江蘇省海岸侵蝕現(xiàn)狀遙感監(jiān)測(cè)與防治對(duì)策

崔丹丹,呂林,周永,鄧慧麗,張慧銘,張東,3,沈永明

(1.江蘇省海域使用動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)中心 南京 210017;2.南京師范大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210023;3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心 南京 210023)

0 引言

海岸侵蝕是海岸在海洋動(dòng)力等因素作用下發(fā)生后退的現(xiàn)象[1]。隨著海岸帶開發(fā)力度的不斷加大,海洋經(jīng)濟(jì)的不斷提升,我國(guó)沿海地區(qū)受海岸侵蝕災(zāi)害影響的風(fēng)險(xiǎn)日益增強(qiáng)[2]。江蘇海岸具有北部侵蝕型與南部淤積型并存的特征,蘇北沿海地形復(fù)雜[3-5]。從北到南,既有北部的海州灣水下淺灘地形,又有中部的廢黃河三角洲侵蝕型海岸地形[6-7],還有中部和南部的輻射沙洲淤長(zhǎng)型地形[8],海洋動(dòng)力條件特殊。正是這種特殊的地形地貌和水動(dòng)力條件造成了江蘇灘涂、淺海面積大,海岸掩護(hù)條件差,海洋環(huán)境脆弱,極易遭受海洋災(zāi)害的侵襲[9-11]。

為了監(jiān)控海岸帶侵蝕狀況,江蘇省在鹽城市濱?？h的振東閘至射陽縣的射陽河口約60 km的粉砂淤泥質(zhì)海岸進(jìn)行了長(zhǎng)期觀測(cè),并于2018年在大洪港-三圩港、蘇北灌溉總渠兩地分別開展了1.8 km和2.5 km重點(diǎn)岸段的實(shí)地監(jiān)測(cè),用于了解侵蝕海岸的長(zhǎng)度以及平均侵蝕速度。實(shí)地監(jiān)測(cè)是了解典型沖刷岸段的沖刷狀況的重要手段,可以為海岸帶修復(fù)提供基礎(chǔ)依據(jù),但是這些少量的實(shí)地監(jiān)測(cè)岸線相對(duì)于江蘇漫長(zhǎng)的海岸線來說,無法全面掌握全省海岸帶的整體侵蝕情況及其發(fā)展趨勢(shì)。

衛(wèi)星遙感技術(shù)具有數(shù)據(jù)獲取方便、重復(fù)觀測(cè)時(shí)間短、覆蓋范圍大、經(jīng)濟(jì)高效等優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了傳統(tǒng)海岸帶侵蝕監(jiān)測(cè)的不足[12-16]。利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來開展江蘇省海岸帶侵蝕現(xiàn)狀的監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,不僅具有可行性,而且具有急迫性,對(duì)開展全省的海岸侵蝕防護(hù)、海岸修復(fù)、海岸利用等具有重要意義和參考價(jià)值。

1 數(shù)據(jù)源與方法

1.1 數(shù)據(jù)源

研究區(qū)分布如圖1所示。本研究重點(diǎn)基于遙感技術(shù)和潮汐調(diào)和計(jì)算技術(shù),推算2019年度的遙感海岸線,分析海岸線后退引起的海岸侵蝕狀況,用到的數(shù)據(jù)有以下幾種。

(1)遙感影像數(shù)據(jù)。根據(jù)影像數(shù)據(jù)質(zhì)量以及影像成像時(shí)刻的潮位情況,收集了2019年度覆蓋江蘇省沿海的兩個(gè)時(shí)相衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù),其中美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat8-OLI遙感數(shù)據(jù)3景,歐洲哨兵衛(wèi)星Sentinel-2遙感數(shù)據(jù)5景(圖1)。影像經(jīng)過幾何精校正處理,位置誤差小于0.1個(gè)像元。

(2)潮位觀測(cè)數(shù)據(jù)。根據(jù)遙感海岸線推算時(shí)對(duì)潮位數(shù)據(jù)的處理需求,在研究區(qū)內(nèi)共收集了沿海分布的10個(gè)潮位觀測(cè)站的潮位數(shù)據(jù),用于潮汐調(diào)和常數(shù)推算和遙感影像成像時(shí)刻潮位模擬,站點(diǎn)位置分布見圖1。

(3)岸灘剖面地形觀測(cè)數(shù)據(jù)。綜合考慮全省的海岸帶類型、岸灘坡度變化等因素,收集了28條斷面地形觀測(cè)數(shù)據(jù)。其中全省分布的14條斷面來自江蘇“908”調(diào)查,鹽城市濱海-東臺(tái)分布的13條加密觀測(cè)斷面來自江蘇省2014—2017年開展的典型岸段沖淤動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)。

