基于遥感的岸线变迁及其在电力工程的应用

2018-07-05胡进宝刘海成王晓霞

水科学与工程技术 2018年3期

胡进宝，刘海成，王晓霞，管宁

（1.中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，西安 710032；2.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津300000）

1 概述

岸线变迁影响电力工程安全，甚至导致工程无法使用，因此，需要判断电力工程寿命期内的岸线变迁［1］。在具有资料的情况下，岸线变迁判断可采用历年河势图进行分析，如哈密—郑州特高压黄河大跨越主槽范围的确定［2］。国外海岸线缺少实测岸线资料的情况，或资料无法收集情况下，无法采用常规方法进行岸线变迁判断，需要采用其他方法［3］。遥感具有大面积同步观测、数据综合可比性等优点，在不同行业得到广泛应用［4-7］。本文以某国外电厂工程为例，基于遥感影像资料判断岸线变迁，提出一种实用的满足工程需要的无资料岸线变迁方法，以供同类工程参考。

2 工程实例

国外某电厂工程，西侧濒临阿拉伯海，南侧距河流入海口2km，河口上游57km为水库，水库坝体结构为土石坝，设计总库容8.09亿m3。厂址、水库、海洋位置如图1。

图1 厂址、水库、海洋位置

由于厂址西侧濒临阿拉伯海，受海岸线变迁的威胁，需要判断岸线变迁对工程的影响，根据资料收集情况，当地无水文观测站进对岸线进行观测，无法采用“套绘”的方法来进行岸线变迁趋势的判断，从而无法判断岸线的稳定性，本文基于遥感影像资料判断岸线变迁，以供同类工程参考。

3 海岸特征

工程所在区域的海岸，属弱潮环境。这种环境以广泛发育沙丘—泻湖体系为特点。工程场址位于河口附近，此种沙丘以从海向陆越覆后退运动为特点，属于后退型（侵蚀型）沙丘。场址沿岸沙丘由滩肩地貌和风成沙丘构成，如图2，是以波动力和风力吹扬共同作用的产物。另外，结合海图地形，如图3，场址北端作为上岬头、南端为下岬头，近似呈现岬间弧形海岸形态。

图2 滩肩地貌和风成沙丘

图3 工程区域海岸特征

本研究在弧形海岸泥沙供给不足的情况下，经岸线侵蚀后退形成的一种与波浪动力和沿岸输沙率相适应的平衡海岸。如果海湾供沙及沿岸输沙率为零，岸线达到极限平衡，其时弧形线凹入度最大，岸线不再发生后退；如果海湾供沙不足但仍有少量的泥沙供给，则此时弧形线凹入度相对较小，波浪不同时在岸线周边破碎，岸线仍在侵蚀后退中，则岸线特点对工程建设带来了一定风险，故本文根据岸线历史变迁情况分析岸线演变趋势，为工程建设提供依据。

4 影像资料

由于受潮汐、沿岸地形等因素的影响，在遥感影像上直接获取海岸线只是卫星过境时刻的瞬时水陆交界线，而非真正的海岸线，因此，在确定多期遥感影像岸线时，需要统一标准。目前，国际上很多国家采用多年平均大潮高潮线法，即指海洋潮流达到大潮高潮时，海水所淹没的平均界线［8］。

本区域为砂质海岸，根据砂质海岸特点，其岸线位置确定在现代滩肩沙丘的顶部向海一侧。

笔者收集了2002~2016年14年间的卫星影像资料，基于2002~2016年间的3次卫星遥感影像开展岸线轮廓的对比分析，其中2002，2006年卫片来自美国QB卫星，2016年卫片来自GeoEYE卫星。

5 结果及分析

工程区域岸线变迁如图4。为了分析工程位置处的岸线变化，在拟建电厂排水口北900m、排水口北600m，排水口北300m、排水口、取水口、取水口南300m处提取了6个断面分析岸线变化过程。各断面位置附近的岸线年际变化如图5，以2016年岸线为基准，统计了各断面2002年、2006年和2016年的离岸距离，统计结果如表1。

图4 工程区域岸线变迁

表1 断面岸线移动距离单位：m

由图4、图5和表1可见，本区域岸线呈现侵蚀状态。 2002～2016年共14年，排水口北侧900m、排水口北侧600m、排水口北侧300m、排水口、取水口、取水口南300m位置处的岸线分别后退：16.24，10.36，15.4，16.1，14.56，19.74，21.56m，对应的年均后退距离为：1.16，0.74，1.10，1.15，1.04，1.41，1.54m。

根据文献资料和现场动力条件分析，岸线侵蚀主要是由波浪淘刷和季风吹扬造成。本工程附近的海岸线和沙丘侵蚀还需要考虑已有电厂的取水影响。从卫星图片分析结果看，在不同断面位置处沙丘后退侵蚀速率从0.71～2.25m，其中越靠近一期电厂取水口侵蚀速率越快，表明侵蚀速率的快慢与已有电厂的取水有关。