随着国家生态文明体制改革的推进和国家海洋强国战略的实施, 合理利用和有效保护海洋资源已经成为共识。海岸线是重要而宝贵的战略资源, 既是港口、旅游和养殖等海洋产业发展的重要载体, 也是海洋生态多样性的重要来源, 具有一定的稀缺性和不可再生性。通过对海岸线的有效管理, 合理利用海岸线, 并使其发挥最大的社会经济效益, 对于当前面临经济结构调整和产业结构升级的广东省来说, 具有重要的现实意义。红树林是热带海岸线的重要标志之一, 是热带、亚热带滨海泥滩上特有的常绿灌木或乔木植物群落, 能防浪护岸, 又是鱼虾和部分鸟类繁衍栖息的理想场所, 具有重要经济、药用和观赏价值。应用遥感等技术, 快速查明我国沿海地区的海岸线及红树林分布现状, 分析其变化特征, 提出有针对性的开发利用和保护建议, 已经成为遥感地质调查领域的前沿课题。

海岸线和红树林遥感调查方法有很多, 海岸线遥感提取方法主要有: 边缘检测法、阈值法、结合DEM的提取方法和面向对象法等^{[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]}; 红树林的遥感监测方法主要有: 分类后比较法(目视解译、监督分类)、专家分类、波段组合(波段差值、波段比值)、神经网络与多时相线性变换(主成分分析法、变化向量分析)和归一化植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)等方法^{[8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]}。这几种方法各有优缺点。其中NDVI应用最为广泛。众多研究表明, NDVI是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子^{[12, 13, 14]}。近年来, 利用纹理特征来进行红树林的遥感监测已成为红树林遥感的新趋势。

本文以2015年广东省第2次全国土地调查所用的遥感数据和地理地形资料为基础, 利用3S技术, 基本查明了2015年广东省海岸线与红树林分布现状, 并对海岸线开发提出了建议, 希望抛砖引玉, 为区域海洋资源合理开发建言献策。

广东省海岸线与红树林分布区地势多为平原和台地, 其中平原包括东江、西江、北江下游的珠江三角洲平原及韩江、榕江和练江下游的潮汕平原; 台地多分布在阳江市以西至雷州半岛。有92条大小河流流入海洋, 其中较大的有珠江、韩江、榕江、练江、汉阳江、鉴江和雷州青年运河等。

广东省是海洋大省, 海岸线漫长, 滩涂广布, 大陆架宽广, 港湾优良, 生态环境多样, 不但拥有广阔的海洋空间优势, 而且拥有丰富的海洋资源。大陆海岸线东迄闽粤相交的饶平县界山, 西止粤桂交界的英罗港洗米河口。岛屿众多, 除东莞和吴川市外, 沿海32个市、县均有各种岛屿, 总面积近1 600 km²; 面积大于500 m²的有759个; 面积超过100 km²的有上川岛、南三岛、南澳岛和东海岛。

广东省是我国红树林分布最广、面积较大的省份, 红树林地理分布在N20° 13'~23° 42'之间的沿海地区, 其中以粤西段红树林较为繁茂。红树林主要分布在潮州市的饶平; 汕头市的南澳、澄海、潮阳、达濠和升平; 揭阳市的惠来; 汕尾市的陆丰、海丰、汕尾城区和红海湾; 惠州市的惠东、大亚湾; 深圳市的龙岗、福田、福田保护区、南山和宝安; 广州市的番禺、中山市; 珠海市的淇澳、三灶、横琴和斗门; 江门市的恩平、台山; 阳江市的阳东、江城、海陵和阳西; 茂名市的茂港、电白; 湛江市的吴川、坡头、霞山、麻章、东海、雷州、徐闻、遂溪和廉江。全省现有国家级自然保护区2个, 分别是深圳福田保护区和湛江保护区; 1个省级自然保护区, 为珠海淇澳保护区。

本次调查在方法上力求遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)— — 3S技术相结合, 采用以遥感解译为主并结合其他研究成果资料分析和实地检查验证相结合的技术路线。数据源采用了2015年第2次全国土地调查所用的遥感数据。

