基于LANDSAT遥感数据的杭州湾庵东边滩变化过程研究

张伯虎，赵鲁灵

(1．浙江省水利河口研究院，浙江　杭州　310020；2．浙江省河口海岸重点实验室，浙江　杭州　310020)



基于LANDSAT遥感数据的杭州湾庵东边滩变化过程研究

张伯虎1，2，赵鲁灵1

(1．浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020；2．浙江省河口海岸重点实验室，浙江杭州310020)

摘要：基于不同时期遥感影像数据，通过辐射校正、几何校正和波段合成等处理，解释不同时期杭州湾庵东边滩围垦过程，并结合相应时期的滩涂地形，探讨围垦背景下的滩涂变化态势。结果表明：近30 a来庵东边滩围垦呈现明显的“由慢至快”的阶段性发展特征：①1984—1995年为缓慢发展阶段，围垦速率为1.19 km2/a；②1995—2004年为稳步发展阶段，围垦速率为6.65 km2/a；③2004—2013年为高速发展阶段，围垦速率为17.69 km2/a。围垦高速发展阶段，0 m等高线不断向海淤进，而-5 m等高线基本保持不变。在围垦背景下，-5 m等高线以浅滩涂面积呈减少态势，表明该区域围垦速率大于滩涂淤涨速率。

关键词：遥感；围垦；滩涂面积；庵东边滩

滩涂是海岸带的重要组成部分，是河口地区经济发展的基础条件，亦是河口海岸生态系统得以维持的必要条件[1]。丰沛的长江来沙在陆海相互作用下塑造了杭州湾南翼庵东边滩得天独厚的滩涂资源，其开发利用一直是环杭州湾地区经济社会发展的重要支撑[2-3]。河口前沿边滩作为陆海相互作用的敏感地带，监测和掌握滩涂围垦过程，分析围垦背景下滩涂淤涨规律，对制定合理的滩涂围垦和保护策略具有重要的指导意义[4]。由于海岸地形的高度动态性，常规的野外调查工作量大、费用高、周期长，而遥感技术具有观测范围广、信息量大、获取信息快、更新周期短、可比性强等优点，在海岸线变迁、湿地演变和围垦监测等方面优势显著[5]。美国Landsat系列卫星于1972年运行至今已具有40余年的(TM、MSS、ETM+、OLI)图像数据，同时，30 m的空间分辨率可以在长时间尺度上有效探测海岸空间特征。本文以Landsat遥感影像为数据源，定量分析庵东边滩围垦的空间和时间变化过程，并结合相应时期的滩涂地形，探讨滩涂围垦过程和滩涂淤涨的关系。

1庵东边滩概况

庵东边滩位处杭州湾南翼，是西三至海黄山之间大片滩涂的俗称(见图1)，目前，-5 m等高线以内边滩面积约287 km2，其中0 m以上滩涂面积约占54%。形态上呈弧状突出，沿岸等高线的平面分布基本与岸线平行，水下斜坡较陡，坡度在7%～10%。该区潮汐类型为非正规半日潮，风速和风向具有明显的季风气候特点,冬季盛行WN-N风、夏季盛行E-SSE风，岸滩沉积物以粉细砂和砂质泥等细颗粒物质为主。

2遥感数据与处理方法

2.1遥感数据

本文使用的Landsat数据包括1984年、1995年、2004年和2013年的庵东边滩图像各一景(见图2、表1)。此外，还收集了研究区域1∶50 000的地形测图作为遥感图像处理的参考资料，收集了与遥感数据同时期或相近时期的实测滩涂地形，以探讨围垦过程和滩涂冲淤之间的关系。

2.2处理方法

(1)岸线指标：主要有平均高水位线、高水位线和水边线等，其中水边线在遥感影像上的辨识度和连续性最佳，但是会受到海滩陡缓及潮差大小等海岸特性的影响[5]。本文研究对象为海岸带高强度开发区域，提取信息主要为人工岸线。

(2)图像校正：不同时相的影像也会因为成像时光照和大气条件的不同而出现差异，需要进行必要的辐射校正。本文采用日照差异纠正模型(ICM)对图像进行辐射校正。由于传感器的扫描姿态等因素会引起图像的几何失真，利用ENVI5.1软件平台开展影像的几何校正，配准图像采用1∶50 000地形图，选取均匀分布的地面控制点，采用二次多项式模型、最邻近内插法等对影像进行30 m分辨率的重采样，校正均方根误差(RMSE)控制在0.5个像元以内[4]。

(3)波段组合的目的在于最大程度地突出目标信息。提取人工岸线需选择对水、滩地、陆地等反射突出的波段，通过对研究区域各波段及其组合的比较试验，5、4、3波段合成具有较高的光谱反射率，各时期的图像合成数据见图2。同时采用3×3像元的卷积核，对原始图像进行边界增强，增强后的图像更能清晰地表现出图像的线性纹理特征。

(4)遥感图像提取岸线信息的方法大多数是基于单个像元的光谱分析，或是通过图像的纹理、形状、区域特征等标志来进行人工解译。采用空间域中的邻域处理办法，利用像元自身及周围像元的灰度值进行计算，对原始图像进行边界增强，使其更能清晰地表现出图像的线性纹理特征[5]，在此基础上，采用人机交互解译，提取岸线信息。

