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地球信息科学学报 >

2017 , Vol. 19 >Issue 10: 1336 - 1345

DOI: https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2017.01336

地球信息科学与应用技术

近40年来珠江河口区海岸线时空变化特征及驱动力分析

  • 刘旭拢 , 1, 2 ,
  • 邓孺孺 , 1, * ,
  • 许剑辉 2 ,
  • 宫清华 2
展开
  • 1. 中山大学地理科学与规划学院,广东省水环境遥感监测工程技术研究中心,广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室,广州 510275
  • 2. 广州地理研究所,广东省遥感与地理信息系统应用重点实验室,广州 51007
*通讯作者：邓孺孺（1963-）,男,教授,主要从事水环境定量遥感研究。E-mail: eesdrr@mail.sysu.edu.cn

作者简介：刘旭拢（1978-）,女,副研究员,主要从事海岸带环境遥感监测研究。E-mail:

收稿日期: 2017-05-05

  要求修回日期: 2017-07-16

  网络出版日期: 2017-10-20

基金资助

广东省水利科技创新项目（2014-13,2016-08）

广东省科技计划项目（2016A020222006、2016A020210059、2017B020216001）

广东省自然科学基金项目（S2013010013320）

收起

Spatiotemporal Evolution Characteristics of Coastlines and Driving Force Analysis of the Pearl River Estuary in the Past 40 Years

  • LIU Xulong , 1, 2 ,
  • DENG Ruru , 1, * ,
  • XU Jianhui 2 ,
  • GONG Qinghua 2
Expand
  • 1. Guangdong Engineering Research Center for Remote Sensing of Water Environment, Guangdong Key Laboratory for Urbanization and Geo-simulation, School of Geography and Planning, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China
  • 2. Key Laboratory of Guangdong Province for the Application of Remote Sensing and Geographical Information System, Guangzhou Institute of Geography, Guangzhou 510075, China
*Corresponding author: DENG Ruru, E-mail:

Received date: 2017-05-05

  Request revised date: 2017-07-16

  Online published: 2017-10-20

Copyright

《地球信息科学学报》编辑部 所有
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摘要

海岸线对海平面上升、海岸侵蚀、港湾淤积、湿地生态资源、近海海域环境等具有重要的指示作用。利用遥感和GIS技术获取了珠江河口区1973-2015年8期海岸线数据,分析了海岸线长度、类型、空间位置的时空演化特征,提出岸线利用程度指数并定量分析人类活动对岸线的影响,最后对海岸线变化驱动力进行了探讨。结果表明：① 珠江河口区海岸线长度总体持续增加,岸线变化强度具有阶段性,1990年以前变化缓慢,1990-2000年为变化高峰期,2000年后变化强度减弱;② 1973-1990年珠江河口区以自然岸线为主,之后人工岸线成为主导岸线类型,建设围堤岸线1973年占总长度的7.09%,2015年所占比例增加到46.49%,在所有岸线类型中变化最大、比例最高;③ 研究期内,珠江河口区海岸线以向海域推进为主,年均速率达到39.10 m/a,鸡啼门-虎跳门段、磨刀门-鸡啼门段和蕉门-洪奇门段为向海延伸的热点区域;④ 40年来岸线利用程度指数稳定上升,1995年前增速较快,之后相对平缓。伶仃洋东岸岸线利用程度增幅最大;⑤ 口门整治、开发建设和围海养殖等人为活动是珠江口海岸线发生变化的主要原因,自然环境条件、人口和经济的增长以及政策因素是岸线演变的重要驱动力。

关键词： 海岸线; 动态演变; 遥感监测; 人类活动; 珠江河口区

本文引用格式

刘旭拢 , 邓孺孺 , 许剑辉 , 宫清华 . 近40年来珠江河口区海岸线时空变化特征及驱动力分析[J]. 地球信息科学学报, 2017 , 19(10) : 1336 -1345 . DOI: 10.3724/SP.J.1047.2017.01336

