基于LANDSAT遙感數(shù)據(jù)的杭州灣庵東邊灘變化過程研究

張伯虎，趙魯靈

(1．浙江省水利河口研究院，浙江　杭州　310020；2．浙江省河口海岸重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江　杭州　310020)

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基于LANDSAT遙感數(shù)據(jù)的杭州灣庵東邊灘變化過程研究

張伯虎1，2，趙魯靈1

(1．浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020；2．浙江省河口海岸重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310020)

摘要：基于不同時(shí)期遙感影像數(shù)據(jù)，通過輻射校正、幾何校正和波段合成等處理，解釋不同時(shí)期杭州灣庵東邊灘圍墾過程，并結(jié)合相應(yīng)時(shí)期的灘涂地形，探討圍墾背景下的灘涂變化態(tài)勢。結(jié)果表明：近30 a來庵東邊灘圍墾呈現(xiàn)明顯的“由慢至快”的階段性發(fā)展特征：①1984—1995年為緩慢發(fā)展階段，圍墾速率為1.19 km2/a；②1995—2004年為穩(wěn)步發(fā)展階段，圍墾速率為6.65 km2/a；③2004—2013年為高速發(fā)展階段，圍墾速率為17.69 km2/a。圍墾高速發(fā)展階段，0 m等高線不斷向海淤進(jìn)，而-5 m等高線基本保持不變。在圍墾背景下，-5 m等高線以淺灘涂面積呈減少態(tài)勢，表明該區(qū)域圍墾速率大于灘涂淤漲速率。

關(guān)鍵詞：遙感；圍墾；灘涂面積；庵東邊灘

灘涂是海岸帶的重要組成部分，是河口地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)條件，亦是河口海岸生態(tài)系統(tǒng)得以維持的必要條件[1]。豐沛的長江來沙在陸海相互作用下塑造了杭州灣南翼庵東邊灘得天獨(dú)厚的灘涂資源，其開發(fā)利用一直是環(huán)杭州灣地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要支撐[2-3]。河口前沿邊灘作為陸海相互作用的敏感地帶，監(jiān)測和掌握灘涂圍墾過程，分析圍墾背景下灘涂淤漲規(guī)律，對制定合理的灘涂圍墾和保護(hù)策略具有重要的指導(dǎo)意義[4]。由于海岸地形的高度動態(tài)性，常規(guī)的野外調(diào)查工作量大、費(fèi)用高、周期長，而遙感技術(shù)具有觀測范圍廣、信息量大、獲取信息快、更新周期短、可比性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在海岸線變遷、濕地演變和圍墾監(jiān)測等方面優(yōu)勢顯著[5]。美國Landsat系列衛(wèi)星于1972年運(yùn)行至今已具有40余年的(TM、MSS、ETM+、OLI)圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)，30 m的空間分辨率可以在長時(shí)間尺度上有效探測海岸空間特征。本文以Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)源，定量分析庵東邊灘圍墾的空間和時(shí)間變化過程，并結(jié)合相應(yīng)時(shí)期的灘涂地形，探討灘涂圍墾過程和灘涂淤漲的關(guān)系。

1庵東邊灘概況

庵東邊灘位處杭州灣南翼，是西三至海黃山之間大片灘涂的俗稱(見圖1)，目前，-5 m等高線以內(nèi)邊灘面積約287 km2，其中0 m以上灘涂面積約占54%。形態(tài)上呈弧狀突出，沿岸等高線的平面分布基本與岸線平行，水下斜坡較陡，坡度在7%～10%。該區(qū)潮汐類型為非正規(guī)半日潮，風(fēng)速和風(fēng)向具有明顯的季風(fēng)氣候特點(diǎn),冬季盛行WN-N風(fēng)、夏季盛行E-SSE風(fēng)，岸灘沉積物以粉細(xì)砂和砂質(zhì)泥等細(xì)顆粒物質(zhì)為主。

2遙感數(shù)據(jù)與處理方法

2.1遙感數(shù)據(jù)

本文使用的Landsat數(shù)據(jù)包括1984年、1995年、2004年和2013年的庵東邊灘圖像各一景(見圖2、表1)。此外，還收集了研究區(qū)域1∶50 000的地形測圖作為遙感圖像處理的參考資料，收集了與遙感數(shù)據(jù)同時(shí)期或相近時(shí)期的實(shí)測灘涂地形，以探討圍墾過程和灘涂沖淤之間的關(guān)系。

2.2處理方法

(1)岸線指標(biāo)：主要有平均高水位線、高水位線和水邊線等，其中水邊線在遙感影像上的辨識度和連續(xù)性最佳，但是會受到海灘陡緩及潮差大小等海岸特性的影響[5]。本文研究對象為海岸帶高強(qiáng)度開發(fā)區(qū)域，提取信息主要為人工岸線。

