随着我国社会经济的不断发展，城市化和工业化对海域资源索取加重，海岸线开发利用强度不断增加，据国家海洋局相关数据统计，25年来，距海岸线1 km范围内海域被开发占用面积已经超过80%。根据我国大陆海岸线遥感解译结果，1990年以来自然岸线锐减，至2015年末相比减少了31.94%；而人工岸线25年来，相比增长了75.21%。海岸线开发强度不断增强，为沿海地区经济建设和人口增长提供了发展和生存空间的同时，也带来了生态退化、环境恶化、资源衰退等问题。研究不同时期大陆海岸线开发强度的变化趋势，控制自然岸线减少量，具有重要的意义。

目前，国内外对海岸线开发强度的研究较少，多集中于海域使用管理制度现状及存在问题^[1-3]、海域使用时空数据管理^[4-5]、海域使用权管理^[6-8]、围填海工程的生态补偿^[9]、海域使用现状及存在的问题^[10-12]等方面，而关于海域空间资源开发强度分析^[13-16]研究较少。以往的研究受数据等的影响，海岸线长度的研究已日趋成熟，而海岸线空间位置的大尺度和长时间的变迁研究较少，缺乏较科学和系统的研究方法。本文研究以国家海洋局海量的遥感影像为基础，结合遥感和GIS技术，提取1990年以来我国的大陆海岸线，作为本底监测数据，构建海岸线开发强度变化计算模型，分析海岸线开发强度的空间分布规律，为海洋经济发展及海域资源使用综合管理提供理论支撑。

1   材料与方法

1.1   数据来源

本研究参考中国海洋经济^[17]、海洋法律制度^[18]以及海域使用管理的发展历程^[2]，选取了1990年、2000年、2010年和2015年4个时期(9~11月)的海岸带遥感影像数据(表 1)。因研究时间和空间范围较大，遥感影像的质量和精度不一致，参考Yun Zhang等的影像预处理技术和方法^[19]，完成影像的配准、校正、匀色和镶嵌等统一标准化预处理，控制误差范围在1个像素之内。

表  1  数据来源与说明

Tab.  1  The data sources and description

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1.2   研究方法

从定量研究已开发利用岸线的使用强度角度出发，提出海岸线开发强度理念，指单位海岸线开发利用的海域使用面积，即：两个时期内自然岸线向人工岸线转变或人工岸线向海推进的人为开发海域使用面积，与占用大陆海岸线长度的比值。

依据两个时期的大陆海岸线类型与空间位置变化情况，提取新时期大陆海岸线类型为人工岸线的岸段；以每个岸段为单元，绘制垂直于大陆海岸线主体走向的剖面与另一时期大陆海岸线相交；分别计算出相交的剖面面积和两个交点间的大陆海岸线长度，剖面面积除以两交点间的岸线长度，得到单位长度大陆岸线的海域开发利用面积，即为海岸线开发强度。计算公式如下：

式中：P为大陆海岸线开发强度；S_i为第i个剖面的面积；L_i为第i个剖面上的两交点间的大陆海岸线长度；n为垂直大陆海岸线主体走向的剖面数量。海岸线长度单位为千米(km)，剖面的面积单位为公顷(hm²)，故海岸线开发强度的单位为公顷/千米(hm²/km)。

为了计算海岸线开发强度年均变化速度，构建模型：

式中：SY为海岸线开发强度年均变化速度；Y为岸线变化时间间隔；P为海岸线开发强度。

以地级市为单位，计算各市的大陆海岸线开发强度指数，反映区域范围内海岸线开发利用的程度，计算公式如下：

式中：E为大陆海岸线开发强度指数；D_s为重度开发岸线长度；D_m为中度开发岸线长度；D_l为轻度开发岸线长度；D_n为未开发岸线长度；E值越大表示岸线开发强度越高。

2   结果与讨论

2.1   岸线开发强度变化特征

本次提取的海岸线(瞬时海陆分界线)，包括中国大陆地区和海南岛，不含台湾、舟山市和三沙市，统称为大陆海岸线。我们将预处理后的影像采用色差Canny算子岸线自动提取技术^[19]，完成海岸线信息的提取，并经过拓扑处理，以及在高斯-克吕格投影下量算长度(表 2)，与2015年中国海洋统计年鉴公布的18 000 km海岸线^[20]进行对比，结果发现二者相差约600 km。