Abstract

Coastline change detection is critical for analyzing the rise of sea levels, coastal erosion, harbor siltation, wetland ecological resources, and the offshore environment. Satellite remote sensing technology has a wide application and plays an indispensable role in coastline monitoring. The Pearl River Estuary is one of city groups with the high density population and the most developed economy in China. With the consistent increase of the reclamation and coastal zone exploitation, the coastline changes in the Pearl River Estuary are dramatic. In this paper, a set of Landsat images from 1973 to 2015 were collected to detect the coastline evolutions in the Pearl River Estuary. Firstly, the coastlines were divided into 8 categories and extracted with the aid of remote sensing and geographic information system (GIS) technologies. In addition, the spatiotemporal evolution characteristics of coastline length, categories, and spatial changes were analyzed during the study period. A coastline utilization index was proposed to determine the impact of human activities. Finally, the driving factors of coastline changes were discussed. The results are as follows: ① The total length of coastlines in the Pearl River Estuary increased by 135.46 km, which was equivalent to a growth of 3.15 km per year. The artificial coastline increased significantly, with a net increase of 315.94 km in length. The natural coastline constantly declined, with the most decrease in mud coastline. The change intensity of the coastline length showed remarkable periodicity. It was slow before 1990, peaked from 1990 to 2000, and then weakened after 2000. ② The coastline category was changed from natural coastline to artificial coastline in the study period. The natural coastline was the main coastline category before 1990, but the artificial coastline took the lead position thereafter. Among all coastline categories, the proportion of the construction coastline changed most dynamically, which increased from 7.09% in 1973 to 46.49% in 2015. ③ During the period of 1973-2015, the coastline showed a prevailing trend of advancing seaward, reaching an annual rate of 39.10 m. The seaward extension rate had significant difference in different area. The greatest extension speed appeared on the coastline between Jiti outlet and Hutiao outlet. The seaward extensions of the coastlines between Modao outlet and Jiti outlet, and between Jiao outlet and Hongqi outlet, were remarkable, too. Other regions had an advancing seaward but with a small magnitude. ④ In the past 40 years, the coastline utilization index grew stably. The growth rate increased markedly from 1973 to 1995 and changed gently after 1995. The coastline utilization index in the east coast of the Lingding Sea occupied the largest increasing extent because more and more natural coastline had been artificialized. ⑤ The coastlines in the Pearl River Estuary are affected mainly by human activities, such as outlet renovation, coastal zone construction, and sea farming. Environmental conditions, demographic and economic growth, as well as policies are important driving forces of coastline changes. This study will provide scientific support for the coastline change detection, coastal zone management and sustainable development in the coastal area.

Key words： coastline; dynamic change; remote sensing monitoring; human activities; Pearl River Estuary

1 引言

海岸带是陆地向海洋延伸的过渡地带,是人口最稠密、人类活动最频繁的区域,全球超过50%的人口和60%的GDP总量集聚在离海岸线不足100 km的区域[1]。人口的膨胀与经济发展促使海岸线不断向海洋扩张,但在全球气候变暖及海平面上升的背景下,海岸带面临侵蚀与后退的压力。这种海岸带的动态变化反映了人类活动与自然环境相互作用的结果,纳入了土地利用与覆盖变化（Land Use and Cover Change,LUCC）和海岸带陆海相互作用研究计划（Land Ocean Interactions in the Coastal Zone,LOICZ）的核心研究领域[2]。海岸线是陆地与海洋的交界线,海岸线的进退与形态变化体现了自然与人类活动共同作用的结果,不仅反映了全球环境变化下海洋与陆地综合作用的过程,同时也反映了经济社会、生态环境与政策导向之间的作用关系,对海岸带资源与环境保护具有重要的指示作用[3-4]。
近年来,海岸线演变研究引起了专家学者的广泛关注,采用遥感监测海岸线变化已成为研究热 点[5]。例如,侯西勇等[6-7]开展了中国大陆海岸线遥感提取及变化研究。部分学者以黄河三角洲、长江三角洲、辽河三角洲及渤海湾等重点地区为对象相继开展了海岸线遥感监测研究[8-11]。珠江河口区是中国人口集聚最多、综合实力最强的三大区域之一,海岸线的动态变化也一直受到各界的重视。 朱小鸽[12]基于神经网络分类方法监测1973、1992、1998年珠江口海岸线变化并计算增加的陆地面积。陈小文等[13]利用建立的珠江河口岸线图谱,研究了岸线向水域延伸的速度及速率。俞丰华等[14]根据实测资料研究了1978-2009年珠江河口岸线和河势变化特征及其演变原因。朱俊凤等[15]分析了珠江三角洲海岸线演变特点、变化趋势和原因。 张怡等[16]对比分析了2000年前后2个十年珠江口海岸线变迁情况。Li等[17]对1966-2003年珠江口地区的岸线监测后指出南沙开发区和深圳蛇口岸线变化最大。王琎等[18]对珠江口湾区海岸线及沿岸土地利用变化进行了遥感监测。张晓浩等[19]对珠江口海域岸线和围填海变化进行了研究。现有研究主要从海岸线延伸长度与演变速率、围垦面积的角度估算岸线演变特征,但对岸线进行细致分类,分析其类型转变情况及驱动因素的研究还比较少。本文基于珠江河口地区1973-2015年8期遥感影像进行了海岸线信息提取,分析了人类活动影响下不同岸线类型的长度、结构和位置的时空演变特征,并提出海岸线利用程度指数以定量分析岸线利用程度,最后从自然环境、社会经济、人口、政策等多维度分析了岸线变化的驱动因素,以期为区域海岸线资源合理开发与环境保护提供科学依据。

