摘要：為了分析珠江口區(qū)域海岸線近年來的發(fā)展變化情況，文章基于分形理論，分別對珠江口及深圳段大陸海岸線2005-2019年的變遷趨勢采用網(wǎng)格法進行分形分析，得出14年間，珠江口及深圳段海岸線分維數(shù)的變化情況。通過對計算結(jié)果的分析對比發(fā)現(xiàn)，近年間珠江口海岸線整體因開發(fā)強度大，人工岸線居多，分維數(shù)值變化較小;而深圳段海岸線分維數(shù)較整個珠江口有較大幅度增加。深圳段海岸線曲折度提高的原因主要為修復類工程的實施。海岸線分形維數(shù)與海岸線曲折程度的正相關(guān)系，與海岸帶開發(fā)利用規(guī)劃管理要求相符，提出分維數(shù)可作為規(guī)劃用海的重要評估參數(shù)。

　　關(guān)鍵詞：海岸線;珠江口;分形理論;分形維數(shù);網(wǎng)格法

　　0 引言

　　海岸線是平均大潮高潮時的海陸分界線，具有重要的生態(tài)服務功能及開發(fā)利用價值，在自然資源管理當中具有重要的戰(zhàn)略地位[1]。1967年Mandelbrot的分形理論，提出了海岸線分形與分維概念[2]。葉曉敏等[3]通過對膠州灣海岸線的分形分析，得出較大規(guī)模的海岸工程使海岸線分形維數(shù)減小，而較小規(guī)模的海岸工程和自然過程使海岸線分形維數(shù)增大;馬小峰等[4]對不同類型的海岸線進行了分形維數(shù)分析，進而得知分形維數(shù)理論同樣適用于多種類型地物組合而成的復合型海岸帶。分形維數(shù)是描述不規(guī)則特征的良好參數(shù)，通過遙感技術(shù)與分形理論的結(jié)合可以研究不同海岸線的變化規(guī)律。

　　珠江口地處粵港澳大灣區(qū)中心區(qū)域，坐擁1個金融中心、2個特別行政區(qū)、2個經(jīng)濟特區(qū)、3個自貿(mào)區(qū)、3個交通樞紐、5個副省級城市。21世紀以來隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，珠江口海岸帶開發(fā)利用活動的熱度及強度日益增加。本研究以2005年及2019年廣東省海岸線數(shù)據(jù)為依據(jù)，提取出珠江口大陸海岸線數(shù)據(jù)，借助GIS地理信息系統(tǒng)軟件平臺，計算出該區(qū)域海岸線的分形特征，并由此分析其分形維數(shù)變化幅值及其原因，進而為科學用海提供理論依據(jù)。

　　1 數(shù)據(jù)來源及分形分析方法

　　1.1 分析數(shù)據(jù)來源

　　本研究所討論數(shù)據(jù)包括2005年珠江口大陸海岸線(數(shù)據(jù)來源于2004—2006年廣東省沿海海洋綜合調(diào)查與評價)及2019年珠江口大陸海岸線(數(shù)據(jù)來源于新一輪的海岸線修測)。上述兩組數(shù)據(jù)存在的偏差，主要來源于兩組數(shù)據(jù)的獲取精度不同，如測量時使用的衛(wèi)星遙感底圖分辨率和現(xiàn)場實測比例有較大差距，但所選區(qū)域幾乎沒有由圍海養(yǎng)殖造成的認定標準不統(tǒng)一，且海岸線提取及認定標準一致。此外，海岸線矢量數(shù)據(jù)起始于深圳、香港交界，終止于澳門交界，從而避免了數(shù)據(jù)不連續(xù)可能導致的分析誤差。因此，所選數(shù)據(jù)可以作為有效反應珠江口大陸海岸線的變遷分形分析的基礎(chǔ)依據(jù)。

　　1.2 分形分析方法

　　Mandelbrot研究得出海岸線在形貌上是自相似的，也就是局部形態(tài)和整體態(tài)的相似性，隨后創(chuàng)立了分形幾何學，初步形成了分形理論[2]。分形形體的整體幾何形態(tài)分布是處處不規(guī)則的，但在不同尺度下，其變化規(guī)律又是相同的，局部形態(tài)和整體形態(tài)呈現(xiàn)自相似性，也就是統(tǒng)計意義上的相似。這種具有自相似性的現(xiàn)象、圖形或物理量即為分形[5]。分形理論的提出，在海岸線測繪工作領(lǐng)域的統(tǒng)計意義在于，解釋了海岸線的無規(guī)則分布形態(tài)。其分形維數(shù)(海岸線為大于1 小于2的分數(shù)值)則解釋了無法用整數(shù)維數(shù)表征的物理量的分布特征[6]。常用的海岸線分形維數(shù)計算方法有兩種[7]，本研究采取網(wǎng)格法計算珠江口海岸線的分形維數(shù)。

　　網(wǎng)格法是使用不同邊長的正方形網(wǎng)格覆蓋海岸線，統(tǒng)計不重疊覆蓋的線狀網(wǎng)格信息，得到不同的網(wǎng)格數(shù)目，最終計算出其分形維數(shù)。通過GIS軟件采用網(wǎng)格法對珠江口海岸線(圖1)進行覆蓋，其中正方形邊長為ε，覆蓋海岸線且不重疊覆蓋的網(wǎng)格數(shù)目為N(ε)。根據(jù)分形理論，即lgN(ε)=-Dlgε+A式中：A為待定常數(shù);D為覆蓋線狀數(shù)據(jù)的分形維數(shù)。

