20年间盐城海岸线变迁及影响因素分析

章 志，陈 鹏，冒士凤，常 曼

(江苏省海涂研究中心，江苏 南京 210036)

引 言

海岸线对于海岸带生态系统兴衰、环境演变及海岸的侵蚀等均起到重要的指示作用[1]。快速准确地测定海岸线的动态变化，对于海域使用管理具有十分重要的意义[2]。江苏中部地区，受1855年黄河北归的影响，以河流输沙作用而引起海岸线东进，转为以海洋动力作用为主导的侵蚀，海岸线进入调整时期。1855—1921年，“射阳河口—埒子河口”海岸经过了海岸塑造及巨量泥沙重新分配搬运过程，南段海岸一直沿袭着历史海岸淤进状态。20世纪70年代至今，江苏海岸在海洋水动力作用影响下逐渐变得更加顺直流畅，但进退变化特点仍基本沿袭着历史海岸线的演变踪迹[3]。2009年江苏沿海开发上升为国家战略以后，受入海河流和海洋的双重动力作用，以及多来大规模的滩涂围垦对海岸地貌及海岸线变化的影响，以往射阳河口为南北冲淤的拐点，现有向南移动的趋势[4-6]。海岸线监测是了解海岸冲淤变化的基础，对于岸滩冲淤变化具有重要的指示意义。

海岸线测量的传统方法是设置测点连接成海岸线，需进行野外实地测量，费时费力。遥感具有快速、大面积、动态、经济的特点，尤其是高分辨率遥感具有较高的空间分辨率和定位精度，可弥补常规海岸线测量方法的不足，应用遥感影像探测海岸带地形信息成为海洋遥感技术发展的重点方向[7]。不同学者先后对海岸线遥感提取方法进行了研究，一种是通过目视解译方式，利用解译标志，如地物的色调、纹理、植被生态位等；另一种是基于潮位校正方法提取严格定义岸线[8]。对于海岸变迁研究目前主要有多重缓冲区法[9]、动态分割法[10]、剖面计算法[11]、面积法[12]等。本文基于海岸线遥感解译的结果，运用海岸线变迁模型，分析了20年来盐城海岸变迁的过程，探讨引起海岸线变化的驱动力，以期为海岸线保护、整治修复及开发利用提供一定的决策依据和参考。

1 研究区及数据源

研究区位于江苏省盐城海岸区域(图1)。海岸线北起灌河口团港南侧的“响灌线”陆域分界，南至“安台线”陆域分界，总长377.88 km，占全省海岸线的42.51%。境内滩涂面积683万亩，占江苏滩涂面积的70%，并且以每年30～75万亩左右的成陆速度向大海延伸。依据岸线变化情况，将研究区从北到南分为5个部分：“灌河口—废黄河口”、“废黄海口—射阳河口”、“射阳河口—新洋港”、“新洋港—斗龙港”和“斗龙港—弶港”。研究利用1997—2017年的landsat7、landsat5、landsat8数据，数据行列号为120/036、119/037，影像分辨率为30 m。

图1 研究区位置图

2 研究方法

2.1 海岸线分类与提取

海岸线分类目前没有统一的标准，参考相关学者的研究成果[13-15]，将盐城海岸线分为人工和自然岸线。自然岸线以粉砂淤泥质为主。遥感解译特征如下：粉砂淤泥质岸线，地质类型为粉砂淤泥，滩面坡度平缓，向陆一侧一般植被生长茂盛，呈红色或暗红色，向海一侧植被较为稀疏呈浅红色或没有植被，裸露潮滩上多有树枝状潮沟发育。影像中，植被茂盛与稀疏程度明显差异处为淤泥质岸线所在位置。河口岸线以最靠近河口的道路桥梁或防潮闸作为河海分界线或以河口突然展宽处的突出点连线作为河海分界线[16]。人工岸线由永久性构筑物组成的，向陆一侧不存在平均大潮高潮时海水可达的水域，其向海一侧水陆分界线即是海岸线，一般包括养殖围堤、盐田围堤、码头岸线、建设与交通围堤。

2.2 岸线变迁分析方法

采用基线法，即以平行于所有历史岸线基本走向的要素为基准线，构建垂直于基线相交的剖面，计算岸线的变化速率，剖面与岸线的交点构成岸线的位置序列。基线法主要包括端点变化率(EPR)、线性回归率(LRR)、最小中位数平方回归率(LMS)3 种算法。EPR方法相对于LRR、LMS两种方法，更能反映岸线的剧烈活动，更能够反映整个岸线变迁过程中的净变迁速率[17]。因此选择EPR算法来定量计算岸线变迁。具体过程如下：

