韩江三角洲1982－2020年海岸线时空演变与影响因素分析

义家吉，沈成，常建宇，高方艺，王万虎，王洋

（1.中国地质调查局海口海洋地质调查中心，海南 海口 570100；2.中国地质大学（武汉） 海洋学院，湖北 武汉 430074）

海岸线是海洋和陆地的分界线，受海陆交互作用影响，一直处在动态变化的过程中[1-2]。海岸线的空间形态是海陆物质动力交互作用的结果，其动态变化是对沿岸物质动力作用改变的敏感性响应，是海岸带资源环境变化的直接体现，折射出海岸带资源与环境的改变过程[3]。开展海岸线演变过程和驱动因素研究，可以深化对海岸带资源环境演变规律的认识，对于指导海岸带资源合理开发利用和环境保护修复等工作具有现实意义。

河口三角洲拥有丰富的物产、土地和水资源，是人口密集、经济发达、城市聚集的区域，也是城镇化进程最快的区域，我国经济发达的区域也多位于三角洲地区。经济和城市的发展，带来巨大的资源和环境压力，面向海洋空间发展，成为三角洲地区解决土地供需矛盾、优化资源环境格局和维持社会经济全面协调可持续发展的主要途径。韩江三角洲是我国第六大三角洲，位于广东省东北部，是粤东地区的海上门户，我国重要的经济区之一。改革开放以来，韩江三角洲城镇规模持续扩大，海岸带资源开发利用规模空前，由于高强度的开发活动存在一定盲目性，缺乏合理规划，给海岸带资源环境带来一定负面影响。填海造陆、围垦养殖、水利设施和海岸工程的修建等人类活动不仅直接改变了韩江三角洲海岸线的位置和类型，还改变了区域物质动力条件[4-5]。水利设施修建使入海河流水动力和输沙改变，海岸工程修建使海洋水动力和沿岸输沙改变，这些变化对海岸带资源环境格局产生强烈扰动，产生不平衡，进而造成海岸侵蚀、港口淤积等灾害[6-8]。前人深入研究了中全新世（距今6 000年）至1983 年韩江三角洲地貌发育过程和历史时期三角洲岸线的演变过程[9-10]，认为在中全新世至1964 年期间，韩江三角洲岸线演变主要受河流和海洋水动力影响，1964－1983 年期间则主要受人工围垦影响。改革开放以来，由于快速的城镇化，人类对海岸带资源开发利用活动规模空前，加之全球气候变化加剧，海平面不断上升，韩江三角洲海岸线受到更为复杂多变的人为因素和自然因素影响。然而，在快速城镇化背景下，关于韩江三角洲岸线演变的研究成果不多，研究有待深入。本文利用遥感技术等手段，提取韩江三角洲1982－2020年期间7个时期的岸线分布，基于此开展韩江三角洲岸线演变过程及其主控因素研究，以深化对韩江三角洲海岸带资源环境演变规律的认识，为韩江三角洲海岸带资源利用、环境保护和城市规划等提供支撑。

1 研究区及数据

1.1 研究区概况

研究区为广义的韩江三角洲，位于广东省东北部，包括韩江潮州以下、榕江揭阳以下、练江普宁以下的平原，即通常所谓的潮汕平原，岸线西起汕头市陇田镇望前湾排角港，东至汕头市溪南镇义丰溪入海河口（图1）。海岸类型主要为砂质海岸、基岩海岸、生物海岸以及人工海岸等，岸线曲折多变，全长约170 km。研究区海岸地貌有海蚀阶地、海积阶地、海积平原、沙堤沙坝等[10]，粤东地区最大的三条河流韩江、榕江和练江在研究区中部汇入南海。韩江三角洲沿岸潮汐为不规则的半日潮，潮差较小，平均潮差约1 m。波浪方向以南东向为主，几乎与海岸线垂直。波浪作用强烈，平均波高为0.87～1.10 m[11]。

1.2 数据来源

Landsat 影像具有全球覆盖长期连续、数据产品免费、时间和空间分辨率适中以及科学的数据存档与分发策略等多种优势，能够满足本研究长时间序列影像记录的条件与精度要求。本次研究采用的Landsat 遥感影像数据空间分辨率分别为80 m、30 m 和15 m（表1），可利用影像共7 景，下载自地理空间数据云网站（http:∕∕www.gscloud.cn∕）和地质云网站（https:∕∕geocloud.cgs.gov.cn∕）。所选影像成像时间对应潮高介于0.93～1.48 m 之间，相差不大。所利用的影像数据均经过地形校正、辐射定标、大气校正、影像融合和裁剪等预处理。

