黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸帶遙感動態(tài)監(jiān)測分析

李春芳 張志敏 鞏駿驥等

摘要海岸帶是海洋與陸地相互作用的交匯地帶，具有重大的生態(tài)效應(yīng)和經(jīng)濟效益。黃河三角洲地區(qū)作為山東省“黃藍”兩區(qū)建設(shè)的重要部分，其海岸帶的動態(tài)演變直接關(guān)系到該區(qū)資源環(huán)境與社會經(jīng)濟的發(fā)展。利用多期遙感數(shù)據(jù)和潮汐資料，根據(jù)黃三角典型粉砂淤泥質(zhì)海岸的特征提取該區(qū)海岸帶，并在此基礎(chǔ)上建立動態(tài)變化信息圖譜，對黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸帶自2002年以來的動態(tài)演變進行監(jiān)測。

關(guān)鍵詞黃三角經(jīng)濟區(qū)；海岸帶；動態(tài)變化信息圖譜

中圖分類號S126文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）23-08032-03

基金項目國家自然科學(xué)基金項目（41371395）；山東省水利廳資助項目（魯水財字【2012】49號-2）；國家科技支撐計劃項目（2012BAB11B01）。

作者簡介李春芳（1989- ），女，山東安丘人，碩士研究生，研究方向：遙感自然地理學(xué)應(yīng)用。*通訊作者，博士生導(dǎo)師，從事遙感地學(xué)應(yīng)用研究。

收稿日期20140707沿海地區(qū)是一個國家經(jīng)濟發(fā)達、環(huán)境條件好、人口承載力高的地區(qū)。但是，由于海岸帶的復(fù)雜性和多變性，遙感作為一種較晚發(fā)展起來的新技術(shù)，因其高效、快速、準確等優(yōu)勢，在海岸帶監(jiān)測、資源開發(fā)利用、環(huán)境保護等方面發(fā)揮著不可替代的作用。而且不斷發(fā)展的GIS軟件和圖像處理軟件及數(shù)學(xué)分析方法也為海岸帶信息提取和空間分析工作帶來了很大幫助。目前，國際上關(guān)于海岸帶遙感調(diào)查的研究主要有IGPC和 LOICZ兩大研究計劃的部分子計劃，以及有關(guān)專家學(xué)者對海岸帶資源調(diào)查和海岸帶環(huán)境的研究。國內(nèi)主要是各大海洋研究院所和實驗室的相關(guān)專家關(guān)于潮灘和海岸線的研究。黃河三角洲因其獨特的地理位置和復(fù)雜潮汐規(guī)律，海岸帶的監(jiān)測工作稍顯困難。為此，筆者對其遙感動態(tài)監(jiān)測分析進行研究。

1研究區(qū)概況

黃三角經(jīng)濟區(qū)以黃河歷史沖積平原和魯北沿海地區(qū)為主，在行政區(qū)劃上主要是東營市和濱州市，另外自西向東還包括樂陵市、慶云縣、高青縣、寒亭區(qū)、壽光市和萊州市共19個縣（市區(qū)）。該區(qū)域地勢低平緩和，西高東低，沉積地層深厚土壤類型以潮土和鹽土為主。研究區(qū)位于溫帶大陸性季風氣候區(qū)，年平均氣溫在10 ℃以上，年平均降水量500 mm以上，而且雨熱同期，沿海地區(qū)風力很大，風能資源豐富。但由于降水年內(nèi)不均并且蒸發(fā)量大，旱澇災(zāi)害常見，另外該區(qū)域常發(fā)生風暴潮。社會經(jīng)濟方面，黃三角經(jīng)濟區(qū)是國家鼓勵開發(fā)的沿海開放區(qū)，人口密集，勞動力充足。由于黃河泥沙的不斷沖積，河口地區(qū)土地不斷增長，為農(nóng)業(yè)及工業(yè)的發(fā)展提供了足夠空間。并且黃三角地區(qū)擁有我國第二大油田勝利油田，這就為工業(yè)發(fā)展提供了原材料。近幾年，黃河三角洲濕地的自然風光、黃河入海景觀等自然旅游區(qū)和濰坊國際風箏會、黃河文化等人文景觀帶動了該區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展。

得天獨厚的自然條件和蓬勃發(fā)展的社會經(jīng)濟條件使黃三角經(jīng)濟區(qū)成為黃河流域經(jīng)濟帶的核心地區(qū)，加上國家政策的全力支撐，黃三角經(jīng)濟區(qū)注定會成為將來沿海經(jīng)濟帶動內(nèi)地發(fā)展的橋頭堡。