(1)

式中，D1、D2分别为垂线与最早、晚一期岸线的交点到基准线的距离；T1、T2为最早一期岸线时间与最晚一期岸线时间。

具体步骤如下：首先确定基线，绘制大致平行于所提取的海岸线、岸滩走向的分割基线(图2)。其次，以间隔自北向南沿基线共生成条垂线，采样间隔为100 m，共产生2486条断面，删除其中部分与岸线相交时不合格的垂线，使用ARCGIS软件运用EPR算法分析岸线变迁过程及变化速率[18]。

图2 基线及断面分布

3 结果与分析

3.1 岸线长度及类型变化

利用上述数据与方法，提取了1997、2002、2007、2012、2017年盐城海岸线长度及岸线类型信息(图3)。

图3 1997-2017年岸线分布Fig.3 Coastline distribution from 1997 to 2017

提取结果表明，盐城海岸线由人工岸线和自然岸线组成。自然岸线以粉砂淤泥质岸线为主，人工岸线以港口、养殖围堤和建设围堤为主。20年间盐城海岸线长度整体变化不大，但岸线类型和位置变化较大。1997年岸线类型以粉砂淤泥质岸线为主，随着岸线人工开发干预，自然岸线逐步萎缩，自然岸线比重由1997年75%减少到62%，与之对应人工岸线呈加速增长的态势，并于2017达到1997—2017年来的最大值156.13 km。从岸线空间分布上来看，人工岸线主要分布在滨海港、射阳港、大丰港、王港河口和条子泥，以及四卯酉河南侧、王港河南侧区域。

3.2 岸线进退变化及变迁速率

计算结果如图4和表1所示。从结果来看，海岸线向海推进强度总体由北向南逐步增加，不同岸段向海推进的强度不同，平均为93.01 m/a，向海推进最大距离为10780 m，位于条子泥垦区，向岸退缩最大距离为1710 m，位于双洋河口附近。岸段A和岸段B位于射阳河口北侧，平均变化率为-0.46 m/a，为侵蚀区域。岸段C和岸段D，侵蚀淤积交替发生，呈现过度变化的特征，岸线变化较小，为侵蚀淤长过渡区域。岸段E向海推进287.12 m/a，为淤积岸段。

从海岸线变迁变化趋势来看，岸段A侵蚀速率越来越小，由1997—2002年-5.44 m/a的侵蚀转为2012—2017年12.23 m/a的弱淤积；岸段B侵蚀越来越强，由1997—2002年淤积 28.14m/a转为2012—2017年-26.25 m/a的侵蚀；岸段C侵蚀越来越强，由1997—2002年淤积86.96 m/a到2012—2017年-7.76 m/a的侵蚀。岸段D同样侵蚀越来越强，由1997—2002年淤积243.71 m/a到2012—2017年-117.19 m/a的侵蚀。岸段E淤积较强，但是幅度在减小，由1997—2002年384.81 m/a下降到2012—2017年227.81 m/a，下降了40.8%。

分析1997—2017年海岸线断面变化情况， 2002—2007年岸线向海推进65.82 m/a，2012—2017年海岸线变化率为-7.76 m/a，在断面号56处(图4)海岸线变化转为负数，据此，盐城海岸南北冲淤的拐点南移至射阳河口以南7 km射阳盐场附近。

总之，盐城海岸整体稳定性在增加，强侵蚀、强淤积岸段在减少；部分岸段采取了人工防护，海岸稳定。废黄河口北侧侵蚀速率趋缓，废黄河口南侧到扁担港之间侵蚀加剧了，双洋港到射阳河口岸段淤积逐渐减缓。射阳河口往南岸线整体向海前进，但是前进幅度在逐年减小。

注：“-”表示侵蚀，“+”表示淤积

4 岸线变迁影响因素

4.1 自然因素

岸线变化的自然因素主要是泥沙供给和水动力冲刷，海岸的侵蚀淤积是泥沙供给与动力冲刷之间平衡的结果，泥沙供给能补偿动力冲刷的泥沙损失，岸线便处于稳定，否则会海岸发生会侵蚀淤积。盐城废黄河口海岸原为古黄河入海口，1855年黄河北归，陆域供沙断绝，冲淤平衡被打破，海岸在潮汐、波浪和风暴潮的冲刷导致缺沙的海岸发生侵蚀。