(2)圖像校正：不同時(shí)相的影像也會因?yàn)槌上駮r(shí)光照和大氣條件的不同而出現(xiàn)差異，需要進(jìn)行必要的輻射校正。本文采用日照差異糾正模型(ICM)對圖像進(jìn)行輻射校正。由于傳感器的掃描姿態(tài)等因素會引起圖像的幾何失真，利用ENVI5.1軟件平臺開展影像的幾何校正，配準(zhǔn)圖像采用1∶50 000地形圖，選取均勻分布的地面控制點(diǎn)，采用二次多項(xiàng)式模型、最鄰近內(nèi)插法等對影像進(jìn)行30 m分辨率的重采樣，校正均方根誤差(RMSE)控制在0.5個像元以內(nèi)[4]。

(3)波段組合的目的在于最大程度地突出目標(biāo)信息。提取人工岸線需選擇對水、灘地、陸地等反射突出的波段，通過對研究區(qū)域各波段及其組合的比較試驗(yàn)，5、4、3波段合成具有較高的光譜反射率，各時(shí)期的圖像合成數(shù)據(jù)見圖2。同時(shí)采用3×3像元的卷積核，對原始圖像進(jìn)行邊界增強(qiáng)，增強(qiáng)后的圖像更能清晰地表現(xiàn)出圖像的線性紋理特征。

(4)遙感圖像提取岸線信息的方法大多數(shù)是基于單個像元的光譜分析，或是通過圖像的紋理、形狀、區(qū)域特征等標(biāo)志來進(jìn)行人工解譯。采用空間域中的鄰域處理辦法，利用像元自身及周圍像元的灰度值進(jìn)行計(jì)算，對原始圖像進(jìn)行邊界增強(qiáng)，使其更能清晰地表現(xiàn)出圖像的線性紋理特征[5]，在此基礎(chǔ)上，采用人機(jī)交互解譯，提取岸線信息。

3結(jié)果與討論

3.1圍墾時(shí)空變化格局與分布特征

由2013年TM5、4、3波段數(shù)據(jù)為底圖生成圍墾時(shí)空變化分布圖(見圖3～4)和各時(shí)段圍墾面積監(jiān)測數(shù)據(jù)(見表2)分析可知，近30 a來庵東邊灘在人類圍墾活動下，岸線向杭州灣擴(kuò)展顯著，平均向海延伸4.35 km，最大延伸7.90 km(位于文革閘前沿灘地)，累計(jì)圍墾面積232.09 km2，平均圍墾8.00 km2/a。依據(jù)圍墾速率，庵東邊灘圍墾過程表現(xiàn)出明顯的“由慢至快”的階段性發(fā)展特征：①1984—1995年為緩慢發(fā)展階段，這11 a間共累計(jì)圍墾面積13.06 km2，平均圍墾速率為1.19 km2/a；圍墾區(qū)域主要位于團(tuán)結(jié)閘、東風(fēng)閘以及海王山附近的零星板塊，且均為自然淤漲的高灘。②1995—2004年為穩(wěn)步發(fā)展階段，這9 a間累計(jì)圍墾59.85 km2，平均圍墾速率為6.65 km2/a；圍墾區(qū)域主要為豐收閘和四灶浦閘之間的條帶分布。③2004—2013年為高速發(fā)展階段，9 a間累計(jì)圍墾159.18 km2，平均圍墾速率為17.69 km2/a，是庵東邊灘歷史上圍墾速度最快的階段；除西三至豐收閘的局部區(qū)域，整體灘涂海岸全線外推，其灘面已圍至-2 m的低灘區(qū)域。

表21984—2013年研究區(qū)域圍墾面積變化統(tǒng)計(jì)值表

注：表中上標(biāo)1的數(shù)據(jù)為合計(jì)數(shù)；上標(biāo)2的數(shù)據(jù)為年平均數(shù)。

3.2圍墾對灘涂演變的影響

為進(jìn)一步分析圍墾對灘涂的影響，兼顧地形和遙感影像的一致性，選取圍墾高速發(fā)展階段的2003年和2010年實(shí)測灘涂地形數(shù)據(jù)，探討圍墾背景下灘涂變化過程。圖5為2003—2010年庵東邊灘1985國家高程基準(zhǔn)的0 m、-5 m特征等高線變遷圖。從圖5可見，該時(shí)段0 m等高線呈現(xiàn)整體外推趨勢，一般而言，0 m以上的灘涂面積會隨著岸線變遷和人工圍涂不斷縮小，但該時(shí)段0 m以上的灘面卻增加了14.00 km2，可見邊灘丁順壩工程促淤對0 m以淺灘面的淤漲貢獻(xiàn)較為明顯。2003—2010年，-5 m等高線局部有沖有淤，整體變幅不大，在0 m線的不斷淤漲情勢下(數(shù)據(jù)顯示-2 m等高線亦呈現(xiàn)淤漲態(tài)勢)，而-5 m線較穩(wěn)定，造成了圍墾背景下，灘涂邊坡趨于變陡的態(tài)勢。

