南海周边国家近20年海岸线时空变化分析

朱国强，苏奋振，张君珏

（1.兰州交通大学 测绘与地理信息学院，甘肃 兰州 730070；2.中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101；3.中国南海研究协同创新中心，江苏 南京 210000；4.甘肃省地理国情监测工程实验室，甘肃 兰州 730070；5.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）

南海是我国能源和产品输运的咽喉，对于开展其周边国家经济合作意义重大。快速、及时、准确地掌握南海周边国家海岸带开发利用情况，有利于理解各国发展差距，有利于寻找发展空间，有利于促成东盟之间及与我国的互补性合作，这对于建设一个和平的南海区域具有重要的意义。

近年来，国内外学者纷纷加入了南海周边海岸线时空变化的研究。刘勇等（2009）提出一种确定海湾范围的标准及海湾分类的定量指标，对广东海湾进行分类，并利用多时期的遥感解译数据，分析了典型海湾20年来的开发利用变化；姚晓静等（2013）基于遥感技术与GIS 技术，提取了海南岛1980、1990、2000、2010年4 个时期的海岸线，并对30年的时空变化特征进行了系统分析；高义等（2013）以1980、1990、2000 和2010年4 个时期为特征年，利用GIS 技术对近30年来我国大陆海岸线时空变化特征进行了分析研究；Shahbudin等（2012）利用GIS 技术对马来西亚基里姆河流域的生物岸线及面积进行了统计与分析；Sanit 等（2007）对泰国沿岸的生物岸线资源进行了统计，并分析了红树林资源对当地居民社会经济的影响。

综上所述，当前针对南海周边海岸线时空变化的研究主要在各个国家内开展，且主要集中在对其显著变化岸段的研究，如珠江口、湄公河口、泰国湾等，缺乏对于南海周边海岸线整体性时空变化特征的分析。鉴于此，为了了解南海周边海岸整体性变化，寻找合作方向，本研究利用中高空间分辨率遥感影像，对南海周边地区20年（1990-2010）的海岸线时空演变进行了监测和分析。

1 研究区概况与数据源

1.1 研究区概况

南海地处99°9′-121°11′E，2°45′S-23°24′N，属于西太平洋的一部分。本文以南海周边9 个国家（即：中国、越南、柬埔寨、泰国、马来西亚、新加坡、文莱、印度尼西亚、菲律宾）沿海区域为研究区（图1）。其中，中国主要涉及区域包括广东省、广西壮族自治区和海南省沿海区域；越南、柬埔寨、文莱和新加坡涉及整个沿海区域；泰国主要涉及区域为泰国湾和马六甲海峡部分，马六甲海峡部分北起普吉岛巴帕海峡，南至泰国与马来西亚分界线；马来西亚主要涉及区域包括西马来西亚沿海区域和东马来西亚部分，东马来西亚部分东经马来西亚沙巴州马鲁杜湾，西抵马来西亚与印度尼西亚分界线；印度尼西亚主要涉及区域包括从印度尼西亚亚齐特别自治区班达亚齐到印度尼西亚南苏门答腊省与楠榜省分界线的沿海区域、印度尼西亚西加里曼丹省沿海区域以及邦加岛和勿里洞岛沿海区域；菲律宾主要涉及区域包括巴拉望岛西岸部分、民都洛岛沿岸和菲律宾部分，巴拉望岛西岸部分北起伊洛克岛，南至潘达南岛，菲律宾部分北起圣安娜，南至八打雁。

1.2 数据源与处理

数据源主要包括空间分辨率为30 m 的Landsat TM、ETM 数据。其中，1990年前后Landsat TM 影像114 景、2000年前后总共108 景（TM：42 景；ETM+：66 景）、2010年前后总共107 景（TM：37景；ETM+：70 景），所有影像云覆盖面积很少，数据质量良好。1990年、2000年和2010年前后卫星遥感影像处理产品均为“L1T”（Level1 Terrain Corrected Product），影像数据产品本身均是经过正射校正的，90%数据几何校正绝对精度优于65 m，90 %的影像地形校正精度优于12 m（高义 等，2011b）。因此，3 个时期的卫星遥感影像空间定位中误差为两个像元左右。文中通过收集研究区中国广东省沿海区域多幅1 ∶5 万地形图，基于地形图提取若干道路信息，与相关遥感影像进行叠加。经对比分析，收集的1990年、2000年和2010年前后的卫星遥感影像空间定位误差均小于一个像元。用到的辅助资料主要包括东南亚各个国家的行政区划图等。

