泉州灣海岸線時(shí)空演變研究

唐江浪 ,薛峭 ,李剛 ,朱博勤

(1.自然資源部海底礦產(chǎn)資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局,廣州 510075；2.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）,廣州 511458；3.中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所,北京 100094）

0 引言

海岸帶為海洋與陸地之間的過(guò)渡帶,是海洋系統(tǒng)與陸地系統(tǒng)交互帶,也是人類(lèi)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)最重要的場(chǎng)所,全球人類(lèi)約38%人口集散在距離海岸帶60 km的沿海周邊,超過(guò)50%人口集散在距離海岸120 km的沿海周邊[1]。海岸線變遷是海岸帶研究的重要內(nèi)容和焦點(diǎn)問(wèn)題[2-3]。海岸線易受自然因素和人為活動(dòng)影響而發(fā)生變遷,引發(fā)一系列環(huán)境生態(tài)問(wèn)題[4]。近年來(lái),沿海城市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,導(dǎo)致海洋開(kāi)發(fā)強(qiáng)度不斷加大,海岸生態(tài)環(huán)境保護(hù)和海岸帶開(kāi)發(fā)利用矛盾進(jìn)一步凸顯。開(kāi)展海岸線變遷研究,可以為海岸帶經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)發(fā)展和海岸帶生態(tài)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支撐和科學(xué)依據(jù)[5-6]。

遙感技術(shù)作為近年來(lái)快速發(fā)展的高精度空間觀測(cè)技術(shù),具有可觀測(cè)面積大、時(shí)效性強(qiáng)、更新周期短、影像分辨率高、不受地形和地貌條件約束等優(yōu)點(diǎn),可以對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)觀測(cè),該方法已廣泛應(yīng)用于海岸線變遷研究[7]。國(guó)內(nèi)海岸線變遷研究成果多集中于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的海岸[8-11]、河口海灣[12-16]和三角洲等[17-19]。泉州作為福建省中心城市和全國(guó)改革開(kāi)放典型地區(qū),部分學(xué)者在該地區(qū)進(jìn)行了基于遙感應(yīng)用的岸線變遷研究,劉榮杰等[20]利用1982、1991、2001年的Landsat影像和2012年的HJ影像對(duì)包括福建泉州灣晉江河口海岸進(jìn)行了時(shí)空變遷分析,研究表明該岸段向海推進(jìn)速度逐年增加；賴志坤[21]基于多年遙感影像,獲取了泉州灣岸線變遷速率,并分析了灣內(nèi)古浮澳岸段的岸線變遷成因；李朦等[22]利用1994—2011年泉州灣海岸線數(shù)據(jù)集進(jìn)行分形維度計(jì)算,表明分維值的變化趨勢(shì)可以較好的反映海岸線變遷動(dòng)態(tài)平衡狀況；賴國(guó)棣[23]基于1988—2011年Landsat MSS/TM、SPOT5、World View-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)泉州灣海岸線進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)研究,發(fā)現(xiàn)泉州灣海岸線變遷主要受人為活動(dòng)影響, 海岸線變遷最大的是泥質(zhì)海岸, 砂質(zhì)和基巖等海岸的變化較小。上述關(guān)于泉州灣岸線變遷研究大多基于海岸線的提取和動(dòng)態(tài)演變,分析研究方法較為單一,隨著遙感技術(shù)的發(fā)展和影像數(shù)據(jù)的不斷更新,利用多種方法及現(xiàn)勢(shì)性更強(qiáng)的影像數(shù)據(jù)開(kāi)展泉州灣岸線變遷研究,對(duì)于泉州灣經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

本文通過(guò)對(duì)泉州灣1973年、1990年、2000年以及2016年共4個(gè)時(shí)相的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯提取,從岸線長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、面積和分形維數(shù)對(duì)研究區(qū)開(kāi)展海岸線時(shí)空演變研究,以期為該區(qū)域?qū)?lái)的海岸帶開(kāi)發(fā)和修復(fù)工作提供決策支持。