2 研究区概况及数据源

2.1 研究区概况

珠江发源于云贵高原,由东、西、北三江和珠江三角洲诸河组成,是中国三大江河之一。珠江由八大口门入海,自东到西依此为虎门、蕉门、洪奇门、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门以及河口延伸区。珠江河口区范围为东经112°50′~114°01′,北纬21°50′~23°03′,绝大部分在北回归线以南,属亚热带海洋季风气候,雨量集中在夏季,多年平均降雨量为1800 mm。
本文研究的珠江河口区海岸线涉及到广东省广州、深圳、珠海、东莞、中山、江门6个城市,该区域是中国改革开放的前沿地带和经济最发达、城市化水平最高的区域之一,国土面积约为广东省的14%。2015年区域人口4249.71万,占广东省人口的39%,地区生产总值为4.92万亿元,约占广东省生产总值的68%,是全球人口与经济密度最大的湾区之一。

2.2 数据源

本文采用的数据包括：① 珠江河口区1973-2015年8期Landsat遥感影像,其中1973年和1979年为Landsat MSS影像,分辨率为80 m,其余影像分辨率为30 m。首先通过美国地质勘探局网站（http://glovis.usgs.gov）下载了覆盖珠江河口区所有质量良好、无云或少云的Landsat遥感影像;然后通过遥感影像头文件确定每景影像拍摄时间,查询对应时刻珠江口验潮站潮位数据,尽量从中选择潮位相差较小的影像作为数据源。② 广东省30 m分辨率DEM数据,来自地理空间数据云网站（http://www.gscloud.cn）;③ 研究区实地调查采样数据;④ 研究区第二次全国土地调查行政边界数据;⑤ 研究区人口及社会经济数据,来自统计年鉴。
对获取的遥感影像进行DEM数据参与的几何精纠正,使误差控制在一个像元之内,并进行影像增强,突出岸线信息视觉效果。对实地调查数据进行空间化处理,以便与遥感影像以及岸线解译结果进行空间叠加,确定解译判读标识和进行精度验证。

3 研究方法

3.1 海岸线遥感提取方法

海岸线是海陆分界线,在中国系指多年大潮平均高潮位时的海陆界线[20]。目前,采用遥感技术确定海岸线主要有2种方法：① 基于遥感图像上提取的水边线信息,结合潮位数据、地形坡度等求取海岸线位置信息[21-22];② 将岸线分为不同的类型,建立相应的遥感判读标志,提取海岸线[23-24]。珠江口为弱潮型河口,且考虑到所用遥感影像潮位相近,分辨率为为30 m和80 m,潮位对岸线提取影响较小。本文采用面向对象方法,首先对2015年遥感影像进行多尺度分割得到海陆分界线,然后依据海岸线的遥感特征,结合实地调查、地形图、海图等资料,将海岸线按照自然状态和人为利用分为8种类型,其中基岩岸线、砂质岸线、淤泥质岸线和生物岸线为自然岸线,围而未用岸线、农业围垦岸线、养殖围垦岸线和建设围堤岸线为人工岸线。不同类型的海岸线采用不同的遥感提取规则：
（1）基岩岸线。以突出的海岬角或直立陡崖与海洋的水陆分界线作为海岸线。
（2）砂质岸线。潮水搬运作用在海滩上堆积成一条与海岸近似平行的脊状沙质沉积带,以滩脊所在位置作为海岸线。
（3）淤泥质岸线。以潮滩上生长的植被向海一侧外边界所在位置作为海岸线。
（4）生物岸线。以红树林或者芦苇等植被内边界所在位置作为海岸线。
（5）围而未用岸线。已围海但尚未实际开发利用,以人工修筑堤坝外边缘与海洋的水陆分界线作为海岸线。
（6）农业围垦岸线。以农业围垦区外边缘与海洋的水陆分界线作为海岸线。
（7）养殖围垦岸线。以水产养殖区外边缘与海洋的水陆分界线作为海岸线。
（8）建设围堤岸线。以临海的港口、码头、仓储用地、城镇与工业用地、滨海交通道路等外边缘与海洋的水陆分界线作为海岸线。
根据上述规则,对海陆分界线进行订正,确定2015年不同类型海岸线的空间分布。为保证前后2期海岸线没有变化的部分保持一致,同时考虑到1973年和1979年遥感影像分辨率低于其他年份,为了提高精度,并尽量避免影像分辨率不一致而造成的岸线尺度效应的影响,采用了海岸线逐年动态更新方法,即提取2009年的海岸线时,以2015年海岸线作为基础数据,只对海岸线位置和类型发生变化的部分进行更新,没有变化的部分保持严格一致,依此类推,得到1973-2015年8个时期的海岸线。
对海岸线提取结果需要进行精度验证,包括空间位置精度验证和岸线类型精度验证。参考文献[25]提出的岸线精度评估方法,选择海岸线位置长期不变、稳定性较强的点为控制点,并尽可能覆盖更多的岸线类型,用GPS对控制点进行实地测量。另外又依据该规则,从Google Earth高分辨率影像上随机选取了部分点作为控制点,最终获取的控制点数量总计124个,部分控制点能同时代表多期岸线位置。分别计算控制点与对应的岸线提取结果之间的平均距离,标准方差和均方根误差,并对比二者的岸线类型,计算岸线类型一致的控制点所占比率。结果显示,影像分辨率为80 m的1973年和1979年2期岸线控制点和岸线提取结果的平均距离<15 m,标准方差<12 m,均方根误差<10 m,影像分辨率为30 m的1990-2015年6期岸线控制点和岸线提取结果的平均距离<12 m,标准方差<10 m,均方根误差<10 m,均满足理论最大允许误差要求[25]。各期岸线类型精度评价结果均值为90.41%。因此,认为海岸线提取精度总体较高,可满足研究需要。1973-2015年8个时期的海岸线图谱如图1所示。
Fig. 1 The coastline distribution of the Pearl River Estuary from 1973 to 2015

