灘涂圍墾生態性分形探討

胡明華

(浙江省圍墾局,浙江 杭州 310014)

1 問題的提出

灘涂圍墾是人類最簡單初級的利用海洋形式。根據浙江省土地利用形勢和沿海、沿江、海島岸線及灘涂自然形態,生態型圍墾開發利用灘涂及其后備資源,應是浙江省可持續利用海洋、發展海洋經濟的必然之選?？茖W合理開發利用灘涂資源,注重灘涂濕地保護和深化淺海近岸利用,使人類在陸域得到不斷拓展的同時,催生新的近岸生態圈,使灘涂濕地的自然屬性得到延伸,有賴于廣泛領域的深化推進。近年來,分形理論被普遍運用于分析海岸線、海島、港灣區域的相關問題。在分形模型的基礎上,宏觀的“分形維數”、中微觀的“形狀指數”等量化指標對浙江省灘涂生態型圍墾利用具有現實指導意義。

2 海岸線的分形結構及分形理論的初步理解

海岸線作為曲線,其特征是極不規則、極不光滑的,呈現極其復雜的變化。不能從形狀和結構上區分這部分海岸與那部分海岸有什么本質的不同,這種幾乎同樣程度的不規則性和復雜性,說明海岸線在形貌上是自相似的,也就是局部形態和整體形態的相似。這種部分與整體以某種方式相似的形體稱為分形。自然海岸線被認為是具典型自相似性的分形結構物,運用分形維數可以表達海岸線的曲折度與形態變化的規律;分形理論作為一種方法論和認識論,有多方面的啟示:一是分形整體與局部形態的相似,啟發人們通過認識部分來認識整體,從有限中認識無限;二是分形揭示了介于整體與部分、有序與無序、復雜與簡單之間的新形態、新秩序;三是分形從一特定層面揭示了世界普遍聯系和統一的圖景[1]。

“分形維數”能表達海岸線的形態變化特征。不同海岸線的結構形態不同,其長度隨量測尺度的變化率也有所不同;而某一岸線測量長度隨比例尺的改變發生規則性變化,這個變化率就是分形維數D。具體地說,海岸線的測算長度與量測尺度在對數坐標下近似直線的關系。因此有分形維數D的計算式:

式中:A為相應幾何形狀區塊面積(m2);P為相應幾何形狀量測尺度(m),即每段海岸線都有不同分形維數D,而在該段岸線下細分出來的岸線特征是大致相同的。海岸線的分形維數 D=1～ 2。D愈大,岸線形態結構愈曲折、破碎,相應生態環境更有利。

“形狀指數”能表達局部海岸線(港灣、河口、海島)形狀的復雜程度,是經過某種數學轉化的區域的邊長與面積之比,通過計算某一區塊形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測量其形狀復雜程度。結構最緊湊而又簡單的圓或正方形,具有較強可比性,常用來作標準化邊長和面積。因此,常見的形狀指數S有2種計算方式:

以圓為參照形狀:S=0.282P/A1/2

以正方形為參照形狀:S=0.25P/A1/2

式中:P為區域周長(m);A為區域面積(m2)。計算時,應根據區域的平面形態確定參照的幾何形狀和相應的計算式。海岸帶的形狀指數S≥1,通常用來描述海岸帶(海島)結構與空間格局特征。

形態指數S=0.25P/A1/2應用在港灣、海岸等研究時,也被稱為海岸線生長指數,相對于一定容量的港灣、海洋,反映了海岸帶結構上各群落的潛在發展性。而S=0.282P/A1/2則更多地應用于島嶼研究,這個比例可以用來描述海島岸線、島嶼、沙洲等組成結構的群落的復雜度;當然還要考慮海島面積大小。

