西沙永樂(lè)群島島礁海岸線變遷監(jiān)測(cè)與分析

王明珠 韓飛 符彩花

摘要：我國(guó)對(duì)南海諸島及其附近海域擁有神圣不可侵犯的主權(quán)，珊瑚島礁的開(kāi)發(fā)、利用與保護(hù)，具有重要的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。研究充分利用遙感影像宏觀、快速、直觀等優(yōu)勢(shì)，通過(guò)自動(dòng)化識(shí)別與人機(jī)交互解譯相結(jié)合的方法，對(duì)西沙永樂(lè)群島島礁岸線變遷情況進(jìn)行變化監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)存在珊瑚礁岸線、基巖岸線和人工岸線三類(lèi)岸線類(lèi)型，以珊瑚礁岸線為主。通過(guò)對(duì)各島礁在不同時(shí)期海岸線變遷的幅度與速度情況進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)珊瑚礁岸線變遷幅度最為劇烈，主要受自然因素影響，淤漲與侵蝕變遷交替作用，該類(lèi)岸線處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，其淤漲速率在不同時(shí)期不同岸段差異較大;其次為人工岸線，隨著海島的開(kāi)發(fā)建設(shè)日益頻繁，對(duì)土地的需求量不斷增加，填海造地速度與幅度也大大增加;基巖岸線基本無(wú)變化，相對(duì)穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：遙感;永樂(lè)群島;珊瑚礁;海岸線變遷

中圖分類(lèi)號(hào)：X87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）01-0-03

Abstract：China has indisputable sovereignty over the South China Sea islands and their adjacent waters.The exploitation， utilization and protection of coral reefs are of great strategic value.This paper makes full use of the advantages of remote sensing images， such as macroscopic， rapid and intuitive， and monitors the changes of the xisha yongle islands coastline through the combination of automatic recognition and human-computer interaction interpretation.The results show that there are three types of shorelines： coral reef shorelines， bedrock shorelines and artificial shorelines， mainly coral reef shorelines. Based on the comparative analysis of the amplitude and velocity of shoreline changes in different periods， it is found that the change amplitude of coral reef shorelines is the most drastic.Under the influence of natural factors， sedimentation and erosion change alternately，and the shorelines are in an unstable state， and the silting rate varies greatly in different periods and sections;Secondly， artificial shorelines also change dramatically.With the increasingly frequent development and construction of islands， the demand for land is constantly increasing，and the speed and extent of Filling Sea Engineering are greatly increased;The bedrock shorelines are basically unchanged and relatively stable.

Key words：Remote sensing;Yongle Islands;Coral reefs;Coastline change

海岸線不僅是海陸分界線，更是地形圖和海圖的基礎(chǔ)要素，是國(guó)際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會(huì)（IUGS）提出的27個(gè)全球“地質(zhì)指標(biāo)”之一[1]。海島海岸帶是海洋系統(tǒng)和陸地系統(tǒng)的接合部，其范圍包括陸地、海陸過(guò)渡帶和海域三大地貌單元，是海陸交互作用最強(qiáng)烈的區(qū)域，也是人類(lèi)活動(dòng)最頻繁的區(qū)域[2]。受自然因素和人為因素的相互作用下，海岸線總是在不斷地變化中，給沿海人民的生存發(fā)展帶來(lái)了影響。海岸線的變遷是全球環(huán)境變化、海岸環(huán)境變化過(guò)程、以及人為活動(dòng)相互作用的結(jié)果和綜合反映[3]。

我國(guó)對(duì)南海諸島及其附近海域擁有神圣不可侵犯的主權(quán)，珊瑚島礁的開(kāi)發(fā)、利用與保護(hù)，具有重要的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，島礁的開(kāi)發(fā)建設(shè)程度不斷加大，對(duì)島礁的生態(tài)環(huán)境造成了很大的壓力。因此，研究南海島礁海岸線變化，能夠準(zhǔn)確掌握島礁海岸帶的資源分布情況，了解海岸帶生態(tài)環(huán)境變化，為海洋管理、國(guó)防開(kāi)發(fā)建設(shè)提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù)。

