柏叶辉，李向新，钟舒怡



深圳市1988-2018年海岸线时空演变分析

柏叶辉，李向新，钟舒怡

（昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650000）

以深圳为研究区域并对其进行岸滩分区，利用1988年、1998年、2008年和2018年四个时相的TM和OLI卫星影像数据，利用面向对象的方法提取各期海岸线，系统分析海岸线时空演化特征和岸线开发利用格局变化。结果表明：研究时段内，深圳市海岸线长度先增长后缩短，海岸线的整体变化强度为0.39%，西部地区海岸线变化强度要明显大于东部地区。大量的自然岸线转变为平直的人工岸线，人工岸线在逐年增加，自然岸线在不断缩减，深圳湾岸段现已基本都已变为人工岸线。与此同时，海岸线的开发强度持续增长，且表现出不断的上升趋势，由1988年的0.32变为2018年的0.53，深圳湾和珠江口岸段开发强度明显高于大鹏湾和大亚湾岸段。

海岸线；时空演变；遥感；大数据分析

0 引言

海岸带地区是海洋系统与陆地系统之间相互作用形成的独特生态过渡带[1]，其生态环境极其敏感、脆弱，易受到自然变化与人类活动的影响[2,3]。海岸线不仅标识了沿海地区的水陆分界线，而且蕴含着丰富的环境信息，其变化直接影响潮间带滩涂资源量及海岸带环境，将引起海岸带多重资源与生态环境过程的改变，影响沿海人民的生存发展[4]。在自然因素和人类活动的影响下，海岸线处于不断的变化中[5]，这种变化既是海岸对各种动力作用的响应，也是海岸环境演变的直接体现[6]。因此，快速准确地监测海岸线变化，从而为决策部门提供科学的、有效的信息[7,8]，对进行海岸资源开发利用和海洋环境灾害预防与评估等都具有十分重要的意义[9,10]。

伴随着大数据时代的来临，包括大数据分析在内的大数据理念和方法应用于诸多方面[11-14]，遥感大数据拥有时空、光谱、分辨率等数据特征和浏览、显示、存取等应用特点[15]，对于多时相数据分析具有明显的优势。遥感技术拥有强大的获取数据的能力，在海岸线调查中具有明显的优势[5]，通过对遥感影像的解译成为海岸线提取的新手段[16,17]。面向对象法是一种兴新的遥感图像解译方法，该方法通过对影像的分割，使同质像元组成大小不同的对象，从而实现较高层次的遥感图像分类和目标地物提 取[18]。本文以深圳市海岸带为研究区域，并进行岸滩分区，采用LandsatTM/OLI影像为数据源，采用面向对象的方法，建立分类规则集提取海岸线，系统的分析了海岸线动态演变特征，包括海岸线长度和海岸类型的变化，以及对各海岸开发利用强度进行评价并探讨其原因，以期为深圳市海洋的可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

深圳市（22°27′―22°52′N，113°46′―114°37′E）是中国南部滨海城市，位于广东省东南部，西临珠江口，东濒大亚湾和大鹏湾，南接香港新界，北靠东莞和惠州两市。地貌类型多样，地势东南高、西北低，海岸类型丰富，其海岸带被九龙半岛分割为东、西两部分，东部大鹏湾、大亚湾岸线曲折多为基岩质和沙砾质，西部深圳湾和珠江口主要为淤泥质和人类围垦修筑岸线。海岸地貌类型的多样化，使得海岸带开发呈现多元化的特征。本文参考了各国开展海岸带调查时常用的海岸线向陆延伸10 KM的空间范围作为海岸带调查范围，将深圳市行政界线海域一侧界限为基准向内陆一侧10 KM缓冲区作为研究区（图1）。由于研究内容的需要，本文将根据地貌的差异对研究区域进行岸滩分区，分为深圳湾、大鹏湾、大亚湾、珠江口四个研究单元。

1.2 研究数据来源

本文研究采用的主要数据源包括30m空间分辨率的1988、1998、2008年的Landsat TM卫星影像和2018年的Landsat OLI卫星影像，共四期12景；深圳市地形图及相关资料。针对四期影像数据，利用ENVI软件对其进行了预处理，包括几何校正、影像融合以及影像增强等，分别求得各自的缓冲区覆盖范围。