2.1 海岸线现状的解译标志及提取原则

海岸线是潮滩与海岸的连接线(海陆分界线), 是多年的大潮平均高潮位所形成的岸边线。本次海岸线提取的主要方法是: 根据多年的海岸线提取方法研究与实践建立的不同类型海岸线的遥感解译标志和提取原则, 以人机交互解译为主, 根据当地潮汐特点, 与遥感影像的解译标志互相印证。

2.1.1 基岩海岸线

基岩海岸线简称岩岸, 由坚硬岩石组成。基岩海岸线常有突出的海岬, 在海岬之间, 形成深入陆地的海湾。岬湾相间, 绵延不绝, 海岸线十分曲折。在影像中, 基岩海岸线的位置应在明显的水陆分界线上。破波带呈亮白色。礁石、破波带以及养殖区等位于海岸线的向海一侧; 植被、裸岩和建筑物等应位于海岸线向陆一侧。进行解译时, 直接提取低山丘陵的水边线之上、白色边界的上缘(图1)。

图1

Fig.1

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	图1 基岩海岸线的解译标志及提取原则Fig.1 Interpretation keys and extraction technique of rocky coast

2.1.2 沙砾质海岸线

沙砾质海岸线是由砾石(粒径大于2 mm)或沙(粒径0.2~2 mm)所组成的海岸。主要分布在一些负山地区或丘陵的狭窄平原地区, 其潮滩倾斜平缓, 植被分布线明显。影像上多表现为高潮带的漂浮物堆积区上部界线, 往往有贝壳、垃圾等。在遥感影像上, 沙砾质海岸线呈现明亮、光洁的白、浅色调, 当沙的湿度增大或植物碎屑增多时, 颜色向黄或浅肉红色过渡, 植被分布的绿色色调线状影像特征明显。砾石海岸周围由大小不同的石块组成, 受海水冲刷作用石块较为圆滑, 受海水作用的石块颜色发暗。在进行解译工作时, 可以将白色影像向岸一侧外边缘、绿色植被影像向海一侧外边缘, 在遥感影像中, 沙砾质海岸线的位置应取在滩脊痕迹线上限处或应位于陡崖基部与沙滩的交线上(图2)。

图2

Fig.2

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	图2 沙砾质海岸线的解译标志及提取原则Fig.2 Interpretation keys and extraction technique of gravel coast

2.1.3 淤泥质海岸线

淤泥质海岸线是由淤泥或杂以粉沙的淤泥(主要是指粒径)组成, 多分布在输入细颗粒泥沙的大河入海口沿岸。主要由潮汐作用形成, 受上冲流的影响, 滩面坡度平缓, 滩面宽度可达数km, 甚至更宽。在遥感影像上, 呈现光洁、细腻的蓝绿色色调, 有树枝状、平行状潮沟的暗色色调, 垅状沙岗的浅色色调特征。由于泥质容易受到海水侵蚀, 将高潮线定为陆上植被与水域滩涂的分界线, 可认为侵蚀已处于动态平衡。在进行解译工作时, 一般情况下往陆上修正。在影像中, 植被茂盛与稀疏程度明显差异处为淤泥质海岸线所在位置, 即淤泥质绿色色调的向岸一侧(图3)。

图3

Fig.3

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	图3 淤泥质海岸线的解译标志及提取原则Fig.3 Interpretation keys and extraction technique of muddy coast

2.1.4 生物海岸线(主要提取红树林)

生物海岸线一般分为红树林海岸线、珊瑚礁海岸线和芦苇海岸线。其中, 红树林以红树科植物为主, 多分布在河口附近潮滩、水陆交界处, 具有向海延伸的能力。本文只提取红树林海岸线(图4)。

图4

Fig.4

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	图4 生物海岸线的解译标志及提取原则Fig.4 Interpretation keys and extraction technique of biogenic coast

在遥感影像上, 红树林为绿色, 颜色较深, 纹理较清晰, 有颗粒感。红树林生长在潮滩或海岸沼泽区, 平均大潮高潮淹没潮滩及沼泽区, 红树林内边界即为高潮线位置。在进行解译工作时, 红树林生物海岸线的位置确定在红树林内边界上(向陆一侧), 海岸线以下为红树林, 以上为养殖区和陆地植被等。