遙感技術(shù)具有宏觀、快速、直觀、多時(shí)相等優(yōu)勢(shì)，南海島礁地處偏遠(yuǎn)，島礁多且散布廣，難以做到實(shí)地全面調(diào)查。因此，本文利用中高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，基于基線法和面積法，對(duì)西沙永樂(lè)群島島礁海岸線變遷情況進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)和分析。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

本文選取西沙永樂(lè)群島為研究區(qū)。永樂(lè)群島包括永樂(lè)環(huán)礁和金銀島（16°26′～16°36′N(xiāo)， 111°29′～111°48′E），它由礁環(huán)和潟湖兩大部分組成，它是南海諸島中島嶼最多的環(huán)礁，由晉卿島—石嶼、琛航島—廣金島、羚羊礁（筐仔沙洲）、金銀島、甘泉島、珊瑚島、全富島、鴨公島、銀嶼（銀嶼仔）等礁體組成。

1.2 遙感數(shù)據(jù)及預(yù)處理

由于研究區(qū)涉及的島礁較多，基準(zhǔn)年代（“老岸線”），獲取的影像數(shù)據(jù)時(shí)相皆有不同，“新岸線”采用的遙感數(shù)據(jù)為2016年的GF1/2號(hào)數(shù)據(jù)（表1）。

首先，采用1：5000地形圖對(duì)時(shí)相為2016年的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何精校正，選擇易于識(shí)別的道路交叉路點(diǎn)、碼頭、基巖島嶼的岬角等地物作為控制點(diǎn)，控制點(diǎn)均勻分布于整個(gè)研究區(qū)，采用一次多項(xiàng)式變換對(duì)影像進(jìn)行地理配準(zhǔn)。再以2016年的遙感數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，對(duì)基準(zhǔn)年代影像數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。

2 研究方法

2.1 海岸線類(lèi)型劃分及解譯標(biāo)志

參考基金項(xiàng)目組的技術(shù)指南標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘和永樂(lè)群島的實(shí)際情況，根據(jù)海岸線在遙感影像上所呈現(xiàn)的不同色調(diào)、紋理、空間形態(tài)和分布等特征[4]，本文將島礁海岸線分為3類(lèi)：人工岸線、基巖岸線、珊瑚礁岸線。

海岸線的提取是以ArcGIS10.5軟件為平臺(tái)，衛(wèi)星融合圖像為基礎(chǔ)，輔以地面調(diào)查資料、地形圖、海圖以及其他文字和圖片資料，采用目視解譯，人工勾畫(huà)方法提取海岸線[5]。

2.2 海岸線變遷分析方法

參考《福建省海島海岸帶高分辨遙感調(diào)查實(shí)踐》一書(shū)中的岸線變遷分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，本文將島礁岸線變遷分為四類(lèi)，具體情況見(jiàn)表2。

1 自然因素 淤漲型 由于自然淤積造成的岸線變化

2 侵蝕型 由于自然侵蝕造成的岸線變化

3 人為因素 圍填型 人為的圍填海造成的岸線變化

4 挖除型 人為的挖除陸地用于港口等建設(shè)而造成的岸線變化

海岸線變遷解譯具體做法是：采用目視解譯的方法，借鑒現(xiàn)場(chǎng)踏勘資料[6]，首先對(duì)基準(zhǔn)年代影像數(shù)據(jù)進(jìn)行勾繪，獲得基準(zhǔn)年代海岸線矢量數(shù)據(jù)。為保證相鄰時(shí)相兩期岸線沒(méi)有變化的位置及屬性信息保持嚴(yán)格一致[7]，以基準(zhǔn)年代海岸線矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合2016年影像圖，對(duì)發(fā)生變遷的海岸線進(jìn)行修邊，得到2016年的海岸線矢量數(shù)據(jù)。最后利用ArcGIS軟件將兩期海岸線矢量圖疊置[3]，即合并“新岸線”“老岸線”，轉(zhuǎn)為為岸線變遷面狀信息目視判別岸線變遷類(lèi)型[5]， 得到岸線變遷最終解譯成果圖。