图1 南海周边国家海岸线空间分布

由于Landsat-7 ETM+自2003年5月31日起出现传感器故障，故收集的2000年前后和2010年前后部分影像数据为SLC-off 影像，Landsat-7 SLC-off 条带占整景影像有效像元的21.5%左右，因此，条带对海岸线信息提取精度的影响不容忽视。文中运用ENVI 软件中相关插件，利用多景无重叠SLC-off 区的影像进行叠加填充（Maxwell et al,2007），从而完成条带的修复工作。为了突出海岸线信息，文中综合利用光谱增强选择线性拉伸的方式和空间增强选择平滑滤波的方式进行图像增强处理。

2 研究方法

2.1 海岸线分类体系的划分与岸线提取

海岸在形成与发育过程中，受到波浪、潮汐、海平面变化、地壳运动、地质构造、地貌特征、岩石性质、入海河流、生物及人类活动等诸多因素的综合影响，不同的海岸类型呈现其独特的形态特征。研究中，根据海岸线在遥感影像上所呈现的不同色调、纹理、空间形态和分布等特征（孙伟富等，2011），将研究区海岸线分为5 种（表1）。

研究中，根据海岸线定义，以平均大潮高潮线为准，结合不同类型海岸线在卫星遥感影像上的成像特征，建立相应海岸类型目视解译标志，采用人机交互的方式，先后采集2010年前后、2000年前后和1990年前后3 个不同时期的海岸线。为了便于进行岸线时空变化分析，3 个时期岸线统一采用WGS 84 坐标系。由于遥感信息混合像元的影响，岸线提取空间精度尽量控制在两个像元以内。

2.2 海岸线时空变化分析方法

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。本文选用数学统计法和基线法进行研究区海岸线时空变化分析。

2.2.1 海岸线长度年均变化速率 由于研究区每个国家的海岸线长度存在差异，而且同一地区不同时期的海岸线长度也不同，很难客观地说明各个国家不同类型的海岸线在特定时间段内海岸线长度变化速率的差异（徐进勇等，2013），所以采用特定时间段内不同类型海岸线长度年均变化的百分比来表示各个国家不同类型海岸线的变化速率（公式1），更好地反映各个国家不同类型海岸线长度的时空变化。

不同类型海岸线的年均变化速率。其中，i= {基岩岸线，砂质岸线，粉砂淤泥质岸线，生物岸线，人工岸线}，表示5 种不同类型的海岸线。表示m年某一类型海岸线的统计长度，Lin表示n年某一类型海岸线的统计长度。

2.2.2 基线法 本文采用基线法分析研究区海岸线时空变化特征，以Thieler 等（2009） 基于ArcGIS 平台开发的用于海岸线变化分析的插件DSAS（The Digital Shoreline Analysis System） 为分析工具，对研究区海岸线空间变化距离进行了计算和分析。通过建立3 个时期海岸线缓冲区的方法，将基线确定为3 个时期岸线向陆一侧内边界向陆延伸100 m 处，基线总长为27 186.87 km。

3 海岸线时空变化结果分析

不同类型的海岸线与其海岸带的地质构造、地貌形态、水陆相互作用以及人类活动密切相关。近20年，南海周边国家对海岸的开发程度不断加大，致使其海岸类型发生了不同程度的巨变。为了便于表达，文中将1990-2000年和2000-2010年两个时间段分别称为前期和后期。

