陈玮彤,张 东,2*,李弘毅,韩 飞

(1.南京师范大学地理科学学院,江苏南京210023;

2.江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,江苏南京210023)

辐射沙洲陆岸岸段围填海强度与潜力定量评价

陈玮彤1,张 东1,2*,李弘毅1,韩 飞1

(1.南京师范大学地理科学学院,江苏南京210023;

2.江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心,江苏南京210023)

利用2007-2014年辐射沙洲的遥感影像获取陆岸岸段的围填海用海面积信息,结合淤泥质潮滩围填海强度与潜力定量评价模型,对辐射沙洲陆岸及其各分岸段进行了围填海开发状况评价及开发潜力预测。结果表明:在5级为上限的强度评价体系下,在2007—2014年间辐射沙洲陆岸岸段总体,围填海开发强度等级由1级进入3级,开发强度由32.8 hm2/km上升至147.87 hm2/km,围填海压力中等,对岸段的后续开发有一定影响。其各分岸段开发强度差异较大,2014年各分岸段:射阳河口至梁垛河闸岸段开发强度为2级,处于可持续发展状态;梁垛河闸至新北凌口岸段及东灶港至蒿枝港岸段开发强度为4级,开发压力较大,预测可供开发年限仅为1～2 a;新北凌口至东灶港岸段开发强度为3级,预测可供开发年限为8 a。该结论可为合理规划淤泥质海岸围填海工程进度与规模,维护海岸带资源环境可持续利用提供参考。

辐射沙洲;围填海;强度;潜力;定量评价

二十世纪中期以来,世界海洋经济发展迅猛,土地资源需求量大,沿海各国开展围填海建设、利用围填海拓展土地资源的趋势越来越明显。以区域建设用海和区域农业围垦用海为主的海岸带空间资源开发对海洋能源、交通、工业、农业、渔业、海水养殖业等行业的快速发展起到了非常大的促进作用,因此围填海作为近岸海域的一种热点用海方式,为沿海地区缓解土地供求矛盾、扩大社会生存和发展空间提供了重要的解决方案[1]。

江苏省发育有中国最宽大的粉砂淤泥质潮滩,以辐射沙洲陆岸岸段为代表的岸滩淤长明显,这些广阔的滩涂资源为江苏海洋经济的高速发展起到了重要保障[2]。如果采取正确的风险管理方式,注重海岸带生态养护和修复,江苏海岸可以继续进行一定程度的开发[3]。然而近年来大量的围填海开发活动占用和损耗了极大的海岸带资源[4-6],随着时间的推移,围填海开发造成的海洋环境和生态系统破坏等问题开始凸显[7],并对海洋资源的健康、可持续发展利用带来严峻挑战[8-9]。

因此,开展江苏淤泥质海岸海域围填海承载力和围填海潜力进行科学评估,并以此为基础,建立科学有效的围填海计划管理制度与体系,合理控制围填海规模,促进海岸空间资源的健康可持续利用迫在眉睫。

1 研究区概况

辐射沙洲区域包括向陆域一侧的岸段及岸外辐射沙脊群,由于围填海工程多布局于陆岸岸段一侧。因此,选择江苏中部具代表性的淤长型辐射沙洲陆岸岸段作为主要研究区(图1)。其中,陆岸岸段滩涂资源的范围为从海岸线至辐射沙洲外部最大围填规模控制线[10]。

(陈 靖 编辑)

研究区范围从盐城射阳河口南岸起一直延伸到南通启东蒿枝港。根据海岸的侵蚀和淤积状况,可以将研究区岸段划分为3种类型:射阳河口至梁垛河闸、新北凌口-东灶港为淤积岸段,其受岸外辐射沙洲的掩护而处于风浪相对较小的淤积环境[11];梁垛河闸至新北凌口为强淤积岸段,其处于潮流系统的波腹点[12],因此淤长速率较大;东灶港至蒿枝港之间为侵蚀岸段,由于长江口的南移其北部海湾河口逐渐被侵蚀,目前海滩的下蚀仍在继续[13-14]。

