基于遙感的岸線變遷及其在電力工程的應(yīng)用

胡進(jìn)寶 ，劉海成，王曉霞，管 寧

（1.中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，西安 710032；2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津300000）

1 概述

岸線變遷影響電力工程安全，甚至導(dǎo)致工程無(wú)法使用，因此，需要判斷電力工程壽命期內(nèi)的岸線變遷［1］。在具有資料的情況下，岸線變遷判斷可采用歷年河勢(shì)圖進(jìn)行分析，如哈密—鄭州特高壓黃河大跨越主槽范圍的確定［2］。國(guó)外海岸線缺少實(shí)測(cè)岸線資料的情況，或資料無(wú)法收集情況下，無(wú)法采用常規(guī)方法進(jìn)行岸線變遷判斷，需要采用其他方法［3］。遙感具有大面積同步觀測(cè)、數(shù)據(jù)綜合可比性等優(yōu)點(diǎn)，在不同行業(yè)得到廣泛應(yīng)用［4-7］。本文以某國(guó)外電廠工程為例，基于遙感影像資料判斷岸線變遷，提出一種實(shí)用的滿足工程需要的無(wú)資料岸線變遷方法，以供同類工程參考。

2 工程實(shí)例

國(guó)外某電廠工程，西側(cè)瀕臨阿拉伯海，南側(cè)距河流入?？?km，河口上游57km為水庫(kù)，水庫(kù)壩體結(jié)構(gòu)為土石壩，設(shè)計(jì)總庫(kù)容8.09億m3。廠址、水庫(kù)、海洋位置如圖1。

圖1 廠址、水庫(kù)、海洋位置

由于廠址西側(cè)瀕臨阿拉伯海，受海岸線變遷的威脅，需要判斷岸線變遷對(duì)工程的影響，根據(jù)資料收集情況，當(dāng)?shù)責(zé)o水文觀測(cè)站進(jìn)對(duì)岸線進(jìn)行觀測(cè)，無(wú)法采用“套繪”的方法來(lái)進(jìn)行岸線變遷趨勢(shì)的判斷，從而無(wú)法判斷岸線的穩(wěn)定性，本文基于遙感影像資料判斷岸線變遷，以供同類工程參考。

3 海岸特征

工程所在區(qū)域的海岸，屬弱潮環(huán)境。這種環(huán)境以廣泛發(fā)育沙丘—瀉湖體系為特點(diǎn)。工程場(chǎng)址位于河口附近，此種沙丘以從海向陸越覆后退運(yùn)動(dòng)為特點(diǎn)，屬于后退型（侵蝕型）沙丘。場(chǎng)址沿岸沙丘由灘肩地貌和風(fēng)成沙丘構(gòu)成，如圖2，是以波動(dòng)力和風(fēng)力吹揚(yáng)共同作用的產(chǎn)物。另外，結(jié)合海圖地形，如圖3，場(chǎng)址北端作為上岬頭、南端為下岬頭，近似呈現(xiàn)岬間弧形海岸形態(tài)。

圖2 灘肩地貌和風(fēng)成沙丘

圖3 工程區(qū)域海岸特征

本研究在弧形海岸泥沙供給不足的情況下，經(jīng)岸線侵蝕后退形成的一種與波浪動(dòng)力和沿岸輸沙率相適應(yīng)的平衡海岸。如果海灣供沙及沿岸輸沙率為零，岸線達(dá)到極限平衡，其時(shí)弧形線凹入度最大，岸線不再發(fā)生后退；如果海灣供沙不足但仍有少量的泥沙供給，則此時(shí)弧形線凹入度相對(duì)較小，波浪不同時(shí)在岸線周邊破碎，岸線仍在侵蝕后退中，則岸線特點(diǎn)對(duì)工程建設(shè)帶來(lái)了一定風(fēng)險(xiǎn)，故本文根據(jù)岸線歷史變遷情況分析岸線演變趨勢(shì)，為工程建設(shè)提供依據(jù)。