1 研究區(qū)概況

泉州灣位于福建省東南沿海,北起惠安縣下洋村外佳嶼,南至石獅市祥芝岬角,灣口向東敞開(kāi)與臺(tái)灣海峽相連,屬開(kāi)敞式海灣[24]（圖1）。該灣區(qū)海岸線曲折,灣內(nèi)島礁眾多,口門(mén)中部有大墜島、小墜島橫亙,且為晉江、洛陽(yáng)江入海灣。泉州灣人口眾多,海岸帶周邊分布較多工業(yè)園區(qū),是我國(guó)重要的港口經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域,也是我國(guó)對(duì)外開(kāi)放的前沿陣地,在當(dāng)前建設(shè)海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)、完成祖國(guó)統(tǒng)一大業(yè)和促進(jìn)閩臺(tái)交往中,具有十分重要的地位[25]。

泉州灣處于歐亞板塊東南緣,屬華南地塊上的閩浙隆起區(qū)和東海陸架海盆區(qū)。該區(qū)域自印支運(yùn)動(dòng)之后,其地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)主要受（古）太平洋板塊向歐亞板塊俯沖作用的控制和影響,主要表現(xiàn)為燕山期和喜山期的地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)特征,燕山期的火山巖和花崗巖廣泛發(fā)育,其巖漿巖主要以酸性、中酸性為主；喜山期巖漿巖發(fā)育中性、酸性和基性巖漿巖,以基性為主[26-27]。泉州灣主要受兩條斷裂帶影響,分別是呈北東向的南澳—長(zhǎng)樂(lè)斷裂帶和北西向的沙縣-南日島斷裂帶,兩條斷裂帶對(duì)該區(qū)域構(gòu)造分帶性和地層的發(fā)育起著控制作用[28]。區(qū)內(nèi)以海濱地貌為主,主要表現(xiàn)為海積平原、沙隴、潮灘、海灘、磨蝕巖灘等,沉積物主要來(lái)源于晉江和洛陽(yáng)江,大多為第四紀(jì)松散堆積,沉積物類(lèi)型包括細(xì)砂、粉砂和淤泥等[29]。另外,泉州灣內(nèi)水系的急劇轉(zhuǎn)向、襲躲、跌水和不對(duì)稱(chēng)分布等現(xiàn)象亦較為常見(jiàn)。

圖1 研究區(qū)位置概況圖Fig.1 Location of study area

2 數(shù)據(jù)與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)源

岸線變遷遙感影像數(shù)據(jù)要求時(shí)相間隔相對(duì)均勻,盡量選取少云和無(wú)條帶的質(zhì)量較好的數(shù)據(jù)。本文研究所用數(shù)據(jù)均為美國(guó)陸地衛(wèi)星系列遙感影像,選取了最早期1973年的Landsat1的MSS傳感器數(shù)據(jù)、1990年Landsat5的TM傳感器數(shù)據(jù)、2000年Landsat7的ETM傳感器數(shù)據(jù)和2016年Landsat8的OLI傳感器數(shù)據(jù)。所選影像數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)相關(guān)信息見(jiàn)表1所示。

表1 遙感數(shù)據(jù)表Table 1 Table1 Remote sensing data sheet

2.2 研究方法

2.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

受傳感器性能、姿態(tài)角、太陽(yáng)光照、云層以及地形等因素影響,所獲取的遙感影像數(shù)據(jù)需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)處理和人工干預(yù)。根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局頒布的《多光譜遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)程》,遙感影像原始數(shù)據(jù)需要進(jìn)行輻射校正（含大氣校正）、幾何校正、圖像信息增強(qiáng)、鑲嵌配準(zhǔn)、顏色調(diào)差、消除重疊等技術(shù)方法才能達(dá)到遙感解譯標(biāo)準(zhǔn)[30]。