图1 1973-2015年珠江河口地区海岸线空间分布

3.2 海岸线时空演变分析方法

3.2.1 海岸线长度变化强度
采用海岸线长度变化强度衡量海岸线长度随时间变化速率的差异。某种海岸线类型变化强度刻画了一定时间内该海岸线类型长度年均变化的情况,其数学表达式为：
K i = L i T 2 - L i T 1 L i T 1 × 1 T 2 - T 1 × 100 % （1）
式中：为某类海岸线从第年到第年间海岸线长度变化强度; L i T 1 、 L i T 2 分别为第年到第年该类海岸线长度。
3.2.2 海岸线类型结构变化
海岸线类型结构变化刻画了某个时间海岸线中不同类型海岸线之间的比例关系或组成,用该类型海岸线长度占总长度的比重表示。
T i = L i ∑ i = 1 n L i × 100 % （2）
式中：为某年第i类海岸线所占比例;为该种类型海岸线长度;n为海岸线类型数量,本文将海岸带类型分为8类,因此n=8。
3.2.3 海岸线位置变化速度
海岸线位置变化速度是刻画一定时间内岸线空间位置变化情况的指标。本文采用端点速率法来进行计算[26]。其原理是在陆地一侧提取基准线,沿基准线向海作垂直于基准线的等间隔垂线段,垂线与不同时相岸线的交点之间的距离即为不同时相岸线空间位置变迁距离,通过计算即可得到岸线位置变化速度。其数学表达式为：
EPR = D 2 - D 1 T 2 - T 1 （3）
式中：为端点速率;和为研究初期和研究末期的岸线时间;和分别为时间为和时岸线沿垂线方向到基线的距离。
3.2.4 海岸线利用程度指数
为反映人类活动对海岸线的干扰程度,本文参照土地利用程度指数[27],提出了海岸线利用程度指数。按照人类活动对岸线影响的强弱,将不同岸线类型分为一定的等级,采用专家打分法确定分级系数,构建海岸线利用程度指数如下：
S = 100 × ∑ i = 1 n L i × P i L （4）
式中：S为某年研究区海岸线利用程度指数;n为海岸线类型数量;为该年度第i类海岸线类型的长度;L为海岸线总长度;为不同类型海岸线分级系数。根据研究区岸线类型特点和开发利用情况,将岸线分为4级：自然岸线尚未被人类开发利用,因此分级系数最低,为0.05;建设围堤岸线受人类影响最为强烈且不可恢复,分级系数最高,为0.95;其他岸线类型分级系数如表1所示。
Tab. 1 The grading coefficients for different coastline classes

表1 不同岸线类型分级系数

岸线类型 基岩岸线、砂质岸线、淤泥质岸线和生物岸线 围而未用岸线 农业围垦岸线、养殖围垦岸线 建设围堤岸线
分级系数 0.05 0.20 0.5 0.95

4 结果与分析

4.1 岸线长度变化分析

1973-2015年珠江河口地区海岸线长度变化如图2所示。研究期间岸线总长度持续增长,从450.93 km增加到586.39 km,年均增加3.15 km,其中1990-1995年岸线长度增加最为明显。这主要因为上世纪80年代开始,珠江水利委员会实施了磨刀门整治工程,形成磨刀门主槽和洪湾水道“一主一支”河道格局,同时建成鹤洲北、洪湾西、三灶湾、洪湾北和洪湾南5片垦区,共完成围垦面积75.50 hm2,致使口门浅海区大部分变为陆地,岸线长度大幅度增加。此外,1991年珠海高栏岛通过连岛大堤和陆地相连,导致基于1995年遥感影像提取的岸线总长显著增加。
Fig. 2 The length of coastline in the Pearl River Estuary from 1973 to 2015

