1990-2020年泰國海岸線時空變遷分析

羅正宇，張 麗，陳博偉，孫 灝，畢京鵬

(1.中國礦業大學(北京) 地球科學與測繪工程學院，北京 100083； 2.中國科學院 空天信息創新研究院 數字地球重點實驗室，北京 100094； 3.海南省地球觀測重點實驗室，海南 三亞 572029)

0 引言

海岸線是最重要的全球性海洋指標之一，其變化與海岸帶生態環境、海岸開發等人類活動密切相關，是海岸帶綜合管理的基礎要素[1]。近年來，由經濟建設與生態保護間博弈引發的海岸帶生態問題已成為關注熱點[1-2]，通過對區域海岸帶的岸線時空變遷分析，能為地區海岸帶可持續發展研究提供數據和決策支持[3]。

泰國的海岸線曲折復雜、類型豐富，岸線變化具有區域典型性[4]。針對泰國及周邊海岸帶，學者們已開展了其時空變遷[4]、侵蝕消退[5]、脆弱性評估[6]、紅樹林變化[7]及氣候變化影響[8]等方面的研究。周磊等[9]從淤蝕面積等角度分析了2016年前泰國灣海岸線的侵蝕淤積情況；THI et al[10]采用端點速率和線性回歸率兩種指標分析了1953—2011年越南南端梅加茂地區的紅樹林岸線情況；BAGHERI et al[11]利用布魯恩規則(Bruun Rule)對馬來西亞丁加奴地區的岸線侵蝕情況進行了預測分析；HUSNAYAEN et al[12]利用多源衛星影像獲取了地面沉降、岸線變化等物理變量，以構建海岸帶脆弱性指數。

泰國海岸帶環境獨特、災害頻發，是其可持續發展的制約因素[9]，而上述研究往往聚焦海岸帶生態等角度，鮮有探討海岸線變遷與國家海岸帶發展間的關系。本文基于5期Landsat系列影像，從岸線長度、變化速率、海陸格局方面對泰國1990—2020年的岸線展開時空變遷分析，結合社會經濟要素探究岸線變化原因，從國家尺度剖析岸線變遷特征和驅動因素，為泰國岸線保護及我國海岸帶可持續發展提供參考依據。

1 研究區與數據

1.1 研究區概況

泰國位于中南半島的中南部，海岸帶分布于東南部泰國灣沿海、南部的克拉地峽兩側及馬來半島北側，位于6°13′N—13°50′N、98°1′E—102°55′E之間。泰國海洋資源豐富，西岸安達曼海岸珊瑚礁、紅樹林資源充足，生物、旅游資源潛力巨大；東岸人口密集，泰國灣畔港口林立，含曼谷港、林查班港等8個國際深水港，曼谷、宋卡為近岸重要海洋漁業中心。

圖1 研究區范圍Fig.1 Study area

1.2 數據源

本文從美國地質調查局(United Stated Geological Survey-USGS)的官方網站(https://earthexplorer.usgs.gov)獲取Landsat系列遙感影像數據，覆蓋17個行帶號，包含1990年、2000年、2010年、2015年和2020年共5個時相的102景影像(表1)。為滿足海岸線的信息提取精度要求，Landsat 5 TM數據采用多種定標方式，數據絕對定標精度在5%以內；Landsat 7 ETM+、Landsat 8 OLI影像采用“L1T”級產品，均已作系統輻射校正和幾何校正，其中2010年的ETM+影像采用了ENVI 5.3的Landsat_gapfill工具，插值填充其傳感器自帶的丟失部分，必要時還輔以相近時期的Landsat 5 TM影像作參考。在云層覆蓋較多或成像質量欠佳時，選擇鄰近 1～2 a 的數據作為補充。

表1 遙感影像數據量表Tab.1 The chart of remote sensing image data quantity

美國國家海洋與大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration)公開的全球潮汐與水位研究數據(https://tidesandcurrents.noaa.gov/water_level_info.html)及氣象數據表明，泰國的海域平均高水位期與低降水量期的交集為11月至次年2月。為統一各個時期潮汐、天氣對岸線位置的影響，減少誤差，影像的選取時間還參考泰國各地驗潮站的相關信息，定在當月漲潮或高潮時期。

