基于遥感岸线识别技术的射阳河口潮滩冲淤演变研究

刘燕春，张鹰

（南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210046）

基于遥感岸线识别技术的射阳河口潮滩冲淤演变研究

刘燕春，张鹰

（南京师范大学地理科学学院，江苏 南京 210046）

定义平均高潮位在岸滩上形成的痕迹线为潮滩岸线，并利用1995—2003年的3景TM数据，对射阳河口海岸线及潮滩岸线的演变状况进行了调查与监测。结果表明，海岸线仅在南大港到沙港段随人工海堤的外推向海推进；潮滩岸线在北岸持续蚀退，南岸持续淤长。河口附近岸滩的演变趋势是逐渐平直。结合实测数据对比分析可知北岸潮滩相对稳定；南岸变化幅度较大，潮滩上表面淤长，而下部蚀退，继而探讨了岸线的演变特点及原因。

射阳河口；海岸线；潮滩岸线；潮滩演变；遥感

江苏省海岸线北起绣针河口，南抵长江口；沿岸港口众多，交通航运和滩涂养殖业发达，构成了江苏省经济的重要组成部分。受自然过程和人类活动的双重影响，沿海地段特别是河口区的海岸正处于快速变化之中，包括快速侵蚀和堆积，给当地的社会经济建设带来了不利的影响[1]。因此，快速而又准确地测定海岸线的动态变化，对于海域使用管理及海岸带的开发利用具有十分重要的意义。

射阳河口处于淤蚀交替地带，河口南北岸滩差异大、变化快，具有自身的特殊性，目前针对该地区的研究主要在动力、港口工程方面[2-4]，还未涉及海岸线和潮滩的演变。在缺乏潮位、地形以及岸滩物质等资料的情况下，本文定义平均高潮位在岸滩上所形成的痕迹线为潮滩岸线，并利用1995、1999、2003年的3景TM影像，对射阳河口海岸线、潮滩岸线进行调查研究，得到该地区潮滩的演变情况。

1 研究区与数据收集

1.1 研究区概况

射阳河是江苏北部的一条通海河流，在射阳县境内汇入黄海。废黄河三角洲平原位于射阳河与灌河之间，1128年由黄河夺淮入海后所带来的泥沙淤积而成。1855年黄河北归后，泥沙来源断绝，因此射阳河北岸侵蚀后退；射阳河南岸则为海积平原区，为近千年来海岸不断淤积而形成。射阳河口恰好位于海岸演变的节点处，是侵蚀岸和淤涨岸的过渡地带，在自然及人工因素的影响下处于不断的变化中。

研究区位于射阳中部沿海区域，以射阳河口（120°28′ E，33°48＇N）为中心，包括以北的双洋河口、运粮河口以及以南的新洋港口等沿海区域，范围为 120°21＇～120°37′ E，33°36′ ～34°01＇N（图1）。

图 1 研究区位置示意图Fig. 1 Location of research area

1.2 数据选取与收集

美国陆地卫星的空间分辨率除热红外波段为120 m、全色波段15 m外，其余6个波段均为30 m；波谱范围从可见光到热红外，光谱信息丰富；且卫星对同一地区的重访周期为16 d，信息源丰富。基于以上因素，选取了3景不同时相且潮位较低的TM遥感影像（表1）。

此外，研究过程中还收集了 1979年实测地形资料和2008年河海大学实测0 m等深位置点数据。1979年实测地形图根据海军实测海图汇编，采用北京54坐标、高斯-克吕格投影，深度自理论深度基准面起算。2008年0 m点采用WGS-84坐标，理论深度基准面为深度起算面。在ArcGIS/ArcMap软件中将1979年数据转为WGS-84坐标，以保持数据的一致性。

表 1 遥感影像数据信息Tab. 1 Information of remote sensing images

2 研究方法

2.1 图像预处理

2.1.1 波段组合 Landsat-5包含从可见光到热红外的一共7个波段，Landsat-7则有包含全色波段在内的8个波段，波谱信息比较丰富。岸滩演变的监测着重于海堤以及潮滩植被界线的提取，因此影像的组合应选择对水、陆地、植被反射率突出的波段，综合对比之后采用5，4，3波段组合。这三个波段合成的图像颜色接近于真彩色，并且陆地上地物明显，植被界线也比较清楚。