4 影像資料

由于受潮汐、沿岸地形等因素的影響，在遙感影像上直接獲取海岸線只是衛(wèi)星過(guò)境時(shí)刻的瞬時(shí)水陸交界線，而非真正的海岸線，因此，在確定多期遙感影像岸線時(shí)，需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前，國(guó)際上很多國(guó)家采用多年平均大潮高潮線法，即指海洋潮流達(dá)到大潮高潮時(shí)，海水所淹沒(méi)的平均界線［8］。

本區(qū)域?yàn)樯百|(zhì)海岸，根據(jù)砂質(zhì)海岸特點(diǎn)，其岸線位置確定在現(xiàn)代灘肩沙丘的頂部向海一側(cè)。

筆者收集了2002~2016年14年間的衛(wèi)星影像資料，基于2002~2016年間的3次衛(wèi)星遙感影像開展岸線輪廓的對(duì)比分析，其中2002，2006年衛(wèi)片來(lái)自美國(guó)QB衛(wèi)星，2016年衛(wèi)片來(lái)自GeoEYE衛(wèi)星。

5 結(jié)果及分析

工程區(qū)域岸線變遷如圖4。為了分析工程位置處的岸線變化，在擬建電廠排水口北900m、排水口北600m，排水口北300m、排水口、取水口、取水口南300m處提取了6個(gè)斷面分析岸線變化過(guò)程。各斷面位置附近的岸線年際變化如圖5，以2016年岸線為基準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)了各斷面2002年、2006年和2016年的離岸距離，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1。

圖4 工程區(qū)域岸線變遷

表1 斷面岸線移動(dòng)距離 單位：m

由圖4、圖5和表1可見(jiàn)，本區(qū)域岸線呈現(xiàn)侵蝕狀態(tài)。 2002～2016年共14年，排水口北側(cè)900m、排水口北側(cè)600m、排水口北側(cè)300m、排水口、取水口、取水口南300m位置處的岸線分別后退：16.24，10.36，15.4，16.1，14.56，19.74，21.56m， 對(duì)應(yīng)的年均后退距離為：1.16，0.74，1.10，1.15，1.04，1.41，1.54m。

根據(jù)文獻(xiàn)資料和現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力條件分析，岸線侵蝕主要是由波浪淘刷和季風(fēng)吹揚(yáng)造成。本工程附近的海岸線和沙丘侵蝕還需要考慮已有電廠的取水影響。從衛(wèi)星圖片分析結(jié)果看，在不同斷面位置處沙丘后退侵蝕速率從0.71～2.25m，其中越靠近一期電廠取水口侵蝕速率越快，表明侵蝕速率的快慢與已有電廠的取水有關(guān)。

6 結(jié)語(yǔ)

采用衛(wèi)星遙感影像資料，分析了岸線變遷趨勢(shì)，結(jié)果表明，工程海域的沙丘呈現(xiàn)后退侵蝕的趨勢(shì)，此外，已建電廠取水加劇了岸線變遷，上述結(jié)論僅為工程設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

［1］DL/T 5084—2012，電力工程水文技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］田文文，張磊.黃河游蕩型河流主槽范圍分析確定［J］.電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2014（5）：29-34.

［3］呂建升.遙感技術(shù)在境外電力勘測(cè)工程的應(yīng)用［J］.電力勘測(cè)設(shè)計(jì)，2015（4）：15-18.

［4］徐涵秋，王美雅.地表不透水面信息遙感的主要方法分析［J］.遙感學(xué)報(bào)，2016，20（5）：1270-1289.

［5］楊貴軍，李長(zhǎng)春，于海洋，等.農(nóng)用無(wú)人機(jī)多傳感器遙感輔助小麥育種信息獲取［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（21）：184-190.

［6］尚松浩，蔣磊，楊雨亭.基于遙感的農(nóng)業(yè)用水效率評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2015，46（10）：81-92.

［7］孫永光，趙冬至，郭文永，等.紅樹林生態(tài)系統(tǒng)遙感監(jiān)測(cè)研究進(jìn)展［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（15）：4523-4538.

［8］申家雙，翟京生，郭海濤.海岸線提取技術(shù)研究［J］.海洋測(cè)繪，2009，29（6）：74-77.