基于遥感技术的海岸带的生态综合评价——以象山港为例_李婷.pdf

第4 5卷 第1期2 0 2 3年 2月海 洋 湖 沼 通 报T r a n s a c t i o n so fO c e a n o l o g ya n dL i m n o l o g yV o l.4 5 1F e b.,2 0 2 3基于遥感技术的海岸带的生态综合评价 以象山港为例李 婷1,黄秀清2*,黄晓琛2(1.上海海洋大学,上海2 0 1 3 0 6;2.上海东海海洋工程勘察设计研究院,上海2 0 1 2 0 0)摘 要:本文以象山港为研究对象,根据海岸带遥感信息和象山港入海污染物通量,建立海岸带生态评价指标体系,对象山港海岸带岸滩进行生态评价;建立象山港海岸带岸滩和港湾海洋生态的影响因子评价指标体系,对象山港生态进行综合评价。通过研究发现,综合考虑岸滩和港湾海洋生态的影响因子,象山港1 C区和4 C区的评价结果发生明显变化,海岸带生态因子对整个港湾的生态分别起了负、正面影响,将1 C区的生态由好变为较好,4 C区的生态一般变为较好。关键词:遥感;海岸带;生态综合评价;象山港中图分类号:X 8 2 6 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 3-6 4 8 2(2 0 2 3)0 1-0 9 0-0 8D O I:1 0.1 3 9 8 4/j.c n k i.c n 3 7-1 1 4 1.2 0 2 3.0 1.0 1 3引 言海岸带地理区位良好,是陆地生态系统和海洋生态系统相互作用的狭长区域,自然资源丰富,是多年来人类活动较为集中,且资源开发强度较大区域。由于海岸带的地理区位的特殊性及复杂性,使得海岸带成为一个独特的地理单元,其生态环境既受到陆地的影响,又受到海洋的影响。目前,对海洋资源的开发需要依托于陆地,海岸带是陆地与海洋连接带,使得海岸带的这个海陆结合的地带变得尤为重要。人类对于海岸带的过度开发,导致了一系列的生态问题,如:工业污水将大量高强度的有机和无机废水排入海洋,沿海电厂排出的酸性污废水、印染废水、含重金属的废水排入海洋中,给海洋的生态环境带来了严重的破坏,入海污染物中有毒重金属和难以降解的持久性有机污染物(P O P s)富集在近海沉积中1;近岸滩涂、海水养殖等渔业养殖的污染物残留的物质也直接进入海水中,对海水造成直接污染;污染物进入海洋,不仅能引起海洋生物资源(如渔业资源的衰退,包括数量和种类的减少),导致海洋资源不可逆转的改变;低浓度的有害成分存在生物体内,会导致基因突变和生物生活习性改变,并通过生物界食物链作用不断地积累和放大,会间接地损害了人类的健康2;海岸带地区填海造地工程、围垦工程使得海边滩涂湿地的面积锐减,滩涂湿地资源遭到了严重的破坏,无节制的人类活动扰乱并且破坏了海岸带生态环境3。国内外学者主要从生态系统的健康性、脆弱性、生态安全、生态承载力等方面进行评价,如通过构建P-S-R模型4,从压力、状态、响应三个系统分析,对生态系统的健康性、生态安全进行评价5-7;HA L P-E R N通过建立海洋环境健康指数对美国西海岸进行评价8;吝涛9等对厦门的海岸带生态系统的响应力进行评价分析;宁立新1 0,戴亚南1 1等从生态系统的健康性及脆弱性分析了江苏省海岸带生态状况;吴季秋1 2基于C A-M a r k o w和I n V E S T模型,通过遥感技术从土地利用变化的角度分析了八门湾海湾生态状况。巩彩兰1 3等利用遥感技术,通过对上海南汇东滩三年的土地利用变化分析了南汇东滩的基于遥感环境质量变化。目前对海岸带的生态评价,主要集中在对海岸带生态系统的健康、生态安全和生态承载力的角度进 第一作者简介:李 婷(1 9 9 0),女,硕士研究生,主要从事海洋生态评价研究。E-m a i l:l t t r a c y 1 6 3.c o m*通信作者:黄秀清(1 9 6 2),男,教授级高工,主要从事海洋环境容量及海洋生态评价研究。