目前盐城海岸线自然因素为主引起的变化主要位于废黄河口到射阳河口岸段和新洋港至龙港岸段。海岸侵蚀最严重的区域位于废黄河口南侧的双洋港和扁担河口，该岸段虽然进行了养殖围堤，但受波浪风暴潮影响，大量围堤被冲垮，海岸线不断改变后退，侵蚀造成的最大后退距离达到1700 m。扁担河口北侧(图5a)，2017年相对1997年侵蚀后退750 m。双洋港北侧(图5b)1997—2017年侵蚀导致岸线变化十分剧烈，2017年相比1997年岸线后退187 m；双洋港南侧(图5c)2017年相对2012年侵蚀后退220 m。位于盐城国家级珍禽自然保护区的新洋港至斗龙港岸段，由于禁止任何形式的建设开发，主要是自然因素引起的海岸线来回摆动，摆动幅度在-130～130 m之间。

图5 典型岸段侵蚀严重年份的海岸线变化

4.2 人为因素

岸线变化的人为因素表现为农业围垦、港口与海岸防护工程的建设等人工构筑物建设导致的岸线向海前进和向陆后退。2017年盐城海岸线人工岸线的比例达到38%，人工岸线类型以港口岸线，围垦和防波堤为主。盐城海岸的人类活动以射阳河口为界，北侧以海岸防护工程为主，南侧是以农业围垦为主，还包括滨海港、射阳港、大丰港为中心港口建设岸线利用为主导致岸线的人工化。

废黄河口北侧修建了滨海防波堤，岸线保持稳定，比如六合庄岸段护坡工程建设[19]，历经多次台风、风暴潮，岸线仍然稳定。港口建设主要为滨海港、射阳港、大丰港港口的建设导致海岸线持续向海前进，比如大丰港建设导致1997—2017年岸线向海推进9.5 km，陆域面积增加59.09 km2(图6)。

此外，由于盐城南侧为淤积型海岸，为围垦提供了有利条件，围垦加速了围垦区潮滩淤积速率，改变了潮滩剖面形态，导致海岸线格局发生变化[20]。2010年由于受《江苏沿海滩涂围垦开发利用规划纲要》规划的270万亩围垦计划的影响，该时期为填海造地最快的一个时期，工程建设导致人工岸线的快速向海推进和岸线的平直化。比如条子泥围垦工程自2002年开始建设，围垦增加面积增加到2017年的125 km2，自然岸线转为人工岸线，人工岸线增加了22 km，岸线向海推进最大10.78 km，围垦速度达到6.85 km2/a(图6)。

图6 1997—2017年大丰港、梁垛河、条子泥围垦情况

5 结论

利用1997、2002、2007、2012和2017年遥感影像数据提取了海岸线，结合数字海岸线分析系统，利用EPR模型定量计算了海岸线变迁速率，分析了岸线变化的驱动力。结论如下：

(1)1997到2017年，盐城海岸线长度变化不大，但位置变化较大。20年来盐城海岸线人工化程度在逐步增强。人工岸线由1997年264.10 km增加到2017年303.10 km。自然岸线以粉砂淤泥质为主，人工岸线以港口岸线、养殖围堤岸线为主，主要分布在滨海港、射阳港、大丰港、王港河口和条子泥，以及四卯酉河南侧、王港河南侧区域。

(2)盐城海岸线向岸后退与向海推进并存。向岸后退岸段位于灌河口到射阳河口之间，以废黄河口为中心，南到射阳河口，20年间平均变化率分别为-0.56 m/a和-0.35 m/a，废黄河北侧海岸侵蚀趋缓，南侧侵蚀加剧。向海推进岸段分布于射阳河口南侧，20年间平均变化率为140.6 m/a，每5年变化率为305.16 m/a、160.79 m/a、121.02 m/a和102.86 m/a，海岸淤长速度在减缓，岸线向海推进幅度在逐年减小，南北冲淤拐点向南扩展至射阳盐场附近。

(3)盐城海岸线变化是人为和自然因素的共同影响的结果。以射阳河口为界，泥沙和动力作用导致的海岸侵蚀是射阳河口北侧岸线向岸退缩的主要原因，农业围垦、港口建设和海岸防护工程的建设，是岸线人工化和向海推进的主要原因。