图1 研究区范围

1.3 海岸线提取

鉴于Landsat卫星影像过境为当地时间上午10点左右，研究区潮位较高，卫星影像可用于提取海岸线。本研究针对不同类型的岸段分别提取，在连接各研究单元内的提取结果。参照马小峰[19]，孙伟福[20]，孙美仙[7]等人提出的海岸线提取方法，对于基岩和人工海岸，根据其对光谱的高反射特性，选择灰度值区分海陆，其边界作为岸线；沙质海岸提取滩脊痕迹线上限；对于淤泥质岸线，利用NDVI区分湿生植被与滩涂，靠陆一侧分界线作为岸线。所有岸线都是利用eCognition 软件根据不同地物在影像上表现出不同的光谱，形状和纹理特征来提取出来的，同时结合Googel Earth高清影像对所有提取结果进行人工目视解译并修正。最终分出四期海岸线。

1.4 岸线长度变化强度

为了更客观的的对比各研究单元不同时段海岸线长度变化的时空差异，再此采用某一时段内某一研究单元海岸线长度的年均变化百分比来表示其海岸线的变化强度[10]。

1.5 岸线开发利用强度

岸线开发利用强度是定量表征不同的海岸类型对海岸带资源的影响强弱的量，能够更好的了解其空间分布规律，挖掘海岸线资源的开发利用潜力，有助于海岸带资源的可持续开发利用[21]。具体公式如下：

表1 各类型岸线的资源环境影响因子

Tab.1 Resources and environment impact factor of all kinds of the shoreline

2 研究结果与讨论

2.1 岸线时空演化特征

2.1.1 岸线长度演变特征

根据遥感监测提取的海岸线成果显示（图2），1988年至2018年间，深圳市海岸线发生较大的变化，且不断的向海推进，深圳市西部地区海岸线变化在范围和程度上都大于东部地区，特别是西部的珠江口岸区和深圳湾岸区变化最为明显，东部的大鹏湾和大亚湾仅部分岸段发生明显变化。

图2 1988-2018年深圳市海岸线动态变化

不同岸段的长度及变化也有显著地差别。在这30年间，深圳市海岸线由213.70 km变为了239.02 km，增长了25.32 km。其中，珠江口岸区增长了18.1km，深圳湾岸区增长了0.99 km，大鹏湾岸区增长了7.74 km，大亚湾岸区减少了1.51 km。深圳市1998年较1988年增长了17.78 km，平均速度1.79 km/a，此阶段岸线增长速度最快；2008年较1998年增长了14.18 km，平均速度1.42 km/a；2018年较2008年减少了6.64 km，平均速度0.66 km/a。

1988至2018年深圳市四个岸段海岸线长度一直保持大亚湾岸段>大鹏湾岸段>珠江口岸段>深圳湾岸段的分布格局。其主要原因是各岸段的地理位置差异所导致的海岸线长度有差异，因此，可以采用1988-1998年、1998-2008年、2008-2018年、1988-2018年三个时段和大亚湾岸段、大鹏湾岸段、珠江口岸段、深圳湾岸段四个研究单元海岸线长度的年均变化百分比来表示其海岸线的变化强度（图3）。

图3 1988-2018年深圳市各岸滩海岸线变化强度

1988-2018年研究区整体海岸线的变化强度为0.39%，从时间序列上看，1988-1998年是研究去海岸线长度变化强度最大的时期，海岸线变化强度为0.83%；其次为1998-2008年，海岸线变化强度为0.61%；2008年后海岸线进入快速减少时期，2008-2018年海岸线开始缩减，其变化强度为-0.27%。从研究单元看，1988-2018年珠江口岸段海岸线的长度变化最为剧烈，海岸线变化强度为1.36%；其次是大鹏湾，为0.43%；再次是深圳湾和大亚湾，海岸线变化强度分别为0.12%和-0.06%。

