苏北废黄河三角洲海岸线动态演变分析

2014-03-22彭修强夏非张永战

海洋通报 2014年6期

彭修强，夏非，张永战

（1.南京大学地理与海洋科学学院海岸海洋科学系海岸与海岛开发教育部重点实验室，江苏南京 210023；2.有色金属华东地质勘查局地球化学勘查与海洋地质调查研究院，江苏南京210007；3.江苏第二师范学院城市与资源环境学院，江苏南京 210013）

海岸线是海岸带水陆分界线，长期以来受地壳运动、海面变化、河流输沙与沿岸动力等诸多因素的综合影响，一直处于动态变化的过程中。由于侵蚀和淤积而引起的海岸线变迁也日渐成为海岸带管理工作关注的重点。

三角洲位于河口地区，是河海交互作用的产物（任美锷等，1994）。废黄河三角洲系1128-1855年黄河于苏北入南黄海期间所携带的巨量泥沙堆积而成。自1855年黄河北归入渤海以来，原来在苏北入海的大量泥沙来源突然断绝，海岸沉积动力条件发生剧烈转换，废黄河三角洲海岸由快速淤积前进逆转为迅速侵蚀后退。自20 世纪60、70年代以来，各项保滩护岸工程，以及近期港口建设工程的开展，使废黄河三角洲海岸开始经历不同于历史时期的变化过程。特别是近年来，随着江苏沿海开发上升为国家战略，布局于江苏沿海近千公里海岸线上的各项建设正春潮涌动。因此，加强海岸线动态变化的监测和预测，对保障沿海工农业生产、港口工程建设的安全意义重大。

海岸线变迁的常规研究主要有地貌与第四纪地质、沉积学、环境考古、历史地理学、地貌遥感解译、海岸地貌与沉积动力模拟等方法（张忍顺，1984；凌申，1988；吴建民，1990；杨怀仁等，1990；朱诚等， 1996； White et al， 1999；Marghany， 2001；Gao，2009；薛春汀，2009；Kang et al，2013；Xia et al，2013）。苏北淤泥质平原海岸是我国典型的潮控海岸，系河海交互作用的产物。其海岸坡度极小，仅0.1‰～0.2‰，平均潮差2～4 m，因此潮间带宽度可超过10 km（朱大奎等，1986）。这一地带，高潮时被海水淹没，低潮时出露，人工跑滩测图困难，水上测图船只难以驶入，可进入性差，常规地形监测数据等基础资料十分匮乏。与传统方法相比，遥感技术以其全天候、大面积、同步和周期性观测的特点而在海岸带资源调查、动态监测、环境保护和海岸带管理等方面表现出了无可比拟的优势，可能有效地解决苏北淤泥质潮滩地形监测困难的问题。

为充分了解和掌握海岸线变迁的短期波动和长期趋势，需要对海岸线变迁进行定量分析。20 世纪70年代以来，国外已有大量相关研究（Dolan et al， 1978，1983，1991； Hayden et al， 1978；White et al，1999；Marghany，2001；Stive et al，2002），而国内尚显不足，大多采用有限的典型断面进行宏观的定量研究与趋势分析（蔡则健等，2002；姜义等，2003；常军等，2004；王琳等，2005；崔步礼等，2007；吴泉源等，2007；余威等，2012）。本文在人机交互目视解译提取海岸线基础上，沿海岸线按一定间隔将其细化，应用ArcGIS 距离量算功能，实现对研究区全部岸线变化的有效定量分析。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

苏北废黄河三角洲海岸北起灌河口，南至射阳河口，属于侵蚀性粉砂淤泥质海岸，岸线长127.5 km，潮间带坡度较陡且狭窄，仅1.0 km 左右，少数宽约2.0 km（图1）。岸线主要为人工岸线，长105.7 km，占总岸线的83%，主体为大面积的养殖区和盐田区（江苏省908 专项办公室，2012）。

1.2 数据来源及研究方法

空间数据源为1989、1995、2006 以及2010年4 个不同时相的Landsat5 TM 影像数据。由于所获取的遥感影像范围无法覆盖整个三角洲海岸，故仅以四期影像共同覆盖的部分，即灌河口至射阳河口以北区域作为本文的研究对象。