图2 1973-2015年珠江河口区不同类型海岸线长度统计

不同类型海岸线长度变化强度如图3所示。1973-2015年研究区海岸线长度年均变化强度为0.72%,不同类型海岸线变化强度具有较大差异,人工岸线变化强度大,自然岸线变化强度相对较低。从时间过程来看,可以分为3个发展阶段：① 1990年以前,为岸线缓慢变化时期,除建设围堤岸线外,其它岸线变化都不大,变化强度低于6%,这个时期珠江口的开发活动还处于启动阶段。② 1990-2000年,为岸线剧烈变化阶段,其中1990-1995年海岸线长度变化最为明显,这段时期珠江口经济处于迅猛发展时期,伶仃洋沿海城市土地利用发生了深刻的变化,城镇用地的扩张、交通网络建设和港口开发导致建设围堤岸线显著增加,其长度年均变化率达到15.54%。另外随着陆地土地资源的短缺,推动了围海造地的步伐,围而未用岸线在本时期达到顶峰,年均变化率高达19.9%。③ 1995-2000年养殖围垦岸线变化强度最大,这主要是渔业产生的经济利益高于农业,在磨刀门、崖门以西海域开发了大规模的围海养殖用地;2000年以后珠江口岸线变化强度相对较小,岸线进入平缓变化时期。
Fig. 3 The intensity of coastline length changes of the Pearl River Estuary from 1973 to 2015

图3 1973-2015年珠江河口区不同类型海岸线长度变化强度

4.2 岸线类型变化分析

不同时期岸线类型构成如图4所示,可以看出岸线类型构成存在明显的年际差异。1990年前,岸线类型以自然岸线为主,基岩和淤泥质岸线所占比例最大。1990年后,随着人类对岸线干预的增强,岸线格局发生明显变化。自然岸线不断萎缩,所占比例由46.14%锐减到20.89%,基岩岸线、淤泥质岸线的缩减尤为突出;与之对应,人工岸线呈加速增长的趋势,并超越自然岸线成为主导岸线类型。2015年人工岸线占总长的79.11%,其中建设围堤岸线一直呈现强劲增长态势,从1973年占总长度的7.09%增加到46.49%,在所有岸线类型中变化最大、占比最高。伶仃洋东岸的东莞、深圳岸线几乎全线都为建设用地覆盖。养殖围垦岸线变化也比较明显,2015年占岸线总长度的16.63%,是仅次于建设围堤岸线的岸线类型。
Fig. 4 The coastline structural changes of the Pearl River Estuary from 1973 to 2015

图4 1973-2015年珠江河口区海岸线构成变化

4.3 岸线空间位置变化分析

选择时间跨度最大的1973年和2015年岸线数据,采用端点速率法定量分析珠江河口区海岸线空间位置变化。在数字海岸线分析系统（DSAS）支持下[28-29],以1973年海岸线向陆一侧300 m缓冲线为基准线,以100 m为间隔,沿基准线向海作垂直于基准线的等间隔垂线段,垂线长度以能与1973年和2015年岸线相交为原则,根据实际情况设置,最终得到有效断面3577条。依据珠江口八大口门的位置,将岸线分为8段：伶仃洋以东段、虎门-蕉门段、蕉门-洪奇门段、洪奇门-横门段、横门-磨刀门段、磨刀门-鸡啼门段、鸡啼门-虎跳门段和黄茅海以西段。根据式（3）计算得到各段岸线变化速率,然后合并,结果如图5所示。从岸线变迁方向上看,40年来珠江河口区海岸线年均变化速率几乎都为正值,说明海岸线空间位置变化以从陆地向海域推进为主。从岸线变迁速率上看,珠江口年均变化速率为39.10 m/a,最高达350.94 m/a。不同岸段空间位置变化差异较大,向海延伸最远的地点出现在鸡啼门-虎跳门段的陆连岛区,达14.74 km,其次为磨刀门填海围垦区,蕉门-洪奇门段向海推进也较多,主要由南沙农垦区的开发引起。伶仃洋东岸深圳沿海向海推进规模也比较显著,特别在蛇口半岛区域,海岸线从陆地向海洋急速扩张,1973年蛇口半岛最窄处仅为2.40 km,2015年达到6.86 km,大幅度改变了该区域的形状,增加了原有国土面积。
Fig. 5 The coastline change rates of the Pearl River Estuary from 1973 to 2015

图5 1973-2015年珠江河口区海岸线变化速率

4.4 岸线利用程度变化分析

海岸线利用程度反映了人类活动对海岸线的影响程度。根据式（4）得到珠江河口区岸线利用程度指数（表2）。从1973年以来,海岸线利用程度指数从22.95增加到60.86,呈稳定上升状态,说明人类活动对海岸线利用的广度和深度在逐步加深,体现了近几十年来珠江河口地区在社会经济高速发展背景下人类活动的效应。不同时期的岸线利用程度提高幅度存在一定差异。1995年为明显的拐点,之前的岸线利用程度增长较快,而1995年以后,随着海岸开发过程的推进,岸线开发潜力有所下降,岸线利用程度逐渐变缓。
Tab. 2 The coastline utilization index of the Pearl River Estuary from 1973 to 2015