2.1.2 几何校正 原始遥感图像通常包含严重的几何变形。虽然遥感图像的几何误差原因多种多样，且不断变化，但大部分可通过几何校正消除或减小[5]。对3景TM影像选择高斯—克吕格投影，WGS-84坐标系统，然后选取经过几何精校正的1∶5万遥感影像作为基图像，进行图像—图像配准。三景影像采用统一的地面控制点和二次多项式函数来校正，并统一选用最临近的重采样方法。这样使校正过后不同时相的影像处于同一误差分布下，消除了由误差不一样引起的对潮滩监测的影响。本文共选取了 21个在图像上清晰可辨且不易变动的地物作为控制点，校正的均方根误差（RMS）小于0.3个像元。

2.2 海岸线提取

海岸线一般指海水多年的大潮平均高潮位与大陆陆地接触的界线。随着海岸带开发的日益深入，海堤、防波堤等海岸工程越来越多，在筑有海岸工程的地段，海岸线一般即以海岸工程顶面的外沿为其位置线。到目前为止，江苏沿海除少数自然沙堤外，全部筑有海堤[6]。因此本文研究区内的海岸线即人工岸线，为TM影像上的海堤。

图 2 2003年射阳河口南岸海岸线提取结果示意图Fig. 2 Coastline extracted from 2003 TM image in southern Sheyang estuary

海堤由石英质粗砂组成，在TM5，4，3假彩色合成图像上为亮白色线状条带，与周围地物光谱特征明显不同，且大体沿岸连续分布，因此在影像上清晰可辨，可以较为准确的判读出（图 2a）。在目视判读的基础上，运用ArcGIS/ArcMap软件提取海岸线。新建shp.文件，利用Sketch Tool进行点模式数字化提取，并将误差控制在0.3个像元内即误差小于10 m（图2b）。

2.3 潮滩岸线提取

潮滩岸线为水与岸滩之间的界线，其位置受潮汐、海岸地形以及岸滩物质等因素影响变化很大。为此，潮滩岸线近似为某一潮高面与岸滩的交线，且不断变化，对遥感解译造成了一定困难。为真实反映潮滩岸线的动态变化，潮汐、海岸地形的影响必须考虑。现实的情况是射阳河口附近海域缺乏潮位资料，潮滩坡度的求取也有难度，且目前大部分自动解译算法的研究都是提取卫星图像中的水边线，即卫星在过顶时刻所记录的海陆分界线[7]，提取的并非潮滩岸线，因此定义潮滩岸线为近似于平均高潮位在岸滩上所形成的痕迹线。较多次数的潮流冲刷会产生明显的痕迹线，一般为海岸植物、流木、水草以及贝壳等冲击物的痕迹[8]。如贝壳沙堤系波浪冲刷海滩细粒物质后，滞留的贝壳被激浪搬运到岸边堆积的结果，在影像上呈亮白色花边状或直线状分布。

在淤泥质海岸，由于脱盐后的土质肥沃，适于植物生长，因此生长大量高大或茂密的植物。如某种植物界线以下，由于海水浸淹次数和时间较多，脱盐程度较差，仅生长一些耐盐植物或不生长植物。因此，植被痕迹线是很容易找到的。本文中潮滩痕迹线根据归一化植被指数（NDVI）通过ENVI软件的NDVI工具进行提取，但提取结果的精度有限，只能较粗略的分离岸滩和水域。由于海岸植物及各种潮流冲击物的光谱特征与水域明显不同[9]，且本文研究区相对较小，故采用人工目视解译对分离过的图像进行修正、检验。最后导入到ArcGIS/ArcMap软件中提取出矢量潮滩岸线。

在ENVI软件中对影像做几何校正后，裁剪出研究区图像，并对裁剪后的图像作图像增强处理。最后在 ArcGIS/ArcMap软件中提取海岸线和潮滩岸线。根据实地情况，在河口处海岸线、潮滩岸线断开，因此得到研究区内2个岸段的岸线。

表 2 射阳河口北侧潮滩岸线变迁速率（单位：m·a-1）Tab. 2 Rate of the transition of beach line in northern Sheyang estuary( unit: m·a-1 )

表 3 射阳河口南侧潮滩岸线变迁速率（单位：m·a-1）Tab. 3 Rate of the transition of beach line in southern Sheyang estuary( unit: m·a-1 )

表 4 不同年份潮滩岸线的长度（单位：km）Tab. 4 Length of beach lines in 1995, 1999 and 2003 ( unit: km )

3 实验结果与分析

3.1 遥感解译结果分析

在 ArcGIS/ArcMap软件中统计出各时期潮滩岸线长度，计算不同地段潮滩岸线的变迁速率。分析比较各时期的岸线，就可以看出岸滩的淤蚀情况。通过表2，3，4和图3的分析可知，射阳河口附近岸线的演变有如下特征：