研究区中包括了盐城国家级珍禽自然保护区的范围,其中保护区的核心区位于盐城市新洋港至斗龙港之间,严禁任何形式的人类开发改造活动。

图1 研究区概况Fig.1 Sketch map of the study area

2 数据与方法

2.1 数据收集与处理

2.1.1 岸线长度及岸滩冲淤速率

基于河口、港口我们将研究区细分为一系列的分岸段,各分岸段的岸外资源条件、冲淤情况存在差异。以我国近海海洋综合调查与评价专项获取的实测岸线为基准岸线,以实测岸线的测量年份(2006年)为基准年,岸线岸滩基本情况如表1所示[11,14]。其中平均淤长速率是指潮滩的自然淤积速率。

表1 辐射沙洲陆岸岸段基本情况Table 1 General information ofthe onshore coast of Radial Sandbank

2.1.2 围填海开发状况

根据2007-2014年间研究区历年的Landsat-TM/ETM+遥感影像(表2)分析围填海开发现状。所有影像统一校正到WGS84坐标系,UTM51N投影带,几何校正工作使用ENVI5.1进行处理,控制点误差控制在0.5个像元精度内。依据围填海工程特有的形状、纹理及光谱特征,通过自动提取与结合海域管理部门的围填海宗海图进行目视解译修正的方法获得围填海用地矢量图[15]。研究区围填海逐年变化情况如图2所示。

表2 2007-2014年辐射沙洲地区遥感影像数据列表Table 2 Summary of the satellite dataused in Radial Sandbank during 2007-2014

图2 2007-2014年辐射沙洲陆岸岸段围填海开发工程分布示意图Fig.2 Sketch map of sea reclamation area in the onshore coast of Radial Sandbank during 2007—2014

2.1.3 围填控制线数据

对滩涂资源的评价参考徐敏等提出的江苏岸段适宜围填规模控制线和最大围填规模控制线[10]。这两条控制线分别对应区域内围填海开发压力很强和压力状况中等两种压力状态。其中,最大围填规模控制线是指围填海工程不会明显改变海岸整体形态,对海洋动力格局及维持周边水道稳定性的控制性动力不产生明显影响的围填外包络线;适宜围填规模控制线是指在该控制线范围内开展围填用海项目建设时海洋环境可承载、资源利用可持续并与社会经济条件相适应。

通过计算适宜围填海规模线和最大围填海规模线与基准岸线之间的包络面积,得到各岸段的适宜围填面积和最大围填面积。各岸段适宜围填面积、最大围填面积统计结果如表3所示。

表3 适宜围填面积、最大围填面积统计表Table 3 Statistical chart of the suitable and the maximum sea reclamation area

2.2 定量评价模型

利用淤泥质海岸围填海开发强度与潜力定量计算模型[15],定量计算某一分岸段的围填海强度计算公式:

式中,Ri为某一类型岸段的围填海强度(hm2/km),i分别代表淤积、侵蚀和稳定岸线类型之一;Si,j为i类型岸段的j分段岸线拥有的围填海用海总面积(hm2);n为i类型岸段的分岸段数;Li,j为i类型岸段j分段岸线在基准年的海岸线长度(km);fi为i类型岸段的资源调节系数。当对i类型岸段进行强度计算时,由于各个岸段的资源存量不同,可通过fi来进行平衡。

本文对淤泥质海岸围填海开发强度等级划分表最高等级对应的阈值进行了调整,由于辐射沙洲陆岸岸段滩涂资源存量大,整个研究区所能承受的最大围填海面积对应的强度值为342,根据计算结果并参照该岸段的围填海工程实际情况,并按照一定梯度,修正选择300为4级强度级别对应的强度上限,制定相应的等级划分表如表4所示。淤泥质海岸某一岸段的围填海潜力定量计算模型:

表4 围填海强度等级划分表Table 4 Strength grades of reclamation

式中,Pi表示i类型岸段的围填海潜力值(hm2);SⅢ,i,SⅣ,i分别表示等级划分方案中i类型岸线在3级和4级强度级别所能容纳的最大围填海面积(hm2);Mi表示i类型岸段由于淤积或侵蚀带来的围填海资源面积改变量(hm2);Vi,j表示i类型岸段j分岸段的自然平均淤长率(m·a-1);a表示年数。