本文所獲得的影像數(shù)據(jù)質(zhì)量較好,云和條帶紋理干擾因素可以忽略不計(jì),可直接進(jìn)行幾何校正。以2016年OLI數(shù)據(jù)作為參考基準(zhǔn),對(duì)其他時(shí)相數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正,校正控制點(diǎn)盡可能多的全面均勻覆蓋研究區(qū)內(nèi),并且控制點(diǎn)應(yīng)選取易于分辨、變化較小的特征物, 兩條明顯道路形成的正十字或丁字交叉口為最佳選擇點(diǎn)[31]。最終獲得符合海岸線提取標(biāo)準(zhǔn)的遙感影像圖[32]。

2.2.2 岸線提取與類(lèi)型劃分

依據(jù)岸線的定義,基于RS和GIS相結(jié)合的技術(shù),采用歸一化水體指數(shù)（NDWI）設(shè)置閾值對(duì)水陸邊界進(jìn)行識(shí)別[33],并采用圖像增強(qiáng)技術(shù)確定水邊線,最后根據(jù)海圖、地形圖和Google衛(wèi)星混合圖、區(qū)域地質(zhì)資料和野外實(shí)地調(diào)查資料對(duì)水邊線進(jìn)行校驗(yàn)和修正,獲取了泉州灣4個(gè)時(shí)期的海岸線（圖2）。

圖2 泉州灣四時(shí)相海岸線變遷圖Fig.2 Map of 4-temporal coastline changes in Quanzhou Bay

根據(jù)《我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)專(zhuān)項(xiàng)海岸線修測(cè)技術(shù)規(guī)程》[34]和《海域使用分類(lèi)遙感判別指南》(國(guó)海管字[2014]500號(hào)),結(jié)合研究區(qū)地形地貌特征和實(shí)地勘踏,建立了泉州灣海岸劃分方案及解譯規(guī)則[35]。海岸線分類(lèi)方案如表2所示。

表2 海岸線分類(lèi)方案表Table2 Coastline classification sheet

2.2.3 海岸線時(shí)空演變定量研究方法

（25）帶葉苔 Pallavicinia lyellii（Hook.）Gray，Nat.趙文浪等（2002）；劉勝祥等（1999）；李粉霞等（2011）

研究海岸線時(shí)空演變常用的方法主要有數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法、基線法、分形維數(shù)法等,每種方法均有其自身的特點(diǎn)[36]。數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法是利用GIS相關(guān)軟件對(duì)海岸線進(jìn)行長(zhǎng)度、面積變化的計(jì)算統(tǒng)計(jì),能夠清楚直觀反映岸線變化趨勢(shì)；基線法是基于已提取的海岸線引出多條同向的基準(zhǔn)岸線,計(jì)算其采樣間隔,從而求取海岸線變化距離和變化速率,該方法能夠較好的反映海岸線空間分布特征；分形維數(shù)法是用尺碼法或計(jì)盒維數(shù)法對(duì)海岸線進(jìn)行分形維數(shù)計(jì)算,維數(shù)越大,說(shuō)明岸線形態(tài)越復(fù)雜。

圖3 1973-2016年泉州灣海岸線類(lèi)型解譯圖Fig.3 Interpretation map of Coastline types from 1973 to 2016 in Quanzhou Bay

本文選用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法和分形維數(shù)法,以岸線長(zhǎng)度、面積、類(lèi)型結(jié)構(gòu)和分形維數(shù)變化為指標(biāo),對(duì)泉州灣區(qū)域海岸線時(shí)空變化進(jìn)行定量研究分析。

3 處理結(jié)果與分析

根據(jù)上述岸線遙感判別標(biāo)志和分類(lèi)方案,本研究分別解譯了四個(gè)時(shí)相的基巖岸線、砂質(zhì)岸線、泥質(zhì)岸線和人工岸線。最后通過(guò)GIS矢量線修正處理,得到符合要求的岸線文件,以用于ArcGIS軟件進(jìn)行岸線分析處理,其解譯結(jié)果如圖3所示。