3.1 海岸类型空间分布特征

1990、2000和2010年海岸线类型分布如图2所示，不同类型的海岸线与其海岸带的地质构造、地貌形态、水陆相互作用以及人类活动密切相关。整体而言，研究区砂质岸线分布最多，主要分布在中国广东省西南段和海南省、越南中部海岸、泰国湾西海岸、西马来西亚东海岸、东马来西亚以及菲律宾部分岸段；基岩海岸主要分布在中国广东省珠江口以东和雷州半岛、中国广西壮族自治区和海南省沿岸、越南中部、柬埔寨沿岸、泰国湾西海岸、泰国马六甲海峡部分岸线、菲律宾及巴拉望岛沿岸；粉砂淤泥质岸线主要分布在中国广西壮族自治区沿岸、越南北部和越南南部湄公河口、马六甲海峡两岸和印度尼西亚西加里曼丹省沿岸；生物岸线主要有红树林岸线和珊瑚礁岸线，分布区域主要有中国广东省西南岸段、广西壮族自治区和海南省沿岸、越南北部和湄公河口、柬埔寨沿岸、泰国湾东海岸、马六甲海岸两岸和菲律宾巴拉望岛沿岸；人工岸线主要分布在易于开发、经济发达且人口密集的区域，如广东省珠江口岸段、泰国湾、马六甲海峡两岸、新加坡和菲律宾的马尼拉湾等。

图2 3 个时期海岸类型空间分布

3.2 海岸类型构成变化分析

各个时期不同类型海岸线长度及所占比例如表2。根据遥感监测，过去20年间由于海陆相互作用和各国对其海岸线不同程度开发的综合影响，研究区海岸线总体呈增长态势，增加了802 km，年均增加约40 km。其中，前期呈增长趋势，总共增加了910 km，而后期呈减少趋势，总共减少了108 km。从人为因素对海岸线的开发情况可知，由于围垦养殖使得一些曲折的淤泥质海岸和基岩海岸变得平缓，从而使得相应岸线变短，而一些“凸”字形的围填海工程导致相应岸线增长，还有一些近岸岛屿受到陆连岛开发（如广东省的高栏岛、新寮岛等），和陆地连成一体，从而使得岸线增长；另一方面，由于自然原因导致的相应岸段的淤积或侵蚀，使得相应岸段增长或变短。

表2 南海周边20年（1990-2010）海岸类型构成变化

从海岸类型的统计结果来看，20年间南海地区海岸线总体长度略有延长，变化不大，但各种类型的岸线长度变化有显著差异，其中人工岸线和生物岸线变化呈现两个极端。20年间，人工岸线长度增加3 158 km，增长了89%。而生物岸线则减少了1 309 km，减少了29 %。基岩岸线减少了687 km，减少了14%，砂质岸线和粉砂淤泥质岸线变化不大。从各类海岸线长度所占总海岸线长度的比例上看，人工岸线由原来的12.4 %增长到22.9%，生物岸线由原来的16.0%下降到11.1%，基岩海岸线由原来的18.4%下降到15.5%。

图3 不同时间段海岸类型变化速率

研究区各时间段海岸类型变化速率如图3 所示。可以看出前期变化较大的岸线主要是人工岸线的急剧增长，变化速率为4.25%，以及生物岸线的大量减少，变化速率为-1.23%；后期依然是人工岸线快速增加，变化速率为3.28%，增长速度较前期有所变缓，而生物岸线和基岩岸线则有不同程度明显的减少，变化速率分别为-1.42%和-1.88%，除此之外，粉砂淤泥质岸线也有轻微的减少，变化速率为-0.3%。结果表明，该区域20年来主要开发岸线为生物海岸，表明主要用于养殖开发，而后期对基岩岸线的开发也有很大程度的加强，表明各国后期一方面继续大力发展养殖开发，另一方面也加强了对基岩海岸的开发强度，是海岸开发强度较弱的一种方式。由此可以看出，研究区海岸开发总体上尚未进入以城镇和港口开发为主的阶段。

