近百年來浙江三門灣海岸線時空演變特征

林明祥，蔡廷祿，王欣凱，夏小明

(自然資源部 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012)

0 引言

海岸線是指平均大潮高潮位時海陸分界的痕跡線[1]，在自然因素與人類活動的作用下不斷變化，具有不穩定性和功能多樣性的特點[2]，并直接影響著海岸帶空間資源及其生態環境[3]。隨著沿海地區經濟發展，海岸空間資源開發強度不斷加大，導致海岸線保護與利用之間的矛盾進一步凸顯。開展海岸線變遷及其機制研究，對構建科學合理的海岸線保護利用格局具有重要意義。

海岸線變遷一直是河口海岸學研究的重要課題。早期的研究主要運用歷史地理學的方法考證海岸線的歷史變遷[4]。近年來，眾多學者借助空間地理信息技術，采用閥值結合NDVI指數法、邊緣檢測算子法、面向對象法等方法[5-7]進行海岸線信息提取，并運用端點法、線性回歸法、最小二乘法等統計學方法研究海岸線分形特征、時空變化規律及機制等，已取得較多研究成果[8-13]。我國海岸線曲折漫長，沿岸分布著眾多海灣，這些海灣海岸線資源豐富，依托海岸線圍涂造地、興建港口和圍塘養殖，促進了海灣區域社會經濟不斷發展，同時也對海灣生態環境產生諸多影響。本文以浙江省沿岸中部的三門灣為對象，剖析圍填海等開發活動對海灣海岸線的影響，以期為海灣的綜合利用保護提供科學參考。

1 研究區概況

三門灣是浙江省三大海灣之一，北接象山港，南鄰臺州灣，東與貓頭洋毗鄰，行政區上隸屬寧波市的象山縣、寧?？h和臺州市的三門縣。三門灣灣口界線北起石浦鎮銅瓦門燈標，繞過東門島、對面山島、南田島和南山島的東海岸，經三門列島，向西南至浦壩港鎮沿赤東牛密塘東南咀(1)自然資源部第二海洋研究所.浙江省重點河口海灣及其重要自然生態空間選劃技術報告. 2018.。海灣總面積約841 km2，其中，海域面積約671 km2，海島面積約170 km2。三門灣為NW—SE走向的半封閉海灣，三面群山環抱，向外通過東南灣口及石浦水道與貓頭洋相通，向內猶如伸開五指的手掌，港汊呈指狀深嵌內陸。三門灣岸線曲折，港汊縱橫，潮灘發育。灣內島嶼眾多，共計199個，南田島、高塘島、花岙島面積分列前3位。三門灣資源稟賦好，區位優勢明顯，是連接寧波經濟圈與溫臺產業帶的節點，在浙江沿海經濟帶發展中具有重要地位[14]。

圖1 研究區域形勢圖Fig.1 Situation map of the study area

2 數據及方法

2.1 數據來源及預處理

本文共收集了10期覆蓋三門灣海岸線的數據：第1期為1913—1934年測繪的1∶50 000比例尺的民國浙江地形圖[15]；第2期為1956—1964年期間出版的大于1∶50 000比例尺的歷史海圖以及同期的陸域地形圖；第3至第10期為1970—2019年的遙感影像數據，數據分別源自美國地質調查局(USGS)網站、地理空間云平臺、Google Earth平臺和浙江省測繪檔案館(詳見表1)。此外，還收集了2018年1∶5 000 比例尺的浙江省海岸線監測矢量數據(岸線數據精度優于1 m)(2)自然資源部第二海洋研究所.浙江省海岸線調查監測成果集成報告.2018.作為幾何校正和海岸線信息驗證數據。三門灣沿岸各縣的經濟和人口數據主要來源于地方縣志以及統計年鑒[16-21]。

表1 歷史圖件和遙感影像數據一覽表Tab.1 List of historical maps and remote sensing images data

由于各期圖件與遙感影像的坐標系、投影不同，故先進行歸一化處理。對地形圖和海圖進行數字掃描后，使用ArcGIS 10.2軟件通過岸線附近的相控點對各期圖件與遙感影像進行空間配準和投影轉換，使岸線相關數據統一至2000國家大地坐標系和高斯-克呂格投影(中央經線121.5°E)。使用2018年實測數據進行對比，海岸線區域全局空間誤差范圍小于10 m。