由圖3a可以看出,1973年泉州灣區(qū)域內(nèi)四種岸線均有發(fā)育,各類(lèi)型岸線交叉分布在沿岸各處且各類(lèi)型長(zhǎng)度相差不大,其中以人工岸線為主,泥質(zhì)岸線和基巖岸線次之,砂質(zhì)岸線占比最少。泥質(zhì)岸線主要發(fā)育于泉州灣南部錦里村、思進(jìn)村及晉江入?？诘南^村、沉洲一帶,洛陽(yáng)江入?？谖靼兜慕饚Z、鳳嶼一帶和東岸西方村至曾垵村一帶也有發(fā)育；基巖岸線主要發(fā)育于晉江入?？诒卑逗吐尻?yáng)江入海口西岸北山沿線；砂質(zhì)岸線主要分布在灣口最南邊的大廈村及對(duì)岸的后港村沿線。

由圖3b可以看出,1973—1990年研究區(qū)內(nèi)主要表現(xiàn)為自然岸線向人工岸線轉(zhuǎn)換,各類(lèi)型岸線所占比例都有不同程度的變化,人工岸線迅速大幅度增加,基巖岸線大幅度減少,而泥質(zhì)岸線只有較小比例的變化。在晉江入?？诒卑斗ㄊ龄忠粠Ш吐尻?yáng)江入海口西岸,因修建后渚港和港豐石化碼頭等人工建筑,大量砂質(zhì)、泥質(zhì)、基巖岸線轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぐ毒€,在這些區(qū)域,人工岸線大面積連接成片。區(qū)域內(nèi)沒(méi)有發(fā)育生物岸線。

由圖3c可以看出,1990—2000年,自然岸線繼續(xù)向人工岸線轉(zhuǎn)換,人工岸線持續(xù)保持高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),泥質(zhì)岸線大幅度減少,人工岸線成為絕對(duì)主導(dǎo)岸線類(lèi)型。在西濱鎮(zhèn)北頭村一直往北至?xí)x江入海口南岸海尾村,期間圍墾養(yǎng)殖發(fā)展迅速,以及城市用地?cái)U(kuò)張,該區(qū)域內(nèi)泥質(zhì)岸線和基巖岸線幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぐ毒€。至此,灣區(qū)內(nèi)人工岸線全面成片連線,只有個(gè)別地區(qū)存在泥質(zhì)岸線。生物岸線仍然未在該區(qū)域出現(xiàn),砂質(zhì)岸線變化較為微弱。

由圖3d可以看出,到2016年,人工岸線持續(xù)增加的趨勢(shì)更為明顯,自然岸線長(zhǎng)度繼續(xù)下降。港口碼頭擴(kuò)建和圍墾等社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)使人工岸線全面連接成片,灣內(nèi)幾乎全為人工岸線?；鶐r岸線長(zhǎng)度上雖然仍然出現(xiàn)了減少,但是減少的幅度較以往年份有所下降。區(qū)域內(nèi)沒(méi)有發(fā)育生物岸線,砂質(zhì)岸線僅僅在泉州灣南端的大廈村有少量發(fā)育。

3.1 海岸線長(zhǎng)度變化

利用ArcGIS軟件計(jì)算研究區(qū)四個(gè)時(shí)相各類(lèi)型岸線的長(zhǎng)度及條帶數(shù)（表3）。

表3 泉州灣岸線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)Table3 Statistical list of coastline length along Quanzhou Bay

表3的各時(shí)相岸線類(lèi)型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,岸線總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。除1973年到1990年岸線總長(zhǎng)度略有縮減,1990年到2016年均為增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),43a來(lái)海岸線總長(zhǎng)度增加了約9940 m,其中人工岸線持續(xù)增長(zhǎng),自然岸線持續(xù)減少。1973年到1990年岸線總長(zhǎng)度減少了了1416 m,減少量約為1.5%,其中基巖岸線大幅減少了122 545 m,人工岸線增加了13 979 m。1990年后岸線長(zhǎng)度開(kāi)始增加,到2000年岸線總長(zhǎng)度達(dá)到了94 811 m,增加4 830 m,平均增長(zhǎng)速率為483 m/a,基巖岸線和泥質(zhì)岸線減少,尤其是泥質(zhì)岸線銳減17 588 m,人工岸線增長(zhǎng)速度加快,增長(zhǎng)了26 204 m。2000年到2016年增加了6 526 m,增長(zhǎng)率約為6.9%,平均增長(zhǎng)速率約為408 m/a,自然岸線全部類(lèi)型向人工岸線轉(zhuǎn)換。由此可見(jiàn),1990—2016年,隨著福建沿海經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,岸線的增長(zhǎng)速度較快,海岸線長(zhǎng)度增加主要是圍墾養(yǎng)殖、港口碼頭擴(kuò)建等人工海岸線修筑造成,該區(qū)域內(nèi)有明顯的人為陸地向海洋延伸現(xiàn)象發(fā)生。