图1 废黄河三角洲地区2006年遥感图像

（1）岸线提取指标。在利用卫星遥感影像提取海岸线时，通常以平均高水位线、高水位线、湿-干界线、植物分布边界和水边线等作为岸线提取的解译标志（Boak et al，2005）。水边线在遥感影像上的辨识程度和连续性最佳，但易受海岸坡度和潮差大小等因素的影响（洪佩钰等，2006）。刘高焕等（2006）的研究认为，由于潮滩物质组成的差异和干出时间的长短而导致含水量不同，使潮滩不同部位在光谱特征上有所变化，这一光谱特征变化界线即为一般高潮线，也即小潮高潮线，其受涨落潮的影响较小，在不是很长的时间内，对坡度较大的海岸，其受潮汐和海平面的影响更小。因此，为减小潮汐对研究结果的影响，本研究在尽可能收集使用平均潮位时相的遥感影像的基础上，根据各期影像上滩面灰度特征变化的界线提取一般高潮线，并将其作为海岸线识别的替代指标。

（2）波段选择。通过对研究区域Landsat5 TM影像各波段及其组合的比较试验，所有影像均选用TM5、4、3 波段组合。为加快处理速度，影像处理前对所有影像均进行了裁剪。

（3）图像处理。为了消除大气和光照等因素对地物反射的影响，首先在ENVI4.4 中利用FLAASH模块对影像进行大气校正（邓书斌，2010）；然后，利用1∶50 000 地形图对1989年影像进行几何校正，继而据校正好的影像对其他影像进行几何精校正和配准。此外，本研究中对所有影像进行了直方图均衡化和边缘增强处理。最后，对影像进行非监督分类，区分出滩涂与水域的界线。

（4）岸线提取与距离测算。利用上述处理好的图像，在ArcGIS10.0 中目视解译并数字化提取各期海岸线（图2）。考虑到研究区岸线以人工岸线为主，250 m 的取样间隔可以将整个岸线数据有效地降低至一个合适的分辨率，适用于利用Landsat数据研究海岸变化的空间分布格局（White et al，1999），故以1989年海岸线为基准，自北向南沿此海岸线每隔250 m 创建一个样点。在ArcGIS10.0中计算由1989年岸线上各样点分别到1995、2006和2010年岸线的最短距离（垂直距离），以这3 段距离来计算各个时段的岸线变化距离。

图2 废黄河三角洲海岸线变化时空分布格局

2 结果分析

将研究区分为3 个岸段，即灌河口至中山河口岸段（北翼岸段）、中山河口至扁担河口岸段（中部岬角岸段）和扁担河口以南岸段（南翼岸段），并沿各岸段1989年岸线创建样点，分别量取各样点到1995、2006 和2010年岸线的垂直距离，并计算得到各个时段的岸线变化距离（图3 和4）。

图3 废黄河三角洲3 个时段（1989-1995年、1989-2006年和1989-2010年）岸线变化距离分布图（负值指示蚀退，正值指示淤进，下同）1989-1995年

图4 废黄河三角洲3 个时段（1989-1995年、1995-2006年和2006-2010年）岸线变化距离分布图

2.1 北翼岸段时空变化特征

北翼灌河口至中山河口岸段166 个样点在1989-2010年间的岸线平均淤进距离为148.11 m（表1），平均淤进速率为7.05 m/a。其中，1989-1995年间平均蚀退71.89 m，平均蚀退速率11.98 m/a；1995-2006年间平均淤进60.72 m，平均淤进速率5.52 m/a；2006-2010年间平均淤进159.28 m，平均淤进速率39.82 m/a。这一岸段围垦有大片的盐田，同时，2006年Landsat TM 遥感影像（图1）已显示，灌河口至普港岸段发育成片的米草，且长势良好，米草滩的存在有效地保护了人工海岸。

总体而言，北翼岸段在1989-1995年间岸线表现为蚀淤交替，以侵蚀后退为主。1995-2006年岸线后退趋势减缓，总体转变为向海淤进。2006-2010年整个岸段淤进加快，只有极少数部位尚发生微弱的侵蚀。其中变化最大部位集中于普港和新滩港岸段。盐田与养殖区的围垦和米草滩的发育是该岸段海岸由侵蚀向淤进转化的控制性因素。

表1 废黄河三角洲海岸线变化距离统计表（负值指示蚀退，正值指示淤进）

2.2 中部岬角岸段时空变化特征

1989-2010年间，中部岬角中山河口至扁担河口岸段172 个样点的岸线平均蚀退距离为289.57 m，平均蚀退速率为13.79 m/a。其中1989-1995年间平均蚀退176.36 m，平均蚀退速率29.39 m/a；1995-2006年间平均蚀退91.89 m，平均蚀退速率8.35 m/a；2006-2010年间平均蚀退21.32 m，平均蚀退速率5.33 m/a。

