基于遙感測量的海岸線變化與分析

李 靜，張 鷹

(南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210046)

海岸線是由各種地質(zhì)因素相互作用、河流和海洋沉積物淤積、各種氣象和海洋條件以及人類社會經(jīng)濟(jì)活動造成的.海岸侵蝕、淤漲、海平面上升等自然變化和人工堤壩、圍墾、采砂等社會因素的變化都會導(dǎo)致海岸線的擴(kuò)張或縮減[1].這種變化不僅影響著海岸線的遷移速度，而且很可能改變其原來的延長方向.海岸線對沿海灘涂面積和濕地生態(tài)系統(tǒng)衰退具有重要的作用，其變化直接改變潮間帶灘涂資源量及海岸帶環(huán)境，影響沿海人民的生存發(fā)展[2].因此，快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測海岸線變化，從而為決策部門提供動態(tài)、科學(xué)、及時有效的信息，對進(jìn)行海岸、灘涂的開發(fā)利用和海洋災(zāi)害評估等都具有十分重要的意義[3].

與傳統(tǒng)的方法相比，運(yùn)用遙感技術(shù)研究海岸線變遷具有宏觀、快速、實(shí)時、動態(tài)和適用領(lǐng)域廣等特點(diǎn)，對于地物細(xì)微的變化，特別是海岸線的動態(tài)監(jiān)測具有獨(dú)特的優(yōu)勢[4].筆者針對目前大多數(shù)研究著重探討海岸線形態(tài)變化而鮮有對其驅(qū)動因素探討分析，特別是人類活動對海岸線變化的影響研究這一情況，以江蘇沿海海岸線為例，研究其變遷情況，尤其是人類活動影響下的變遷，并分析其相關(guān)原因.

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

江蘇鹽城海岸是典型的粉砂淤泥質(zhì)海岸 ，位于東經(jīng) 119°27′～ 121°16′，北緯 32°34′～ 34°28′.由于受歷史上黃河入海改道以及近海潮汐動力的影響，鹽城海岸線自北向南呈有規(guī)律的變化，射陽河口為“北沖南淤”的分界點(diǎn).射陽河口以北為侵蝕性粉砂淤泥質(zhì)海岸，潮間帶一般寬1～2km，最大蝕退率為30m/a左右;射陽河以南為堆積型粉砂淤泥質(zhì)海岸，灘面寬度較大，最大可達(dá)30km，是江蘇沿海海岸淤積最明顯、潮間帶最寬的地帶，最大淤進(jìn)率為100m/a左右[5].近幾年江蘇沿海大開發(fā)提升到國家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)，使鹽城海岸開發(fā)活動如圍墾造地、筑堤圍堤、港口碼頭日趨頻繁，海岸線承受的壓力加大.

1.2 數(shù)據(jù)

選擇2007年實(shí)測海岸線數(shù)據(jù)，海域使用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)以及1∶50000地形圖;影像選擇2009年、2010年兩景環(huán)境一號衛(wèi)星數(shù)據(jù).基本參數(shù)如下:星下點(diǎn)地面像元分辨率為30m，波段范圍為0.43～0.52μm，052～0.60μm，0.63～0.69μm，0.76～0.90μm;中心像元配準(zhǔn)精度為±0.3像元，相對定標(biāo)精度為 5%，絕對定標(biāo)精度為10%.

1.3 研究方法

1.3.1 圖像預(yù)處理

為了保證提取岸線的精度，對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括大氣校正、幾何精校正.大氣校正的目的是獲得地表的準(zhǔn)確輻射特征;幾何精校正是以1∶50000地形圖為基準(zhǔn)，對影像進(jìn)行校正.海岸線處在海洋和陸地的交接處，在海洋部分較難得到理想的地面控制點(diǎn)，應(yīng)盡量選擇基巖海岸、海堤(護(hù)岸)、碼頭以及水上建筑物等標(biāo)志作為控制點(diǎn).其中控制點(diǎn)沿海堤線狀分布[6]，這樣幾何校正精度高，能精確提取海岸線.校正過程采用二元二次多項(xiàng)式變換，利用雙線性內(nèi)插法進(jìn)行重采樣，使用WGS84坐標(biāo)系、高斯-克呂格投影，保證校正精度在0.5個像元以內(nèi).

1.3.2 海岸線提取

不同類型的海岸線有不同的遙感解譯標(biāo)志，不能簡單地把影像中的水邊線作為海岸線進(jìn)行提取[7]，而應(yīng)該針對不同類型的海岸線進(jìn)行解譯分析，確定其在影像上的準(zhǔn)確位置，然后使用邊緣檢測算子進(jìn)行提取[8].

