1996～2014年黃河三角洲海岸線遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測

李濤　常軍　劉偉

摘要 黃河三角洲是世界各大河三角洲最為活躍的地區(qū)之一，淤進(jìn)和蝕退的交替演變造就了黃河口地區(qū)的造陸之快和尾閭遷徙之頻繁。該研究以1996～2014年17景遙感影像為主要數(shù)據(jù)源，利用遙感與GIS技術(shù)相結(jié)合，對影像進(jìn)行處理與轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)海岸線的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，分析了刁口段研究區(qū)與河口段研究區(qū)的海岸線演變過程。結(jié)果表明，刁口段研究區(qū)總體處于蝕退狀態(tài)，河口段研究區(qū)淤進(jìn)和蝕退交替演變。

關(guān)鍵詞：海岸線；動(dòng)態(tài)監(jiān)測；遙感；黃河三角洲

中圖分類號：S127；P208；P737 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）08-342-04

海岸線對于加強(qiáng)海岸帶管理、科學(xué)開發(fā)海岸帶自然資源具有非常重要的研究價(jià)值。快速而又準(zhǔn)確地測定海岸線的動(dòng)態(tài)變化，有效掌握海岸線的變化規(guī)律，是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)[1]。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取能力為海岸線的提取提供了強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持，與既費(fèi)時(shí)、又費(fèi)力，并且個(gè)別地方難以到達(dá)的傳統(tǒng)的現(xiàn)場勘探方式相比，遙感監(jiān)測信息具有覆蓋面廣、多時(shí)相性等特點(diǎn)，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地監(jiān)測海岸線的動(dòng)態(tài)變化。

近年來，基于遙感的海岸線研究主要集中在尼羅河三角洲[2]、臺灣西部海岸[3]、珠江三角洲海岸[4]、黃河三角洲海岸[5- 7] 等地。黃河是世界上入海泥沙通量最高的河流[8]，入海口水淺坡緩，易于淤積。近百余年來，黃河尾閭擺動(dòng)比較頻繁[9-10]，黃河三角洲作為我國乃至世界各大河三角洲中海陸變遷最活躍的地區(qū)，特別是黃河口地區(qū)造陸速率之快和尾閭遷徙之頻繁更為世所少見[11]。1996年7月，黃河沿清水溝流路在清8剖面處改道后東流入海，大量泥沙進(jìn)入河口填海造陸。筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，利用1996～2014年中17景遙感影像通過RS與GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)海岸線動(dòng)態(tài)監(jiān)測。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)位置 黃河三角洲位于渤海灣南岸和萊州灣西岸，地處117°31′～119°18′E、36°55′～38°16′N（圖1）。1855年黃河于河南銅瓦廂決口改道，奪大清河河道入海，逐步形成了以寧海為軸點(diǎn)，北起套爾河口，南至淄脈河口，向東撒開的扇狀三角形地區(qū)，其主體主要分布在東營市境內(nèi)。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理 采用Landsat TM、ETM+、OLR_TRIS多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)（表1）來監(jiān)測海岸線的變化。數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，以黃河三角洲1∶50 000地形圖為參考，利用雙線性內(nèi)插法對1996年影像進(jìn)行校正，校正誤差控制在10 m以內(nèi)，然后將所有影像配準(zhǔn)到同一地理坐標(biāo)系中。