3 辐射沙洲陆岸岸段围填海开发强度评价

根据历年围填海用地矢量图,基于ARCGIS自动计算获得围填海面积;通过式(1)和围填海强度等级划分表,对研究区历年围填海开发强度进行计算评级,结果如表5所示。

表5 2007-2014年辐射沙洲陆岸岸段围填海开发强度等级Table 5 Strength grades of reclamation in the onshore coast of Radial Sandbank during 2007-2014

江苏辐射沙洲陆岸岸段区域围填海强度从2007年的1级上升至2011年的3级仅用了4年时间,围填海强度增加最大的一年是2012-2013年。自2011年以来,围填海开发已进入到围填海适宜规模层级,意味着目前该区域的围填海开发应当逐步限制,适当控制围填海开发速度。2013-2014年间,由于相关部门对海岸带可持续开发的重视,围垦速度逐渐放慢,围填海活动主要在东台河口至梁垛河闸岸段。

由于围填海开发活动具有明显的地域性,不同分岸段开发情况不同,按本文中研究区的岸段划分方法,对2007-2014年3种类型共4段岸段、以及2014年各分岸段围填海情况进行评价,计算结果如图3、表6所示,2014年各分岸段开发强度等级示意图如图4所示。

图3 2007—2014年各区域围填海强度变化Fig.3 Variations of intensity value for each reclamation areas during 2007-2014

图4 2014年各分岸段围填海开发强度等级示意图Fig.4 Sketch map of strength grades of reclamation in each coastal segment in 2014

虽然研究区整体开发强度中等,但一些分岸段的开发等级已突破围填海开发的健康等级,达到4级或5级。其中,射阳河口至梁垛河闸岸段拥有宽阔的滩涂,能承受的最大围填海面积很大,但适宜围填规模相对较小,该岸段目前开发压力较小,围垦速率相对较慢,围填海强度维持在健康水平;梁垛河闸至新北凌口岸段因位于潮流沙脊群发育动力系统的波腹点,拥有相对较丰富的岸外资源,以及最好的淤积环境,但由于大规模的围填造地,在2013年开发强度就已进入4级,其分岸段梁垛河口至三仓河口更是达到5级;新北凌口至东灶港岸段岸外资源丰富,开发速率适中,各分岸段开发强度均为3级,处于适宜围填阶段;东灶港至蒿枝港由于海门市滨海新区的大规模围海开发建设,开发强度已接近5级,围填海开发压力很强。

表6 2014年各分岸段围填海开发强度评价Table 6 Reclamation intensities of each coastal segments in 2014

4 辐射沙洲陆岸岸段围填海潜力评价

4.1 围填海潜力计算

基于围填海强度计算结果,结合式(2),计算得围填海潜力值如表7所示。

表7 各分岸段围填海潜力值Table 7 Potential of reclamation in each coastal segment

4.2 围填海供应年限预测

在综合考虑了目前研究区内围填海开发项目的分布及开发增速等情况的基础上,再结合研究区域内各岸段于未来一定年限内的冲淤变化,我们对研究区内的4个区域,基于自2007年以来历年的围填海面积变化情况进行趋势模拟,较为直观的表现各岸段围填海面积随时间变化的程度,结果如图5所示。根据获得的拟合方程,在当前围填海面积基础上,以各岸段对应的潜力值消耗完为使用时间的上限,预测围填海潜力及供应年限。结果如表8所示。

射阳河口至梁垛河闸岸段因其近年来开发速率减缓,围填海面积呈对数函数增长(R2=0.928),围填海开发处于可持续发展状态;梁垛河闸至新北凌闸岸段围填海开发强度较大,围填海面积呈指数增长(R2= 0.971 8),当前的开发潜力已经很小,应暂时停止继续围垦;新北凌口至东灶港岸段岸外资源存量较多,每年仍在不断淤长,围填海面积呈线性增长(R2=0.944 1),适宜继续开发,但开发的过程中仍需要注重围填海域的节约利用;东灶港至蒿枝港岸段处于冲刷环境,加上近年来的大规模围垦,围填海面积呈指数增长(R2= 0.891 5),围填海资源即将消耗殆尽,建议保持现状,不宜进一步开发。