-5 m 等高線以淺灘涂面積主要反映整體變化態(tài)勢，-5 m 等高線與初始(2003年)海堤之間面積反映自然沖淤變化，等高線與同期海堤之間面積可表征自然沖淤和圍墾的綜合影響變化，表3為不同統(tǒng)計(jì)方法的庵東邊灘-5 m等高線以淺面積。數(shù)據(jù)顯示，自然狀態(tài)下，2010年-5 m等高線以淺灘涂面積388.00 km2，與2003年的灘涂面積371.00 km2大致相當(dāng)，變化不大。自然沖淤和圍墾綜合影響下，-5 m 等高線以淺灘涂呈減少態(tài)勢，2003年為371.00 km2，2010年減少至287.00 km2，減幅約22%，表明該區(qū)域圍墾速率已大于灘涂淤漲速率，為避免灘涂濕地的減少，實(shí)現(xiàn)灘涂動態(tài)平衡，需要制定合理的圍墾速率。

表3自然和圍墾條件下庵東邊灘-5 m等高線以淺面積表

4結(jié)論和建議

(1)庵東邊灘圍墾過程表現(xiàn)出明顯的“由慢至快”的階段性發(fā)展特征， 1984—1995年為緩慢發(fā)展階段，平均圍墾速率為1.19 km2/a；1995—2004年為穩(wěn)步發(fā)展階段，平均圍墾速率為6.65 km2/a；2004—2013年為高速發(fā)展階段，年均圍墾速率為17.69 km2/a。

(2)在灘涂圍墾高速發(fā)展階段，邊灘的外形基本保持不變，0 m等高線不斷向海淤進(jìn)，而-5 m等高線基本保持不變；在自然沖淤和圍墾綜合影響下，-5 m等高線以淺灘涂呈減少態(tài)勢，表明該區(qū)域圍墾速率大于灘涂淤漲速率。

(3)灘涂圍墾界限和圍墾速度是灘涂圍墾中的關(guān)鍵問題，保持灘涂的動態(tài)平衡，需要制定合理的圍墾速率。

參考文獻(xiàn)：

[1]張伯虎．杭州灣南翼東部邊灘時(shí)空演變特征及影響因素分析[J].浙江水利科技,2012(6):5-7.

[2]中國水利水電科學(xué)研究院.浙江省沿海海域泥沙來源、運(yùn)動規(guī)律及其對灘涂演變的影響[R].北京:中國水利水電科學(xué)研究院,2010.

[3]彭建,王仰麟.我國沿海灘涂景觀生態(tài)的初步研究[J].地理研究,2000,19(3):249-256.

[4]許俊杰,陳勇.基于RS與GIS的南匯東灘圍墾研究[J].上海國土資源,2011,32(3):18-22.

(責(zé)任編輯姚小槐)

Reclamation Process Research on Hangzhou Bay Andong Beach Based on Landsat Remote Sensing Data

ZHANG Bo-Hu1，2，ZHAO Lu-ling1

(1．Zhejiang Institute of Hydraulics & Estuary, Hangzhou 310020, Zhejiang, China；2．Zhejiang Provincial key Laboratory of Estuary and Coast,Hangzhou 310020, Zhejiang,China)

Key words:remote sensing;reclamation;beach area;Andong beach

Abstract:Based on remote sensing data acquired in different periods, by radiometric calibration, geometric correction and band synthesis processing, etc, this paper explained the reclamation process of Hangzhou Bay Andong Beach in different periods, and discussed the tidal change trend under the background of reclamation using the foreshore terrain in corresponding period. The results showed that Andong Beach reclamation showed an obvious“slow to fast”phased development characteristics.①1984—1995 was the slow development stage when reclamation rate was 1.19 km2/a;②1995—2004 was the steady development stage with a reclamation rate of 6.65 km2/a;③2004—2013 was the rapid development stage,when reclamation rate reached 17.69 km2/a.In the rapid development reclamation stage, 0 m contour line moved constantly close to the sea, but the -5 m contour line remained essentially unchanged. Under the land reclamation background,-5 m contour line shallow beach area showed a decreasing trend, indicating that the beach reclamation rate was greater than the beach silting up rate.

收稿日期：2014-05-12

基金項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201401010)；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014F10036、2014F10007)；中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(財(cái)政[2014]183號)。

作者簡介：張伯虎(1984-)，男，工程師，碩士，主要從事河口海岸學(xué)研究。E-mail：zhangbohu@aliyun.com

中圖分類號：P737

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-701X(2016)02-0016-04

DOI：10.13641/j.cnki.33-1162/tv.2016.02.005