表2 1973-2015年珠江河口区海岸线利用程度指数

年份
岸线利用指数 1973 1979 1990 1995 2000 2005 2009 2015
22.95 27.15 34.12 45.41 48.24 52.46 57.01 60.86
将珠江口岸线按八大口门分为8段,分别计算岸线利用指数,如图7所示。可以看出,各个口门岸线利用程度参差不齐。从2015年岸线利用指数来看,伶仃洋东岸、虎门-蕉门、横门-磨刀门、鸡啼门-虎跳门较高,其他口门段相对较低。其中,伶仃洋东岸的东莞、深圳地区,社会经济发展快,人类对该区域海岸带干扰强烈,岸线利用程度最高。尤其是近年来该区域城市化的迅猛发展导致建设围堤岸线占比高达70.81%,可供开发利用的岸线资源已十分有限。而黄茅海以西和蕉门-洪奇门段岸线利用指数较低,说明仍有部分岸线资源可用于开发建设。

5 岸线演变驱动力分析与讨论

1973-2015年珠江河口海岸线发生了显著的变化,岸线演变是自然和人类活动综合作用的结果,在借鉴前人研究成果的基础上,本文将珠江口岸线变化的驱动力归结为自然环境条件、人口规模、社会经济和政策4个方面。
（1）自然环境条件。珠江河口区的地形地貌、水文特征等自然环境条件是岸线演变的基础。第四纪晚期以来,受海侵和新构造运动的影响,珠江三角洲地区呈现溺谷型港湾海岸景观,西、北、东 3面环山,南面临海,海湾内散布着许多棋盘状的残丘和岛屿,海区外缘分布有许多北东向的列岛,形成三角洲的口门屏障。这些独特的地形地貌制约着该区域海岸线的发育及开发。例如,蕉门到横门之间的南沙、万顷沙一带原为伶仃洋内的拦门沙,上游水系的大量泥沙随江水流至这里,受到外围岛屿的拦阻而沉积形成沙洲,便于围滩造田,导致岸线不断向海推进。磨刀门是珠江主流西江的主要出海口,为强径、弱潮型河口,滩涂发育迅速。20世纪50年代末期的白藤堵海工程使该水域流速整体减小,进一步加速了下泄泥沙的沉积,因此该区域滩涂资源丰富,是围海造地的重点区域。而伶仃洋东岸岸线被大量开发利用,与该区域淤泥质岸线较多、填海条件优越、造陆成本低有关。
（2）人口规模。人口的迅猛增长是城市建设用地快速扩张的主要驱动力。随着改革开放的深入,珠江口地区成为中国经济发展的强力引擎和龙头,聚集了大量的劳动力和资本。到“十二五”期末,深圳超越上海,成为全国人口密度最高的超大城市。广州、东莞和中山的人口密度高于北京和天津。人口的快速增长使得城市规模不断扩张,“向海要地”成为缓解沿海土地压力、拓展发展空间的主要途径。将环珠江口城市群1979-2015年人口密度统计数据分别与相应年份的建设围堤岸线比例、岸线利用程度指数进行趋势拟合（图7）,可以看出人口密度与建设围堤岸线比例、岸线利用程度指数显著正相关,其相关系数在0.95以上,说明人口的增加对区域建设围堤岸线的增长和岸线利用程度的提高具有重要的影响作用。
（3）经济发展。近年来,珠江河口区作为珠三角经济区和华南经济圈的核心区,经济总量保持着超常增长态势。2015年,广州GDP达到1.8万亿元,深圳为1.75万亿元,分别是1979年的375倍和8750倍。伴随着经济的高速增长,各类工业园、科技园和创业园如雨后春笋般大量涌现。伶仃洋东岸,以深圳、东莞为主体形成了全国首屈一指的电子信息工业园区;伶仃洋西岸形成了经济规模巨大的电器机械生产基地;珠海建立了由10多所著名高校组成的大学科技园。这些不仅占用了内陆城乡用地,也占用了大量滨海土地资源。同时,财力的增加为岸线整治提供了财政支持,蕉门、横门、磨刀门、鸡啼门西滩和崖门等地出现了大规模的筑堤围垦、河口整理和海岸工程,加速了珠江河口前缘 向海洋推进的速度。图8为环珠江口城市群 1979-2015年人均GDP与相应年份的建设围堤岸线比例、岸线利用程度指数拟合结果,其相关系数分别为0.8505和0.7396,反映了珠江口地区围填海与经济增长的相互影响关系,体现了沿海土地资源在区域经济发展中的重要作用。同时也可以发现,2000年以后,经济增长的速度超越了建设围堤岸线扩展和岸线利用程度的增幅,说明当工业化发展到后期某一高度,海岸带土地资源集约化水平不断提高,承载的经济效率也越来越高。
Fig. 6 The coastline utilization changes of the Pearl River Estuary from 1973 to 2015