2.2 海岸線信息提取與分析

根據相關規范標準[22]，一般將海岸線分為自然岸線、人工岸線和河口岸線三大類。其中自然岸線指由海陸相互作用形成的海岸線，包括基巖岸線、砂質岸線、泥質岸線等亞類；人工岸線指由永久性人工構筑物組成的岸線；河口岸線指河流入?？诟浇匆欢ㄒ巹t人為劃分的海域與陸域水體的分界線[23]。為保證海岸線信息提取的精度和準確性，本文以2018年獲取的高精度海岸線位置、類型監測矢量數據為基準，采用目視解譯方法逐期進行海岸線位置、類型信息提取并進行拓撲檢查?？紤]到各期圖件和衛星影像的比例尺、分辨率不同，統一按照1∶50 000比例尺進行長度量算統計和分析比對。

為客觀地比較不同時段岸線變化特征，采用某一時段內海岸線長度的平均變化百分比來表示海岸線的變化強度[3]，公式如下

(1)

式中：LCIij為第i年到第j年的海岸線變化強度(Length Change Intensity)；li、lj分別為第i年、第j年的海岸線長度。變化強度的正(負)表示海岸線長度的增加(縮減)，變化強度的絕對值越大，岸線時空變化越明顯。

為探討海岸線類型變化情況，引入岸線人工化指數(IA),以直觀地反映出人類活動對自然岸線的影響程度，岸線人工化指數是指研究區域內人工岸線占岸線總長度的比例[24]，其計算公式為

(2)

式中：IA為岸線人工化指數，N為人工岸線長度，L為海岸線總長度。IA越大，表明海岸線人工化程度越高。

3 結果與分析

3.1 海岸線變遷與圍填海時空分布

1913年以來，三門灣海岸線經歷了劇烈的變遷過程，圍填?；顒訉е潞０毒€位置向海推進，較多的曲折自然岸線被平直人工岸線所取代，部分近岸島嶼先后并入大陸。從空間分布來看，海岸線變遷主要發生在相對屏蔽的內海灣，如下洋涂、三山涂、蛇蟠涂等區域，以港汊圍堵、連島并陸為主，海岸線最大外推距離可達15 km以上(圖2)。從時間序列來看，海岸線變遷快慢不一，與圍填?；顒用芮邢嚓P。據統計，1913年以來三門灣圍填海面積總計達 231.42 km2?；趪詈２课缓鸵幠?圖2和圖3)，大致分為以下幾個階段：1960年前，圍填?；顒恿阈欠植?，年均面積僅0.35 km2；1961—1970年，圍填?；顒佑兴訌?，年均面積2.7 km2；1971—1980年，圍填?；顒蛹眲≡鰪?，主要實施了胡陳港、大塘港、一市港等多處堵港蓄淡工程[25]，年均面積達7.94 km2；1981—2005年，圍填?；顒臃啪?，年均面積不足 1.5 km2；2006—2015年，圍填?；顒釉俅卧鰪?，主要實施了下洋涂、蛇蟠涂、晏站涂等多處填海連島和灘涂圍墾工程，年均面積7.32 km2；2016年至今，圍填?；顒蛹眲p少，年均面積1.5 km2。

圖2 三門灣海岸線和圍填海時空分布狀況Fig.2 Temporal and spatial distribution of coastline and reclamation in Sanmen Bay

圖3 三門灣各階段圍填?？偯娣e與年均值變化圖Fig.3 Total reclamation area and annual mean changeof Sanmen Bay in different stages

3.2 海岸線長度變化及強度特征

海岸線長度是表征海岸線資源數量的主要指標。據統計(圖4)，1913—2020年三門灣海岸線長度共減少了283.35 km。其中，大陸海岸線減少了161.99 km，年均減少1.51 km；海島岸線減少了121.36 km，年均減少1.13 km。海岸線長度變化與圍填海方式及規模密切相關。就大陸海岸線而言，1913—2005年，長度由522.96 km持續縮短至336.91 km，主要與堵港型和灣岙型圍填海方式有關；2006—2020年，岸線長度增加了24.06 km，主要是連島并陸和順岸外推型圍填海方式造成的，比如蛇蟠涂、下洋涂圍墾工程。就海島岸線而言，1913年以來，岸線長度不斷減少，尤其1971—1980年和2006—2010年期間分別減少了58.98 km和38.09 km，主要由海島并陸造成，原海島岸線演變成大陸岸線。