对于西部地区，1998-2008年是珠江口岸段海岸线变化最为激烈的一个时期，变化强度为2.01%；其次为1988-1998年，海岸线变化强度为1.53%；2008-2018年，海岸线变化强度最小，为0.17%。 1988-1998年是深圳湾岸段海岸线变化最为明显的一个时期，变化强度为0.65%，其次为1998-2008年，海岸线变化强度为-0.36%，2008-2018年，海岸线变化强度最小，为0.09%。总体而言，西部地区海岸线变化强度较大，主要原因是珠江口区域，有大量的泥沙不断淤积使滩涂向海推进[22]，岸线平直，岸线平缓，是滩涂围垦的主要区域。深圳湾是一个半封闭型的浅水海湾，主要为淤泥质岸线，是填海造陆的主要区域。

对于东部地区，1988-1998年是大鹏湾岸段海岸线变化最强的一个时期，变化强度为1.39%；其次为2008-2018年，变化强度为-0.44%；变化最小为1998-2008年，变化强度为0.39%。2008-2018年是大亚湾岸线海岸线变化最为明显的一年，变化强度为-0.57%；其次为1998-2008年，变化强度为0.29%；变化最小的为1988-1998年，变化强度为0.11%。总体而言，东部地区海岸线变化强度没有西部大，主要原因大鹏湾和大亚湾岸段主要为基岩岸线，只有部分区域建设码头和网箱养殖，岸线小幅延伸，海岸线由于人为建设裁弯取直。

2.1.2 各类型岸线变化特征

根据遥感影像特点，将1988、1998、2008、2018年各时期的海岸线分为自然岸线和人工岸线，其中自然岸线分为生物岸线、基岩岸线、沙质岸线、淤泥质岸线，人工岸线包括建设围堤岸线、养殖围垦岸线、农业围垦岸线。由于人类对岸线的围垦开发，近30年来，深圳市海岸带的自然岸线呈现出不断缩短的趋势，而人工岸线不断的增加。1988年，深圳市人工岸线长度为83.98 km，占总岸线的37%，经过30年的城市发展，截止到2018年，人工岸线长度已达135.6 km，占总岸线的57%，比例上升了20%。与之相反的是，深圳市自然岸线在不断的减少，且减少速度也逐渐变缓，1988-1998阶段速度为-2.62 km/a，为30年中减少最快的阶段；1998-2008阶段速度为-1.24 km/a，2008-2018阶段速度为-0.32 km/a。

具体各类型岸线的变化见图4。从图看出，自然岸线中，基岩岸线呈现出逐年下降的趋势，更多的基岩海岸被开发用来建设城市住宅用地和城市工业用地等，30年间，基岩海岸共减少了19.39 km，减少速度达到了0.65 km/a。沙质海岸岸线的长度在先减少后增加后，最终2018年与1988年基本一致，这是由于随着旅游业的不断发展，岸线受到了更多的保护和利用，减少沙粒被海浪冲蚀的现象。淤泥质海岸呈现出逐年减少的趋势，这主要是由于更多的淤泥质海岸被人为围垦开发，转化为建设围堤岸线、养殖基地或农田。

图4 1988-2018年深圳市各类型岸线长度变化

人工岸线中，农业围垦岸线在逐年减少，由1988年的33.27 km，变为2018年的8.81 km。而建设围堤岸线却在不断增加，到2008年达到最大值，且2018年和2008年基本持平。说明随着工业、旅游业及海上贸易的发展，人类对土地的需求量不断的增加，越来越多的农业用地被用来发展工业。养殖围垦岸线从1998年后基本维持不变。

2.2 岸线开发强度评价

依据岸线开发利用强度公式计算出深圳市海岸线开发强度（图5），在过去的30年里，深圳市海岸线的开发强度持续增长，且表现出不断的上升趋势，由1988年的0.32提高为2018年的0.53，这表明人类对岸线资源的开发利用越来越迫切。各岸段的岸线开发利用强度也存在显著的差异，具体来说，深圳湾岸段开发强度一直很高，珠江口岸段开发强度紧随其后，但最近几年超越了深圳湾岸段，大鹏湾和大亚湾岸段岸线开发强度都较低，但随着时间的变化，也呈现出不断增大的趋势。