2.1.5 人工海岸线

人工海岸线即改变原有自然状态完全由人工建设的海岸线, 在自然景观上表现为盐田、海水养殖场和海港码头等修筑的护岸堤坝。在遥感影像上, 盐田、养殖场或码头表现为平直的浅色线状影像特征, 村庄的外缘线呈参差不齐的斑块连接线; 防潮堤和防波堤等建筑物在影像上一般亮度较高, 呈白色, 狭长延伸分布, 纹理平滑; 堤外为淤泥质滩涂, 颜色灰暗, 比裸地略淡。人工海岸线位置确定在建筑物的外缘。进行解译时, 可以将线状影像的向海一侧作为人工海岸线(图5)。

图5

Fig.5

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	图5 人工海岸线的解译标志及提取原则Fig.5 Interpretation keys and extraction technique of artificial coast

调查区海岸线涵盖基岩海岸、沙砾质海岸、淤泥质海岸、生物海岸(主要为红树林)和人工海岸等类型^{[1, 17, 18, 19, 20, 21, 22]}。海岸线分为岛屿和大陆海岸线2种。

海岸线系数是用来表示陆域地区海洋资源丰富程度的一个指数, 其计算方法是以海岸线长度除以陆域面积。系数越高, 意味着单位陆域面积所面临的海水面积越大, 所具有的海洋资源越丰富。2015年广东省海岸线总长度为5 920.03 km, 广东省陆域面积为1 797.57 km², 广东省的海岸线系数为0.032 933 5。

3.1 大陆海岸线现状遥感调查

2015年广东省大陆海岸线类型及长度统计如图6所示, 图中长度单位为km。

图6

Fig.6

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	图6 2015年广东省大陆海岸线类型及长度统计Fig.6 Statistics of the length of mainland coastlines in Guangdong Province in 2015

从图6可知, 2015年广东省大陆海岸线总长度为3 829.92 km; 基岩海岸线长度为560.75 km; 沙砾质海岸线长度为583.61 km; 淤泥质海岸线长度为275.18 km; 生物海岸线长度为328.29 km; 人工海岸线长度为2 082.09 km。总体来看, 广东省人工海岸线占大陆岸线总长度的54.36%, 占比最大; 沙砾质海岸占大陆岸线总长度的15.24%; 基岩海岸占大陆岸线总长度的14.64%; 生物海岸占大陆海岸线总长度的8.57%; 淤泥质海岸占大陆岸线总长度的7.19%。2015年广东省各市大陆海岸线的类型与长度统计如表1所示。

表1

Tab.1

表1(Tab.1)

表1 2015年广东省各市大陆海岸线的类型与长度统计 Tab.1 Statistics of the length of mainland coastlines in cities of Guangdong Province in 2015 城市 基岩海岸/km 沙砾质海岸/km 淤泥质海岸/km 生物海岸/km 人工海岸/km 海岸线系数 珠海市 58.15 18.43 — 3.37 203.58 0.166 684 3 广州市 39.64 7.24 — 3.49 146.14 0.026 432 5 江门市 114.04 10.69 0.89 6.75 143.41 0.029 014 2 茂名市 6.79 35.44 24.49 10.60 121.28 0.017 379 9 东莞市 7.41 — — 16.88 94.26 0.047 193 5 深圳市 82.84 40.75 — 28.36 164.24 0.158 344 4 阳江市 53.03 49.35 2.66 73.81 107.63 0.035 786 7 湛江市 1.68 72.20 224.32 185.03 608.38 0.093 355 9 揭阳市 2.17 49.27 — — 28.65 0.015 284 4 中山市 0.66 — 7.10 — 47.93 0.031 222 1 潮州市 21.58 12.00 — — 50.73 0.022 916 6 惠州市 71.63 78.88 2.56 — 112.86 0.022 927 0 汕头市 38.37 42.49 2.43 — 116.87 0.096 976 7 汕尾市 62.77 166.87 10.73 — 136.13 0.071 428 6

表1 2015年广东省各市大陆海岸线的类型与长度统计 Tab.1 Statistics of the length of mainland coastlines in cities of Guangdong Province in 2015

