1、深圳湾海岸带景观格局变化特征和趋势预测 罗艳 娄全胜 谢健 李骞 国家海洋局南海规划与环境研究院 中山大学地理科学与规划学院 摘 要： 文章以深圳湾海岸带为研究对象, 在遥感和 GIS 技术的支持下, 应用 2001 年和2009 年遥感影像解译信息, 建立空间信息库并叠加分析, 获取景观类型动态转移数据矩阵, 得出 2001-2009 年深圳湾海岸带景观空间分布规律及其变化特征, 即红树林、建设用地和河流的面积有所扩张, 湖泊、滩涂沙洲、林地、浅海水域和绿地的面积有所减少。同时, 应用马尔科夫模型对海岸带景观格局的变化趋势进行预测, 得出浅海水域、滩涂沙洲、湖泊、林地和绿地的比重将继续下降,
2、 建设用地和红树林的比重将持续上升, 河流的比重基本不变的结论。由此提出深圳湾应加强对填海造地工程的规划, 保护海洋生态环境, 实现科学用海和生态用海。关键词： 海岸带; 景观格局; 趋势预测; 深圳湾; 海洋生态环境; 作者简介：罗艳, 工程师, 硕士, 研究方向为生态环境和海洋环境管理收稿日期：2017-03-21基金：2012 年度国家海洋局南海分局海洋科学技术局长基金资助项目 (1257) The Landscape Pattern Characteristics and Forecast of the Coastal Zone in Shenzhen BayLUO Yan LOU Q
3、uansheng XIE Jian LI Qian South China Sea Institute of Planning and Environmental Research, SOA; School of Geography and Planning, Sun Yat-Sen University; Abstract： The Shenzhen Bay coastal zone was regarded as the research object, supported by remote sensing and GIS technology, images of 2001s and
4、2009s were interpreted.The dynamic transfer data matrix of landscape types were obtained through the constructed space information base and overlaid the two kinds of vector maps.The spatial distribution and characteristics of landscape in Shenzhen Bay coastal zone were also obtained from 2001 to 200
5、9.The results showed that the area of mangroves, construction lands and rivers expanded, the area of lakes, beaches, forests, shallow waters and green field decreased.At the same time, the developing tendency of landscape patterns were analyzed and forecasted with Markov Chain Model.The result also
6、showed, the proportion of shallow waters, beaches, lakes, forests, green field would continue to fall, the proportion of construction land, mangroves would continue to rise, and the proportion of the rivers would stay unchanged essentially.Therefore, it is suggested that Shenzhen Bay shouldstrengthe
