海南陵水沙坝潟湖海岸近26年地貌类型空间格局演化

Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ
Ｍｏｄｅｌ，简称ＤＥＭ），并实
美国陆地探测卫星系统第一颗卫星Ｌａｎｄｓａｔ
１
现遥感影像与ＤＥＭ的叠加，建立三维虚拟环境， 以区分处于不同高程的地貌类型，如：侵蚀高丘高 程一般在２５ｍ以上，海积阶地高程在１０～２５ｍ范围 内，ｌＯｍ以下则为大面积平坦的海积平原。
于１９７２年发射，目前最新的Ｌａｎｄｓａｔ ８于２０１３年２ 月发射，是目前观测周期最长的影像资料，非常适 合做长周期海岸地貌演变分析。本研究收集了研究
回、沉积环境演变和现代海洋作用¨６’１１川。 研究区位于海南岛的东南部沿海陵水黎族自治 县，东濒南海，南与三亚市毗邻。新村、黎安双渴湖 位于陵水县东南角，是两个典型的口小腹大的潮控 天然渴湖，双湖腹背相依中间隔一沙坝，南部为南湾 猴岛及牛白山形成天然屏障将之与南海隔离（图１）。 新村港溻湖有曲港河、曲沟河两条流域面积都 很小的淡水河注入，淡水河向该海湾输沙有限¨８。。 海湾西部有一约２５０ｍ宽口门与陵水湾相通，涨、 落潮三角洲都比较发育，湾内落潮流速大于涨潮流 速，使该渴湖能够维持近于封闭海湾的稳定性¨９｜。 该溻湖东西长５．１ｋｍ，南北宽４．５ｋｉｎ，岸线总长 ２６．４１ｋｍ，总面积１９．４３ｋｉｎ２，其中０ｍ等深线以深 水域面积１２．５ｋｉｎ２，口门平均水深５．７ｍ，最大水深
万方数据
第
四
纪
研
究
２０１６拄
使用专业遥感影像处理软件ＥＮＶＩ ５．１中的 ＦＬＡＡＳＨ模块对遥感影像进行大气校正，消除大气 散射、吸收及反射引起的误差，获取真实的地表反 射率，以分析沙坝渴湖海岸不同地貌类型的光谱特 征。本文用于区分空间位置联系紧密的有３种地貌 类型：海积平原、水下浅滩及水下平原。海积平原 属典型陆地地貌，水下平原属典型海洋地貌，水下
交互地带，是全球变化中极为敏感的部位，如今人 类大量高强度的开发活动都集中于此¨ｑ］。沙坝漓 湖海岸是沉积海岸的重要组成部分，主要由沙坝、 溺湖和潮汐汉道等地貌单元构成，在世界海岸线上 广泛分布，约占全世界大陆岸线总长的１３％［４］，在 中国的砂质海岸中，约６０％的海岸线属此种类型。 渴湖具有蓄水防洪作用，其外侧沙坝能够阻挡波浪 及风暴潮，防止岸线受侵蚀冲刷，湖内平时风浪平 静，营养物质含量丰富，适宜港口及养殖场开发。 近百年来，人类潮滩围垦、盐田与养殖池开发以及 航道疏浚、防波堤修建等强活动干扰，导致沙坝渴 湖海岸消亡数目增加¨“１。这一体系对人类活动的 响应具有极强的敏感性和脆弱性，是国际地圈与生
１：１０００ ＡｕｔｏＣＡＤ
汊道海湾动力地貌及双湖连通工程选址研究》报告
对双湖沿岸地貌类型的划分方法旧…，根据遥感地 貌类型分布特点，将双湖沿岸地貌类型划分为自然 地貌类型６种：构造侵蚀中高丘、海积阶地、海积 平原、水下浅滩、水下平原和海滩沙堤；人工地貌 类型３种：养殖池、盐田和人为堆积高地（表２）。