表1 本研究使用的遥感数据

2 研究方法

2.1 岸线提取分类与精度验证

2.1.1 岸线提取与分类

在实际工作中应用遥感手段提取海岸线常用的方法有两种，一种是利用计算机基于归一化差异水体指数自动提取水陆分界线，在假定坡度保持不变的情况下，利用不同时期的潮位数据资料，结合潮位校正模型进行潮位校正，从而得到平均大潮高潮海岸线[12]。然而实际情况是潮间带坡度往往是变化的，在研究区范围较大的情况下，同一时刻不同地点的潮位高亦有差异，因此，这种方法提取的岸线不一定准确[6]。另一种是根据影像和岸线特征与解译人员的经验和知识，结合野外调查等信息资料建立解译标志，目视解译干湿分界线作为高潮海岸线。目视解译是遥感信息提取的常用方法，判别精度高，采用这种方法可以不依赖潮位数据便可较为准确地提取海岸线[3]。因此，本研究采取目视解译的方法提取研究区不同时相的海岸线，各类型岸线解译标志见表2。

表2 韩江三角洲岸线确定原则及解译标志

岸线分类使用《海岸带环境地质调查规范》（DD2014-03）推荐的方法，结合研究区实际将岸线分为人工岸线、基岩岸线、砂质岸线、淤泥质岸线和生物岸线，共5类。

2.1.2 岸线提取精度验证

海岸线精度验证主要包括类型和空间位置验证两部分。2020 年海岸线类型采用实地验证的方式进行，选取了15 个调查点（人工岸线3 个、砂质岸线5 个、生物岸线6 个和淤泥质岸线1 个）在2020 年8 月开展实地验证，岸线类型准确率为100%。历史时期岸线类型则利用Google Earth 的时间工具功能，查找对应年份和时间段的影像验证海岸的类型[13]。

遥感影像提取岸线的空间位置误差主要是由地理配准误差、分辨率误差、季节误差和潮位变化误差等引起[14]。由于本文使用目视解译的方法提取海岸线，收集的卫星影像时间集中在秋冬季，同时研究区稳定的海岸线较多，季节性误差和分辨率误差影响较小，另一方面根据干湿分界线目视解译高潮海岸线削弱了潮位变化误差，本次工作主要考虑配准误差造成的岸线空间位置提取误差。本次工作选取了6 个大致分布均匀且具有显著特征的地面控制点与2020 年的遥感影像坐标对应关系进行几何校正，校正后依次与1982 年、1989 年、2000 年、2005 年、2010 年 和2015 年 的遥感影像进行配准，配准的均方根误差依次为28.52 m、14.00 m、11.04 m、4.53 m、10.12 m 和8.45 m，范围在4.53～28.52 m 之间，误差控制在一个像元内，满足本次研究的需要。

2.2 岸线的演变分析

2.2.1 岸线人工化指数

岸线人工化是指岸线在各种人类活动作用下，自然岸线转变为人工岸线的过程，岸线人工化指数表征的是人工岸线占总岸线的大小，可以表示岸线受人类活动作用的大小[15]，具体计算公式为：

式中：IA为人工化指数；LM为某时刻研究区人工岸线长度；LT为某时刻研究区岸线总长度。

2.2.2 岸线变化强度分析

海岸线变化强度指数可以表征研究区各个时期岸线变化程度的差异，用海岸线在不同时期变化的比率来表示[16]，其计算公式为：

式中：LCIi，j为研究区海岸线变化强度指数；Li和Lj分别为i年和j年海岸线长度；ΔT为i年和j年的时间间隔。

2.2.3 岸线变化速率

基线法可以较好地获取海岸线向海推进或蚀退的速率[17]，利用数字岸线分析系统（DSAS）中的端点变化速率（EPR）进行海岸线空间变化速率分析。端点变化速率（EPR）计算公式为：

式中：Ei，j为i年到j年海岸线的端点变化速率；ΔTi，j为i年和j年的时间间隔；dj和d i分别为j年和i年时海岸线到基线的垂向距离。

3 结果与分析

3.1 韩江三角洲岸线长度和变化强度特征

根据遥感影像数据对韩江三角洲岸线信息进行目视提取，获得1982 年、1989 年、2000 年、2005 年、2010 年、2015 年和2020 年7 个时相的岸线分布（图2）。利用ArcGIS 软件统计各年份不同类型岸线长度（表2）和变化情况（表3）。结果表明，韩江三角洲岸线总长在1982－2020 年期间变化较明显，表现为“减少-增加-减少-再增加”的变化趋势，总体呈增加趋势，由116.99 km 增至168.89 km，平均增长速率为1.37 km∕a。长度变化主要集中在1989－2020年期间，除2000－2005年期间长度减少6.07 km 外，其余时期均呈增加的趋势。在2005－2010年和2015－2020年两个时期岸线总长变化强度较大，分别增长21.76 km 和16.40 km，变化强度为3.52%和2.15%。