图6 1973-2015年珠江河口区不同口门海岸线利用程度变化

Fig. 7 The relationship among the population growth, the construction coastline and the coastline utilization extents

图7 人口增长与建设围堤岸线比例、岸线利用程度之间的关系模式

（4）政策因素。国家和地区政策的调整对岸线演变具有明显的推动效应。1979年前岸线变化缓慢,随着我国改革开放政策的确立,深圳和珠海被设立为经济特区,珠江口地区开启了工业化的道路,沿海岸线变化也开始加快。特别在1990-2000年,凭借有利的政策条件,广州、深圳、珠海迅速崛起为现代化大城市,珠江口沿岸成为我国经济最发达、城市化水平最高的地区之一,与之对应的是珠江口海岸类型的快速转变和围海造地的异常活跃。自2002年起,随着中国对海洋管理的加强,先后颁布了《中国人民共和国海域使用管理法》、《关于加强广东省填海造地管理的通知》等,从政策角度控制围填海行为,岸线演变速度明显减低。2007年以后,《广东省海域使用管理条例》、《广东省海洋功能区划》等一系列政策先后实施,对围海造地规模和海洋保护区进行了严格规定,海域管理趋于规范,岸线变化强度和岸线利用程度增幅也随之进一步放缓。
Fig. 8 The relationship among the economic growth, the construction coastline and the coastline utilization extents

图8 经济增长与建设围堤岸线比例、岸线利用程度之间的关系模式

6 结论

珠江河口区经济总量巨大,在广东省具有举足轻重的地位。近年来,大规模的围填海在拓展人类活动空间的同时,也给沿海自然岸线景观造成了破坏,威胁到海岸带的生态安全。本文以珠江口近 40年来遥感影像为基础,采用遥感和GIS技术,对不同时期岸线长度、类型和空间位置演变特征及驱动因素进行了研究。主要结论如下：
（1）从时间进程看,珠江口岸线在1973-2015年的演变历程可划分为3个发展阶段。1973-1990年岸线变化较为缓慢,大部分岸线变化强度低于6%,岸线类型以自然岸线为主,基岩岸线和淤泥质岸线比例最大;1990-2000年人类活动频繁,岸线变化剧烈。磨刀门整治和高栏岛陆连岛工程导致岸线长度大幅增加。岸线类型格局变化显著,自然岸线锐减,人工岸线成为主导岸线类型,围而未用岸线、建设围堤岸线和养殖围垦岸线变化强度大;2000年以后,岸线变化趋于平缓。但建设用地一直保持强劲增长态势,2015年占岸线总长度的46.49%,在所有岸线类型中变化最大、比例最高。
（2）从空间分布上看,研究期间珠江河口区海岸线不断向海域推进,年均变化速率为39.10 m/a。向海延伸最远的地点出现在鸡啼门-虎跳门段,达350.94 m,其次为磨刀门填海围垦区,蕉门-洪奇门段、黄茅海以西和伶仃洋以东深圳段向海推进也较多。通过构建的海岸线利用程度指数,发现伶仃洋东岸、虎门-蕉门、横门-磨刀门、鸡啼门-虎跳门岸线利用水平已经较高,未来岸线开发以向海洋扩展为主。
（3）1990年以前,珠江口各大口门的整治围垦工程是导致海岸线变化的主要原因,1990年以后,海岸线变迁的主要因素为围垦养殖、工业园区开发、城市扩展、港口航道建设等。珠江河口区的地形地貌、水文特征等自然环境是岸线演变的基础,人口规模、社会经济和政策是岸线演变的重要驱动因素。今后珠江口地区岸线的开发应遵循科学规划、严格监管、集约利用、开发与保护并重的原则,走海岸带可持续发展的道路。

The authors have declared that no competing interests exist.

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侯西勇,毋亭,王远东,等.20世纪40年代以来多时相中国大陆岸线提取方法及精度评估[J].海洋科学,2014,38(11):66-73.将大陆岸线分为自然岸线、人工岸线2大类以及11个二级类,基于地形图与遥感影像,结合野外考察工作建立详细的技术规范,提取20世纪40年代以来6个时相的中国大陆海岸线;针对提取的结果,应用直接对比法计算实际误差,基于地图学和遥感信息提取的理论计算"理论最大允许误差",二者对比表明:基于多源数据提取多时相岸线的技术方案可行,多时相岸线的实际误差均远远低于"理论最大允许误差",精度较优;基于地形图提取的20世纪40年代和60年代时相岸线,精度总体上低于基于30 m分辨率遥感影像提取的多时相岸线,而且20世纪60年代时相受多源数据融合的影响而精度最低;基于环境与灾害监测预报小卫星CCD数据提取岸线,受影像畸变和几何纠正精度的影响,精度略低于基于Landsat影像提取的结果,但同样基于Landsat影像提取的岸线,新近时相的精度明显优于早期时相。本研究可为岸线变化研究以及海岸带综合管理等提供有力的支持。

