0 引言

海岸线作为陆海交界线，受自然要素和人类活动的双重影响而发生变迁。海岸线变迁是海岸带研究的重要内容^[1]。同时，海岸线变迁又会引起海岸面积发生变化，造成沿岸地区自然环境和生态系统发生变化，进而对人类的经济和社会发展产生一定影响。对海岸带时空变化进行动态监测是海岸带海陆交互作用研究的重要内容，其不仅有利于科学地规划、开发和管理海州湾及其沿岸空间资源, 也可为相关部门在环境治理时提供科学的参考依据^[2-6]。

利用遥感技术研究海岸线变迁情况，具有宏观、快速、实时、动态和适用领域广等特点，对于地物细微的变化，特别是海岸线的动态监测具有独特的优势^[7]。近年来，很多学者利用遥感技术对我国大部分地区岸线变迁进行了研究，如：李行等^[8]利用面向对象的方法，选取1987—2006年中的6景Landsat-5 TM卫星影像数据，解译出对应年份的东滩岸线，并对岸线的演变进行了分析；姚晓静等^[9]基于遥感技术对海南岛30年的时空变化特征进行了分析；刘旭拢等^[10]基于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，对海岸线变化驱动力进行了探讨；叶梦姚等^[11]以1990—2015年6期的TM/OLI遥感影像为数据源，利用RS和GIS技术，分析了浙江省大陆岸线变迁及开发利用空间格局变化。但对于三沙湾海岸线时空变化的研究则几乎没有。本文基于25 a的卫星遥感资料，对三沙湾地区海岸线的时空演化特征进行研究，并分析其岸线演变的原因，以期为相关管理部门在对该区进行开发与规划时提供科学的参考依据。

1 研究区概况

三沙湾(图 1)位于福建东北部沿海，地处霞浦、福安、宁德和罗源四市县滨海交界处，东北侧邻近福宁湾，南邻罗源湾^[12]。三沙湾是一个典型的封闭型港湾，由三都澳、卢门港、白马港、盐田港、东吾洋、官井洋和复鼎洋等次级港湾组成，仅在南方有一个3.5 km宽的狭口——冲口与东海相通。三沙湾地处长江三角洲、海峡西岸和台湾三大经济区之间的核心区位，是海峡西岸经济区对接长江三角洲经济区的前沿门户，也是福建北部和部分内陆地区直线距离最短的出海口，距太平洋西岸国际主航线仅约56 km航程，东距台湾基隆港约270 km，具有突出的区位优势与战略地位^[13]。

2 数据与方法 2.1 数据源

遥感解释影像时间跨度为1988—2013年，共分为1988年(Landsat5 TM)、1996年(Landsat5 TM)、2003年(Landsat5 TM)、2013年(Landsat8 OLI)4个时相，影像成像质量良好，相关信息如表 1、表 2所示。

2.2 方法 2.2.1 数据预处理

由于本文所获取的影像云覆盖面积较小，数据质量较好，因此不用进行大气校正；同时，获得的Landsat卫星影像处理产品均为经过正射校正的数据，90%的影像地形校正精度优于12 m，也无需进行正射校正。

本文以三沙湾地区2013年的Landsat8 OLI作为参考基准，对1988、1996、2003年遥感影像进行校正，在校正时选取的地面控制点要求足够多，能覆盖影像的大部分区域，且尽可能地在整幅影像内均匀分布。控制点选取易于分辨、变化很小且目标不大的特征点，如道路交叉点和拐点、桥梁、人工海塘、建筑物等相对固定的地物^[14]，并通过地形图和GoogleEarth上的高分辨率影像作为验证^[15]。经对比，1988、1996、2003年遥感影像空间定位误差均小于1个像元。

2.2.2 岸线解译

海岸线是陆地与海洋的交界线。一般分为岛屿海岸线和大陆海岸线。假定陆地是固定不变的、海域只有潮汐变化，由于海水昼夜不停地反复地涨落，海水面与陆地交接线也在不停地升降改变，这时海岸线痕迹会在沿海岸延伸的一定宽度的条带内变化。海岸线系指多年大潮平均高潮位时的海陆分界线^[16]。在解译中，本文选择沙滩、泥滩的上边线，基岩岸线植被的下边线，生物岸线的内侧边线，人工岸线的外侧边线和第一座跨河大桥的外侧作为提取岸线的标志。