由表1可知, 广东省海岸线主要分布在潮州、东莞、广州、惠州、江门、揭阳、茂名、汕头、汕尾、深圳、阳江、湛江、中山和珠海等城市的41个县区内。其中雷州、徐闻和台山3个县区的海岸线总长度最长, 分别为338.56 km, 324.83 km和234.02 km。人工海岸线最长的是湛江、珠海和深圳, 长度分别为608.38 km, 203.58 km和164.24 km。生物海岸线仅分布在珠海、广州、江门、茂名、东莞、深圳、阳江和湛江等城市。湛江、阳江和深圳的生物海岸线长度最长, 分别为185.03 km, 73.81 km和28.36 km。

珠海、深圳、汕头、湛江和汕尾的海岸线系数最高。其中, 珠海和深圳以人工海岸和基岩海岸居多; 港口、房地产和旅游业等的开发促进了人工海岸的增长, 而大量基岩海岸的存在意味着海洋资源开发仍有可观的未来。湛江除大量的人工海岸外, 还有面积较大的淤泥质海岸和生物海岸, 海洋渔业和旅游资源开发仍存在潜力。而汕尾则以沙砾质海岸为主, 其滨海的旅游、房地产业前景巨大。广州、江门、茂名、揭阳、潮州和惠州等的海岸线系数低于全省平均水平, 相关海洋资源开发活动也存在提升空间。

3.2 海岸线(含水深15 m以浅的岛屿)现状遥感调查

2015年广东省海岸线(含水深15 m以浅的岛屿)类型及长度统计如图7所示, 图中海岸长度单位为km。

图7

Fig.7

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	图7 2015年广东省海岸线(含水深15 m以浅的岛屿)类型及长度统计Fig.7 Statistics of the length of coastlines (including island coasts depth less than 15 m) in Guangdong Province in 2015

从图7中可知, 2015年广东省海岸线(含水深15 m以浅的岛屿)总长度为5 920.03 km。总体来看, 广东省人工海岸线占海岸线总长度的44.97%, 自然岸线仅占55.03%。生物海岸线占海岸线总长度的9.28%。

结合以往的研究资料可知, 广东省大陆海岸线自20世纪70年代以来总体上呈现出人工岸线逐年增加, 自然岸线逐年缩短的趋势。多年来筑堤围垸、围海造地和修建机场码头等人类经济-工程活动的影响, 使得全省海岸线多为向外推进, 且海岸线变化显著区主要分布在浅滩淤积的围垦区。这些人类活动使得海岸带的自然和生态环境受到了严重影响, 必须引起政府有关部门的重视, 综合多方面资料和数据, 建立科学的评估体系和模型, 利用建立的一系列生态-经济模型来评估填海造地生态损害的价值, 同时还要建立填海造地海域作为生产要素的价值评估模型, 最后利用所建立的方法及模型对广东省尤其是珠江口、黄茅海、湛江东海岛、流沙湾及一些人类活动频繁的淤泥海湾进行评估, 并建立广东省围海造地海域使用金的征收标准^[7]。

人工海岸线的建设是“ 一柄双刃剑” , 一方面标志着人类改造自然、征服自然的能力, 另一方面也不可避免地破坏、损毁了数万a来自然形成的生态环境, 使海岸生态系统严重失衡, 海岸地区的红树林生态系统就是一个典型的例子。应加强人工海岸线的监测, 研究因人工海岸而变化的海岸带生态环境、地质环境变迁规律, 防微杜渐, 并为后续工程提供经验。应关注人工海岸线建设对自然海岸线的影响, 提高相关海岸带防护工程的针对性、海洋资源开发的合理性, 实现人与自然的和谐发展。

目前, 广东省尤其是珠三角地区又兴起新一轮的填海造地热潮, 沿海各地围海、填海活动更是呈现出速度快、面积大、范围广的发展态势。围海造地在带来经济效益的同时, 也带来海岸线的急剧缩短, 海岸生态系统退化, 重要渔业资源衰退, 海岸防灾减灾能力降低等一系列严重问题, 对海洋生态环境和海洋的可持续发展产生严重影响。在人类活动对自然和生态环境影响严重的区域, 应该定期开展监测, 以0.5~1 a为周期, 及时掌握最新变化数据, 为后期的科学评估与规划提供数据支持。