图5 分岸段围填面积年际变化拟合趋势图Fig.5 Fitting trend analysis plots of reclamation area for each coastal segment

表8 分岸段围填海潜力及供应年限预测计算结果Table 8 Potential and prediction of service life for each coastal segments

5 结 论

本研究通过对辐射沙洲陆岸岸段的围填海强度及潜力计算,进行围填海活动的监测与评价。整个辐射沙洲陆岸在2007-2014年围填海活动持续进行,围填海强度增加很快,虽然整个研究区围填海压力中等,但不同区域的围填海压力情况差异明显。其中,射阳河口至梁垛河闸淤积岸段滩涂平直宽阔,围填海开发速率相对较缓,围填海开发压力较小,具有一定的开发潜力;梁垛河闸至新北凌口强淤积岸段虽拥有丰富的滩涂资源,以及较好的岸外淤泥环境,但由于围垦速率较快,围填海强度很大,若按当前围垦速度继续开发,2 a内围填海潜力将消耗殆尽,其梁垛河闸至三仓河口分岸段由于条子泥的大面积围填工程,开发潜力已经很低,不宜再布局新的围填海工程;新北凌口至东灶港淤积岸段岸外资源条件比较优越,围填海潜力相对丰富,适宜继续开发,开发过程中仍需注意围填海资源的集约利用;东灶港至蒿枝港侵蚀岸段于2013年围填海强度就已接近5级,围填海潜力已经很低,监测中发现,该岸段2014年围填海活动开始停止,避免对区域内海岸和近岸的海洋资源造成严重影响,建议保持现状。该结论与辐射沙洲陆岸当前围填海开发状况相近,潜力预测结果为今后的围填海开发提供参考。

致谢:USGS提供免费的Landsat系列卫星数据;徐敏提供围填控制线数据。

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Quantitative Assessment of Reclamation Intensity and Development Potential in the Onshore Coast of Radial Sandbank

CHEN Wei-tong1,ZHANG Dong1,2,LI Hong-yi1,HAN Fei1
(1.Department of Geography,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China; 2.Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023,China)

Based on the quantitative assessment model of reclamation intensity and development potential for muddy coast,and remote sensing images collected during 2007—2014,this study evaluated the development status and development potential of reclamationin the onshore coast of Radial Sandbank and its each coastal segment.Results showed that under five-grade strength evaluation systems,reclamation intensity level for the on shore coast of Radial Sandbank varies from grade no.1 to no.3 during 2007—2014,and development intensity increases from 32.8 hm2/km to 147.87 hm2/km,implying that the pressure of reclamation is moderate and have slight influence on subsequent development of the coast.The development intensity of the each coast was relatively large in 2014.Reclamation intensity level for Sheyang Estuary to Liangduo Sluice deposited coast was in grade no.2,and the region was in a less pressure of reclamation and a state of sustainable development.Reclamation intensity level for Liangduo Sluice to Xinbeilingkou strong deposited coast and Dongzaogang to Haozhigang erosive coast was in grade no.5,and these regions were in a strong pressure of reclamation and had 1～2 years of development potential.Reclamation intensity level for Xinbeilingkou to Dongzaogang deposited coast was in grade no.3 and the region was in a moderatepressure of reclamation and remained 8 years of development potential.Thus,this study provides a reference forreasonable planning the progress and scale of reclamation projects and the sustainable utilization of coastal resources in muddy coast in the near future.

Radial Sandbank;reclamation;intensity;potential;quantitative assessment

March 14,2016

P748

A

1671-6647(2017)02-0295-10

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.02.014

2016-03-14

国家海洋局海域管理技术重点实验室开放基金项目——淤泥质海岸围填海强度与潜力定量评价方法研究(201406);国家自然科学基金项目——淤泥质潮滩高程的遥感监测机理与方法研究(41401371);江苏高校优势学科建设工程资助项目(164320H116)

陈玮彤(1992-),男,江苏靖江人,硕士研究生,主要从事海岸带资源开发利用研究.E-mail:chenweitong_em@163.com

*通讯作者:张 东(1975-),男,江苏南通人,副教授,博士,主要从事海洋信息技术与海岸带资源开发管理方面研究. E-mail:zhangdong@njnu.edu.cn