2海岸帶相關(guān)元素概念的界定

目前，國際上對海岸帶尚無標準的界定和統(tǒng)一的認識，但有關(guān)專家一致贊同海岸帶是海洋和陸地相互作用的帶狀區(qū)域的說法。既然是帶狀區(qū)域就有其范圍，但由于波浪、潮汐、地殼運動以及入海河流等因素的影響不同地區(qū)海岸帶的范圍也不相同。該研究中界定海岸帶主要是由潮上帶、潮間帶和潮下帶3個部分組成。其中，潮上帶是通常說的海岸，是大潮高潮線以上狹窄的陸地部分，該地區(qū)通常受激浪作用；潮間帶即高潮線與低潮線之間的海灘地區(qū)；潮下帶指水下岸坡，是低潮線以下靠海的海洋部分。海岸帶構(gòu)成圖如所示[1]。根據(jù)海岸帶地貌在遙感影像上的解譯特點，將海岸帶分為淤泥質(zhì)海岸帶、砂質(zhì)海岸帶、基巖海岸帶、生物海岸帶和人工海岸帶[2]。黃河三角洲河口地區(qū)屬典型的淤泥質(zhì)海岸帶，河口沿岸的其他地區(qū)為砂質(zhì)海岸帶和部分人工海岸帶。黃河三角洲水下岸坡坡度平緩對于沿岸的影像較小，因而該研究關(guān)于海岸帶的提取，只需要提取海岸帶中幾條重要的線，根據(jù)線確定海岸帶的范圍。

海岸帶界定示意3數(shù)據(jù)源與數(shù)據(jù)處理

該研究選取的數(shù)據(jù)有：黃三角2002年5月、2005年9月、2009年10月、2012年9月4期Landsat/ TM數(shù)據(jù)；黃河三角洲1∶5萬地形圖；2009年10月與成像時間同步的黃河三角洲海域的潮汐資料、分辨率為5 m的黃三角DEM數(shù)據(jù)以及近海水深度測控點等。對遙感影像應(yīng)用erdas軟件進行大氣校正、幾何精校正、噪聲抑制和邊緣增強[3]等預(yù)處理。為突出海岸帶信息，研究中對遙感影像做了增強處理[4]，主要包括比值增強、線性拉伸、平滑處理和彩色合成，以方便海岸帶的提取。

4黃河三角洲經(jīng)濟區(qū)海岸帶專題信息提取

海岸帶遙感影像專題信息提取包括海岸線、高潮線和低潮線的提取，針對不同的地物根據(jù)其光譜特征，選擇合適的波段組合，設(shè)計科學(xué)的圖像分析方法。由于該研究重點研究海岸帶的動態(tài)變化，所以只簡要說明提取方法。

4.1海岸線和高潮線信息提取黃河三角洲河口海岸是典型的淤泥質(zhì)海岸，岸灘面積比較大，坡度比較平緩，在遙感影像上無法確定目視解譯的標志[5]，只能通過目視解譯得到水邊線的位置，然后結(jié)合成像時間的潮位高度計算得到海岸線的準確位置[6-7]。人工海岸由水泥和石塊構(gòu)筑，在遙感影像上光譜反射率較高，可以區(qū)別于光譜反射率低的海水域，海岸線可以直接通過目視解譯確定。砂質(zhì)海岸是海浪堆積砂粒形成的，砂在遙感影像上的反射率最高，取砂質(zhì)海岸靠陸一側(cè)的邊緣作為海岸線。該研究高潮線采用的是一般高潮線，由于含水量的不同，在遙感影像上砂質(zhì)海岸和潮間帶的色調(diào)、紋理等都不相同，解譯高潮線和海岸線可以通過建立潮灘解譯標志，提取海岸線和高潮線。

4.2低潮線信息提取低潮線長期淹沒在水下，無法直接提取，研究中引入水深遙感探測理論來完成低潮線的推算。

4.2.1資料的處理。包括遙感影像的處理和水深資料的處理。遙感影像處理除前面所述選取TM1到TM4波段進行比值增強和線性拉伸以外，還選取TM4/TM2、TM4/TM3的波段組合圖像，提高擬合精度[8]。水深數(shù)據(jù)主要是根據(jù)實際水深資料利用GIS軟件繪制實際點位分布圖，即完成實測水深的數(shù)字化，與遙感影像進行相關(guān)分析。

4.2.2水深模型的建立。該研究運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合遙感影像和實測水深值，在遙感圖像增強處理的基礎(chǔ)上，建立圖像反射率和實測水深值之間的關(guān)系模型。通過試驗得到，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型反演結(jié)果較好，可用于黃三角地區(qū)的遙感水深反演[9]。

4.2.3低潮線的推算。經(jīng)過反演后得到遙感水深圖，可以結(jié)合黃三角地區(qū)DEM數(shù)據(jù)和當?shù)氐某毕Y料確定低潮線的位置[10-11]。

5黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸帶動態(tài)變化過程分析

海岸帶變化復(fù)雜多樣，該研究為了更清晰地描述這一過程引入1998年陳述彭提出的地學(xué)信息圖譜方法[12]，結(jié)合地理信息技術(shù)，集成提取的海岸帶岸線的專題信息，構(gòu)建黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸帶動態(tài)變化信息圖譜，分析2002年以來海岸帶各種岸線進退變化。