口门平均涨潮历时为１３小时２０分钟，平均落潮历时 为１１小时２０分钟，涨潮历时大于落潮历时。据蒋增 杰等¨副观测，黎安溻湖潮流也表现出时间一流速不 对称特征，实测口门平均涨潮流历时为１２小时５０分 钟，平均落潮流历时为１１小时２０分钟，涨潮历时大 于落潮历时。本研究组在双漓湖内通过对南京大学 野外获取柱状样的粒度、地球化学等多项指标研究， 发现有３５０年来的古风暴记录¨“。 研究区内有自然村镇３个：新村镇、黎安镇和 三才镇。２００９年１２月３１日国务院印发了《国务院 关于推进海南国际旅游岛建设发展的若干意见》； ２０１２年１月海南省委省委省政府设立海南国际旅 游岛先行试验区（以下简称“试验区”），管理新村 及黎安片区的国际滨海旅游新城建设。 ２．２数据来源 本研究数据来源包括近２６年多时相遥感影像 及实测陆地、海底地形图、陵水县多年期土地利用 数据（２００５—２０１４年）及Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｃｈ高分辨率 ＳＰＯＴ影像。遥感影像采用Ｌａｎｄｓａｔ系列卫星 １９８７—２０１３年间６期影像，如表１。实测地形图为
２研究区概况及数据来源
２．１研究区概况 海南岛属中国的第二大岛屿，位于南海西北 部，属热带季风型岛屿，冬季盛行东北风，夏季盛 行西南风，全年气温较高，热量充足，无霜、无寒 露，雨季长，旱季短，属湿润地区，多年最低气温 大于５。Ｃ，１月份平均气温１９℃以上¨…；雨量丰 富，据海南省水资源公报（２０１３年）公布海南省多 年平均降水量为１７５０ｍｍ。海南岛属于台风多发地 带，平均每年受到８—９个台风影响，素有“台风走 廊”之称，是我国乃至西太平洋地区受台风灾害最 严重的地区之一¨５’”’。晚更新世以来，海南岛东部 经历了复杂的海陆相互作用，包括海平面升降旋
第３６卷第１期
２０１６年１月
第四纪研究
ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ
ＳＣＩＥＮＣＥＳ
Ｖ０１．３６，Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１６
ｄｏｉ：１０．１１９２８／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—７４１０．２０１６．０１．１０
文章编号
１００１－７４１０（２０１６）Ｏ卜１０３—１０
海南陵水沙坝溻湖海岸近２６年 地貌类型空间格局演化术
表１遥感影像及其参数
Ｔａｂｌｅ １
Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｒｅｍｏｔｅ‘ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅｓ
３．２地貌类型解译 地貌类型遥感影像解译根据Ｌａｎｄｓａｔ影像的７ 个波段光谱特征、数字高程模型（ＤＥＭ）以及影像 纹理的几何特征相结合，以对解译精度有很好的 控制。 首先，在专业ＡｒｃＧＩＳ １０．１软件中，采用３Ｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ模块，对实测地形数据创建研究区数字高 程模型（Ｄｉｇｉｔａｌ
１１．２ｍ。其海底地貌类型单一，为一较平坦的浅海 淌湖盆地，周围主要为侵蚀残丘、海积阶地和沙堤 环绕，北岸为新村码头堤岸，南部有南湾猴岛和牛 白山形成的天然屏障。湾内水域面积较大，水深条 件良好，水深分布状况大致为南深北浅，底质以砂 为主，深水处多为泥，有珊瑚礁零星分布。淌湖口 门的渔港湾内ｔｌ然环境优美，渔排养殖大面积分 布，漓湖内有３个水上蛋家渔村，是“蛋家文化”的 发源地之一¨“。 黎安溻湖最宽处约２．８２ｋｉｎ，长约４．３９ｋｍ，岸 线总长２１．１８ｋｉｎ，面积约７．９２ｋｍ２，口门位于渴湖东 南部，开口向南，东面为一南北走向隔开外海的巨 型沙坝，西面为沙嘴，内侧距离口门约２００ｍ处有 一长约７０ｍ的涨潮流三角洲。北倚东高岭，周围台