图5 深圳市1988-2018年各岸段海岸线开发强度指数

总的来说，深圳市西部海岸的珠江口岸段和深圳湾岸段的开发利用强度要明显高于东部海岸的大鹏湾岸段和大亚湾岸段。其中岸线开发利用强度最大的为这主要因为深圳市东西部海岸线的自然条件存在明显分异，西部海岸线几乎全部为珠江河口地区的淤泥质海岸线，而东部海岸线大部分为基岩海岸和沙质海岸[23]。西部地区造地成本低，填海条件优越，现已全部被改造为生产和生活岸线，而东部地区由于岸线底质条件大部分都不适合填海，开发的较慢，现生态岸线居多，只有部分由于城市化和工业化被改造为生产和生活岸线。

3 结论

本文利用RS和GIS技术获取了1988年-2018年30年间深圳市“三湾一口”的海岸线分布情况；计算了岸线长度变化强度和岸线开发利用强度，分析了海岸线时空长度、类型变化特征以及海岸线开发利用强度。主要结论如下：

（1）1988-2008年研究区海岸线长度持续增加，2008-2018年研究区海岸长度线有所轻微减少。1988至2018年深圳市四个岸段海岸线长度一直保持大亚湾岸段>大鹏湾岸段>珠江口岸段>深圳湾岸段的分布格局。1988-2018年研究区整体海岸线的变化强度为0.39%，西部地区海岸线变化强度要明显大于东部地区海岸线变化强度，主要是人为开发原因造成的。

（2）由于人类对岸线的围垦开发，近30年来，深圳市海岸带的自然岸线在逐年缩减，而人工岸线却在逐年增加，大部分自然岸线转化为人工岸线，人工岸线中的各类别也会相互转换，但主要表现为农业围垦岸线转化为建设围堤岸线。自然岸线中，基岩岸线、淤泥质岸线呈现出逐年下降的趋势；人工岸线中，农业围垦岸线在逐年减少，而建设围堤岸线却在不断增加。但是不同的四个岸段也各自呈现出不同的变化特点。

（3）1988-2018年，深圳市海岸线的开发强度持续增长，且表现出不断的上升趋势，由1988年的0.32提高为2018年的0.53。深圳市西部海岸的珠江口岸段和深圳湾岸段的开发利用强度要明显高于东部海岸的大鹏湾岸段和大亚湾岸段，其原因与不同类型海岸的地貌环境差异密不可分。

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Dynamic Change of the Coastline in Shenzhen during 1988-2018

BAI Ye-hui, LI Xiang-xin, ZHONG Shu-yi

(Kunming University of Science and Technology, Institute of land and Resources Engineering, kunming, Yunnan, 650000)

Taking Shenzhen, a region of rapid urbanization, as the study area and dividing the shoreline into different zones, using TM and OLI satellite image data of 1988, 1998, 2008 and 2018, the shoreline of each period was extracted by object-oriented method, and the temporal and spatial evolution characteristics of the shoreline and the pattern changes of shoreline development and utilization were analyzed systematically. The results show that the coastline length of Shenzhen increases first and then decreases. The overall change intensity of the coastline is 0.39%. The change intensity of the coastline in the western region is obviously greater than that in the eastern region. A large number of natural shorelines have been transformed into flat artificial shorelines. Artificial shorelines have been increasing year by year. Natural shorelines have been shrinking. At the same time, the development intensity of the coastline continues to grow, and shows a rising trend, from 0.32 in 1988 to 0.53 in 2018. The development intensity of Shenzhen Bay and Pearl River estuary is obviously higher than that of Dapeng Bay and Daya Bay.

Coastline; Dynamic change; Remote sensing; Big data analysis

TP79

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.10.026

柏叶辉(1994-)，硕士研究生，主要研究方向为海岸带生态环境变化；李向新(1963-)，副教授，主要研究方向为3S技术集成及工程应用、GIS水文模型；钟舒怡(1993-)，硕士研究生，主要研究方向为城市扩张。

柏叶辉，李向新，钟舒怡. 深圳市1988-2018年海岸线时空演变分析[J]. 软件，2018，39（10）：133-138