3.2 海岸線類(lèi)型結(jié)構(gòu)變化

四個(gè)時(shí)相的岸線數(shù)據(jù)表明（表3）,泉州灣自然岸線比例不斷縮減,從占比19.7%減少到6.6%,縮減幅度多達(dá)70%,自然岸線大類(lèi)中的所有類(lèi)型岸線均有不同程度減少,其中泥質(zhì)岸線減少最大,縮減幅度超過(guò)90%,基巖岸線縮減幅度也接近90%,砂質(zhì)岸線縮減幅度為78%。與自然岸線減少趨勢(shì)相反,研究區(qū)人工岸線一直保持快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),增長(zhǎng)速度十分明顯,從1973年的占比40.9%增長(zhǎng)到2016年的93.1%,增長(zhǎng)幅度超過(guò)100%（圖4 ）。

圖4 泉州灣海岸類(lèi)型結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of coastline types of Quanzhou Bay

1973-1990年岸線類(lèi)型結(jié)構(gòu)中,人工岸線和自然岸線相互轉(zhuǎn)化較大,人工岸線占比由40.8%增加到57%,自然岸線占比則由59.2%減少到43%,岸線類(lèi)型結(jié)構(gòu)變化最大的是人工岸線和基巖岸線,主要原因是研究區(qū)內(nèi)臺(tái)風(fēng)頻發(fā),每年5～10月常有臺(tái)風(fēng)登陸,出于保護(hù)岸線內(nèi)部陸地少受自然災(zāi)害破壞,大量基巖岸線修筑為人工岸線,以抵御臺(tái)風(fēng)侵襲。而1990—2000年岸線類(lèi)型結(jié)構(gòu)變化幅度大于前一時(shí)間段,該期間內(nèi)變化最為突出的是泥質(zhì)岸線和人工岸線,泥質(zhì)岸線岸段圍墾了大量的養(yǎng)殖區(qū)和部分曬鹽場(chǎng)而轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぐ毒€。到2016年,自然岸線仍繼續(xù)向人工岸線轉(zhuǎn)換,砂質(zhì)岸線轉(zhuǎn)換量最大,隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展,經(jīng)濟(jì)建設(shè)對(duì)土地迫切需求,出現(xiàn)數(shù)量眾多的填海造地經(jīng)濟(jì)活動(dòng),用以修建港口碼頭、工業(yè)園區(qū)和沿海公路等。

總之,基巖、砂質(zhì)和泥質(zhì)岸線不論是長(zhǎng)度還是條數(shù)都呈下降趨勢(shì),說(shuō)明這三類(lèi)岸線以向人工岸線轉(zhuǎn)變?yōu)橹?總體呈減少趨勢(shì)；而人工岸線條數(shù)1973—1990年先增加,而后到2016年一直下降,說(shuō)明在1973—1990年間,這些岸線既在絕對(duì)長(zhǎng)度上有所增加,又在內(nèi)部有所連片,但以其他類(lèi)向該類(lèi)轉(zhuǎn)換為主,主要是區(qū)內(nèi)人工海堤、港口碼頭、圍墾養(yǎng)殖、圍海造地等人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)造成。