区所有可获得Ｌａｎｄｓａｔ影像资料３０多期，经过波段 合成处理后，选择以下６期质量好、能反映研究区 地貌转化节点的影像作为主要数据源（表１）。
３数据处理过程及其方法
３．１地貌类型划分 通过野外地貌调查，结合《中国海湾志》中新村 湾地貌图¨４１以及《海南国际旅游岛先行试验区潮汐
新村溻湖潮流表现出时间一流速不对称特征，实测
主题词
沙坝渴湖海岸
地貌空间格局遥感地貌解译地貌转移矩阵海南陵水 文献标识码
Ａ
中圈分类号Ｐ７３６．１４，Ｐ７３７．１，ＴＰ７９
１
引言
海岸带处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈的
物圈多计划（ＩＧＢＰ）及全球环境变化人文因素计划 （ＩＨＤＰ）中海岸带关键研究区的典型代表∽卅１｜。 我国沙坝溻湖海岸主要分布于华北、华南地 区¨２｜，在海南岛沿岸分布广泛。新村与黎安双渴 湖位于海南岛东南部陵水县境内，新村渴湖在解放 前已开始有码头建设，１９６７年两个漏湖开始发展水 产养殖，８０年代初开始沿岸开发养殖池及盐田¨引， 双湖及沿岸自然环境开始受到人类活动的持续影 响。２００９年，海南国际旅游岛建设发展意见正式提 出，２０１２年１月，新村与黎安片区被划为海南国际 旅游岛先行试验区，预计未来１０年后，建造一座滨 海新城。 本研究利用１９８７—２０１３年２６年间６期多时相 Ｌａｎｄｓａｔ卫星遥感影像、实测海陆地形图、历史海图 等多数据源，运用专业遥感影像处理软件Ｅｎｖｉ及德 国智能影像分析软件ｅＣｏｇｎｉｔｉｏｎ的随机森林法模块，
贾培宏①②③ 徐 伟①③李功成④⑤
殷 勇①②③
李
鑫④
（①南京大学地理与海洋科学学院，南京２１００２３；②南京大学中国南海研究协同创新中心，南京２１００２３； ③南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，南京２１００２３；④海南国际旅游岛先行试验区，陵水５７２４００； ⑤同济大学建筑与城市规划学院，上海２０００９２）
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借助ＧＩＳ数字高程模型三维模拟分析方法，解译提 取陵水沙坝双漓湖海岸不同时期沙坝溻湖海岸地貌 类型及其时空分布特征；运用地貌类型转移矩阵数 理统计方法定量分析沙坝溺湖海岸地貌类型时空格 局演化规律。探索一种借助长周期遥感影像资料和 随机森林遥感影像分类提取、ＧＩＳ空间分析及矩阵转 换数据理统计等多种方法结合用于沙坝淌湖海岸地 貌长周期演化研究的有效技术方法，以弥补传统采 用钻孔及沉积柱状样采集分析中以点代面、难以全 域覆盖的海岸带沉积地貌演化分析方法的不足。根 据研究结果，进一步探讨人类活动对双湖海岸地貌 演化的作用过程、强度、方式，为陵水沙坝溻湖海岸 资源的合理开发及可持续利用提供科学依据。
程就是对于每个随机产生的决策树分类器，输入特 征向量，森林中每棵树对样本进行分类，根据每个树 的权重得到最后的分类结果∽２｜。近年来，随机森林 法在多源数据和随机小样本的遥感影像分类中获得 广泛应用旧３｜。在包括Ｌａｎｄｓａｔ ＥＴＭ＋、多光谱、高光 谱和ＧＩＳ数据等多源数据组合，以及遥感土地覆盖 等分类应用方面都有优秀的表现旧１‘，其分类计算速 度快、对噪声与过训练不敏感等特点弥补了人工神 经网络、支持向量机等分类方法的局限性旧…。 本研究选择随机森林法，综合多光谱影像、 ＤＥＭ和几何纹理等多种分析解译方法，将多源数 据纳入到影像分类决策树中，在提高分类精度的同 时保证数据处理效率。