1.3 研究方法 在海岸線的確定中，很多學(xué)者利用遙感影像中的瞬時(shí)水邊線作為海岸線來進(jìn)行研究。由于受到潮汐、地形等因素的影響，使其結(jié)果存在嚴(yán)重的誤差。由于黃河三角洲刁口段及河口段均為砂礫海岸，經(jīng)過海水的不斷沖擊，導(dǎo)致砂體中含水量的不同，其在光譜特征上必然有所變化。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不同的泥沙含量水體的反射峰均集中在0.5～0.75 μm，對應(yīng)著影像的紅波段，TM751波段合成可以清楚地反映海岸線信息（如圖2a）。該研究采用“人機(jī)交互式”海岸線提取法，首先借助ArcGIS對紅波段進(jìn)行合理的閾值分割，確定砂體與非砂體界限（如圖2b）；然后運(yùn)用Erdas進(jìn)行邊緣增強(qiáng)，取靠近陸地一側(cè)的線作為初步海岸線（如圖2c），由于砂體在岸邊呈不連續(xù)的狀態(tài)，還需在局部進(jìn)行人工目視解譯，采用“人機(jī)交互式”海岸線提取方法充分利用了計(jì)算機(jī)的高精度計(jì)算，減少了人工目視解譯所帶來的誤差，方便快捷。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)1996～2014年間17景遙感影像，利用“人機(jī)交互式”海岸線提取方法對黃河三角洲海岸線進(jìn)行提取，得到研究區(qū)內(nèi)海岸線動(dòng)態(tài)變化圖。經(jīng)過疊加分析，得到黃河三角洲海岸線長度及研究區(qū)陸地面積（表2）。根據(jù)表2統(tǒng)計(jì)結(jié)果可比較刁口段研究區(qū)與河口段研究區(qū)海岸線長度變化以及陸地面積變化。

2.1 刁口段研究區(qū) 1996～2014年，刁口區(qū)海岸線長度先減后增，總體處于平衡狀態(tài)。1996年10月～1997年10月，黃河頻頻斷流限制了來水來沙數(shù)量，1年間海岸線長度縮減10.56 km，主要是由于沉積物源頭短缺而引起的；2009～2014年，刁口段海岸線長度呈線性增長狀態(tài)，增長速率為3.05 km/年。1996～2014年刁口段研究區(qū)陸地面積由470.23 km2減少至397.51 km2，以3.83 km2/年的速率減少，2013～2014年趨于穩(wěn)定，總體上研究區(qū)處于侵蝕狀態(tài)。

由圖3、表2可以看出，1996～2011年刁口段研究區(qū)海岸線整體處于蝕退狀態(tài)，陸地面積逐年遞減，由1996年的470.23 km2減小到2011年的382.01 km2，平均蝕退速率為5.51 km2/年。其中前期蝕退較快，1996～2000年陸地面積減小44 km2，所占比例接近49.8%，2012～2014年變化呈不穩(wěn)定狀態(tài)，但2001～2014年刁口段研究區(qū)總體出現(xiàn)蝕退狀態(tài)。

2.2 河口段研究區(qū) 由圖4和表2可以看出，河口段研究區(qū)海岸線淤進(jìn)與蝕退交替出現(xiàn)，導(dǎo)致海岸線長度變化不一，陸地面積變化不穩(wěn)定。

1996～1999年，人工引黃河北汊入海，使黃河口來水含沙量增大，北汊泥沙淤積量迅速增多，逐步形成了一個(gè)向東北方向延伸的沙嘴。5年期間，沙嘴延伸速率較小，共增加陸地面積15.27 km2，研究區(qū)內(nèi)共新增陸地27.78 km2。1999年小沙嘴北側(cè)形成一條潮溝，1年之后（2000年），潮溝變寬，河口段研究區(qū)總體有向東發(fā)展的趨勢（圖4a）。

2000～2005年，由于黃河斷流，北汊小沙嘴淤進(jìn)與蝕退交替出現(xiàn)。2002～2004年，小沙嘴出現(xiàn)持續(xù)蝕退狀態(tài)，但在2005年出現(xiàn)迅速淤進(jìn)，總體造陸面積較2000年增加35.13 km2，有向東延續(xù)的總趨勢；潮溝繼續(xù)變寬，大沙嘴北側(cè)基本保持平衡，僅南側(cè)而言，沙嘴總體出現(xiàn)蝕退狀態(tài)（圖4b）。