3.3 海岸线空间距离变化分析

利用基线法计算了1990-2000年、2000-2010年和1990-2010年3 个阶段研究区海岸线空间变化距离和空间分布如图4 所示。研究区过去20年岸线变化显著的区域主要分布在珠江口三角洲、广东新寮岛附近、湄公河口、泰国湾、新加坡、文莱、印度尼西亚西北部及菲律宾马尼拉湾等区域。

过去20年，海岸线空间距离变化最大的区域是珠江口三角洲和广东新寮岛，主要原因是由于受陆连岛开发，使得高栏岛和新寮岛成为陆地的一部分，向海推进最大距离达到14 km 之多，而印度尼西亚西北部海岸线受海水侵蚀作用显著，后退最大距离约为13 km。研究区大部分区域海岸线呈向海推进趋势，中国大陆沿岸和马来半岛趋势比较明显，平均推进速度为8.09 m/a。而湄公河口、泰国湾以及印度尼西亚西北部受海水侵蚀作用，向陆后退趋势明显，平均后退速度为5.96 m/a。中国大陆沿岸、湄公河口部分区域、新加坡等地区前期向海推进趋势较后期明显，说明上述地区对海岸带的开发主要集中在前期，其他地区则主要集中在后期。

3.4 海岸线变化区域特征

1990-2010年是南海地区发展迅速的20年，沿海地区的经济发展对海岸线产生了巨大的影响；与此同时，各国海岸带发展差异明显，海岸带开发强度不同，其海岸带开发处于不同阶段。

图4 不同时间段海岸线空间变化距离分布

表3 南海周边各国20年（1990-2010）海岸线变化（单位km）

3.4.1 不同国家海岸线长度变化分析

研究区不同时期各个国家海岸线如表3 所列。过去20年，多数国家海岸线都呈增长趋势，而柬埔寨和菲律宾的则呈减少趋势。其中，中国海岸线增长最多，增加了274 km，年均增加14 km；其次为越南，增加了157 km，年均增加8 km；再次为印度尼西亚和马来西亚，都增加了127 km，年均增加7 km；泰国增加了105 km，年均增加5 km；新加坡增加了57 km，年均增加3 km；文莱增加了18 km，年均增加1 km。而减少速度最快的是菲律宾，减少了58 km，年均减少3 km；再次为柬埔寨，减少了5 km，年均减少0.3 km。

图5 各个时期不同国家海岸线年均变化速率

研究区各个时期不同国家海岸线变化速率如图5。前期，各个国家海岸线都呈增长趋势，而后期，除了中国和新加坡海岸线呈增长趋势外，其他国家海岸线都呈减少趋势，说明中国和新加坡由于围填海工程导致海岸线增长比较明显。从整个时期来看，新加坡海岸线变化最为明显，年均变化速率为1.30%。

从各个国家海岸线长度变化分析，新加坡港口建设强度甚高，码头密度在20年内约增长26%。文莱、越南和马来西亚在平直海岸上的围堤或码头建设处于中等。南海中的中国海岸主要发展阶段在80年代末，故在本监测期，岸线长度变化不大。菲律宾和柬埔寨处于岸线变短阶段，即处于选择工程成本低的海湾进行建堤阶段，尚未进入凸向海的围堤开发。

3.4.2 不同国家海岸类型构成变化分析

20年间，各个国家海岸类型也有较大变化（表4），尤其是各个国家人工岸线的变化最为明显。其中，中国沿岸人工岸线变化较大，主要集中在珠江三角洲地区以及高栏岛和新寮岛等陆连岛的开发，前期比重从28%上升到了39%，而后期比重从39%上升到了46%，后期上升速度较前期有所变缓；新加坡人工岸线所占比例最大，前期比重从68%上升到了78%，后期比重上升趋势有所变缓，上升了4 %；越南人工岸线比重前期上升了5%，后期上升了6%，主要集中在湄公河三角洲和金兰湾地区；泰国人工岸线比重前期上升了6%，后期上升了7%，主要集中在在首都曼谷地区；菲律宾人工岸线变化较小，前期比重只上升了2%，而后期上升了4%，主要集中在马尼拉湾地区。

