基于DSAS的长兴岛海岸线时空演变分析

张露文

(辽宁师范大学 辽宁 大连 116000)

(一)研究背景与意义

随着海岛经济逐渐被重视，海岸线的开发力度也随之增大。人类活动对海岸线的破坏加速了自然岸线的消失，整个海岛的生态系统也发生变化。海岸线的变化使得海岛经济发展受阻，海岛居民的生活环境和生活质量受到影响。

(二)国内外研究现状

海岸线是划分陆地和海洋的界线，会因海面、地壳的升降等的变化而变动。而岸线资源是一种重要的自然资源，它承载了海岛居民许多生产生活的活动，与海岛的社会生活、经济发展、交通运输息息相关。因此近年来，海岛岸线的演变研究逐渐受到关注。例如，侯西勇等开展了中国大陆海岸线遥感提取及变化研究。

(一)研究区概况

长兴岛地处东经“121°32"”,北纬“39°29"2″—39°39"“,四面环渤海,仅一桥与陆地相连。在相对位置上为辽东半岛、大连市渤海一侧海岸线的中段,大连瓦房店市西侧,北濒复州湾,南临葫芦山湾与交流岛相望,东侧以狭窄水道与大陆相连。

(二)数据来源与处理

本文选用长兴岛地区1995～2015年3期Landsat遥感影像作为海岸线提取的数据源,数据源于地理空间数据云。本文采用美国Landsat 5/7卫星的TM/ETM+遥感影像作为主要分析数据，收集的卫星影像在海岸线区域无云雾遮挡，海陆界线清晰，便于提取。研究数据包括2005—2014年研究区的遥感影像、地形图、2009年908精确海岸线矢量数据、大连长兴岛经济技术开发区总体规划以及行政区划图。

(一)长兴岛水边线提取

目前,提取水边线主要有6种方法。本文采用改进归一化水体指数法(MNDWI)对遥感影像进行处理。MNDWI是在NDWI的基础上改进的结果。利用水体的光谱反射特征，采用改进的归一化差值水体指数(MNDWI)突出影像上的水体信息，实现水体与背景的分离。归一化差值水体指数计算公式如下：

MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR)

其中，MIR指中红外波段，在此基础之上,对其进行二值化处理,分离出水体与陆地。将二值化处理后的栅格图在ArcGIS10.2中进行自动矢量化,来提取各时期卫星过境时的水边线。

(二)海岸线时空演变评价方法

目前,海岸线演变常用结束点率(End Point Rate,EPR)量化时空演变特征。分析岸线变化的方法主要通过比较岸线的位置变化，确定海岸线的变化速率等参数，以此来说明岸线的冲淤情况。本文将提取的海岸线导入具有数字岸线分析系统(DSAS)功能的地理信息系统以计算岸线变化率。其内容包括基线、岸线以及与岸线正交生成的一系列剖面三个主要部分。综合使用基线法和面积法,通过GIS和DSAS定量获取长兴岛岸线变化速率及陆域变迁面积,进行海岸线时空变化特征分析。

(三)海岸线演变特征分析

采用数字海岸线分析系统(DSAS),对长兴岛海岸线进行定量分析。DSAS是基于ArcGIS平台,通过线性回归方法计算出海岸线的变化速率,从而揭示大范围、长时间的海岸线变迁。

利用DSAS进行海岸线分析的主要流程如下。首先,利用已有的岸线数据,通过多次拟合、调整,选定基线。其次,统一设置300m的采样间距,进行多次拟合、修正后,生成了319条垂直于上述基线并与所有岸线相交的等间距切线。再选取相邻的两期岸线,利用DSAS对319个断面进行计算，得到不同年份岸线长度、岸线年平均变化速率、终点变化速率,用于对长兴岛海岸线变迁进行定量分析研究。岸线年平均变化速率的计算公式如下:

式中,Ri,i+1是相邻年份间的岸线年平均变化率(i=1—3);Si+1为第i+1期海岸线与研究区陆域纵边界所围区域的面积;Si为第i期海岸线与研究区陆域纵边界所围区域的面积;Li为第i期海岸线的长度;ΔYi,i+1,为第i+1期与第i期海岸线年份数的差值。终点变化速率(End Point Rate)的计算公式如下:

式中,Ei,j是相邻年份间沿某条切线m的岸线终点变化速率;dj为沿切线m第j期海岸线到基线的距离;di为沿切线m第i期海岸线到基线的距离;ΔYj,i为沿切线m第j期与第i期海岸线年份数的差值。利用基线法可计算出10年间长兴岛海岸线空间变化距离与空间分布。研究区的海岸线总体趋势是长度增加，从2005年的96.8km增长到2014年的138.9km。

(一)海岸线长度时空变化

根据遥感影像对海岸线监测的结果显示，2005年、2010年、2014年长兴岛海岸线的总长度分别为96.8Km、121.9Km、138.9Km，过去的近十年里，无论从整个研究期还是从各个阶段来看，长兴岛海岸线均保持增长趋势，从2005年到2014年一共增加42.1Km，变化率44.88%。

(二)海岸线变化速率分析

长兴岛海岸开发与国内大多数的海岸开发有许多相似之处，为了详细分析长兴岛海岸线的变化特征，对研究区的海岸线进行提取。本文使用如下方法提取海岸线：①基于解译的3个年份的遥感影像数据，在ArcGIS 10.2平台中建立长兴岛海岸线长度数据库，并在数据库下提取海岸线，使用行政区划界线，确定研究区界线；
②对TM/ETM影像进行二值化处理；
③自动化提取海岸线。对各个年度海岸线统一采用UTM-WGS84投影坐标系，岸线长度比例尺为1:150000。

研究结果表明：长兴岛海岸线长度总体上呈加速增加趋势，2005-2010年，海岸线长度增加较少，紧贴西部岸线；
2010-2014年，海岸线增加较大，主要在葫芦山湾和马家浅滩区域。作为社会经济热点区，长兴岛海岸线的变化已经并将继续促使海岸沿线土地利用和生态环境发生变化，由此带来了一系列人地关系问题。政府和社会群体都应该加以重视，选择适宜填海的位置，监控围填海规模，注重环境的保护，努力削弱其不良影响。

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