分类使用的训练样本通过实 地考察、陵水县多年期土地利用数据（２００５～２０１４ 年）及Ｇｏｏｇｌｅ Ｅａｒｔｈ高分辨率影像解译获得，每类地 物３０个样本，９种地类共２７０个样本。 德国Ｄｅｆｉｎｉｅｎｓ Ｉｍａｇｉｎｇ公司开发的智能化影像 分析软件ｅＣｏｇｎｉｔｉｏｎ提供了实用的随机森林法模 块，实现了多数据源融合、多尺度分割的自动分类 功能。本研究在该软件中，结合３种决策特征将分 类器的大小设定为１００棵决策树，获得１９８７至 ２０１３年间６期遥感影像的地貌分类结果。 为了对ｅＣｏｇｎｉｔｉｏｎ自动提到的海岸地貌分类结
摘要
通过对海南陵水县黎安、新村两个沙坝渴湖海岸地貌的野外踏勘，构建研究区地貌类型分类标准，据此
采用德国智能影像分析软件ｅＣｏｇｎｉｔｉｏｎ提供的随机森林法模块，对１９８７—２０１３年２６年间６期Ｌａｎｄｓａｔ卫星遥感影 进行地貌类型分类与空间分布位置图斑提取，结合ＡｒｃＧＩＳ软件据实测地形数据生成数字高程模型以及地貌类型 转移矩阵数理分析技术，对研究区地貌格局演化特征及地貌类型转化趋势展开研究。结果表明，上述野外测量、 随机森林遥感影像分类提取、ＧＩＳ空间分析及矩阵转换数理统计等多技术方法结合用于沙坝涡湖海岸地貌长周期 演化研究是可行、有效的，此方法弥补了传统采用钻孔及沉积柱状样采集分析中以点代面、难以全域覆盖的海岸 带沉积地貌分析方法的不足。研究发现，近２６年间，陵水双溻湖海岸地貌发生了显著变化，地貌类型转化趋势为 海积平原、水下浅滩、海积阶地向养殖池及盐田转化，自然地貌间的相互转化不明显；大范围的潮滩围垦及海积 平原挖掘改造，形成了一条人工地貌带，打破了原有自然地貌空间格局，改变了海积平原与水下浅滩之间的沉积 动力作用方式以及物质能量交换模式，不断加强的人类活动已成为研究区海岸地貌改造的主要驱动力。
表２陵水沙坝渴湖海岸地貌类型分类标准
Ｔａｂｌｅ ２ Ｃｌａｓｓｉｆｙｉｎｇ ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ ｏｆ ｓａｎｄ ｂａｒｒｉｅｒ ｌａｇｏｏｎｓ
ｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃ ｐａｔｔｅｒｎｓ ｉｎ Ｌｉｎｇｓｈｕｉ Ｃｏｕｎｔｙ
ＤＷＧ格式数字化地形图，由试验
区２０１１～２０１３年委托专业测量人员实测获得。
第一作者简介：贾培宏女４３岁
讲师海洋信息科学及海岸带规划管理Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｐｈ＠ｎｊｕ．ｅｄｕ。ｃｎ
＋海南省政府项目“海南国际旅游岛先行试验区潮汐汉道海湾动力地貌及双湖连通工程选址研究”（批准号：２０１３０５８４）资助 ２０１５—１０—０２收稿，２０１５－１０—２８收修改稿
万方数据
第
四
纪
研
究
图１研究区位置
Ｆｉｇ．１ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ
ａｒｅａ
万方数据
１期
贾培宏等：海南陵水沙坝渴湖海岸近２６年地貌类型空间格局演化
地孤山相间，东高岭和涡湖间有小面积渴湖淤积平 原，整个溻湖为海积阶地、丘陵和沙坝所环绕，内 部相对平坦，外围为水下浅滩¨引，向内为大面积水 下平原，湾内渔塘、渔排养殖业发达。 双涡湖主要动力是波浪和潮汐，附近海域潮汐 属不正规全Ｅｔ混合潮，据龚文平等¨州观测结果表明，