3.3 海岸陸域面積變化

海岸線空間位置的變化導(dǎo)致海岸陸域面積的變化（圖5）。1973年以來(lái),由于填海造陸、擴(kuò)建港口碼頭工程、圍海養(yǎng)殖等人為因素導(dǎo)致泉州灣區(qū)域內(nèi)大部分岸段海岸線向海擴(kuò)進(jìn),造成陸域面積增加。1973—2016年,陸域面積共增加了26 km2,年平均增加速率為0.6 km2/a,1973—1990年、1990—2000年、2000—2016年三個(gè)時(shí)期階段陸地面積分別增加了10.34 km2、3.98 km2、12.61 km2,年平均增加速率分別為0.61 km2/a、0.40 km2/a、0.79km2/a。海岸線向海推進(jìn)速度1990—2000年稍低于其它時(shí)相水平。

圖5 泉州灣海岸線圍墾面積示意圖Fig.5 Schematic map of reclamation area along Quanzhou Bay coastline

根據(jù)岸線變化速率和陸地面積變化速率關(guān)系（圖6）,1973—1990年岸線收縮,岸線增長(zhǎng)速率為負(fù),該時(shí)期陸地增加面積主要表現(xiàn)為圍墾養(yǎng)殖和防浪堤、港口修建,使得彎曲度較大的岸段復(fù)雜度降低,岸線變短。在西濱鎮(zhèn)至池店鎮(zhèn)沿岸,圍墾養(yǎng)殖造成陸域向海呈條帶狀推進(jìn),而洛陽(yáng)江入?？诒卑兜暮箐靖蹟U(kuò)建改造亦導(dǎo)致海岸大面積的向海擴(kuò)張；1990—2000年岸線增長(zhǎng)速率最大,陸地面積增加速度嚴(yán)重滯后于岸線增長(zhǎng)速度,該時(shí)期泉州灣區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較為平緩,圍填海模式較為單一。向海推進(jìn)區(qū)域主要為西濱鎮(zhèn)-陳埭鎮(zhèn)一帶以及海星街和豐海路交接一帶,圍墾養(yǎng)殖是陸地面積增加的主要原因；2000—2016年是泉州灣經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展階段,城市建設(shè)、工業(yè)發(fā)展用地需求增大,各種圍填海工程加快實(shí)施。該時(shí)期岸線增長(zhǎng)速率和陸地面積增加速率契合度較高,二者速率在三個(gè)時(shí)期內(nèi)均接近最大值,晉江和洛陽(yáng)江入?？谘亟瓋砂兑约按蠖喟抖味加邢蚝Ｍ七M(jìn)的跡象,建成農(nóng)田魚(yú)塘、港口碼頭、工業(yè)園區(qū)、市政新城和沿海公路等?，F(xiàn)泉州市政府所在地即為該時(shí)期車(chē)垵填海造地圍填海工程而獲取的土地,也是該時(shí)期研究區(qū)內(nèi)海岸向海推進(jìn)最大的區(qū)域。

圖6 岸線速率與陸地面積速率變化關(guān)系圖Fig.6 Relationship between coastline growth rate and land area increasing rate changes

3.4 海岸線分形維數(shù)變化

分形維數(shù)是線性輪廓的度量,是線性體復(fù)雜性和不規(guī)則性重要的指標(biāo),可以較好的反映岸線形態(tài)的復(fù)雜度[37]。岸線分形維數(shù)的計(jì)算方法通常有尺碼法和計(jì)盒維數(shù)法[38],本文采用計(jì)盒維數(shù)法計(jì)算研究區(qū)四個(gè)時(shí)相岸線的分形維數(shù)。

計(jì)算表明,研究區(qū)1973年、1990年、2000年和2016年岸線分形維數(shù)分別為1.048、1.042、1.061和1.092（圖6）。由于研究區(qū)海岸地形復(fù)雜,岸段周邊地形以山地和丘陵為主,其間多半島、港灣,海域中島嶼星羅棋布,導(dǎo)致海岸線彎曲復(fù)雜度較高。