7、n the planning of land reclamation, protect the marine ecological environment, and make use of the sea in a scientific and ecological way.Keyword： Coastal zone; Landscape pattern; Trend forecast; Shenzhen Bay; Marine ecological environment; Received： 2017-03-211 引言海岸带是潮间带及其两侧一定范围内陆地和浅海的过渡地带。作为第一海洋经济
8、区, 海岸带也是地球环境动力系统最复杂和地表生态系统最脆弱的地带1。诸多内外因素尤其是人类活动易导致海岸带景观结构和功能的复杂化2-3, 基于生态系统的空间分布和随时间变化的空间信息研究景观的时空变化、分析其变化原因以及预测其变化趋势, 可为区域景观的管理和规划提供决策依据4。随着人口和产业向沿海城市不断聚集, 城市土地资源紧张、土地价格猛涨, 大多数沿海城市通过填海造地增加土地资源。深圳市作为我国沿海首个经济特区, 自 1980 年至今已开展过多次较大规模的填海造地工程, 尤其 20 世纪 90 年代是深圳市填海造地高速增长阶段, 其中以深圳湾较为典型5。大范围的填海造地工程改变了深圳湾的自
9、然岸线形态, 同时可能给周围的海陆生态系统造成不良影响, 引起很多学者的关注。本研究采用深圳湾海岸带 2001 年和 2009 年 2 个时期的卫星影像数据进行解译, 并开展空间叠加分析, 反映该地区 8 年间海岸带景观格局的空间变化规律;同时, 应用马尔科夫模型模拟动态演变过程, 预测景观格局的变化趋势, 为深圳湾海岸带的管理和保护提供科学依据。2 研究区概况深圳湾亦称后海湾, 是深圳 3 大海湾之一, 整体呈 SWNE 向延伸, 口门外与伶仃洋东槽矾石水道-暗士顿水道相接, 平均水深 2.9m, 自然水深一般不超过 5m, 是半封闭的小海湾6。海岸带是陆地系统和海洋系统的交界地带, 其范围
10、划分尚无统一标准7。目前大部分采用的划定原则是海岸线向陆延伸 5km 或 10km, 向海延伸 5km 或 10km或至 15m 等深线8。为保留海岸带景观的完整性, 本研究拟向陆侧以沿海城市干道为界, 无干道处则以邻近山体向陆侧边界为界;向海侧以深圳市和香港特别行政区的分界线为界。由此界定研究区面积约为 9 834.21hm。3 研究方法3.1 数据来源研究数据来源于深圳市 2001 年 Landsat-TM 影像和 2009 年 SPOT 影像。在ArcGIS10.0 软件下, 将计算机解译和目视解译相结合提取景观信息, 将 2001年最小斑块 (面积为 0.27hm) 作为 2 个时期影
11、像识别斑块的最小面积, 以保证分辨率统一。根据实地考察和影像分析确定解译标志, 将海岸带景观分为浅海水域、红树林、滩涂沙洲、河流、湖泊、建设用地、林地和绿地 8 个类型。其中海水范围内均为浅海水域, 红树林在海岸带边缘呈带状分布, 深圳湾长期填海造地产生的大片人造滩涂归为滩涂沙洲, 绿地主要是早期陆地未开发的绿地和城市绿化用地。3.2 转移矩阵采用 ArcGIS10.0 软件生成矢量数据和建立空间信息库, 并通过空间叠加功能生成景观类型动态变化图, 从而获得动态变化数据库, 由此得到 2 个时期深圳湾海岸带景观类型转换矩阵, 进一步分析各景观类型间的转化特征。3.3 马尔科夫模型马尔科夫模型是
12、关于时间发生的概率预测模型。马尔科夫过程是指在一系列特定时间间隔下, 某亚稳态系统由 t 时刻状态向 t+1 时刻状态转化的过程, 这种转化要求 t+1 时刻的状态只与 t 时刻的状态有关9。大量研究指出, 景观变化预测是由各景观类型之间相互转化的转移概率矩阵决定的10-12, 近年来学者们已经开始采用马尔科夫模型来预测景观格局未来的变化趋势13-16。本研究以 2001 年和 2009 年深圳湾海岸带景观的解译结果为基础, 通过马尔科夫模型计算得到面积和概率转移矩阵, 从而预测 2017 年和 2025 年深圳湾海岸带景观变化情况。4 结果和分析4.1 海岸带景观动态变化20012009 年