2.2.3 岸线提取

遥感提取海岸线的方法主要包括目视解译和计算机自动解译。目视解译虽然方法简单，但其提取精度受判读者的经验、对区域的熟悉程度等各种因素的制约，劳动强度大，信息获取周期长；计算机自动解译速度快，时效性强，人为干预少，主要利用图像边缘检测技术或者对图像进行纹理分析将岸线作为边缘检测出来。从成果精度和可靠性角度讲，人工目视解译仍是最稳妥的方法，通常在一定程度上与计算机解译方法结合。因此，本文采用人机交互的解译方法开展工作，具体流程如图 2所示。

2.2.4 岸线演变分析

目前，对于海岸线时空变化分析的方法主要有数学统计法、基线法、面积法、动态分割法和非线性缓冲区迭代法等^[17]。本文选用数学统计法和面积法，以岸线长度、面积变化为指标，对三沙湾海岸线时空演变过程进行定量研究，分析三沙湾总体及各岸线类型的长度及面积变化情况，并结合三沙湾典型区研究岸线演变原因。

3 海岸类型调查与变迁分析 3.1 海岸类型演变

依据目前通行海岸线类型划分标准和研究区域的实际情况，本文将海岸线类型划分为泥质岸线、砂质岸线、基岩岸线、生物岸线和人工岸线5种类型。4个时相的三沙湾海岸线类型解译图如图 3—6所示。

1988年海岸线类型解译图(图 3)显示，研究区域主要以人工岸线为主，其次为基岩岸线，在漳湾镇和白马湾附近海域发育少量生物岸线，三沙湾湾口则主要是基岩岸线。

1996年海岸线类型解译图(图 4)显示，研究区主要以人工岸线为主，其次为基岩岸线，在多处开始发育生物岸线，三沙湾湾口没有变化，主要还是基岩岸线。

2003年海岸线类型解译图(图 5)显示，研究区主要以人工岸线为主，其次为基岩岸线，生物岸线增加极为明显，三沙湾湾口几乎没有变化，仍以基岩岸线为主。

2013年海岸线类型解译图(图 6)显示，研究区主要以人工岸线为主，其次为基岩岸线，生物岸线进一步增加，但增速趋缓，三沙湾湾口则仍是以基岩岸线为主。

通过对4个时相的各类型岸线长度统计(表 3)发现，三沙湾岸线总长度总体在增加，其中：1988—1996年岸线总长度变化不大，2003年后岸线总长度开始增加，2003年较1996年增加约6 947 m、增长约11.5%；2003—2013年岸线总长度增加较为明显，2013年较2003年增加约24 128 m、增长约39.6%，增速约为1996—2003年的3.4倍。

由表 3可见：砂质岸线长度基本稳定，变化很小；泥质岸线和基岩岸线长度都在不断减少；人工岸线和生物岸线在不断增加。其中：泥质岸线1996年较1988年减少较多，约28.7%，2003年继续减少，但减少趋势有所放缓，较1996年减少约16.3%，2003年后泥质岸线趋于稳定，2013年较2003年仅减少约1.7%；基岩岸线1996年较1988年减少约3.2%，2003年较1996年减少约5.6%，2013年较2003年减少约9.2%，岸线减少率不断增加；人工岸线1996年较1988年增加约6.7%，2003年较1996年增加约10.0%, 2013年进一步增加，较2003年增加约16.4%；生物岸线1996年较1988年增加约62.6%，2003年较1996年增加较为明显，增加约185.8%，2013年增速开始降低，较2003年增加约9.7%。这些变化是滩地围垦、港口建设和海岸人工改造等人为因素造成的；生物岸线的长度有显著增加，说明人工治理效果显著，生物为泥质岸线的进一步巩固提供了生态屏障。

3.2 海岸线变迁分析

海岸线变迁的主要原因有地壳运动、冰川气候变化产生的海平面变化、河口与沿海的侵蚀与堆积、人为活动围填海等。陆地卫星TM、OLI具有较长时间的数据积累，空间分辨率一致，是多时相研究海岸线变迁最有效的主力数据。本文通过提取4个时相的影像解译海岸线，并在ArcGIS中叠合成图，从中分析出从1988年(TM)至2013年(L8_OLI)25 a间的海岸线变迁情况。应用4个不同时相的遥感影像，选择5个典型区域(图 7)开展海岸线变迁分析(图 8)。

从4个时相的岸线类型图和海岸线叠加图(图 3—7)可见不同区域的海岸线变化：三沙湾海岸线变化较大的区域大多位于泥质岸线区域；在砂质岸线、基岩岸线区域，海岸线变化不大；在港湾外海的岬角、湾和小的岛礁，海岸线几乎没有改变。