E-m a i l:x i u q i n g h u a n 1 t o m.c o m 收稿日期:2 0 2 0-0 6-1 21期基于遥感技术的海岸带的生态综合评价 以象山港为例9 1 行,同时考虑污染物对海岸带生态的影响,却没有对影响区域做出具体分析,对海岸带的主体评价还是落在海岸带陆地生态或者是近岸海域的生态评价中,没有考虑海陆之间的相互影响。本文综合考虑象山港的海岸陆地及港内海域的生态,利用遥感技术为基础,分析陆地生态因子,同时考虑海洋的属性,建立综合评价的指标体系,对海岸带生态进行分析评价。1 研究区域概况象山港地理位置位于六横岛西侧,南侧为象山半岛、北侧为穿山半岛,东临太平洋,地理位置为1 2 1 2 5 1 2 2 0 3 E、2 9 2 4 2 9 4 8 N之间。象山港是一个狭长的“U”字型港湾,只有东面有一个口门与东海相连通,其余三面被陆地包围。象山港湾内由西到东分别还有铁港、黄墩港、西沪港三个内港,象山港主湾中心线长约6 0k m。近年来,对于象山港海岸带及近海的开发与建设,导致了象山港海岸带生态出现了一系列的问题,如海域水体营养盐、重金属含量高,水体富营养化;热电厂的建设,使污水直排入海,加剧了海水的污染;大量围海、填海工程建设,改变了象山港湾内的水动力环境、破坏了自然岸线、同时也会造成一些滨海湿地的减少1 3-1 5。2 研究数据本文采用的遥感数据从中国资源卫星应用中心获得,得到的是G F-1(高分一号)WF V宽视场遥感影像,该影像数据成像时间为2 0 1 4年1月1 0日,空间分辨率1 6m。采用WG S 8 4/G a u s s-K r u g e r投影坐标系统,3度分带,中央经线1 2 1 E。本文中利用野外调查实测G C P数据,对整幅遥感影像数据进行几何纠正,由于G C P点位坐标精度量级(2m)远低于遥感影像空间分辨率(1 6m),因此外业测量数据精度满足遥感影像几何纠正之精度要求。同时采用二次多项式纠正方法完成本研究中的遥感影像预处理,RM S总误差0.0 0 09m。表1 象山港海岸带分区T a b l e1 C o a s t l i n ez o n i n go fX i a n g s h a nB a y象山港分区海岸带分区港区分区C 11 L N1 L S1WC 22 L N2 L S2WC 33 L3WC 44 L N4 L S4WC 55 L N5 L S5WC 66 L N6 L S6WC 77 L N7 L S7WC 88 L8WC 99 L9W3 研究方法3.1 评价范围的确定海岸带的广义范围为海洋与陆地的相互作用的界面,在海洋延伸至大陆架的中间,在大陆方向包括所有受海洋影响的地带,根据象山港特殊的地理位置及研究内容,本文海岸带范围定义为:象山港海岸线向陆地扩展5k m的陆地区域,及象山港港内海域,包括了象山港的部分陆地区域、湾内海域等。根据黄秀清、陈琴1 3等人研究,结合象山港生态自然特性,地形地质特征、生态系统等特点,通过数值模拟等验证,象山港生物生态多样性、水质污染浓度分布、水动力交换周期、水团属性等指标的空间分布特征,将象山港港湾分为9个区域,如表1、图1所示,作为生态环境评价单元。3.2 评价指标体系的确定海岸带指标体系从评价单元的整体性、系统学的角度进行考虑,需要体现评价海岸带的整体性、层次性、动态性、多样性等特点,需要综合考虑海陆复合的生态单元的评价因子与评价单元之间的关系,评价因子与评价因子之间的相互关系。由于海岸带的生态环境及地理位置的特殊性,现有的生态评价指标和指标体系不能直接引用到生态评价模型中,需要结合参照评价指标的选取原则和象山港海岸带生态环境的特殊性,在现有分类系统基础上,进行分析研究,并进行专家咨询与研讨,建立了由8大类、4 3个二级类构成的城市生态环境基础质9 2 海 洋 湖 沼 通 报2023年量遥感评价因子与分类系统1 3,1 8。