選取的單波段影像光譜特征根據(jù)不同的海岸類型突出解譯標(biāo)志，藍(lán)光與綠光波段都對水體有透射能力，適合于探測懸浮泥沙，可用于提取粉砂淤泥質(zhì)岸線[9];近紅外波段對海水和陸地的反射率差別很大，可以用于提取人工海岸線[10].人工海岸大多由沙石、混凝土等構(gòu)筑，在影像上具有較高的光譜反射率，水陸分界線很明顯，可以用銳化濾波器進(jìn)行圖像增強(qiáng)處理，更加突出圖像中的邊緣特征，然后使用Canny算子直接進(jìn)行提取，即可獲得很好的效果[11](見圖1).

1.3.3 海岸線變遷研究方法

采用多時相遙感數(shù)據(jù)獲取各個時刻的海岸線位置，比較分析海岸線的變遷，這樣得到的海岸線位置準(zhǔn)確度高[12]，能很好地提取海岸線變化信息.

為了更好地分析海岸線的淤蝕形態(tài)和速率變化狀況，在海岸線提取結(jié)果的基礎(chǔ)上選擇了12個斷面(見圖2)，其中發(fā)現(xiàn)3個變化明顯的典型區(qū)域.選擇研究這3個典型區(qū)域的海岸線形態(tài)變化及淤長情況，并結(jié)合特定時期人類活動的影響和自然狀況，分析整個鹽城海岸線的變遷原因.

圖1 鹽城海岸線遙感解譯結(jié)果Fig.1 Results of remote sensing interpretation of coastline of Yancheng City

2 計(jì) 算

從整體上看，射陽河口以北海岸線變化很小，形態(tài)自然曲折;射陽河口以南海岸線淤長比較明顯，表現(xiàn)為陸地向海推進(jìn)，形態(tài)平直化很明顯.從局部看，海岸線變遷主要發(fā)生在3個區(qū)域:射陽河口、水龍港—川東港、梁垛河閘—港.由于不同岸段的自然環(huán)境和人類活動影響不同，其岸線變化速度和特點(diǎn)也不盡相同，綜合考慮上述特點(diǎn)，對典型岸段的海岸線變化速率進(jìn)行計(jì)算.

2.1 射陽河口南岸段

射陽河口南岸1～3斷面(圖3(a))海岸線2007—2009年的淤長量分別為196m，72m，108m，年平均淤長速率為62m;2009—2010基本無淤長;2007—2010年的淤長量分別為196 m，72m，108m，年平均淤長速率為41m.

2.2 水龍港—川東港岸段

根據(jù)表1結(jié)果可計(jì)算出水龍港—川東港海岸線(圖3(b))2007—2009年的年平均淤長速率為125m，2009—2010年的年平均淤長速率為73m，2007—2010年的年平均淤長速率為76m.該岸段斷面6處的淤長速率達(dá)到了278m/a.

圖2 斷面位置Fig.2 Locations of cross-sections

圖3 典型岸段的海岸線Fig.3 Coastlines in typical cross-sections

2.3 梁垛河閘—港岸段

表1 水龍港—川東港海岸線淤長變化情況Table 1 Progradation change of coastline from Shuilong Port to Chuandong Port

3 結(jié)果分析

3.1 典型岸段海岸線變化分析

射陽河口沿岸大部分為自然岸線，海岸線形態(tài)表現(xiàn)為自然曲折化，自然淤長速率大約40m/a;近年來該岸段主要以海為生物自然保護(hù)區(qū)，維持了自然狀態(tài)下的形態(tài)和淤長速率，受人為影響很小.

水龍港—川東港岸段海岸線形態(tài)變化很明顯，2007年自然岸線占主導(dǎo)，岸線曲折程度大，特別是河口處;2007年以后隨著鹽城圍海造地、港口建造等人類活動不斷加劇，自然岸線不斷被裁彎取直，人工岸線不斷增加，使海岸線形態(tài)趨向平直化.2009年以后平直化程度加大，其中大豐港一期、二期工程岸段平直化程度最高.水龍港—川東港岸段海岸線淤長速率變化很大，2007年以前岸線保持自然淤長速率(40m/a)，2007年以后岸線淤長速率增加(平均為100m/a)，而且不同岸段不同時期淤長差異相當(dāng)大.2007—2010年間，大豐港(圖3(b)斷面6)附近海岸線淤長速率為150m/a，是大豐港北部岸線淤長速率的5倍、大豐港南部岸線淤長速率的3倍;王港(圖 3(b)斷面 5)附近海岸線淤長速率2007—2009年為 250m/a，2009—2010年為50m/a，2007—2010年為30m/a，差異相當(dāng)明顯.