3 海岸線變遷結(jié)果與分析

3.1 永樂(lè)群島海岸線長(zhǎng)度變化分析

表3是永樂(lè)群島各島礁岸線長(zhǎng)度及其長(zhǎng)度變化統(tǒng)計(jì)分析表。由表可知，總長(zhǎng)度縮短0.39km。晉卿島、石嶼、筐仔沙洲、金銀島、銀嶼（銀嶼仔）岸線長(zhǎng)度均有增加，其中，金銀島岸線增加最甚，增加了1.89km，變化率為42.38%，增加速率為630m/a。琛航島、廣金島、珊瑚島、全富島、鴨公島岸線長(zhǎng)度縮短，以廣金島縮短最多，岸線長(zhǎng)度縮短1.40km，變化率為-44.16%，減少速率為-116.67m/a。甘泉島岸線總體基本沒(méi)有變化。

3.2 海岸線變遷分析

本專(zhuān)題將“岸線變遷長(zhǎng)度[2]”定義為與基準(zhǔn)年代岸線相比，2016年岸線發(fā)生變遷的岸線長(zhǎng)度;“岸線變遷率”定義為兩個(gè)時(shí)段發(fā)生變遷的海岸帶岸線長(zhǎng)度占基準(zhǔn)時(shí)間岸線總長(zhǎng)度的百分比，反映了海岸線的變遷程度（如表4）。

（1）永樂(lè)群島約有20.25km的岸線發(fā)生變遷（圖3），變遷率達(dá)到82.43%，共有126個(gè)岸段發(fā)生了變遷，岸線變遷面積約408770.16m2（圖4）。

（2）石嶼、筐仔沙洲、金銀島變遷率均超過(guò)100%，變遷率分別為118.28%、115.74%、128.24%，即變遷長(zhǎng)度超過(guò)其島礁基準(zhǔn)年代海岸線的長(zhǎng)度，主要原因是由于島礁的兩個(gè)時(shí)間段里有新的沙洲生成，其海岸線長(zhǎng)度增加;其中，金銀島海岸線變遷程度最大，長(zhǎng)度為5719.45m。

（3）石嶼海岸線變遷程度和面積均為永樂(lè)群島所有島礁最小，變遷長(zhǎng)度為0.19m，變遷面積為802.82m2，但是其變遷率較高，達(dá)118.28%。

（4）永樂(lè)群島島礁的岸線變遷類(lèi)型以淤漲型變遷為主，淤漲型岸線變遷率占比達(dá)到52.34%，超過(guò)總體岸線變遷的一半以上;其次為侵蝕型變遷（25.44%）、圍填海型（19.41%）、挖除型（2.81%）。其中，圍填海型岸線變遷主要分布在琛航島、廣金島和筐仔沙洲，挖除型岸線變遷僅見(jiàn)于琛航島和廣金島。

3.3 島礁岸線變遷影響因素分析

海岸線變遷原因可以歸納為兩個(gè)方面：自然因素和人為因素。通過(guò)ArcGIS選取海岸線變遷范圍較大區(qū)域，結(jié)合遙感影像和當(dāng)?shù)卣{(diào)查資料逐一進(jìn)行分析[8]。

3.3.1 自然因素

從前述結(jié)果分析可知，永樂(lè)群島島礁岸線變遷自然因素（淤漲、侵蝕）變遷占變遷岸線總長(zhǎng)的77.78%，是岸線變遷的主要因素，尤其是淤漲型，主要是珊瑚礁海岸線變遷。在研究期內(nèi)，永樂(lè)群島島礁上有新的沙洲生成或是原有的沙洲面積變大，如金銀島、銀嶼、全富島等島礁均有新的小沙洲生成，這些沙洲的海岸線類(lèi)型均為珊瑚礁岸線。珊瑚礁岸線具有不穩(wěn)定性，受風(fēng)暴潮、臺(tái)風(fēng)、洋流等自然現(xiàn)象的影響，岸線變化巨大，變化趨勢(shì)主要表現(xiàn)為向海擴(kuò)張，珊瑚礁岸線增加，其相應(yīng)的島礁陸域面積也有所增加。