2 研究方法

2.1 海岸線提取方法

平均大潮高潮線是被廣泛用于指示動態海岸線的“代理岸線”[1]。參考以往學者經驗[1,4,13-16]，中等空間分辨率的影像上潮汐對岸線位置的誤差影響基本小于1個像元，符合提取岸線信息的要求[15,17]。本研究選用的影像空間分辨率均為30 m，目視解譯過程參考普遍認可的技術規范[1,4,15-19]，統一采用WGS84 UTM 47N投影分區，在1∶10 000的比例尺下進行解譯，提取結果誤差不超過2個像元[13-18]。

2.2 海岸線分類體系

根據泰國岸線特征與研究目的，參考眾多研究認可的分類標準[1,4,19]，將泰國海岸線分為人工岸線與自然岸線兩大類，其中自然岸線包括砂質岸線、生物質岸線、基巖岸線、淤泥質岸線及河口岸線[20]。具體判定標準如表2所示。

表2 岸線分類解譯規則[1,4,19-20]Tab.2 Classification rule for coastline [1,4,19-20]

2.3 海岸線變遷分析方法

本文對海岸線的長度變化進行統計分析，并使用端點變化速率、陸域面積變化量等定量指標對位置變化展開時間與空間上的綜合分析。

2.3.1 端點變化速率

采用基線法[18]計算一段時期內岸線的端點變化速率，是岸線變遷研究中應用最廣的方法之一。具體方法為沿岸線走向設置基線，由基線上等間距的采樣點向岸線設置斷面線并基于斷面線與岸線的交點計算相應變化量。研究采用端點速率[14,18](End Point Rate:EPR)作為變化量，表現岸線的變化速率，即求兩個時期岸線位置距離與時間的比值，其公式如下

(1)

式中：EPR是在n到m時間段內，兩期岸線沿斷面線方向的端點變化速率，正值表示向海擴張，負值表示向陸侵蝕；dm是第m期岸線沿斷面線到基線的距離；dn是第n期岸線沿斷面線到基線的距離；m和n分別為兩期岸線的時間，單位：a。

2.3.2 陸域面積變化量

不同時期兩條海岸線之間的面積定義為陸域面積[18,21]，可表現海岸線變遷過程中陸地淤積或侵蝕現狀，海岸帶陸地面積凈增加值用如下公式計算

S′=S++S-

(2)

式中：S+為增加面積，S-為減少面積。若S′為正值，則表明海岸帶區域整體向海遷移；若S′為負值，則表明海岸區域整體向陸遷移。

3 結果與分析

3.1 岸線長度及類型變化

泰國海岸線長度整體呈增長趨勢。由圖2b可知，1990—2020年間泰國岸線增幅為4.5%，平均每年的長度變化速率為10.4 km/a。其中，1990—2000年的增幅最大，為2.8%，平均變化速率為19.0 km/a。而2000年后整體岸線增幅逐漸變小，長度增長速率逐步放緩，2000—2010年間，增幅為0.9%，增速為 6.5 km/a；2010—2015年間增幅為0.5%，增速為 7.6 km/a；2015—2020年間增幅為0.3%，增速為3.8 km/a。

泰國海岸線自然岸線長度一直高于人工岸線，但占比持續下降，各類型岸線長度占比變化不大，呈階梯分布(圖2a)。其中，生物質岸線在30 a間平均占比最大，比例約為55.1%(圖2a)，其次為砂質岸線、基巖岸線、河口岸線和淤泥質岸線，平均占比分別為 20.0%、9.5%、0.3%及0.1%。而人工岸線平均占比為15.0%，30 a間占比增幅為48%。

以1990年的岸線類型長度為基準，圖2b顯示了之后4個時期各類岸線長度變化趨勢。人工岸線是長度變化最大的類型，呈逐年增長的趨勢，增幅高達54.8%；同樣呈增長趨勢的類型有生物質岸線，增幅為2.5%。相應的，砂質岸線長度變化也較大，呈逐年減少的趨勢，減幅為13.3%。其他類型岸線長度變化較小。

圖2 1990—2020年泰國海岸線的長度(a)及其比重變化趨勢(b)Fig.2 The length(a) and length proportion(b) of Thailand coastline from 1990 to 2020