表4 南海周边各国20年（1990-2010）海岸类型构成比例变化

（图待续）

图6 各个时期不同国家海岸类型年均变化速率

各个国家在不同时期海岸类型的年均变化速率可反映各国相应时期对其海岸带开发利用强度的不同（图6）。

就基岩岸线而言，前期，中国、新加坡和文莱呈现减少趋势，文莱减少趋势最为明显，年均变化率达到了-5.0%，其他国家呈现增长趋势，泰国、柬埔寨和印度尼西亚增长都比较明显，而后期研究区国家都呈减少趋势；粉砂淤泥质岸线，中国、越南、新加坡和菲律宾前期都呈减少趋势，而其他国家都呈增长趋势，但增长并不明显，后期，中国和越南则呈现增长趋势，而其他国家都呈减少趋势，其中新加坡和文莱最为明显，年均变化率分别为-2.86%和-1.67%；砂质岸线，前期泰国、新加坡和菲律宾减少趋势较明显，而其他国家有不同程度的增长，后期中国、马来西亚和文莱呈减少趋势，其他国家呈增长趋势，而新加坡增长比较明显；生物岸线，前期越南和文莱呈现增长趋势，而其他国家都呈现大幅度的减少趋势，新加坡最为明显，年均变化率为-4.0%，后期研究区所有国家都呈现不同程度的减少；人工岸线在研究区所有岸线中变化最为明显，两个时期都呈现快速增长趋势，前期文莱最为明显，年均变化率为28%，而后期柬埔寨最为明显，年均变化率为8.14%。

改革开放以来，中国大力发展沿海区域经济，特别是珠江口三角洲地区，因此中国对其海岸带开发利用主要集中在80年代末期和90年代初期，后期海岸开发强度较前期有很大程度的减弱；新加坡和文莱拥有丰富的自然资源与重要的地理位置，国家经济比较发达，所以两国对海岸带的开发也比较早，主要集中在前期，后期变化有所变缓。其他国家对海岸带的开发主要集中在后期，尤其是越南、泰国、马来西亚、印度尼西亚比较明显，而菲律宾对海岸带开发强度最弱。

4 结论

综上所述，近20年南海国家海岸线时空变化区域异质性显著。整体而言，研究区主要以砂质岸线为主，人类活动对海岸线的开发是海岸线时空变化的主导因素，而局部岸段受自然因素影响显著。

从海岸类型构成变化可知，南海岸线人工化趋势明显，人工岸线年均变化速率为8.92%，自然的生物岸线和基岩岸线消失显著，年均变化速率分别为-2.88%和-1.31%，前期主要是生物岸线的减少，后期生物岸线和基岩岸线则有不同程度明显的减少。近20年来研究区主要以生物海岸开发为主，表明围垦养殖是海岸开发的主要方式，而基岩岸线开发次之，是海岸开发强度较弱的一种方式。由此可以看出，研究区海岸开发总体上尚未进入以城镇和港口开发为主的阶段。

从海岸线空间变化距离和区域特征来看，研究区大部分区域海岸线呈向海推进趋势，中国大陆沿岸和马来半岛趋势比较明显，平均推进速度为8.09 m/a。而湄公河口、泰国湾以及印度尼西亚西北部受海水侵蚀作用，向陆后退趋势明显，平均后退速度为5.96 m/a。中国、新加坡和文莱对其海岸带的开发利用主要集中在前期，后期海岸开发强度有所减弱，其他国家对海岸带的开发主要集中在后期，尤其是越南、泰国、马来西亚、印度尼西亚比较明显，而菲律宾对海岸带开发利用强度最弱。各个国家在不同时期海岸类型的变化，特别是人工岸线的变化，反映了各个国家在不同时期对海岸带开发强度的差异，以及各国在相应时期沿岸地区的经济发展水平和速度，也说明南海周边国家沿海区域经济发展的不均衡性。鉴于南海对其周边国家的重要性，研究南海周边国家海岸线时空变化，对各国相互了解，促进各国之间互补性合作及对其海岸带资源利用与管理具有重要的指导意义。

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