3.3.2 人為因素

人為因素主要為圍填海型和挖除型變遷，以圍填海為主，占人為變遷因素的19.41%。圍填海主要包括灘涂圍墾和填海造地兩種方式，灘涂圍墾指修建港口碼頭;填海造地指圈圍部分海域填土成陸的過(guò)程，用以修建港口或特殊用地[9-10]。隨著三沙市建市以來(lái)，國(guó)防建設(shè)活動(dòng)日益增加，對(duì)土地需求量也不斷增加，筑堤圍墾速度與幅度都較大，所以海岸線在這個(gè)時(shí)期變化幅度與速度均較大[11]，通過(guò)兩期影像數(shù)據(jù)對(duì)比分析，琛航島的南部澙湖區(qū)域、廣金島東南部已填海造地，人工岸線不斷向海域擴(kuò)張，因此人工岸線淤長(zhǎng)速度增加，增加速率分別為135m/a、10m/a。琛航島圍填區(qū)域面積較大，主要是用于修建特殊用地。廣金島東南部尚未利用?？鹱猩持薜奈鞅毕蛟瓰樯汉鹘赴毒€，現(xiàn)已被圍填建設(shè)碼頭，人工岸線增加0.05km，增加速率約16.67m/a。

4 結(jié)論

（1）遙感技術(shù)具有對(duì)同一區(qū)域重復(fù)進(jìn)行觀測(cè)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是有效監(jiān)測(cè)海岸線變遷的主要手段[12]。本文通過(guò)中高分辨率兩期衛(wèi)星數(shù)據(jù)，利用遙感技術(shù)對(duì)海岸線進(jìn)行變化監(jiān)測(cè)，獲取不同時(shí)期海岸線類(lèi)型及長(zhǎng)度，掌握海岸線變遷數(shù)據(jù)，分對(duì)比析其變化情況。

（2）整體而言，研究區(qū)主要以珊瑚礁岸線為主。在監(jiān)測(cè)年內(nèi)，礁盤(pán)上的小沙洲變化特別明顯，它們長(zhǎng)期受海水、風(fēng)浪潮、臺(tái)風(fēng)、海平面升降等自然因素的沖擊，沙洲形狀、大小、位置等都會(huì)發(fā)現(xiàn)變化，沙洲面積會(huì)變大或變小，會(huì)有新的沙洲生成，甚至有個(gè)別沙洲會(huì)出現(xiàn)位移或是消失不見(jiàn)的現(xiàn)象。因而導(dǎo)致珊瑚礁岸線變化較為劇烈，淤漲與侵蝕過(guò)程交替作用于珊瑚礁岸線，使得岸線處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，其淤長(zhǎng)速率在不同時(shí)期不同岸段的差異較大。

（3）三沙市建市以來(lái)，海島的開(kāi)發(fā)建設(shè)日益頻繁，圍填?；顒?dòng)大大增加，使得島礁的人工岸線也大幅度增加。主要集中在琛航島、廣金島和筐仔沙洲，是由于國(guó)防建設(shè)對(duì)土地需求量的不斷增加，如建設(shè)港口碼頭、特殊用地，圍填海的速度與幅度也隨之增大。其他島嶼人工岸線基本無(wú)變化，相對(duì)穩(wěn)定。

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收稿日期：2019-11-30

基金項(xiàng)目：高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專(zhuān)項(xiàng)（GFZX0404130302）

作者簡(jiǎn)介：王明珠（1987-），女，漢族，工程師，研究方向?yàn)檫b感地質(zhì)。