近40年來(lái),除 1990年岸線分形維數(shù)有降低外,其他時(shí)相的分形維數(shù)均為遞增態(tài)勢(shì)（圖6）。其中,1973—1990年,分形維數(shù)減少了0.006,該時(shí)期內(nèi)大量錯(cuò)落無(wú)序的基巖岸線修筑成整齊劃一的防浪堤,用以保護(hù)沿泉州灣地區(qū)免受臺(tái)風(fēng)危害；從1990年以后呈上升趨勢(shì),1990—2000年增加了0.019,2000—2016年增加了0.031。分形維數(shù)變化值的大小即變化強(qiáng)度代表了研究時(shí)期內(nèi)海岸線曲折程度的變化情況,也反映了人類(lèi)活動(dòng)對(duì)該地區(qū)影響力的大小。可見(jiàn),研究區(qū)從2000—2016年分形維數(shù)變化強(qiáng)度最大,與該地區(qū)海岸增長(zhǎng)型圍墾方式密切相關(guān),海岸線向海擴(kuò)進(jìn)幅度最大,造成海岸線變化復(fù)雜。

結(jié)合研究區(qū)岸線類(lèi)型分析,由于圍墾養(yǎng)殖和圍海造田等圍填行為大多在岸線復(fù)雜度低的地段進(jìn)行,故此類(lèi)岸段的形狀和輪廓會(huì)發(fā)生較大的改變,岸線復(fù)雜度會(huì)有較大提高。另外,研究區(qū)部分城市岸段進(jìn)行的圍海造陸、填海造田和修建港口碼頭等活動(dòng),使海岸線向海大幅推進(jìn),岸線長(zhǎng)度增加,岸線分形維數(shù)變大。

將四個(gè)時(shí)相岸線分形維數(shù)和岸線長(zhǎng)度疊加形成雙坐標(biāo)折線圖（圖6）,分形維數(shù)變化趨勢(shì)和岸線長(zhǎng)度變化趨勢(shì)基本一致,成正相關(guān)關(guān)系,除1973年至1990年出現(xiàn)下降,其他時(shí)相都是增加的。由此說(shuō)明,岸線長(zhǎng)度變化是影響岸線分形維數(shù)變化的主要因素,人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)岸線分形維數(shù)的改變影響較為明顯。

圖7 岸線長(zhǎng)度與分形維數(shù)變化關(guān)系圖Fig.7 Relationship between changes of coastline length and fractal dimension

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)泉州灣四十多年的遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯和海岸線提取,從岸線長(zhǎng)度、類(lèi)型結(jié)構(gòu)、面積和分形維數(shù)等4個(gè)方面對(duì)該區(qū)域海岸線變化趨勢(shì)及變遷原因進(jìn)行了分析。主要結(jié)論如下:

（1）1973-2016年,岸線持續(xù)向海推進(jìn),長(zhǎng)度呈增長(zhǎng)趨勢(shì),其中2000-2016年岸線增長(zhǎng)速度和向海推進(jìn)速度最快,總長(zhǎng)度共增加了9940 m,向海推進(jìn)總面積約26 km2。人工岸線持續(xù)增加,自然岸線持續(xù)減少,自然岸線向人工岸線轉(zhuǎn)換。岸線發(fā)生變化較大的區(qū)域主要是晉江和洛陽(yáng)江入?？谘亟瓋砂丁?/p>

（2）泉州灣岸線分形維數(shù)變化趨勢(shì)和岸線長(zhǎng)度變化趨勢(shì)一致,成正相關(guān)關(guān)系。其中,2000-2016年岸線分形維數(shù)變化強(qiáng)度最大,該時(shí)期人類(lèi)活動(dòng)對(duì)岸線的影響力最大。

（3）人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)是岸線變遷的主要原因。填海造地、修筑防浪堤、擴(kuò)改港口碼頭和圍墾養(yǎng)殖等原因,造成了人工岸線增長(zhǎng)最為突出。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,海岸帶開(kāi)發(fā)和沿岸環(huán)境保護(hù)將不再是單純的你進(jìn)我退關(guān)系,制定相關(guān)政策需要綜合考量。