图1 象山港海岸带分区图F i g.1 C o a s t l i n ez o n i n go fX i a n g s h a nB a y表2 象山港海岸带生态评价指标T a b l e2 E c o l o g i c a l e v a l u a t i o n i n d e xo fX i a n g s h a nB a y一级指标二级指标三级指标海岸带陆地自然条件林地水体草地园地耕地人为条件居民地其他公共管理与服务用地道路交通用地工业用地污染物排放量C O D排放量T P排放量TN排放量海域海水水质无机氮活性磷酸盐水动力交换周期生物质量浮游生物多样性浮游植物多样性根据科学性、系统性、代表性、可操作性、海陆统筹等原则1 9,结合象山港2 0 1 4年污染物通量的排放量,构建象山港海岸带评价指标体系,共选取了1 8个指标,指标内容见表2。3.3 评价指标标准化及权重处理由于在象山港海岸带生态评价指标体系中,因为每个评价因子指标类型不一样,遵循的标准和规范不一致,无法对不同指标进行统一的定性评价,指标之间缺乏可比性,所以需要对各评价指标原始数据进行标准化处理,使其标准化值在0,1 区间内2 0。海岸带岸滩评价指标标准化采用面积比来计算,即评价指标面积占该评价单元的面积的比重;海水生态质量和生物质量结果参考黄秀清等人对象山港海洋生态环境评价方法的研究成果1 7。海岸带岸滩评价指标权重的采用通过相关专家对评价指标的重要性排序结合层次分析法(AH P)对评价指标进行权重计算,各指标权重见表3。1期基于遥感技术的海岸带的生态综合评价 以象山港为例9 3 表3 象山港海岸带岸滩指标权重T a b l e3 I n d e xw e i g t ho fX i a n g s h a nc o a s t a l一级指标二级指标三级指标权重海岸带评价海岸带遥感指标农业园地0.2 5 9林地0.1 4 6耕地0.0 6 8草地0.0 5 4水域水体0.0 3 6居住区居民地0.0 7 2公共设施公共管理与服务用地0.0 4 5交通运输道路交通用地0.0 3 2工业仓储工业用地0.0 2 4其他其他0.0 1 4污染物指标污染物排放量C O D排放量0.0 8 3T P排放量0.0 8 3T N排放量0.0 8 3 注:海岸带遥感指标主要是通过对遥感数据的解译获得;污染物指标主要是监测数据。3.4 生态综合评价方法3.4.1 海岸带岸滩综合评价模型对象山港海岸带生态环境评价必须明确是生态评价范围。设:有M个评价因子Ei(i=1,2,M)。因子分类三级类优先于二级类,二级类优先于一级类。既可以是包含评价因子的全部,也可以是部分。评价单元为S,此M个因子对S生态环境基础质量贡献的综合评价值V(E1,E2,EM,S)为:V(E1,E2,EM,S)=Mi=1V(Ei,S)=Mi=1R(Ei,S)P(Ei)(1)式中,V(Ei,S)为评价因子Ei对评价单元生态环境评价值;R(Ei,S)为Ei占S的面积比例;P(Ei)为Ei的评价权重。表4 象山港海岸带岸滩评价等级及赋值表T a b l e4 C r i t e r i aa n de v a l u a t i o n l e v e l a s s i g n m e n tt a b l eo fX i a n g s h a nc o a s t a l综合得分评价等级(赋值)好(3)一般和较好(2)差(1)V0.2 2V0.1 2V n 0.2 20V n 0.1 2根据每个评价指标对海岸带生态环境综合评价值,评价因子指标值对海岸带生态环境状态的影响程度,将评价结果从高到低分为三个等级。综合评价中采用定性分析的方法,采用对各单一指标值加权平均的方法计算综合评价的结果,划 分 为 三 个 等 级,取 综 合 评 价 值 的5 0%和7 5%为参照状态,评价等级及赋值见表4。海岸带岸滩生态环境质量三个等级含义如下:0.2 20.2 5:生态环境质量相对好区,没有受到外力压力,没有生态异常状态出现。0.1 80.2 2和0.1 20.1 8:生态环境质量相对较好区