圖4 三門灣海岸線長度變化Fig.4 Variation of coastline length in Sanmen Bay

岸線變化強度能夠客觀地反映不同時段岸線變化特征。從圖5看，三門灣海岸線變化強度介于 -0.05% 至-1.85%，表明海岸線總長度一直處于縮短過程中。從時間序列來看，各階段差異較大，以1971—1980年海岸線變化最強，與該時段圍填?；顒訌姸认嘁恢?圖3)。將大陸與海島岸線分開看，兩者變化并不一致。海島岸線變化強度介于0.09%至-2.12%，以2006—2010年岸線變化最強(圖5)，這與蛇蟠涂、晏站涂圍墾工程導致海島并陸有關，蛇蟠島、正嶼等海島屬性消失，相應的海島岸線屬性也消失；1971—1980年岸線變化強度次之，與大塘港堵港工程導致海島并陸有關，白玉灣島等海島屬性消失，相應的海島岸線屬性也消失。其他各階段海島岸線長度變化較小，沿岸圍填海規模較小且多分布于局部灣岙。大陸海岸線變化強度介于1.54%至 -2.26%，以1971—1980年最強，主要與胡陳港、一市港等大型堵港蓄淡工程有關，原港汊內海岸線屬性消失，海岸線長度顯著縮短；2006—2010年岸線變化強度次之，海岸線長度不減反增，與蛇蟠島、正嶼等海島并陸有關，雖然局部的大陸海岸線消失，但原海島岸線變更為大陸岸線，岸線長度顯著增加。其他時段大陸海岸線長度變化較小，與沿岸圍填海規模較小且多分布于局部灣岙有關。因此，海岸線長度變化強度與圍填海的部位、方式和規模大小密切相關。

圖5 三門灣海岸線變化強度Fig.5 Intensity of coastline change in Sanmen Bay

3.3 海岸線類型變化及人工化特征

從三門灣不同岸線類型長度的總體變化看(圖6)，大陸自然岸線從1913年的230.71 km減少到2020年的93.83 km，變化率為59.33%，而人工岸線從290.23 km減少至265.60 km，變化率為 8.49%；海島自然岸線從1913年的319.35 km下降到2020年的205.29 km，變化率為35.72%，人工岸線從 124.69 km 下降到107.32 km，變化率為 13.93%。從變化過程看，大陸和海島自然岸線長度持續減少，而人工岸線有增有減。圍填?；顒邮沟米匀话毒€大幅減少，基巖岸線最為明顯，沿岸圍填?；顒訉е虑鄣幕鶐r岸線滅失，而人工岸線的增減與具體的海岸開發方式相關。

圖6 三門灣海岸線類型變化及人工化程度Fig.6 Changes of coastline types and artificialdegree in Sanmen Bay

從海岸線人工化指數看(圖6a)，三門灣海岸線的人工化程度不斷增加，海岸類型由基巖海岸為主演變成以人工海岸為主。大陸海岸線人工化指數由55.50% 增加至73.58%，海島岸線人工化指數由26.41% 增加至34.33%。大陸人工岸線呈現先減少而后增加的趨勢，但人工化指數持續增加(圖6b)，主要因為岸線總長度縮短，曲折的自然岸線逐漸平直化。海島人工化指數與人工岸線的變化趨勢保持一致(圖6c)，在1980年和2010年表現為下降，主要由于海島并陸時大量原海島的人工岸線劃歸至大陸人工岸線所致。整體上，三門灣的海岸線人工化指數不斷增加，且大陸海岸線人工化程度遠高于海島岸線，近岸海島遠大于偏遠海島。