13、研究区景观类型转移矩阵如表 1 所示。由表 1 可得出 20012009年研究区各景观类型面积变化情况 (表 2) 。表 1 20012009 年深圳湾景观类型转换矩阵 下载原表 表 2 20012009 年深圳湾景观类型面积变化情况 下载原表 由表 1 和表 2 可以看出, 20012009 年深圳湾海岸带的红树林、建设用地和河流的面积有所扩张, 而湖泊、滩涂沙洲、林地、浅海水域和绿地的面积有所减少;变化率最大的是湖泊, 最小的是河流。(1) 红树林是增长率最高的海岸带景观类型, 增长来源主要是浅海水域、滩涂沙洲和绿地。深圳市生态建设红树林修复示范工程自 2007 年正式启动, 深圳湾海岸带
14、先后开展“深圳湾滨海休闲带工程”“福田凤塘河口红树林修复示范工程”和“深圳湾滨海红树林修复工程 (一期) ”等项目, 红树林面积的扩张在一定程度上说明深圳湾红树林整治修复工程成效较显著。(2) 建设用地的扩张也非常明显, 新增面积最大, 来源主要是绿地、浅海水域、林地和滩涂沙洲。根据广东省统计年鉴历年统计数据, 20012009 年深圳市 GDP 从 2 482.49 亿元增长到 7 786.79 亿元, 人口从 724.57 万增长到954.28 万。经济的迅速增长和人口的快速增加需更多的城市建设用地支撑, 在滨海范围内开展大规模填海造地工程是解决土地资源缺乏问题的有效途径。广东省填海造地活
15、动十分频繁, 填海面积较大, 尤其是 2004 年和 2007 年17;曾辉等18在对深圳市 1988-2007 年湿地景观动态变化及其成因的分析中也指出, 2000-2004 年深圳市大量可开发的农田和园地几近消失, 为增加建设用地而开展的填海造地工程导致滨海湿地迅速减少。(3) 湖泊减少态势最为明显, 主要转为建设用地和绿地;浅海水域面积减少最多, 主要转为建设用地和绿地, 新增来源主要为滩涂沙洲;滩涂沙洲总体呈减少态势, 主要转为浅海水域和建设用地, 新增来源主要为浅海水域;河流面积有所增加, 林地和绿地面积都有所减少。4.2 海岸带景观变化的马尔科夫过程模拟和预测根据表 1 得到 20
16、012009 年各类海岸带景观类型的转移概率矩阵 (表 3) 。由 2001 年研究区海岸带景观类型的面积比, 得到初始状态概率向量 P (n-1) , 以 8 年为一步长, 在 MATLAB7.1 软件下编程和运算, 当 n=1 时预测年份为 2017年, 当 n=2 时预测年份为 2025 年, 以此类推, 计算结果如表 4 所示。表 3 20012009 年深圳湾景观类型变化转移概率矩阵 下载原表 表 4 深圳湾海岸带景观变化的马尔科夫过程预测 下载原表 通过预测结果可以看出, 未来如按照现有海域开发规模和海域使用政策, 浅海水域、滩涂沙洲、湖泊、林地和绿地的比重将继续下降, 但下降速度
17、变缓;建设用地和红树林的比重将继续上升, 但上升趋势减缓并趋于稳定, 其中建设用地在各景观类型中的增长速度最快;河流的比重将基本不变。5 结语20012009 年深圳湾海岸带的红树林、建设用地和河流的面积有所扩张, 湖泊、滩涂沙洲、林地、浅海水域和绿地的面积有所减少。从马尔科夫模型预测结果看, 如保持深圳市人口和经济的高增长模式并以现有的海域使用和开发模式作为支持, 须不断占用海域海岸带资源。深圳湾是深圳市最早发展的地区之一, 作为深圳市和香港特别行政区重要的海洋资源, 深圳湾还具有十分重要的海洋生态价值。深圳市经济的迅速发展离不开填海造地工程, 这从很大程度上解决了深圳市发展用地不足的问题,
18、 但填海造地改变海域自然属性, 将给深圳湾海洋生态环境造成巨大压力。因此, 在填海造地工程实施前应做好充分规划, 开展必要的生态环境影响和经济效益综合评价, 实现科学用海和生态用海, 从而保障深圳湾在“粤港澳大湾区”战略地位升级背景下的健康可持续发展。利用马尔科夫模型对于研究一定区域面积内的海岸带景观动态变化较适宜, 这是由于一定区域内不同海岸带景观类型之间具有相互转化性。但海岸带景观类型之间的转化过程包含较多尚难用函数关系准确描述的事件 (如空间转化) , 需结合国家和地方的相关政策变化进一步综合分析。参考文献1李振, 黄海军.胶州湾海岸带土地利用/覆被变化研究J.国土资源遥感, 2010
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