang Y, Zhang J L, Li X M, et al. Stability of continental coastline in China since 1990[J]. Scientia Geographica Sinica, 015, 35(10): ] [4] 毋亭, 侯西勇. 国内外海岸线变化研究综述 [J]. 生态学报, 016, 36(4): 1-13.[Wu T, Hou X Y. Review of research on coastline chang es around the world[j]. Acta Ecologica Sinica, 016, 36(4): 1-13.] [5] 侯西勇, 毋亭, 王远东, 等.0 世纪 40 年代以来多时相中国大陆岸线提取方法及精度评估 [J]. 海洋科学, 014, 38(11): [Hou X Y, Wu T, Wang Y D, et al. Methods and accuracy evalua tion of coastline extraction from Chinese Mainland from multiple epochs since 1940s[J]. Marine Science, 014, 38(11): ] [6] Hou X Y, Wu T, Hou W, et al. Characteristics of coastline chang es in mainland China since the early 1940s[J]. Science China Earth Sciences, 016, 59(9): [7] 傅明珠, 孙萍, 孙霞, 等. 锦州湾浮游植物群落结构特征及其对环境变化的响应. 生态学报.014, 34(13): [Fu M Z, Sun P, Sun X, et al. Phytoplankton community structure and its ecological responses to environmental changes in Jinzhou Bay, China[J]. Acta Ecologica Sinica, 014, 34(13): ] [8] 中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云平台.Landsat 系列数据 [EB/OL].( )[ ]. http: // cloud.cn.[geospatial Data Cloud Site, Computer Network Informa tion Center, Chinese Academy of Sciences, Remote Sensing Data of Landsat Series[EB/OL].( )[ ]. http: //www. gscloud.cn.] [9] 中国科学院遥感与数字地球研究所.SPOT 卫星系列数据 [EB/ OL].( )[ ]. http: //eds.ceode.ac.cn/sjglb/da taservice.htm.[institute of Remote Sensing and Digital Earth Chi nese Academy of Sciences. Remote Sensing Data of SPOT Series [EB/OL].( ) [ ]. http: //eds.ceode.ac.cn/ sjglb/dataservice.htm.] [30] 中国资源卫星应用中心.HJ-1CCD 系列数据 [EB/OL].( ) [ ]. http: // ml.[china Centre For Resources Satellite Data and Application. Remote Sensing Data of HJ-1CCD Series [EB/OL].( ) [ ]. http: // [31] 国家质量技术监督局. 海洋学术语 : 海洋地质学 (GB/T )[M]. 北京 : 中国标准出版社, 000. [General Administration of Quality Supervision. Oceanological Terminology: Marine Geolo gy (GB/T ) [M]. Beijing: Standards Press of China, 000.] [3] 国家海洋局 908 专项办公室. 海岛海岸带卫星遥感调查技术规程 [M]. 北京 : 海洋出版社, 006.[State Oceanic Administration 908 Special Office. Technical Specification for Coastline Satellite Remote Sensing Survey[M]. Beijing: Maritime Press, 006.] [33] 冯永玖, 韩震. 海岸线遥感信息提取的元胞自动机方法及其应用 [J]. 中国图象图形学报, 01, 17(3): [Feng Y J, Han Z. Cellular automata approach to extract shoreline from remote sensing imageries and its application[j]. Journal of Image and Graphics, 01, 17(3): ] [34] 国务院. 国务院关于加强滨海湿地保护严格管控围填海的通知. [EB/OL]. ( ) [ ]. http: // zhengce/content/018-07/5/content_ htm. [State Coun cil.circular of the State Council on Strengthening the Protection of Coastal Wetlands and Strictly Controlling the Reclamation. [EB/ OL].( ) [ ]. http: // content/018-07/5/content_ htm.]

13 018 8 柯丽娜等 : 基于多源遥感影像的锦州湾附近海域围填海动态演变分析 1657 Dynamic evolution analysis of reclamation in Jinzhou Bay based on multi source remote sensing images KE Lina 1,, CAO Jun 1, WU Hongqing 1, WANG Quanming 3, WANG Hui 1, (1. City Environment Institute of Liaoning Normal University, Dalian 11609, China;. Center for Study of Marine Economy and Sustainable Development, Liaoning Normal University, Dalian 11609, China; 3. National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 11603, China) Abstract: Reclamation not only increases the land resources, but also has a profound impact on the ecological environment. It is essential to monitor the land reclamation. Based on Landsat TM image data in 1991, 1995 and 000, SPOT satellite image in 005, HJ-1 CCD in 010 and SPOT remote sensing image data in 014, a method of shoreline extraction based on CA was constructed. The reclamation distribution, intensity index, centroid coordinates and their utilization in the sea area near Jinzhou bay were analyzed in depth. The research results show that: (1) The coastline near Jinzhou bay has increased by 0.07 km for last 3 years, in particular between and ; () The displacement of coastline in Beigang town, Niuyingzi and west Haikou in the central part of Jinzhou bay is relatively large, and the reclamation intensity is relatively high; (3) The newly increased reclamation area in Jinzhou bay is km, and its utilization type is mainly urban construction. The area of port construction and reclamation has steadily increased, the area of salt industry is reduced, and the proportion of unused land is increasing year by year; (4) The center of gravity of the reclamation in Jinzhou Bay is generally shifted to the northeast, with the sea near the west of Haikou as the center. A large number of new port construction site was created. Therefore, we should strengthen the ecological transformation and protection of the shoreline that has been filled, standardize the human development activities, reduce the ecosystem pressure in the coastal zone of this region, and further carry out the ecological environment assessment of the gulf at the same time to provide theoretical guidance and scientific basis for the sustainable development of the region. Key words: reclamation; coastline; multi- source remote sensing image; RS/GIS; dynamic evolution; Jinzhou Bay

12M [4] 1.1 研究区域 LandsatTM ~99 E 37 ~38 N m km mm [5] mm

12M [4] 1.1 研究区域 LandsatTM ~99 E 37 ~38 N m km mm [5] mm 36 12M 2013 12 Environmental Science & Technology Vol.36 No.12M 36 Dec. 2013 牛天林 1,2, 刘雪华 1,2*, 李周园 2, 高韵扬 2, 德科加 3, 王迅 3, 史惠兰 4 1. 100084 2. 100084 3. 810016 4. 810010 20 1990-2009 20 1990 1994 2000 2006