灘涂圍墾必然改變局部海岸帶結構,應盡量保持岸線、島嶼的復雜性,使形態指數不至于過快降低,少破壞海岸、濱海灘涂濕地的環境異質性,維持生物多樣性和濕地生態環境。

3 浙江省海岸帶與港灣形狀

1980—1985年,曾進行過大規模的全國海岸帶和海涂資源綜合調查。浙江省調查范圍包括了大陸海岸線以上向大陸延展10 km左右保持行政區域完整的陸域,大陸海岸線以下20 m等深線及島嶼周圍淺于20m等深線的水域。涵蓋了浙江省近岸灘涂與海岸帶結構內容。成果顯示浙江省有大陸海岸線1 840.1 km,海島岸線4 301.2 km,灘涂2 444 km2,20m等深線淺海23 504 km2。

3.1 主要港灣岸線及外界

(1)杭州灣。杭州灣為河口灣,浙江省境內河口外岸線長192.2 km。杭州灣內界為錢塘江河口線,即澉浦長山東南咀至余姚西三閘連線;杭州灣外界為上海南匯蘆漕港閘(東側燈塔)與甬江口外長跳咀連線,此界為歷史沿用界,以東為舟山群島海域。整個杭州灣水深在8 m左右,地形寬廣平坦。

(2)象山港。象山港伸入陸地較深,岸線長280.5 km。劃定的外界是:由口門南側象山縣錢倉北面青灣山東咀過牙牌礁,至雷古山南端,再由雷古山北端向北偏東至青龍門水道北側的汀子山燈標,由此向東北方向引線切過青龍、捕蛇山東側與郭巨鄉東邊的石門坑山咀。

(3)三門灣外界。三門灣也是伸入陸地較遠的海灣,灣內有港汊和舌狀灘地,岸線長303.8 km。劃定的外界是;由南面的三門縣沿赤鄉東部牛密塘東南咀向東北,至三門島南面的葉坤山東南端,再由此向東北過草鞋婆嶼至象山縣南田島南面的南山急流咀,由此過金七門沿南田島東岸北上,經下灣門、東門、銅瓦門諸水道,至銅瓦門北側燈標,將石浦港包括在三門灣之內。

(4)浦壩港外界。岸線長56.0 km。浦壩港的口門界線分北南2段,北口門界自沿赤鄉牛頭門山東南咀至殼塘山島東北咀燈標連線,即俗稱的牛頭門。過口門殼塘山島外緣接南口門界。南口門界自殼塘山島南山咀向南偏西過長腰礁,連至朱門山東北小門山北咀。

(5)樂清灣外界。岸線長184.7 km。劃定的外界在大巖頭至烏星嶼,過北小門山至岐頭一線。

(6)大漁灣外界。岸線長47.2 km。由大漁鄉東南長基咀向西南過官山島至信智東北的大門山咀。

(7)北關港外界。岸線長7.2 km。北關港位于霞關鄉的東部,其南口門為南關島南端的東鼻頭與北關島南端連線,東北口門為北關島北端與小槽南山連線。

(8)沿浦灣(霞關港)外界。岸線長22.3 km。地處浙江最南端,界線由浙閩2省交界處的虎頭鼻向東南至南關島西北側的賊仔岙鼻,過島轉向東北,經門仔嶼到下瑤洞南咀頭。

(9)浙江省內還有約750 km其它岸線。包括臺州灣、隘頑灣和溫州灣等,由于無明顯完整的灣形或平直面臨東海,灣外島嶼稀疏,且離大陸頗遠,對灣內避風擋浪作用不明顯,難以劃出合適的外界。

此外,浙江省有錢塘江、甬江、椒江、甌江、飛云江、鰲江等獨流入海,河口線是一個不斷變化的不固定邊界。根據浙江省具體情況,界線一般定在河口段與外海濱區的分界處,界址點取在徑流影響微弱、岸線急劇展寬部河口兩側突出的沙咀、岬角等特征地貌或天然轉折處。定界時還注重了燈標等人工建筑物標志、行政區界線、部門與地方慣用界及歷史沿用界等因素。