3.4 海岸線演變的驅動因素

導致海岸線演變的影響因素有很多，一般認為海岸線變遷的原因分為兩類[26]，一類是自然因素，另一類是人類活動。近百年來，由于全球氣候變暖，海平面上升，世界海岸線普遍存在侵蝕后退的現象，而我國海岸線近期呈現出大規模向海推進的趨勢，多數研究認為圍填海作為我國開發利用海岸帶的重要方式，受沿海地區不同階段社會經濟發展需求的驅動，是導致我國海岸線變遷的主要影響因素[27]。

三門灣是半封閉型基巖海灣，島嶼眾多，沿岸土地資源匱乏。從三門灣沿岸地區社會經濟發展過程看(圖7)，1949年以前，戰亂不斷導致人口減少，經濟落后，土地資源基本能夠滿足需求。1949年以來，尤其1960—1980年間，人口激增(圖7a)，土地資源緊缺，淡水資源需求大。為解決土地與淡水匱乏的問題，三門灣開展了大規模圍填?；顒?，年均圍填海面積急劇增加，主要表現為堵港蓄淡和填海造地墾種，經濟方式以第一產業(農業)為主。1981—2000年，經濟結構方式開始轉變，第二、第三產業的GDP比例逐漸增加，但第一產業(農業)占比依然不低，海岸開發強度較小且方式單一，傳統海水養殖業比重較大。進入21世紀，經濟增長迅猛，經濟結構也發生較大轉變，第二、第三產業的GDP比例遠遠大于第一產業(農業)，而城鎮建設、臨港工業(電力、港口)、圍海養殖等產業的用海用地需求不斷增加，2006—2015年圍填?；顒舆M入高峰。2016年以來，國家推行海岸線保護與利用管理制度，遵循保護優先、節約利用原則，建立自然岸線保有率控制制度，對圍填?；顒舆M行嚴格管控，除國家重大戰略項目外，禁止新增圍填海，三門灣海岸線逐漸趨于穩定。

圖7 三門灣沿岸地區社會經濟指標變化與圍填?；顒覨ig.7 Changes of socio-economic indicators and reclamation activities in the coastal area of Sanmen Bay

4 結論與建議

本文結合2018年浙江海岸線監測矢量數據，運用空間地理信息技術對近百年來三門灣海岸線變遷的時空特征進行了分析。主要結論如下：

(1)三門灣海岸線變遷主要為內海灣的圍填?；顒?，其導致海岸線位置向海推進，人工岸線逐漸取代自然岸線，部分近岸島嶼并入大陸，以港汊圍堵、連島并陸為主。近百年來圍填海面積總計達231.42 km2，其中在1971—1980年、2006—2015年圍填海強度最為劇烈。

(2)截彎取直的岸線變化方式致使海岸線總長度持續縮短，近百年來共減少了283.35 km。大陸岸線長度減少了161.99 km，海島岸線長度減少了 121.36 km。海岸線變化強度介于-0.05%至 -1.85%，大陸在1971—1980年、海島在2006—2010年期間變化強度最為劇烈。海岸線變化強度與圍填海的部位、方式和規模大小密切相關。

(3)自然岸線不斷減少，基巖岸線最為明顯，人工岸線有增有減。海岸線人工化程度持續增加，大陸遠高于海島。大陸海岸線人工化指數由55.50%增至73.58%，海島岸線人工化指數由26.41%增至 34.33%，其中海島人工化指數在1980年和2010年下降，主要由近岸海島并入大陸時人工岸線大幅減少所致。

(4)人口增長、經濟發展和政策引導是三門灣海岸線演變的驅動因素。1949年以來，尤其1960—1980年期間，人口激增而淡水、土地資源匱乏，圍填海方式以圍墾造田、堵港蓄淡為主。1981年以來，雖然經濟結構方式發生轉變，但農業占比依然不低，圍墾造田和海水養殖仍是海岸開發的主要方式。進入21世紀，各產業用地需求不斷增加，圍填?；顒釉?006—2015年進入高峰。近年來，隨著圍填海管控政策的引導，海岸線趨向于穩定。

隨著國家政策對圍填?；顒拥膰栏窆芸?，建議不僅要妥善處理好圍填海歷史遺留問題，還應該遵循生態優先的原則進行岸線生態修復，確保岸線自然保有率。同時，應逐步將圍填海養殖轉化至開放式養殖，合理科學規劃岸線資源，實現生態岸線建設和可持續發展。