表  2  四个时期我国大陆海岸线长度(单位：km)

Tab.  2  The length of Chinese continental coastline in four periods (unit:km)

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由表 2可以看出，自1990年以来，我国人工岸线长度逐年增加，至2015年底人工岸线总长度已达10 841.27 km，占全国大陆海岸线总长度的58.16%，25年来新增人工岸线长度达到4 653.79 km，从侧面反应了，可持续开发利用的海岸线长度正在逐年减少。

采用公式(1)和(2)分别计算出1990~2000年、2000~2010年、2010~2015年和1990~2015年4个时间段的大陆海岸线的平均开发强度和年均变化速度(图 1和图 2)。

图  1  我国大陆海岸线开发强度(hm²/km)

Fig.  1  Strength degree on the Chinese coastline use(hm²/km)

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图  2  我国大陆海岸线开发强度变化速度[hm²/(km·a)]

Fig.  2  Speed rate on the Chinese coastline use[hm²/(km·a)]

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由图 1可看出，我国海岸线资源的开发利用强度逐年加大，天津市和江苏省开发强度增长幅度最大，2000~2010年10 a间，海岸线开发强度达到94.41 hm²/km和83.86 hm²/km，相比1990~2000年时期分别增长了3倍和2倍。由图 2可以看出，海岸线开发强度平均变化速度逐年增加，天津市和江苏省变化尤其明显，1990~2015年25年间，达到了3.17 hm²/(km·a)和2.94 hm²/(km·a)；而海南省和广东省变化速度最小，分别为0.50 hm²/(km·a)和0.83 hm²/(km·a)。

整体来看，我国海岸线开发强度变化空间分布，以长江入海口为分界线，北部沿海城市开发强度及变化速度普遍高于南部沿海城市，其时空演变特征可以归纳为“三期”和“两型”。

“三期”可概括为起步期、加速期和高潮期。

(1) 1990年~2000年为起步期，此时期全国海岸线开发强度平均速度低于2 hm²/km。2000年以前，我国海域开发活动以海洋渔业、海洋盐业和海洋运输业等传统海域开发利用为主，对于改变海岸线和海域空间属性的行为较缓慢。

(2) 2000年~2010年为加速期，此时期全国海岸线开发强度平均速度是起步期的2倍。随着全球海洋开发热潮和人类对高质量生活空间的追求，促使海洋产业高速发展，配套的围填海行为逐步扩大，同时沿海城市的海陆界线加速了向海一侧的扩张，这些都加速了海岸开发的强度。

(3) 2010年~2015年为高潮期，此时期全国海岸线开发强度平均速度仅用了5 a时间完成了加速期的两倍。2007年《中华人民共和国物权法》的出台，首次将海域物权制度在民事基本法律中得到确立，是海洋综合管理真正走向法制化管理时期的重要标志，海洋开发迎来了一个新高潮。随着土地资源的紧缺，加快了滨海城市和临港工业区的建设，进而推动大规模的围填海项目，标志着海岸开发进入了高潮期。

“两型”可概括为持续增长型和波动增长型。

(1) 持续增长型。1990年以来，海岸线开发强度变化速度保持持续增长的区域，主要有辽宁、河北、天津、山东、江苏、浙江、福建和广西8个区域，表明海域开发一直处于加速增长阶段。各省各时期的增长速度差异比较显著，2000~2010年与1990~2000年相比变化速度增长较为明显的为天津市和江苏省，增长速率分别为2.61%和2.19%；而2010~2015年与2000~2010年相比天津市增速有所减缓，同比下降了2.36%。

(2) 波动增长型。海岸线开发强度变化速度保持波动增长的区域，主要有上海、广东和海南3个区域，均在2000~2010年期间下降，而2010~2015年期间迅速增长，增长速率最大的为海南省，同比增长了2.67%。