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[ Hou X Y, Wu T, Wang Y D, et al.Extraction and accuracy evaluation of multi-temporal coastlines of mainland China since 1940s[J]. Marine Sciences 2014,38(11):66-73. ]

[26]
Ford M.Shoreline changes interpreted from multi-temporal aerial photographs and high resolution satellite images: Wotje Atoll, Marshall Islands[J]. Remote Sensing of Environment, 2013,135:130-140.Wotje Atoll is located at 9°25′N and 170°04′E within the Republic of the Marshall Islands in the central Pacific Ocean. As on other atolls, the islands perched along the rim of Wotje are low-lying and considered highly vulnerable to the impacts of climate change. A widely anticipated impact of continued sea level rise is the chronic erosion of island shorelines. Using a combination of aerial photographs and satellite imagery shoreline changes are assessed over a 67-year period characterized by rising sea level. Results indicate that between 1945 and 2010 shoreline accretion is more prevalent than erosion, with an average Net Shoreline Movement (NSM) of +021.7402m, indicating accretion. Shorelines were accretionary along the lagoon, ocean and channel facing shorelines, as well as on elongate spits and small islands. A high-frequency assessment of shoreline change on a subset of islands in the east of Wotje reveals that islands were stable, with a balance between shoreline accretion and erosion. Shorelines interpreted from high resolution satellite imagery captured between 2004 and 2012 indicate that shorelines within this sample of islands are largely in an erosive state. The post-2004 shift toward erosion may be sea level rise induced, or part of an unresolved shoreline oscillation. This study demonstrates the critical need for improved shoreline change monitoring within atoll settings in order to assess sea level rise impacts along island shorelines.

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[27]
胡和兵,刘红玉,郝敬锋,等.城市化流域生态系统服务价值时空分异特征及其对土地利用程度的响应[J].生态学报,2013,33(8):2565-2576.以南京市九乡河流域为研究区域,以2003与2009年2景QuickBird影像数据为基本信息源,应用空间自相关模型,结合GIS空间分析技术,定量探讨了城市化流域生态系统服务价值时空分异特征,以及土地利用程度对生态服务价值空间分异的影响。结果表明:2003-2009年,九乡河流域生态系统服务总价值减少了2.59%,而流域生态系统服务价值的空间聚集性增强;生态服务价值的高-高区域主要集中在流域上游,低-低区域主要集中在流域下游的仙林大学城一带;九乡河流域生态系统服务价值空间分异发生了明显变化,下游仙林大学城一带低-低分布区快速扩张,而高-高分布区仅在九乡河源头及下游的局部区域有所增加;流域生态服务价值空间自相关表现出明显的尺度效应,随着研究尺度增大,生态服务价值的空间自相关性逐渐增强;九乡河流域生态服务价值的空间分异及其变化主要是由土地开发利用引起,流域土地利用程度对生态服务价值存在明显的负效应。

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[ Hu H B, Liu H Y, Hao J F, et al.Spatio-temporal variation in the value of ecosystem services and its response to land use intensity in an urbanized watershed[J]. Acta Ecologica Sinica, 2013,33(8):2565-2576. ]

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张晓祥,王伟玮,严长清,等.南宋以来江苏海岸带历史海岸线时空演变研究[J].地理科学, 2014,34(3):344-351. <p>历史海岸线变迁研究是海岸带研究的一个重要方面，对于海岸带的利用、开发与保护有重要的意义。以江苏海岸带为研究对象，结合数字海岸线分析系统分区段建立有效的海岸线分析断面，并计算各个区段的海岸线历史变化，对南宋至今约1 000 a 来的历史海岸线变迁进行定量和定性分析，揭示海岸线时空变迁背后的驱动力。结果表明：废黄河口地区变化剧烈，最大淤涨速率和侵蚀速率分别达250、600 m/a，塑造其剧烈变化的动因是公元1128年的黄河夺淮与公元1855年的黄河北归；此外，近代废灶兴垦等人类活动也导致了辐射沙洲北部及南部变化明显。</p>

[ Zhang X X, Wang W W, Yan C Q, et al. Study on spatio-temporal evolution of historical coastline in Jiangsu coastal area in the past 1000 years[J]. Scientia Geographica Sinica, 2014,34(3):344-351. ]

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Thieler E R, Danforth W W.Historical shoreline mapping (II): application of the digital shoreline mapping and analysis systems (DSMS/DSAS) to shoreline change mapping in Puerto Rico[J]. Journal of Coastal Research, 1994,10(3):600-620.

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