（1）1995年和1999年的海岸线完全吻合，没有变化。2003年射阳河口以北段的海岸线也与95、99年重合，射阳河口以南南大港到沙港附近由于人工海堤的建造，海岸线向海推进4.15 km；

（2）射阳河口以北地区潮滩岸线以蚀退为主，年蚀退速率为4 ～ 6 m ；

（3）河口以南则处于淤涨状态，且不同地段的淤长速率相差较大，其中五条港和迷洋港的淤涨速率最大，年淤涨达到 199 m，其他地段在1995—1999年间年淤涨速率约 35 m，而1999—2003年间年淤涨速率减小到约11 m，淤涨速率减缓；

（4）近10年来河口以北地区潮滩岸线蚀退速率变化不大，但与 50，60年代相比极大减缓，由原来的强侵蚀岸转为目前的弱侵蚀岸；

（5）河口以南地区在54年至80年持续中等淤涨速率，近 10年来继续淤涨的趋势，但淤涨速率明显减慢，转为弱淤涨岸；

（6）整个岸段的潮滩岸线淤涨速度的逐年缩减，说明潮滩岸线正逐渐趋向于平直。

3.2 遥感解译结果与实测资料对比分析

图 3 不同时相TM影像岸线遥感解译图（a、b、c分别为1995、1999和2003年）Fig. 3 Coastlines and beach lines near Sheyang estuary interpreted from TM images（a：1995；b：1999；c：2003）

对2008年实测0 m点数据进行分析可知，在研究区内从北到南，1号点和1979年的0 m线重合，2号点相比于1979年外延了353 m。射阳河口以南的3个点都有不同程度的缩进， 3、4、5号点分别缩进了1 385 m，787 m和478 m（如图4）。综合上述可以看出，射阳河口以北的0 m线在30年内基本稳定，而河口以南则向陆缩进。

通过对比1979和2008年的实测0 m线资料和海岸线及潮滩线的遥感解译结果，可以看出射阳河口以北的岸滩基本保持稳定状态，而河口以南的岸滩变动幅度较大，且潮滩岸线淤涨，即潮滩上表面淤涨，0 m线缩进，即下部蚀退。

4 讨 论

灌河口至射阳河口之间为废黄河三角洲平原区，系黄河在公元1128-1855年夺淮入海期间携带的大量泥沙在河口、河床大量堆积和决口泛滥形成[10]。全区以粉砂和亚粘土为主。随着黄河的北徙，泥沙来源断绝，海岸迅速由淤积转为侵蚀。粉砂淤泥质平原海岸的特点是，岸线平直，岸坡平缓（坡度一般在3‰ ～ 5‰），岸外潮间带浅滩宽广，地貌类型单调。粉砂淤泥质海岸主要为由潮汐作用塑造的低平海岸。结合分析结果可知，研究区中双洋河口至射阳河口段为侵蚀型粉砂淤泥质海岸。以人工海堤为解译标志的岸线在 1995—2003年间没有发生变化；而以冲刷物形成的痕迹线为解译标志的潮滩岸线则持续侵蚀，8年间近乎平行地向陆侧蚀退，且潮滩岸线更趋于平直。

射阳河以南至栟茶运河北侧之间为中部海积平原区。平原东缘是典型的粉砂淤泥质海岸，潮间带浅滩宽阔，岸外发育范围较广的辐射状沙洲。全区地势低平，由西向东和自南向北微倾斜，物质组成北部较南部细。该区现代地貌是近千年来海岸不断淤涨形成的海积平原。其物质来源主要由北部历史时期黄河入海泥沙及南部长江入海泥沙经波浪、潮流参与堆积，并建立在新构造下降的地质构造基础之上[10]。研究区中射阳河口以南段为淤涨型淤泥质海岸。海岸不断地向海淤涨，围垦也不断地向海扩张，因此人工海堤也向海东移，岸线东移；潮滩岸线则随着海岸持续向海淤涨，各段淤涨速度不等，但总体为削尖补凹，整段滩线更为平直。

海岸线演变是内外营力长期共同作用的结果。入海径流可以影响近岸海洋水文条件，所携泥沙又是海岸淤涨的物质来源之一。因而它对海岸线淤蚀进退的影响是举足轻重的。研究区内有射阳河和新洋港两条入海河流，它们参与原有入海淤积物质（废黄河三角洲和古长江三角洲）及现代入海泥沙（以长江为主）的重新搬运和调整，导致海岸线淤蚀变化。