2.2   岸线开发强度类型分析

为了形象与真实的展现我国大陆海岸线开发强度几何空间变化形态，依据1990~2015年大陆海岸线开发强度数值范围，参考中国大陆海岸线变化特征^[21]、海岸线资源保护与利用^[22]及遥感影像精度范围，根据分等定级方法，将大陆海岸线开发强度划分为：重度开发岸线、中度开发岸线、轻度开发岸线和未开发岸线4个类别(本研究划分类型为相对结果，未开发岸线为该时期内的岸线未被利用或空间位置变化不明显)。海岸线开发强度类型划分标准如表 3所示。

表  3  海岸线开发强度划分标准(单位:hm²/km)

Tab.  3  Classification standards of strength degree on the mainland coastline(unit:hm²/km)

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依据海岸线开发强度类型划分标准，以1990年岸线为基准，计算出1990~2015年期间我国大陆海岸线开发强度分类的统计结果(表 4)。

表  4  我国大陆海岸线开发强度类型岸线长度(单位:km)

Tab.  4  The length of various type strength degree of China's continental coastline(unit:km)

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整体来看，我国海岸线已开发利用类型中重度开发岸线和中度开发岸线比重较大，占已开发利用岸线总长度的比例为44.82%和38.23%，占全国大陆海岸线总长度的比例为19.29%和16.45%。

从空间分布范围来看，我国北方沿海城市大陆海岸线开发强度普遍高于南方，整体上北方岸线开发利用比例大于南方，综合分析如下。

(1) 未开发岸线多分布于长江入海口以南区域，其中海南、广西、福建和广东未利用区岸线所占比例高于60%；而上海、天津和江苏未利用岸线占有率不足30%。

(2) 轻度开发岸线多分布于福建、广东和山东，其中福建省轻度开发岸线最长为328.54 km，占全国轻度开发岸线长度的比例为25.51%；从各省范围内轻度开发岸线长度占本省已开发利用岸线总长度的比例来看，较高的省为福建、海南和广西，均大于20%。

(3) 中度开发岸线多分布于广东、福建和辽宁，其中广东省中度开发岸线最长为648.23 km，占全国中度开发岸线长度的比例为22.32%；从各省范围内中度开发岸线长度占本省已开发利用岸线总长度的比例来看，较高的省为海南、广西和广东，均大于50%。

(4) 重度开发岸线多分布于山东、辽宁和浙江，其中山东省强度开发岸线最长为668.30 km，占全国强度开发岸线长度的比例为19.62%；从各省范围内重度开发岸线长度占本省已开发利用岸线总长度的比例来看，较高的省为天津、江苏和上海，均大于70%。

2.3   岸线开发强度分析

由海岸线开发强度指数E计算公式(3)，计算出1990~2015年期间我国大陆海岸线开发强度指数，如图 3所示。

图  3  我国大陆海岸线开发强度指数

Fig.  3  Strength degree index of China's continental coastline

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由我国大陆海岸线开发强度指数计算结果分析，可得出整体布局情况与未开发岸线类型的保有量成反比，以上海市为分界线，上海市及北方沿海城市海岸线开发强度指数全部高于0.6，上海市最高，达17.66，其次是天津市，指数为2.45(分析原因是滨海新城区和临港工业区的人为开发活动引起)；而南方沿海城市海岸线开发强度指数都低于0.6，海南省最低，指数仅为0.22。

3   结论

(1) 1990年以来，我国海岸线开发强度变化速度保持增长趋势，空间分布上以长江入海口为分界线，北方沿海城市开发强度及变化速度普遍高于南方，时空演变形态呈现“三期”和“两型”两种特征。

(2) 重度开发岸线多分布于山东、辽宁和浙江，总长度超过全国的50%；从各省范围内重度开发岸线长度占本省已开发利用岸线总长度的比例来看，天津、江苏和上海较大，均大于70%。

(3) 近25 a来，我国大陆海岸线开发强度指数，以上海市为分界线，北方沿海城市指数全部高于0.6，上海市最高为17.66；而南方沿海城市指数均低于0.6，海南省最低仅为0.22。

(4) 随着全球人口增长和社会经济的不断发展，海洋开发活动加剧，势必影响海域空间资源开发利用趋势，如何在保护中开发利用海岸线，探索其开发利用形态，合理开发利用海岸线空间资源需进一步的研究。