近30 a間，人工岸線長度呈“直線型”持續增加趨勢，變化速率先快后慢。其中1990—2000年，增速為22.3 km/a，往后的時間段(2000—2010年、2010—2015年、2015—2020年)增速分別為11.6，13.2和 5.5 km/a，表明2015年后人工岸線增長趨于緩和。生物質岸線長度在前期(1990—2000年和2000—2010年)增長較快，增速分別為 4.4 km/a 和 3.96 km/a；在2010年后出現先放緩后增加的趨勢，但整體變化不大，增速分別為0.8 km/a和 1.4 km/a。砂質岸線的變化以2010年為界，1990—2010年長度增長變化速率分別為-4.7 km/a和 -6.3 km/a，2010年后長度變化速率變為-1.8 km/a和-1.1 km/a，說明砂質岸線區域減少，但趨勢逐漸放緩。

綜上所述，30 a間人工岸線長度增長的趨勢與整體岸線基本一致，說明此階段人工岸線是泰國岸線長度變化的主要因素；而砂質岸線長度一直處于減少狀態，是自然岸線長度減少的主要原因。

3.2 海岸線時空變化特征

1990—2015年，泰國整體海岸線在向海擴張方向上的平均端點變化速率逐漸變小，而向陸侵蝕方向上的端點變化速率則逐漸變大，在2000—2010年和2010—2015年期間侵蝕速率大于擴張速率。1990—2015年泰國整體陸域面積也呈先增后減的趨勢。2015年至2020年間，泰國岸線向海擴張方向平均端點變化速率增大且侵蝕方向速率減小，同期泰國整體陸域面積也恢復凈增長(表3)。

表3 1990—2020年間海岸線端點變化速率及陸域面積變化Tab.3 The End Point Rate and land areas change from 1990 to 2020

綜上，泰國岸線的時間變化特征主要為：1990—2000年向海擴張方向變化較明顯，2000—2015年擴張速率放緩，向陸侵蝕方向的變化逐漸凸顯；2015年后岸線向海擴張方向的端點變化速率增大，而侵蝕方向的端點變化速率變小，岸線以向海擴張變化為主。

本研究根據1990—2015年泰國岸線端點變化速率結果(圖3)，按照變化特點與地理環境特征將泰國整體岸線的變化進行分區比較。

圖3 1990—2020年泰國海岸線端點變化速率空間分布Fig.3 The spatial distribution of EPR ofThailand coastline from 1990 to 2020

(1)擴張顯著區：多處發生EPR大于10 m/a的區域，如圖3中①號框位置；

(2)侵蝕顯著區：多處發生EPR小于-10 m/a的區域，如圖3中②號框位置；

(3)雙向變化顯著區：區域內同時發生明顯的擴張(EPR大于10 m/a)與侵蝕變化(EPR小于 -10 m/a)，如圖3中③號框位置；

(4)變化穩定區：少部分區域發生小幅擴張變化(EPR介于0.5～10 m/a間)或小幅侵蝕變化(EPR介于-10～-0.5 m/a間)，而大部分區域以小幅度的動態平衡變化(EPR介于-0.5～0.5 m/a之間)為主的區域，如圖3中④號框和⑤號框位置。

總體而言，泰國岸線的空間變化特征表現為：大部分地區處于小幅度的動態變化，而部分地區的變化顯著。

3.3 典型岸段變遷分析

根據圖3分析結果，本文采用GIS空間分析工具將泰國海岸線均勻劃分為103個區域，以單元網格為單位分別計算每個區域內擴張和侵蝕端點變化速率的平均值，并針對3.2節中劃分出的5個典型特征區域對岸線擴張侵蝕變化進行量化分析(圖4)。

(1)擴張顯著區——特選區①

該區域在1990—2000年擴張變化速率最快，平均端點變化速率為4.38 m/a，主要發生在11～13號區(羅勇港，Rayong Port)和16～18號區(林查班港，Laem ChaBang Port)；2000—2010年間區域內平均端點變化速率下降到0.60 m/a和0.13 m/a，僅有16～18 號等區保持了小幅的擴張(EPR小于5 m/a)；而2015年后區域內平均端點變化速率上升至0.8 m/a，0、3、18號區為主要擴張區域。由此看出，林查班港區域的擴張變化最為突出。由圖5a可知，林查班港的填海造陸等工程使陸地面積增加，岸線長度隨之增長，砂質岸線向人工岸線轉化。因此，海岸工程建設是該區域岸線增長的主要原因。