該研究是在MapGIS軟件支持下，集成各期提取的海岸帶各種岸線的信息，建立與圖形庫相對應(yīng)的屬性庫[13]。利用ArcGIS的空間分析功能，將每期海岸帶信息數(shù)據(jù)疊加在一起，構(gòu)建海岸帶動態(tài)變化信息圖譜，如所示。為了能定量地描述各種岸線的進退變化，該研究自西向東選取10處斷面，并選取陸地上與2002年海岸線平行且兩者距離200 m的線作為基線，統(tǒng)計各斷面海岸線、高潮線和低潮線到基線的距離，如、2、3所示。

2002～2012年黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸帶岸線變化圖譜

黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸線變化m

年份斷面1斷面2斷面3斷面4斷面5斷面6斷面7斷面8斷面9斷面102002200200200200200200200200200200200522721318219320922423618221922720092192472311872382292131712252062012185172214172246241193163178172

黃三角經(jīng)濟區(qū)高潮線變化m

年份斷面1斷面2斷面3斷面4斷面5斷面6斷面7斷面8斷面9斷面102002282293321305316312283324310283200531731128229631932432631530930220092892972972873323292982932953062012285276314279341338331286298322

黃三角經(jīng)濟區(qū)低潮線變化m

年份斷面1斷面2斷面3斷面4斷面5斷面6斷面7斷面8斷面9斷面102002341352365343351362341368351347200536236835433735936736634634835220093383473493343383743433323353562012327332344328346381372328328360

5.1海岸線變化過程分析黃河三角洲經(jīng)濟區(qū)海岸線西起漳衛(wèi)新河河口經(jīng)濱州港、黃河故道河口、東營港、現(xiàn)代黃河河口向南蜿蜒到濰坊港和濰河河口一直到萊三山島沿岸。在岸線變化圖譜中可以清晰地看出其變化特征。10年間，黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸線變化比較大，海岸侵蝕與海岸堆積并存，根據(jù)中各斷面的海岸線與基線的距離，分析變化特征可將海岸線按其進退規(guī)律分為以下5種。

5.1.1連續(xù)向海推進型海岸。這種類型的海岸主要集中分布在黃河河口附近，這10年間黃河來水來沙量豐富，泥沙淤積速度大于海水侵蝕速度，泥沙在此堆積，海岸線向海推進，斷面5處的海岸最具代表性。

5.1.2連續(xù)向陸后退型海岸。由于海水的不斷侵蝕，堆積的泥沙隨海水進入海洋，海岸持續(xù)向陸地退縮，后退幅度在30 m左右。斷面4處黃河故道來水來沙量逐漸減少，再加上該處潮汐和風力影響，侵蝕速度加快，海岸后退，斷面8處長期受海水侵蝕，海岸逐年后退。

連續(xù)向陸后退行海岸5.1.3先向海推進后向陸后退型海岸。此類海岸主要分布在濱州地區(qū)的斷面1和斷面2沿線。海岸線在2009年以前向海推進，2009年開始向陸后退，后退幅度較推進幅度明顯增大，說明該區(qū)海水倒灌現(xiàn)象開始增多。

先向海推進后向陸后退型海岸5.1.4先向陸后退后向海推進型海岸。前期受海水侵蝕作用逐漸向陸后退，后期由于人為作用建設(shè)的養(yǎng)蝦池鹽田等逐漸擴大海岸開始向海推進。該種類型的海岸除了斷面3處還有濰坊北部壽光寒亭沿岸。

5.1.5穩(wěn)定型海岸。全部屬于人工海岸，黃三角經(jīng)濟區(qū)港口包括濱州港、東營港、濰坊港和萊州港，各岸線處于同一位置，10年期間沒有發(fā)生變化。

5.2高潮線低潮線變化過程分析總結(jié)、3數(shù)據(jù)，高潮線和低潮線的變化規(guī)律基本相似。從可以看出，黃河口以西的斷面1到斷面5的高、低潮線的主要變化趨勢是先向陸地移動再向海移動，移動幅度高潮線比低潮線稍大，這樣造成該部分海岸帶不斷擺動，使潮間帶變寬，增大了水下岸坡的面積。

黃河口處由于泥沙堆積高、低潮線的變化逐漸向海移動，受各種因素的影響變化速率和幅度無明顯規(guī)律。

斷面1至斷面5高低潮線變化趨勢黃河口以東地區(qū)可由、3中斷面7到斷面10反映出來，可以看出該地帶高潮線和低潮線的變化趨勢不明顯，有的先向海后向陸移動，有的先向陸后向海以東，有的持續(xù)向陸移動。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2014年62002～2012年海岸帶岸線總體變化過程

黃三角經(jīng)濟區(qū)海岸帶10年來發(fā)生的變化比較大，總體趨勢是漳衛(wèi)新河河口至黃河故道河口之間的海岸既向海推進又向陸后退，處于擺動狀態(tài)；黃河河口附近明顯向海遷移，泥沙堆積逐年增加；黃河口以南至濰坊港海岸侵蝕比較嚴重，海岸向陸后退；最后一段海岸由于港口建設(shè)和海水養(yǎng)殖是主要影響因素，海岸向海推進。

參考文獻

[1] KOMAR P D.Coastal changescales of processes and dimensions of problems [C].Coastal Sediments99-Proceedings of the 4th International Symposium on Coastal Engineering and Science ofCoastal Sediment，1999：1-17.