　　2 分維數(shù)計算

　　使用GIS軟件，對目標珠江口海岸線進行網(wǎng)格覆蓋，網(wǎng)格正方形邊長分別取值1 m、2 m、5 m、10 m、20 m、50 m、100 m、200 m、500 m、1 000 m、2 000 m、5 000 m，通過網(wǎng)格法分析計算，得出不同的網(wǎng)格數(shù)目。根據(jù)兩組數(shù)據(jù)的對數(shù)關(guān)系，將得到的數(shù)值進行線性擬合得出(圖2)，2005年珠江口海岸線線形方程為y=-1.051 1x+5.808 2，D值為1.051 1;2019年珠江口海岸線線形方程為y=-1.054 9x+5.823 5，D值為1.054 9。

　　3 珠江口岸線變遷的分形維數(shù)規(guī)律

　　根據(jù)Mandelbrot研究結(jié)論，海岸線分維值的大小范圍為 1　　14年間，珠江口變化較大區(qū)域集中在深圳西海岸(表1及圖3)，使用GIS軟件采用網(wǎng)格法對抽樣區(qū)域，即深圳市寶安至南山區(qū)后海海岸線進行覆蓋，使用測得數(shù)據(jù)得到ab段線形方程關(guān)系式(圖4)。

　　深圳市ab段海岸線分形維數(shù)增大了0.016 1，是珠江口分形維數(shù)變化值的4倍多。ab段海岸線分形維數(shù)增幅較大，表示2019年較2005年海岸線凹凸曲折部分占比增大。ab段海岸線分形維數(shù)增大是珠江口海岸線分形維數(shù)增大的主要原因。

　　深圳市ab段海岸線2005—2019年變化主要分3個階段，排除沖淤因素，填海工程是主要成因。第一階段為大規(guī)模填海造地期，第二階段為重點工程配套建設(shè)期，第三階段為生態(tài)修復期。2001年由于南山區(qū)后海、前海、大鏟灣填海工程開始施工，2005—2012年，南山區(qū)前海、后海、大鏟灣填海工程基本完成，期間前海、后海區(qū)域海岸線折彎取直，該區(qū)域海岸線長度大幅減少。第二階段2013—2017年，除深圳機場擴建工程以外，均為小規(guī)模造地工程，地鐵11號線、LNG、碼頭港口等城市配套工程落地。第三階段，南山區(qū)通過城市交通濱海休閑景觀改造工程打造深圳灣公園海岸線，2008年至今逐步修復成蜿蜒曲折并具有紅樹林生態(tài)功能和自然海岸形態(tài)的修復岸線。

　　5 結(jié)論

　　(1)珠江口海岸線分形維數(shù)2005年為1.051 1，2019年為1.054 9，抽樣ab段海岸線2005年分形維數(shù)為1.061 6，2019年分形維數(shù)為1.077 7，與分形理論研究結(jié)論相符。獲取的海岸線分形維數(shù)回歸方程相關(guān)系數(shù)計算值R2均在0.99以上，因此網(wǎng)格法計算所得分形維數(shù)可作為目標海岸線表征的良好參數(shù)。

　　(2)珠江口海岸線變化區(qū)域主要在廣州、東莞、深圳三地，其中深圳市海岸線變化較大，與其海岸線分維數(shù)變化規(guī)律相符。

　　(3)珠江口海岸線人工岸線類型達到90%，人工岸線防洪屬性決定了珠江口海岸線受水動力沖淤環(huán)境影響較小。2005—2019年珠江口海岸線變遷的主要因素為填海造地工程，通過抽樣ab段海岸線分維數(shù)分析，深圳市填海工程是珠江口海岸線分維數(shù)增大的主要因素。

　　(4)2005—2019年深圳地區(qū)建設(shè)的海岸帶修復工程總體上增加了海岸線長度，而其分維數(shù)的增加意味著海岸線曲折度也同時有所提高，即，分維數(shù)的增加與海岸帶整治修復工程密切相關(guān)。在合理規(guī)劃和修復海岸線的前提下，適度開發(fā)利用可提升海岸帶服務價值，同時也與海岸帶綜合利用管理中的占補平衡管理理念相符。因此，分析理論可服務于海岸帶綜合管理開發(fā)利用總量控制，分維數(shù)是衡量海岸線變遷的良好參數(shù)，可作為規(guī)劃用海的重要評估參數(shù)。

　　參考文獻

　　[1] 熊蘭蘭.加快推進廣東省海岸線整治修復的建議[J].智庫時代，2018(20)：80-82，105.

　　[2] MANDELBROT B B.How long is the coast of Britain· Statistical selfsimilarity and fractional dimension[J].Science，1967，156(3775)：636-638.

　　[3] 葉小敏，紀育強，鄭全安，等.膠州灣海岸線歷史變遷的分形分析[J].海洋科學進展，2009，27(4)：495-501.

　　[4] 馬小峰，鄒亞榮，劉善偉.基于分形維數(shù)理論的海岸線遙感分類與變遷研究[J].海洋開發(fā)與管理，2015，32(1)：30-33.

　　[5] 張國祺，李后強.分形理論對世界認識的意義[J].大自然探索，1994，13(47)：11-16.

　　[6] 何隆華，趙宏.水系的分形維數(shù)及其含義[J].地理科學，1996，16(2)：124-128.

　　[7] 朱曉華.海岸線分維數(shù)計算方法及其比較研究[J].黃渤海海洋，2002，20(2)：31-36.

　　基金項目：自然資源部南海局海洋科學技術(shù)局長基金重點項目(180107).

　　作者簡介：岳文　　通信作者：顏彬

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