(2)侵蝕顯著區——特選區②

1990—2015年區域內岸線持續發生侵蝕變化，平均端點變化速率分別為-0.77 m/a(1990—2000年)、-1.66 m/a(2000—2010年)和-1.13 m/a(2010—2015年)，圖5b中也展示該區域中的曼谷灣北部2015年海岸線相對1990年海岸線明顯向陸退縮。2015—2020年間，部分區域出現向海擴張的變化，平均端點變化速率升為-0.29 m/a，該區域岸線的侵蝕變化情況得到了緩和。

造成該處嚴重侵蝕變化的原因有：對自然海岸的人為破壞[22]、地下水開采導致地面沉陷[23]、入海河流上游筑堤導致海岸泥沙減少[24-25]、海浪侵蝕[25]以及海平面上升[26]等。而泰國當地有通過建竹排防護堤(Bamboo Fences)[27]，利用政策引導保護紅樹林海岸[28]等方法，應對嚴重的海岸侵蝕問題，2015—2020年該區域的岸線變化側面證明了這些方法的有效性。

(3)雙向變化顯著區——特選區③

兩處雙向變化顯著區均為海灣，育有泰國東海岸較大面積的紅樹林[28]，其變化特征十分相似：一側(41、47號區)發生劇烈的侵蝕變化，另一側(42、48號區)發生顯著的擴張變化。以變化最顯著的班敦灣為例(47～48區，圖5c)，盡管1990—2010年間，47區岸線的平均端點速率從-2.45 m/a變為-12.54 m/a，但48區依舊保持平均端點速率約 4 m/a 的擴張變化；2015—2020年，47區的平均端點變化速率降至-0.33 m/a，48區則降為1.29 m/a。

圖5c表明，藍色框(對應圖4中47區)中岸線的侵蝕變化是由人工養殖塘向陸縮退引起，而紅色框(對應48區)中岸線的擴張變化是由人工養殖塘的擴張引起。紅樹林的天然庇護及其豐富的腐殖質，是人工魚塘建設的優良場所[28-29]。但隨著政府對紅樹林價值的重視，泰國通過多項法令與政策保護紅樹林不受人為破壞[30]。然而2015—2020年，兩個區域內岸線的擴張變化均大于侵蝕變化，人工魚塘擴建侵占紅樹林的現狀仍無法改變。

(4)變化穩定區——特選區④

1990—2000年間該區域內修建堤壩等海岸設施使岸線發生擴張變化，平均端點變化速率為0.69 m/a；但2000—2015年間自然對岸線的侵蝕作用大于岸線擴張的變化，平均端點變化速率分別為0.03 m/a(2000—2010年)和-0.48 m/a(2010—2015年)；2015年后，自然侵蝕作用變小，岸線變化轉為小幅擴張，平均端點變化速率為0.46 m/a。圖5d 為北大年府海岸線變化情況，其中紅色框(對應69區)中沿岸堤壩等人工建設使岸線發生擴張，而藍色框(對應71區)中砂質岸線受海洋環境影響發生自西向東的移動。

北大年府岸線平直，砂質岸線類型占比在70%以上，部分區域有堤壩等人工岸線，此類岸線變化幅度較小，在泰國東海岸較為常見。有研究表明泰國灣海岸長期受海水侵蝕作用[31]，在過去已造成不小的經濟損失。而不規范的捕蝦養殖、泥沙采集以及不合理的海岸建筑等人為因素也是岸線侵蝕的誘因[32]。當地政府與學者[32]積極從事海岸綜合管理規劃，興建防波堤穩固海岸，促使部分砂質岸線向人工岸線轉移，使得岸線擴張變化。

(5)變化穩定區——特選區⑤

1990—2000年，泰國西部安達曼海沿岸以擴張變化為主，平均端點變化速率為1.3 m/a；2000—2010年，發生擴張變化的區域減少，平均端點變化速率為0.43 m/a；2010—2020年，岸線的擴張變化逐漸減少，平均端點變化速率分別為-0.11 m/a(2010-2015年)和0.03 m/a(2015-2020年)。圖5e展示了圖4中91號區的岸線變化，此區域30 a間僅發生小塊區域的岸線擴張，耕地擴大是其變化的主因。泰國西部海岸受人類活動與自然侵蝕的作用較小，這主要由于岸線類型以生物質岸線、砂質岸線和河口岸線等自然岸線為主。

與東部自然海岸砂質類型居多的特點不同，西部海岸的生物質岸線平均高達70%以上。紅樹林等繁茂的植被能夠防風消浪、促淤保灘，減少了海洋對自然岸線的侵蝕[33]。對于西海岸珍貴的生態資源，2002年泰國成立“野生動植物保護部”，積極建立自然生態保護區[33]，如攀牙國家公園，保證當地在經濟發展與生態保護之間取得平衡，泰國西海岸岸線相對長期穩定。