中部岸段岸线呈弯弓状向海突出，成为松散堆积物构成的岬角，受强劲东北风浪（本区强浪向）的影响，岸线长期处于侵蚀状态。中段翻身河口—振东闸岸段的河口区海岸蚀退速率逐渐减小，该岸段32 个样点1989-2010年间的岸线平均蚀退距离为160.43 m，平均蚀退速率为7.64 m/a。其中1989-1995年间岸线平均蚀退速率为22.06 m/a，之后岸线蚀退速率迅速减小，1995-2006年间为2.23 m/a，2006-2010年间仅为0.90 m/a，侵蚀已极微弱。废黄河口海岸紫菜养殖业及人工保滩护岸工程的介入是河口段海岸侵蚀减缓的主要原因。每年夏末，成片的紫菜养殖网架覆盖了整个河口潮间下带浅水区，一直持续到次年春季结束，大片养殖网架的消浪减能作用，有效地抑制了沿岸波浪的爬高，使得养殖区波浪对内侧岸滩的冲刷破坏大为减弱（陈宏友，1995）。20 世纪60年代以来不仅筑起了高大坚固的海堤，同时修建了透水式与不透水式的离岸堤及丁坝群，使河口海岸蚀退速度比其自然蚀退速度明显降低。波浪在离岸堤破碎，同时水流被阻滞，高潮位的波浪沿大堤爬高，形成涌浪回流冲刷（陈宏友，1991），海岸侵蚀的表现形式由岸线后退转为近堤脚部位滩面下蚀。此外，1985年曾在废黄河口南侧300 m 左右处和河口凹岸部位栽种100 多亩互花米草，米草滩曾淤高20 cm 以上，起到了防冲、护岸、促淤等效果（Zhuo et al，1990）。但是，寒潮台风大浪极容易将米草滩摧毁。例如，1986年1月的一次寒潮天气过程使得滩面最多下蚀达91 cm（陈才俊，1990）。所以，即使人工生物保滩措施也不能保证海岸不受侵蚀。

南段振东闸—扁担河口岸段47 个样点1989-2010年间的岸线平均蚀退距离为487.93 m，平均蚀退速率高达23.23 m/a。其中1989-1995年间平均蚀退速率22.65 m/a，1995-2006年间为20.09 m/a，2006-2010年间达32.76 m/a。北段中山河口至翻身河口岸段89 个样点1989-2010年间的岸线平均蚀退距离为238.92 m，平均蚀退速率为11.38 m/a。其中1989-1995年间平均蚀退速率高达36.48 m/a，1995-2006年间降为4.76 m/a，至2006-2010年间则逐渐转变为向海淤进，平均淤进速率为8.07 m/a。

总体而言，中部岬角岸段在1989-2010年的21年间蚀退显著，而侵蚀速率呈递减趋势。其中，废黄河口北部、废黄河口以及河口南部3 个子岸段，分别呈现出中段低、北段次之，南段最高的侵蚀速率变化格局。

2.3 南翼岸段时空变化特征

与中部岬角岸段的单向侵蚀后退变化格局相比，该段岸线的时空变化比较复杂，大致以夸套河口为界，其以北岸段表现为侵蚀，以南整体以淤积为主。1989-2010年间，扁担河口—双洋河口以南93 个样点的岸线平均淤进距离为86.03 m，平均淤进速率为4.10 m/a。

扁担河口至夸套河口岸段23 个样点在1989-2010年间的岸线平均蚀退距离为363.35 m，平均蚀退速率为17.30 m/a。其中1989-1995年间平均蚀退速率21.19 m/a，1995-2006年间为20.28 m/a，2006-2010年间降为3.27 m/a。夸套河口以南岸线呈淤进趋势，且淤进速率明显降低，1989-2010年间该段岸线上的70 个样点的平均淤进距离为229.16 m，平均淤进速率为10.91 m/a。其中1989-1995年间平均淤进速率22.21 m/a，1995～2006年间降为8.67 m/a，2006-2010年间仅为0.12 m/a。夸套河口附近已成为目前南翼岸段的淤蚀分界点，前人相关研究（张忍顺等，2010）亦显示，自北向南，南翼岸段的高潮滩表现出“侵蚀—相对稳定—淤长”的变化趋势。夸套河口以南的盐城海岸潮间带广阔，均分布有成片的盐沼植被，而且盐沼的发育状况自北向南越来越好，自然保护区附近的大米草盐沼仍以较快的速度扩展，大片米草滩的促淤保滩加快了岸线的向海淤进。