表2 梁垛河閘—港海岸線淤長變化情況Table 2 Progradation change of coastline from Liangduo Sluice to Jianggang Port

表2 梁垛河閘—港海岸線淤長變化情況Table 2 Progradation change of coastline from Liangduo Sluice to Jianggang Port

135 0 135 10 0 164 164 11 352 0 352 12 303 0 303 9

3.2 整體海岸線變化分析

3.2.1 海岸線形態(tài)變化

在圍海造地等人類活動的影響下，海岸的自然岸線縮短，人工岸線增加，岸線形態(tài)由曲折變平直.鹽城海岸線長度在研究期內(nèi)呈先縮減、后增加的變化趨勢.鹽城海岸線長度在2007年為381km，2009年縮減為342km，長度縮減了近40km，岸線平直化加劇;2010年海岸線長度為352km，比2009年增加了10km，岸線平直化程度減緩;2007年實(shí)測海岸線期間，開發(fā)海岸的人類活動較少見，海岸線中自然岸線占有很大比例，岸線基本為自然曲折化形態(tài).

不論海岸線長度在一定時期內(nèi)是縮減還是增加，總體來看該區(qū)海岸線長度較人類開發(fā)活動之前都是縮減的，只不過縮減的程度呈逐漸減緩趨勢，說明研究時段內(nèi)人類活動對海岸的改造有所減緩.理論而言，隨著人類活動對自然岸線的裁彎取直和人工改造，海岸線長度縮減是必然的;事實(shí)上除去誤差因素，主要是人類活動雖然使海岸線形態(tài)趨于平直，但是開發(fā)過程中會產(chǎn)生新的人工岸線，如灘涂圍墾和圍海造地都會使海岸線向海延伸，從而增加岸線的長度.

3.2.2 海岸線淤長速率變化

隨著鹽城沿海近20年來的人類活動，人工岸線的增加促使自然岸線淤長速率加快，使得該區(qū)海岸線年平均淤長速率達(dá)到44～100m.通過分析典型岸段海岸線的淤長速率、形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)在人為活動干預(yù)下鹽城沿海海岸線的淤長速率明顯加快，原因在于人工岸線不斷向海域擴(kuò)張，迫使海岸線向海域延長的速度加快;海岸線向海域淤長速度加快，會刺激人類活動進(jìn)一步向海域發(fā)展，建立碼頭、圍墾筑堤等，兩者相互制約和影響，進(jìn)一步促使海岸線淤長速度增加.隨著筑堤水平的提高，海岸堤壩基本處于人工穩(wěn)定狀態(tài)，再加上對土地需求量的不斷增加，筑堤圍墾速度與幅度都較大，所以海岸線在這個時期變化幅度與速度均較大.

根據(jù)鹽城近幾年的海域使用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)得知，鹽城圍海造地的規(guī)模在整個海岸帶利用中所占的比例很大，已成為促使海岸線淤長速率加快的最重要的因子;從調(diào)查的海岸線分布區(qū)域看，其與遙感解譯出的海岸線變遷分布大致相同，能很好地解釋典型岸段海岸線劇烈變遷的情況.

4 結(jié) 論

a.通過較高分辨率影像，利用遙感技術(shù)結(jié)合斷面分析法，分析鹽城沿海海岸線的形態(tài)變化情況，獲取海岸線淤長速率數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確了解該海岸線的變化情況，并分析不同岸段不同時期人類活動對海岸線變化的影響.

b.分析結(jié)果表明:鹽城沿海海岸線以射陽河口為界，北部自然曲折，平直化程度很低;南部平直化程度增加，而且平直化幅度大.大豐港一期、二期工程岸段以及港附近岸段海岸線的平直化程度最高，其他岸段海岸線的平直化程度差異很小.

c.鹽城沿海海岸線平均淤長速率為44～100m/a，以射陽河口為界，北部海岸線變化緩慢，受人為影響較小;南部海岸線淤長速率變化幅度較大，而且淤長速率在不同時期不同岸段的差異較大，受人類活動影響很大，其中大豐港工程岸段海岸線年淤長速率達(dá)到278m.

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