3.4 岸線變遷驅動因素

通過量化分析泰國海岸線時空變遷特征及典型區域岸線變遷原因，表明泰國岸線變化受自然環境、社會經濟及地方政策等多要素綜合作用。為進一步探究泰國岸線變遷驅動因素，本文根據統計數據及相關資料作進一步分析。

3.4.1 海岸帶開發建設

泰國海岸帶開發建設是其岸線擴張的首要因素。海洋漁業、海洋交通運輸、濱海旅游業以及海洋油氣開發[34]是泰國海洋經濟發展的重點方向。以港口為例，1990—2015年，泰國曼谷港的港口面積增加近600 m2[35]，而1990年后陸續建設了林查班港、宋卡港、普吉港、麥普塔普特港口等，其中麥普塔普特港口在2016年已成為泰國最大的工業港口之一，并仍在持續建設中[36]。30 a間人工岸線長度增長變化速率約為13.34 km/a，是泰國岸線增長的主要因素。隨著泰國海洋經濟的發展，港口碼頭、圍填海、海濱景觀建筑等海岸工程的增加[34]，導致自然岸線快速向人工岸線轉化，海岸線迅速向海延伸，形成了許多“凸”型的海岸線。

3.4.2 自然環境侵蝕

泰國灣[9]及安達曼海[33]的海洋環境侵蝕是泰國海岸線的自然常態[31-33]。泰國東岸地質多為平坦砂質，南部60%是沖積平原和低階地。30 a間泰國砂質岸線長度以6.82 km/a的速度減少，在全球海平面上升的影響下[37]泰國曼谷灣北部等地的岸線向陸蝕退嚴重。泰國地處熱帶，臺風、海嘯、洪澇等自然災害也對泰國岸線構成威脅[38]。有研究表明[39]，受海面升溫影響，襲擊東亞和東南亞的臺風強度增加了12%～15%，其中四級或五級風暴的比例增加了一倍甚至兩倍，未來泰國海岸的侵蝕情況將更加嚴峻。因此，自然環境侵蝕不僅是泰國岸線侵蝕變化的驅動力，還是影響海岸帶可持續發展的重要隱患。

3.4.3 海岸帶綜合管理

為應對海岸帶生態問題，泰國不斷加強人為管理，不同程度促使了其海岸線的變化。從結果上看，自1990年以來泰國在管理海岸帶方面的工作，既有導致岸線發生擴張變化的，也有主動造成岸線發生侵蝕變化的，如：修筑防波堤[30,32]、人工種植紅樹林[28]等海岸防護工程可促使岸線擴張且長期維持穩定，法律引導拆除養殖塘轉為生態用地[30]則使岸線發生向陸蝕退變化，以及設立自然保護區等政策可有效保持岸線穩定等?？茖W規劃和因地制宜地實施海岸帶綜合管理需獲得更多關注與科研投入。

4 結論

本研究基于1990—2020年共5期泰國海岸線的時空變化特征，探究了泰國岸線變遷驅動因素。30 a間泰國岸線長度逐漸增長，但增長趨勢不斷變緩，岸線變化存在向海擴張與向陸侵蝕兩種模式。1990—2000年，岸線整體擴張變化大于侵蝕變化，岸線所圍陸域面積增加；2000—2015年岸線擴張變化速率逐年放緩，而侵蝕變化速率逐漸加快，陸域面積減少；2015—2020年擴張變化速率再次大于侵蝕變化速率，陸域面積有所增加。泰國岸線的變遷整體呈穩定的小幅變化，局部變化明顯。海岸帶工程開發、港口城鎮的建設是泰國岸線擴張變化的主要因素；岸線侵蝕變化主要源于海洋環境、極端氣候的影響；而海岸帶綜合管理在岸線雙向變遷上均有較強效力。

綜上所述，泰國海岸線發展逐漸穩定，卻也將迎來新的發展與挑戰。未來人工岸線長度存在一定增長與擴張趨勢，砂質岸線等自然岸線的減少仍需重點關注。貫徹保護紅樹林等海洋生態的政策、堅守海洋生態“紅線”、合理開發自然岸線資源，是泰國及周邊國家未來發展海岸帶經濟的可持續之道。