总体而言，南翼扁担河口—夸套河口岸段整体延续了中部废黄河口岸段的侵蚀后退趋势，夸套河口以南则逐渐过渡为淤进状态。生物护岸工程是该段海岸蚀淤变化的主要诱发因素。为了保护海岸、减轻海岸侵蚀，江苏省从1986年开始在射阳河以北的大喇叭口、双洋港等多处栽种互花米草（Zhou et al，1990）。至1989年，在射阳侵蚀最严重的双洋河口以北岸段已形成互花米草带（张忍顺等，2005），有效地起到了保滩促淤的作用。

3 结论

废黄河三角洲海岸由于突然断绝了巨量泥沙的补给，海岸由快速淤进转化为迅速受蚀后退，年均后退量曾超过400 m（任美锷，1986），是河海交互作用下海岸反馈变化敏感的地区。近半个世纪来，特别是近20 多年来，受到人为因素诸如人工保滩护岸、滩涂围垦、港口工程建设等，以及自然因素如海岸轮廓形态、波浪、潮流、风暴潮等的影响，岸线变化的时空分布格局较为复杂，呈现蚀淤并存的现象。通过对废黄河三角洲海岸线现代蚀淤变化的定量化分析，初步获得了以下认识：

（1） 1989-2010年间的岸线变化距离衡量指标显示，整个废黄河三角洲海岸以中部岬角岸段侵蚀最严重，北翼与南翼侵蚀渐弱。受盐田和养殖区围垦及米草滩促淤的影响，在1989-2010年的21年间，北翼岸段由侵蚀后退逐渐转变为向海淤进。其中，1989-1995年间平均蚀退速率为11.98 m/a，1995-2006年间平均淤进速率为5.52 m/a，2006-2010年间平均淤进速率为39.82 m/a，淤进速度明显加快，北部淤进最快。

（2）中部岬角岸段大致以翻身河口至振东闸为界，呈现出南北高中间低的侵蚀变化格局，且侵蚀强度南段高于北段，1989-2010年间南段平均蚀退速率可达23.23 m/a，而北段尚不及南段的1/2，仅为11.38 m/a。特别指出的是，河口区域侵蚀速率显著减小，2006-2010年间年均后退幅度已不足1 m，人工大堤与离岸堤及丁坝的修筑、长时期大范围紫菜养殖是岸线后退变缓的重要原因。近期（2006-2010），由于盐田围垦与港口建设，北段已转为向海淤进，南段仍呈现较快的蚀退，成为整个废黄河三角洲研究区岸线蚀退最快的岸段。

（3）南翼扁担河口—夸套河口岸段整体延续了中部岬角岸段的侵蚀后退趋势，1989-2010年21年间平均蚀退速率达17.30 m/a。夸套河口以南则呈现快速淤积-缓慢淤积-蚀淤基本平衡的过渡态势。互花米草的保滩促淤作用是该段岸线变化的重要控制因素。

总体上，废黄河三角洲海岸线现代侵蚀强度逐渐趋缓，两翼部分岸段呈现淤进状态，但侵蚀仍在继续，不同岸段蚀淤强度呈现显著的区域差异。特别需要注意的是，近年来随着整个海岸地区人工堤防工程的加强，浪流对堤脚与潮下带滩面的下蚀加剧，这一现象在废黄河口岸段尤其显著。因此，不能仅局限于对岸线蚀退淤进的表观认识，更要注意对水下岸坡地形与水动力的定期监测和调查，结合岸线变迁、潮间带宽度和坡度变化与水下地形的冲淤变化，以及滩面物质的粗细变化等综合分析和认识海岸的动态演变过程，从而更好地为区域海岸开发、规划、管理提供富有应用价值的科学依据。

致谢：本文系第一作者硕士学位论文的部分成果，导师南京大学王颖院士对论文数据获取和研究工作给予了支持与指导，贾培宏博士与李延军硕士对遥感影像数据的处理提供了帮助，刘兴健博士对论文数据处理方法提出了建议，在此一并表示感谢！

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