(4)歷史海岸線數(shù)據(jù)。收集了2018年度的江蘇沿海遙感海岸線數(shù)據(jù),用于海岸侵蝕現(xiàn)狀分析。

圖1 研究區(qū)位置

1.2 研究方法

圖2為江蘇省海岸侵蝕災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)路線圖。首先利用基于潮汐分帶校正的海岸線遙感推算方法[17],得到2019年度的遙感海岸線,同時(shí)推算平均大潮低潮線,合成得到潮間帶范圍,推算結(jié)果見圖1;然后利用基線法和面積法,基于2018—2019年度遙感海岸線的位置變化,確定海岸的侵蝕情況,計(jì)算對(duì)應(yīng)的岸線長(zhǎng)度、侵蝕岸段的空間分布以及岸段的侵蝕速率;利用體積法,基于潮間帶的面積、岸灘坡度與體積變化,確定海岸的泥沙侵蝕量,并對(duì)岸段的侵蝕強(qiáng)度進(jìn)行分級(jí)[17];最后結(jié)合研究結(jié)果和實(shí)際管理工作經(jīng)驗(yàn),提出海岸侵蝕災(zāi)害的防治對(duì)策。

圖2 海岸侵蝕災(zāi)害遙感監(jiān)測(cè)與分析技術(shù)路線

2 江蘇省海岸侵蝕現(xiàn)狀

2.1 江蘇海岸侵蝕類型

根據(jù)江蘇沿海的水動(dòng)力特征、岸灘沖淤特點(diǎn)以及沖刷的表現(xiàn),江蘇省的海岸侵蝕表現(xiàn)為兩種類型:

(1)侵蝕型海岸的海岸侵蝕。該類型海岸主要分布在燒香河口以南、射陽河口以北的廢黃河三角洲海域。海岸侵蝕主要表現(xiàn)為風(fēng)暴潮災(zāi)作用下的低標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)殖海堤的沖刷水毀,導(dǎo)致海堤崩塌,養(yǎng)殖塘荒廢,在退養(yǎng)還濕的政策引導(dǎo)下,海岸線后退。這種海岸侵蝕災(zāi)害具有短期災(zāi)害效應(yīng),造成的災(zāi)害集中,損失較為明顯。

(2)淤長(zhǎng)型海岸的海岸侵蝕。分布在射陽河口至梁垛河口的輻射沙洲北翼海域。在海域的自然岸線岸段,近岸有較寬的植被帶分布,岸灘寬平;在海域的圍墾岸段,由于進(jìn)行了高涂圍墾,養(yǎng)殖圍堤外側(cè)的潮灘明顯寬度縮短,植被帶也相對(duì)狹窄。在這些岸段,海岸侵蝕表現(xiàn)為平均大潮高潮線持續(xù)內(nèi)移,海岸線后退,潮間帶上部坡度變緩,侵蝕的泥沙向海輸運(yùn),可能引起潮間帶下部或潮下帶向海伸展。因此雖然海岸帶還表現(xiàn)出一定的向海淤長(zhǎng)特征,但是其本質(zhì)上是一種海岸侵蝕現(xiàn)象。這種海岸侵蝕災(zāi)害具有長(zhǎng)期緩慢變化效應(yīng),短期來看,災(zāi)害的危害并不明顯。但是長(zhǎng)期來看,對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境退化以及自然狀況下的灘涂自我恢復(fù)等會(huì)產(chǎn)生持續(xù)性消極影響。

2.2 江蘇省的侵蝕岸線與海岸侵蝕速率

表1列出了江蘇省及沿海三市海岸線沖刷狀況。2019年度江蘇省侵蝕岸線58.55 km,占全省海岸線7.39%。

江蘇省的侵蝕岸段主要分布在鹽城市,重點(diǎn)包括6個(gè)岸段。其中,灌河口南側(cè)岸段、南八灘閘北側(cè)岸段、運(yùn)糧河口北側(cè)岸段位于廢黃河三角洲侵蝕型海岸,海岸侵蝕的主要原因是低標(biāo)準(zhǔn)圍海養(yǎng)殖用海圍堤的沖毀以及后續(xù)的退養(yǎng)還濕,使得海岸線后退,岸灘坡度陡化,潮灘寬度減小,屬于人工海岸的侵蝕;新洋河口南北兩側(cè)岸段、斗龍港南側(cè)岸段以及川東港兩側(cè)岸段位于江蘇中部沿海受輻射沙洲掩蔽的淤長(zhǎng)型海岸,岸灘沖刷主要表現(xiàn)為海水側(cè)植被邊緣帶侵蝕后退,岸灘整體坡度變緩,平均大潮高潮線位置向陸一側(cè)移動(dòng),海水高潮位更靠近陸側(cè),屬于自然海岸的侵蝕。在廢黃河三角洲侵蝕型海岸,海岸平均侵蝕后退59.24 m;在輻射沙洲北翼淤長(zhǎng)型海岸,海岸平均侵蝕后退152.28 m。