江苏省海岸线演变过程中人为因素的影响也极大，现存岸线实际是自然淤蚀和人工改造共同造就的结果。射阳的自然岸线属于淤泥质海岸，多年来由于人工围堤的建设，包括防潮堤、养殖区、道路、防潮闸以及码头类型的人工海岸，使得该地按段的淤涨变化。除此以外，地貌地质条件、沿岸流、近岸波浪以及气象条件也是海岸线演变的因素。

图 4 实测的1979年0 m线和2008年0 m位置点Fig. 4 Field survey 0 m fathom line in 1979 and 2008

5 结 语

利用1995、1999、2003年的3景TM影像获取了射阳河口海岸线和潮滩线，并对海岸线和潮滩线的演变数据进行了定量统计与分析，客观真实地反映了该河口海岸滩涂的淤蚀情况。将海岸线和潮滩线的动态变化与实测0 m线资料作对比分析，可以相互印证和补充。

本文从遥感影像中提取人工海堤作为海岸线，定义出潮滩岸线并提取潮滩岸线作为研究潮滩演变的一种行之有效的方法。针对射阳河口潮滩地区复杂的冲淤演变，该方法有一定的指导意义，并可以推广至整个江苏省的粉砂淤泥质海岸的演变研究。

[1] 陈乐平. 江苏省海岸线演变及地质灾害遥感分析 [J]. 国土资源遥感, 1992, (04): 12-20.

[2] 胡世英. 射阳河口与拦门沙变迁初探 [J]. 上海海运学院学报,1987, (03): 29-38.

[3] 栾加友. 射阳港拦门沙演变规律探讨 [J]. 海岸工程, 1998,17(03): 14-17.

[4] 马启南, 杜德军, 杨建华, 等. 射阳港口电厂河段的整治及其工程效果 [J]. 水利水运科学研究, 2000, 3: 7-12.

[5] 韦玉春, 汤国安, 杨昕, 等. 遥感数字图像处理教程 [M]. 北京:科学出版社, 2007, 109-114.

[6] 任美锷. 江苏省潮滩带和海涂资源综合调查报告 [M]. 北京: 海洋出版社, 1985, 380.

[7] 马小峰, 赵冬至, 张丰收, 等. 海岸线卫星遥感提取方法研究进展 [J]. 遥感技术与应用, 2007, 22(4): 575-580.

[8] 赵明才, 章大初. 海岸线定义问题的讨论 [J]. 海岸工程, 1990,(Z1): 91-99.

[9] 刘永学, 张忍顺, 李满春. 江苏淤泥质潮滩地物信息遥感提取方法研究 [J]. 海洋科学进展, 2004, (4): 210-214.

[10] 江苏省地矿局地矿研究所. 江苏省海岸带地貌及海岸线演变遥感解译报告 [R]. 南京: 江苏省地矿局地矿研究所, 1989.

Study on the tidal flat evolution through changes of coastline and beach line of Sheyang River estuary by the remote sensing

LIU Yan-chun, ZHANG Ying

(Geographical Science College, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China)

Three Landsat TM images taken during 1995-2003 are used to investigate and monitor the evolution of coastline and beach line near the Sheyang River estuary area. The results showed that the coastline from Nandagang to Shagang went seaside as a result of the building of artificial sea wall in 2003, while rest of the coastline hold the line,the beach line in northern Sheyang River estuary continuing to retreat back from 1995 to 2003, on the other side, it went on extending in the east direction in southern estuary. The evolution trend of beach near Sheyang River estuary is going to be linear gradually. Combining with field survey data, it is knew that tidal flat in northern Sheyang River estuary was stabile while there were large change ranges in the south, and the upper reaches of tidal flat extended while the lower reaches retreated, and then，the features and reasons of evolution are discussed.

Sheyang River estuary；coastline；beach line；evolution of tidal flat；remote sensing

P737.1; P715.7

A

1001-6932(2010)06-0658-06

2009-07-02；收修改稿日期：2010-01-28

潮滩滩面高程的高光谱定量遥感反演方法的研究（40606044）；教育部高校博士点基金——海洋浅水地形遥感反演的关键技术研究（200803190007）

刘燕春（1985－），女，硕士研究生，主要从事遥感、海洋信息技术和GIS应用方面的研究，电子邮箱：lingxiang-2@163.com。

张鹰，教授，博导，电子邮箱：zhangying1@njnu.edu.cn。