3结果与讨论

3.1围垦时空变化格局与分布特征

由2013年TM5、4、3波段数据为底图生成围垦时空变化分布图(见图3～4)和各时段围垦面积监测数据(见表2)分析可知，近30 a来庵东边滩在人类围垦活动下，岸线向杭州湾扩展显著，平均向海延伸4.35 km，最大延伸7.90 km(位于文革闸前沿滩地)，累计围垦面积232.09 km2，平均围垦8.00 km2/a。依据围垦速率，庵东边滩围垦过程表现出明显的“由慢至快”的阶段性发展特征：①1984—1995年为缓慢发展阶段，这11 a间共累计围垦面积13.06 km2，平均围垦速率为1.19 km2/a；围垦区域主要位于团结闸、东风闸以及海王山附近的零星板块，且均为自然淤涨的高滩。②1995—2004年为稳步发展阶段，这9 a间累计围垦59.85 km2，平均围垦速率为6.65 km2/a；围垦区域主要为丰收闸和四灶浦闸之间的条带分布。③2004—2013年为高速发展阶段，9 a间累计围垦159.18 km2，平均围垦速率为17.69 km2/a，是庵东边滩历史上围垦速度最快的阶段；除西三至丰收闸的局部区域，整体滩涂海岸全线外推，其滩面已围至-2 m的低滩区域。

表21984—2013年研究区域围垦面积变化统计值表

注：表中上标1的数据为合计数；上标2的数据为年平均数。

3.2围垦对滩涂演变的影响

为进一步分析围垦对滩涂的影响，兼顾地形和遥感影像的一致性，选取围垦高速发展阶段的2003年和2010年实测滩涂地形数据，探讨围垦背景下滩涂变化过程。图5为2003—2010年庵东边滩1985国家高程基准的0 m、-5 m特征等高线变迁图。从图5可见，该时段0 m等高线呈现整体外推趋势，一般而言，0 m以上的滩涂面积会随着岸线变迁和人工围涂不断缩小，但该时段0 m以上的滩面却增加了14.00 km2，可见边滩丁顺坝工程促淤对0 m以浅滩面的淤涨贡献较为明显。2003—2010年，-5 m等高线局部有冲有淤，整体变幅不大，在0 m线的不断淤涨情势下(数据显示-2 m等高线亦呈现淤涨态势)，而-5 m线较稳定，造成了围垦背景下，滩涂边坡趋于变陡的态势。

-5 m 等高线以浅滩涂面积主要反映整体变化态势，-5 m 等高线与初始(2003年)海堤之间面积反映自然冲淤变化，等高线与同期海堤之间面积可表征自然冲淤和围垦的综合影响变化，表3为不同统计方法的庵东边滩-5 m等高线以浅面积。数据显示，自然状态下，2010年-5 m等高线以浅滩涂面积388.00 km2，与2003年的滩涂面积371.00 km2大致相当，变化不大。自然冲淤和围垦综合影响下，-5 m 等高线以浅滩涂呈减少态势，2003年为371.00 km2，2010年减少至287.00 km2，减幅约22%，表明该区域围垦速率已大于滩涂淤涨速率，为避免滩涂湿地的减少，实现滩涂动态平衡，需要制定合理的围垦速率。

表3自然和围垦条件下庵东边滩-5 m等高线以浅面积表

4结论和建议

(1)庵东边滩围垦过程表现出明显的“由慢至快”的阶段性发展特征， 1984—1995年为缓慢发展阶段，平均围垦速率为1.19 km2/a；1995—2004年为稳步发展阶段，平均围垦速率为6.65 km2/a；2004—2013年为高速发展阶段，年均围垦速率为17.69 km2/a。

(2)在滩涂围垦高速发展阶段，边滩的外形基本保持不变，0 m等高线不断向海淤进，而-5 m等高线基本保持不变；在自然冲淤和围垦综合影响下，-5 m等高线以浅滩涂呈减少态势，表明该区域围垦速率大于滩涂淤涨速率。

(3)滩涂围垦界限和围垦速度是滩涂围垦中的关键问题，保持滩涂的动态平衡，需要制定合理的围垦速率。

参考文献：

[1]张伯虎．杭州湾南翼东部边滩时空演变特征及影响因素分析[J].浙江水利科技,2012(6):5-7.

[2]中国水利水电科学研究院.浙江省沿海海域泥沙来源、运动规律及其对滩涂演变的影响[R].北京:中国水利水电科学研究院,2010.

[3]彭建,王仰麟.我国沿海滩涂景观生态的初步研究[J].地理研究,2000,19(3):249-256.

[4]许俊杰,陈勇.基于RS与GIS的南汇东滩围垦研究[J].上海国土资源,2011,32(3):18-22.

(责任编辑姚小槐)

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

基金项目：水利部公益性行业科研专项(201401010)；浙江省科技计划项目(2014F10036、2014F10007)；中央引导地方科技发展专项资金资助项目(财政[2014]183号)。

作者简介：张伯虎(1984-)，男，工程师，硕士，主要从事河口海岸学研究。E-mail：zhangbohu@aliyun.com

中图分类号：P737

文献标识码：A

文章编号：1008-701X(2016)02-0016-04

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