由图 8a(A区)结合图 3—6可见：东吾洋西北沿岸主要为泥质岸线，经过人工岸线改造，自1988年至今主要表现为向海的逐步围垦推进。其中：1988—1996年岸线变化较大，围垦约1.6 km²；1996—2003年海岸线变化最大，围垦约3.8 km²，较1988—1996年围垦面积增加了137%；而2003—2013年海岸线变化较小。该区域基岩岸线和砂质岸线占频率较小，基本没有变化；人工岸线长度逐年增加，2003年增长较快，较1996年增长约32%；生物岸线在2003年有较大增长，较1996年增长约82%，2003年以后则变化不大。2003年人工岸线和生物岸线同时有较大增长，表明该区域在围垦之后，生物岸线得到良好发展，生态环境得到改善。

由图 8b(B区)结合图 3—6可见：盐田港海域基岩岸线区域的海岸线变化不大。1996年后，在基岩岸线附近开始出现大面积的生物岸线；1996—2003年生物岸线增加较为明显；2003年较1996年增加约20 282 m，增长约162%，2003年后趋于稳定。其中：1996年较1988年增加红树林(或丛滩)约0.8 km²，2003年较1996年增加红树林(或丛滩)约2.23 km²；1996—2003年较1988—1996年红树林(或丛滩)面积提高约187.0%，生态环境得到较大改善；2003—2013年海岸线的位置变化不大，但2013年人工岸线增加较快，较2003年增加约8 368 m，增长46%，这主要是由于该区域进行港口建设造成的。

由图 8c(C区)结合图 3—6可见：白马港区域的海岸线变迁主要表现为对泥质岸线和基岩岸线的人工改造，形成了以人工岸线为主的海岸线。人工岸线在逐年增加：2003年增加较为明显，较1996年增加约6 477 m，增长约为27.0%；2013年继续保持增长态势，较2003年增加约8 562 m，增长约29.0%。生物岸线在1996年出现减少，较1998年减少约7 649 m；而2003年生物岸线增加较为明显，较1996年增加约11 492 m，增长约98.0%，生态环境得到了恢复，生物岸线得到了良好的发育。

由图 8d(D区)结合图 3—6可见：该区域与白马港区类似，总体表现为对泥质岸线和基岩岸线的人工改造，泥质岸线和基岩岸线长度逐年减少，人工岸线长度逐年增加。泥质岸线，1996年较1988年减少约37.6%，2003年较1996年减少约41.0%，2003年后减速开始放缓，2013年较2003年减少约20.0%。基岩岸线，1996年较1988年减少约6.0%，2003年较1996年减少约12.0%，2013年较2003年减少17.0%，减少速率在逐年增大。生物岸线在1996年明显减少，较1988年减少约69.0%；而2003年生物岸线增加猛烈，较1996年增加约23 000 m，增长了5倍多，生态环境得到了恢复；2013年岸线有所减少。人工岸线逐年增加，2013年增加较为明显，较2003年增加了约25 425 m，增长约40.0%。从局部看：1998年漳湾镇沿岸主要是泥质岸线，附近海域存在少量生物岸线，但在1996年的大规模的人围垦后，生物岸线开始明显下降，2003年又扩大了围垦的面积；七都镇附近海域主要是基岩岸线，岸线变化较少，在1996后开始出现生物岸线，2003年生物岸线明显增加，红树林(或丛滩)面积增加约0.9 km²。

由图 8d(E区)结合图 3—6可见：三都岛西部对面的大陆沿岸区域，1988年时还主要为泥质岸线，点缀少量的基岩岸线；该区域在1996年开始进行了人工岸线治理，只在部分泥质岸线区域出现微量的围垦；在2013年进行了大面积的人工改造，人工岸线长度较2003年增长约105%。在1988—1996年、1996—2003年出现了大量的生物岸线，这是该区域重要的2次海岸线变迁较为剧烈的时期，其中，1996年较1988年生物岸线长度增长约9.9倍，2003年较1996年增长约4.5倍，生态环境得到了极大的改善。

4 结论

1) 25 a的三沙湾海岸线总体长度呈增长趋势，砂质岸线长度基本稳定，基岩和泥质岸线长度有所减少，人工岸线和生物岸线在逐年增加。基岩、泥质岸线的长度不断减少，人工岸线的不断增加，主要是滩地围垦、港口建设和海岸人工改造等人为因素造成的；生物岸线长度在2003年后显著增加，说明该区域人工治理效果显著，海岸带生态环境有较大改善。

2) 三沙湾海岸线变化较大的区域大多位于泥质岸线区域，在砂质岸线、基岩岸线区域，海岸线变化不大，在港湾外海的岬角、湾和小的岛礁海岸线几乎没有改变。