通过对2015年遥感图像的解译与野外调查验证, 红树林分布统计结果如图8所示。广东省红树林总面积为12 586.56 hm²。主要分布在潮州、汕头、惠州、深圳、东莞、广州、中山、珠海、江门、阳江、茂名和湛江。 其中麻章区、廉江、雷州和台山的红树林面积排前4位, 分别为1 937.34 hm², 1 563.38 hm², 1 525.37 hm²和1 025 hm²。

图8

Fig.8

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	图8 广东省2015年红树林分布遥感解译统计Fig.8 Statistics of the area of the mangrove wetlands in Guangdong Province in 2015

随着围海养殖、海洋捕捞和路桥工程建设也使得该区的红树林资源遭到破坏。2003年至今, 保护红树林资源受到重视, 全省现有国家级自然保护区2个, 分别是深圳福田保护区和湛江保护区; 省级自然保护区1个, 为珠海淇澳保护区。红树林的面积自20世纪70年代以来呈现出先下降后上升的趋势。目前, 仅在深圳、湛江和珠海设有保护区, 应加强区域红树林湿地的保护。在统一规划的基础上, 做到“ 在保护中开发, 在开发中保护” 。

本文采用3S技术, 以2015年第2次全国土地调查所用的遥感图像为主要数据源, 在总结并制定不同类型海岸线、红树林生物海滩的遥感解译标志和提取原则等工作基础上, 基本查明了2015年广东省海岸线与红树林分布现状。

1)2015年广东省海岸线(含水深15 m以浅的岛屿)总长度为5 920.03 km, 广东省陆域面积为1 797.57 hm², 广东省的海岸线系数为0.032 933 5。2015年广东省大陆海岸线总长度为3 829.92 km, 广东省人工海岸线、沙砾质海岸线、基岩海岸线、生物海岸线和淤泥质海岸线分别占大陆海岸线总长度的54.36%, 15.24%, 14.64%, 8.57%和7.19%。海岸线长度的确定对于加强海洋综合管理、进行海洋经济活动和发展海岸带有重大作用。基岩海岸线越长, 则海湾就越多, 深港、良港就越多; 生物海岸线(包括红树林岸线和珊瑚礁岸线)是旅游资源的重要组成部分, 该类型长度越长, 则旅游资源越丰富; 沙砾质海岸线长度决定了沙滩的丰富程度, 一定程度上决定了滨海旅游、房地产业的可开发量, 还和砂质矿产密切相关, 蕴藏了丰富的石英砂、锆钛矿等; 淤泥质海岸线则可用于水产养殖, 其长度对发展海洋渔业有重大作用。

2)广东省的海洋资源开发仍存在巨大的潜力, 建议统一规划, 因地制宜、因城施策, 做好广东省海洋资源开发的协调工作。珠海、深圳的码头港口和房地产、旅游业等的开发促进了人工海岸线的增长, 而其大量基岩海岸线的存在意味着海洋资源开发仍有可观的未来。湛江除大量的人工海岸线外, 还有面积较大的淤泥质海岸线和生物海岸线, 海洋渔业和旅游资源开发潜力较大。而汕尾则以沙砾质海岸线为主, 其滨海的旅游、房地产业前景巨大。广州、江门、茂名、揭阳、潮州和惠州等城市的海岸线系数低于全省平均水平, 相关的海洋资源开发活动也存在提升的空间。在人类活动对自然和生态环境影响严重的区域, 应该定期开展监测, 以0.5~1 a为周期, 及时掌握最新变化数据, 为后期科学评估与规划提供数据支持。

3)2015年广东省红树林主要分布在潮州、汕头、惠州、深圳、东莞、广州、中山、珠海、江门、阳江、茂名和湛江等城市。对重点区域应进行定期监测, 科学评估, 合理布局, 尽快制定海岸线与红树林利用和保护规划通过对海岸线的有效管理, 合理利用海岸线, 并使其发挥最大的社会经济效益, 对于当前面临经济结构调整和产业结构升级的广东省来说, 具有重要的现实意义。

志谢: 本文是南部沿海地区自然资源遥感综合调查(广东区)子项目的部分成果, 在工作过程中得到了方洪宾、聂洪峰、杨金中、孙永军、范景辉、邢宇、邵日涛、关刚、杨晶晶、王徐凡、张涛、张春虎和王珊珊等多位同志的帮助, 在此谨表谢忱。