3.2 主要港灣灘涂及淺海面積

根據上述原則確定外界的主要港灣灘涂和淺海面積見表1。

表1 沿海各主要港灣灘涂及淺海面積 km2

3.3 浙江省海岸分形維數及主要港灣形狀指數

為便于說明海岸線及其近海、灘涂濕地的景觀結構復雜度及與其生態功能的關系,通?？捎煤０斗中尉S數和港灣形狀指數來表示。浙江沿海島嶼較多、港汊豐富、淺海、灘涂結構比較破碎,僅用岸線的分形維數難以表達海岸線景觀地貌的真實狀態,用形狀指數能更直觀地說明港灣、海島岸線的復雜程度。據計算,浙江省海岸線分形維數為1.20,與高義等 “蘇北—杭州灣沉降段分形維數為1.177,浙東—桂南隆起段分形維數則達1.239”相一致[2];浙江省內主要港灣以1986年岸線內外同幅(長)控制,正方形為參照,形狀指數分別為:杭州灣2.04、象山港5.91、三門灣5.46、浦壩港3.71、樂清灣 4.29、大漁灣 3.45、沿浦灣2.43。如結合近期航測影像,外折線包絡進行計算,則浙江省內主要港灣形狀指數:杭州灣1.42、象山港3.01、三門灣4.37、樂清灣2.73。反映出浙江沿海開發 (包括圍墾)造成相關港灣形狀指數減小的態勢。

4 灘涂圍墾生態性指標量化控制

4.1 灘涂圍墾總體規劃應重視維持岸線結構格局

灘涂圍墾總體規劃是科學開發利用灘涂資源的基本依據。全面落實科學發展觀,堅持灘涂資源可持續開發利用,要求規劃項目布局時,不至于改變浙江省海岸線分形維數,維持不小于1.20。通過河口外延、岸線外凸優化等區域結構碎化,進一步改善浙江省岸線結構。

4.2 優化圍墾項目空間設計,使新形成的岸線更富生態性

優化圍墾項目空間設計,使新形成的岸線更富生態性可以從2方面入手:

(1)圍墾項目堤線平面布局,嚴格控制裁彎取直,鼓勵內凹外凸線形,確保項目所處岸線 (港灣、海島)形狀指數不降低,并有所增大。還可通過堤線保護、促淤堤、保灘丁壩等多種方式,促成所處岸線 (港灣、海島)長度不減小。

(2)優化塘閘結構、通暢內外空間生態交流。主要有降低海堤絕對高度、平緩邊坡、寬淺閘室等利于生態交流的措施。墾區的水面率應不小于12%。

4.3 主要港灣形狀指數建議控制值

考慮到防洪減災、水資源綜合利用及河口治理,河口灣形狀指數可適度減小;半封閉式港灣、海島傾向于現狀維持。因此,浙江省主要港灣形狀指數建議控制值為:杭州灣1.3、象山港3.0、三門灣4.0、樂清灣 2.5。浙江省沿海重點保護對象為象山港、三門灣是現實的。

5 結 語

近幾年來,浙江省在灘涂圍墾與生態相容、重要港灣灘涂開發利用與保護、圍墾工程堤線及建筑物景觀生態、生態圍墾評價指標體系、低壩寬平臺親水性海堤、新建海堤結構優化等灘涂資源生態型圍墾利用方面進行了不斷探索和實踐。占全省圍墾面積1/3的墾區濕地水面[3]、沿海蜿蜒岸線催生了新的近岸生態圈,使濱海灘涂濕地的屬性得到自然延伸。在大力發展海洋經濟的新時期,灘涂圍墾利用一定要更加注重人涂和諧,維護海岸形態及港灣、海島形狀,為浙江省可持續利用海洋灘涂,發展海洋經濟作出應有貢獻。

[1]曼德布羅特.分形理論[M/OL].http://baike.baidu.com/view/86848.htm.

[2]高義,蘇奮振,周成虎,等.基于分形的中國大陸海岸線尺度效應研究 [J].地理學報,2011(03):331-339.

[3]朱志豪,趙敏,胡明華.灘涂及圍墾區濕地狀況分析與研究——浙江省濱海及圍墾區濕地狀況調查報告 [R].杭州:浙江省圍墾局,2007.