表1 2019年度江蘇省及沿海三市侵蝕岸線基本情況

2.3 海岸帶侵蝕面積

本研究利用2018年度、2019年度的遙感海岸線進(jìn)行拓?fù)浜铣商幚?生成江蘇省海岸帶侵蝕區(qū)域多邊形,統(tǒng)計(jì)全省及沿海三市海岸帶侵蝕面積,結(jié)果如表2所示。

表2 江蘇省及沿海三市海岸帶侵蝕面積情況

可以看到,2019年度江蘇省海岸帶侵蝕區(qū)域中鹽城市的侵蝕面積最大,占全省海岸帶侵蝕面積的99.55%;連云港市和南通市以穩(wěn)定岸線為主,海岸侵蝕輕微,海岸帶侵蝕區(qū)域非常小,分別占比為0.09%和0.36%。

在鹽城市的侵蝕區(qū)域中,射陽河口以北廢黃河三角洲侵蝕型海岸的海岸帶侵蝕面積占6.35%,由于海岸整治修復(fù)工作的開展,該岸段的海岸侵蝕狀況得到較好的控制。射陽河口以南淤長(zhǎng)型海岸的海岸侵蝕面積占93.65%,主要原因是所在海域的泥沙供給發(fā)生改變,在自然岸線上,部分潮上帶植被濕地的泥沙被海水沖刷和向海搬運(yùn),灘涂下部延伸,潮灘變寬變平。

2.4 海岸帶沖刷體積與沖刷厚度

依據(jù)潮間帶平均大潮高、低潮位高差的平均值作為潮間帶平均厚度,利用不同年份的潮間帶面積變化,推算出潮間帶沖刷體積的變化。表3列出了2018—2019年江蘇省及沿海三市潮間帶體積沖刷狀況和平均沖刷厚度。

表3 2018—2019年江蘇省及沿海三市潮間帶侵蝕狀況

在蘇北沿岸往復(fù)流的作用下,輻射沙洲陸岸岸灘的泥沙少量向海州灣和長(zhǎng)江口輸運(yùn)。在旋轉(zhuǎn)流的作用下,近岸部分泥沙向岸外輻射沙脊群輸運(yùn),導(dǎo)致陸岸的泥沙搬運(yùn)到潮間帶以外。因此在潮流動(dòng)力對(duì)泥沙的搬運(yùn)作用下,自然岸線受侵蝕最為明顯。鹽城市射陽河口至梁垛河口之間的海岸線以自然岸線為主,潮間帶上部的侵蝕和海岸線后退,導(dǎo)致鹽城市的海岸帶沖刷體積占江蘇省岸灘沖刷總體積的99.93%。連云港市和南通市多以人工岸線為主,受侵蝕程度相對(duì)較小,僅占全省沖刷體積的0.07%。在沖刷厚度方面,鹽城市的沖刷岸段的沖刷厚度遠(yuǎn)大于連云港市和南通市。

2.5 海岸侵蝕強(qiáng)度

根據(jù)海岸帶侵蝕厚度的大小分級(jí),確定出海岸侵蝕強(qiáng)度。2019年度江蘇省海岸強(qiáng)侵蝕岸段和侵蝕岸段主要分布在鹽城市的南八灘閘北側(cè)、運(yùn)糧河口北側(cè)、新洋河口兩側(cè)以及斗龍港南側(cè)岸段;輕微侵蝕岸段主要分布在灌云縣的埒子口南側(cè)、濱?？h的灌河口南側(cè)、濱海港北側(cè)、射陽縣的新洋河口北側(cè)以及啟東市的蒿枝港外側(cè)岸段。

3 研究結(jié)論

江蘇沿海海岸侵蝕的主要原因是長(zhǎng)期的高海平面與風(fēng)暴潮結(jié)合對(duì)淤泥質(zhì)海岸產(chǎn)生沖刷以及沿海沙源逐漸匱乏共同造成。通過提取與對(duì)比多時(shí)相遙感海岸線數(shù)據(jù),定量分析了2019年度江蘇沿海的侵蝕岸線分布、岸灘侵蝕速率、侵蝕面積等基本情況,確定了岸灘侵蝕強(qiáng)度等級(jí)。根據(jù)遙感定量監(jiān)測(cè)與分析,結(jié)論如下:

(1)江蘇省共有侵蝕岸線長(zhǎng)58.55 km,占全省大陸海岸線的7.39%。沿海三市中,連云港和南通市的侵蝕岸線較短,各有1.26 km和1.53 km,分別位于埒子口南側(cè)和蒿枝港外側(cè),占全省侵蝕岸線長(zhǎng)度的2.15%和2.63%;鹽城市的侵蝕岸線最長(zhǎng),為55.76 km,占全省侵蝕岸線的95.22%,其中,射陽河口北側(cè)侵蝕型海岸的侵蝕岸線長(zhǎng)10.21 km,射陽河口南側(cè)淤長(zhǎng)型海岸的侵蝕岸線長(zhǎng)45.55 km。

(2)全省侵蝕岸段平均侵蝕距離為139.64 m。連云港市和南通市的海岸侵蝕后退距離較短,分別為13.25 m和14.62 m,鹽城市平均侵蝕距離較大,為150.06 m。按照岸線類型來分,廢黃河三角洲侵蝕型海岸的侵蝕岸段平均侵蝕后退59.24 m,主要表現(xiàn)為鹽養(yǎng)圍堤的沖刷水毀;輻射沙洲北翼淤長(zhǎng)型海岸的侵蝕岸段平均侵蝕后退152.28m,表現(xiàn)為潮間帶上部坡度變緩,平均大潮高潮線持續(xù)內(nèi)移,海岸線后退且深入至植被帶內(nèi)。

(3)江蘇省海岸帶侵蝕總面積為7.244 8 hm2。其中鹽城市侵蝕面積最大,為7.260 1 hm2,占全省侵蝕面積的99.55%,主要分布在新洋河口至川東港岸段;連云港與南通侵蝕面積較小,分別為0.006 4 hm2和0.026 hm2,分別占比0.09%和0.36%。

(4)江蘇省的強(qiáng)侵蝕岸段主要分布在南八灘閘北側(cè),新洋河口兩側(cè)以及斗龍港南側(cè)區(qū)域;侵蝕岸段主要分布在運(yùn)糧河北側(cè)、斗龍港兩側(cè)以及川東港兩側(cè);輕微侵蝕區(qū)域主要分布在埒子口南側(cè)、灌河口南側(cè)以及蒿枝港外側(cè)區(qū)域。

4 海岸侵蝕防治對(duì)策

針對(duì)江蘇省海岸侵蝕災(zāi)害壓力不斷增強(qiáng)的現(xiàn)狀,為有效緩解侵蝕災(zāi)害壓力,降低災(zāi)害發(fā)展強(qiáng)度,減少受災(zāi)損失,更好地保護(hù)和利用沿海灘涂資源,提出如下海岸侵蝕防治對(duì)策。

(1)加強(qiáng)天-空-地一體化多手段聯(lián)合監(jiān)測(cè),精確監(jiān)控海岸侵蝕災(zāi)害發(fā)生范圍與程度,了解海岸侵蝕強(qiáng)度與等級(jí)。在充分發(fā)揮高技術(shù)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,擴(kuò)大侵蝕海岸的時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)效率。

(2)聯(lián)合多平臺(tái)海洋觀測(cè),深入開展致災(zāi)因素分析,了解海岸侵蝕災(zāi)害的發(fā)展與變化趨勢(shì),逐步完善災(zāi)害預(yù)警機(jī)制。發(fā)揮自然資源統(tǒng)一管理的整合優(yōu)勢(shì),聯(lián)合現(xiàn)有的省級(jí)海洋環(huán)境預(yù)報(bào)、海洋生態(tài)調(diào)查網(wǎng)絡(luò)、海洋地質(zhì)監(jiān)測(cè)等平臺(tái),逐步建立起多因素綜合影響下的海岸侵蝕災(zāi)害防護(hù)預(yù)警機(jī)制。

(3)根據(jù)不同的海岸類型與海岸侵蝕特征,有效開展多策略的海岸防護(hù)整治,減少海岸侵蝕災(zāi)害損失。輔助修建丁壩、土石堤等導(dǎo)水建筑,改善或優(yōu)化近岸水動(dòng)力環(huán)境,保持灘涂的穩(wěn)定,減少潮上帶和潮間帶上部的海岸侵蝕。

(4)加快海岸帶保護(hù)修復(fù),明確海岸帶開發(fā)活動(dòng)的適宜空間與適宜程度,優(yōu)化海岸帶空間布局。強(qiáng)化濱海植被、灘涂濕地等的保護(hù),減少植被破壞,合理控制地下水開采,并強(qiáng)化海岸帶規(guī)劃,科學(xué)開展資源環(huán)境承載能力與國(guó)土空間開發(fā)適應(yīng)性評(píng)價(jià),明確海岸帶開發(fā)活動(dòng)的適宜空間與適宜程度。

(5)強(qiáng)化海岸責(zé)任管理,明確監(jiān)管職責(zé)。從政府部門管理層面,強(qiáng)化海岸管理,形成統(tǒng)一管理、分段負(fù)責(zé)的多效管理體制,做到海岸開發(fā)和保護(hù)并行。