表3 韩江三角洲1982－2020年不同类型岸线长度（km）与人工化指数统计

图2 韩江三角洲不同时相岸线提取结果

砂质岸线长度呈先减少后增加的变化趋势，在2015年以前持续减少，由1982年的64.93 km 减至2015年的42.83 km，平均缩减速率为0.67 km∕a，显著的变化主要发生在2000－2005 年和2010－2015 年期间，长度分别减少5.65 km 和9.93 km，变化强度为1.87%和3.86%，而后5 年时间里长度基本保持不变，略微增加0.77 km，由42.83 km 增至43.60 km。

生物岸线长度在2000 年以前变化不大，而后的4 个时期有明显的增长，分别增加了2.87 km、1.16 km、5.66 km 和1.88 km，至2020 年，区内生物岸线长度达19.16 km，是1982年的3.52倍。

基岩岸线长度呈先减少后增加的变化趋势，显著的减少发生在1982－1989年和1989－2000年期间，长度分别减少3.48 km 和3.38 km，动态强度为-1.71%和-1.20%。在2005－2010年期间增加尤为显著，长度增加2.28 km，变化强度为1.98%。而后的10年时间里，区内基岩岸线长度趋于稳定。

淤泥质岸线长度呈先增加后减少的变化趋势，1982－1989 年是研究时段内淤泥质岸线长度唯一增加的时期，长度略微增加0.25 km，其余时期均减少，至2020 年，区内淤泥质岸线长度仅有1.14 km，与1982 年相比，缩减88.97%。岸线长度剧烈的变化发生在2000－2005 年，期间岸线长度急剧减少5.16 km，变化强度为-14.76%。

1982 年以来，人工岸线长度一直保持增长趋势（表4），在研究时段内长度增加71.86 km，平均增长速率为1.89 km∕a，除了2000－2005 年期间外，其余时期变化强度较大，均在4.11%以上。人工化指数也一直呈上升趋势，1982 年仅为6.13%，2020 年上升至46.79%，人工岸线长度几乎占到岸线总长的一半。

表4 韩江三角洲各时期不同类型岸线长度（km）变化及强度

研究时段内，本区岸线总长度显著增加，其中砂质岸线和淤泥质岸线长度显著减少，基岩岸线长度略微减少，人工岸线和生物岸线长度显著增加。岸线总长度的增加主要源于人工岸线和生物岸线的增长，贡献分别占第一和第二位。

3.2 韩江三角洲岸线空间变化特征

以100 m 为采样间距生成岸线垂断面，删除其中部分与岸线相交时不合格的断面后，共产生728 条垂断面，使用ArcGIS 软件数字岸线分析系统（DSAS）模块，计算研究区岸线端点变化速率（EPR），分析1982－2020 年韩江三角洲岸线空间演变过程。结果表明（图3），1982－2020 年期间，韩江三角洲岸线平均向海推进距离为164.55 m，端点变化速率平均值为4.35 m∕a，最大值为68.57 m∕a，最小值为-29.52 m∕a，有499 个断面端点变化速率为正值，229 个断面端点变化速率为负值，这表明近40 年韩江三角洲岸线空间位置变化总体上表现为向海推进，向海推进岸段较多，主要分布于榕江河口至莱芜岛和海门角一带，其中榕江河口至莱芜岛岸段向海推进最远，平均推进距离为1 590.36 m，端点平均变化速率为41.62 m∕a，本岸段向海推进主要是由于汕头市建设东海岸新区围填海所致；海门角一带岸段平均向海推进距离为511.42 m，端点平均变化速率为13.46 m∕a，本岸段向海推进的主因是华能海门热电厂及其配套设施的建设引起。向陆侵蚀的岸段较少，主要分布于莲阳河口至黄厝草溪河口一带，平均蚀退距离为449.29 m，端点平均变化速率为-11.82 m∕a。莲阳河口-黄厝草溪河口岸段分布着本区在研究时段内唯一存在的障壁沙坝，障壁沙坝在风浪作用下持续向岸推进[18-19]，是本岸段岸线向陆运移的主要原因。

图3 韩江三角洲1982－2020年岸线端点变化速率

3.3 驱动因素分析

岸线变化驱动较为复杂，归结起来通常是受自然因素和人为因素的双重影响，前者包括入海河流泥沙输入变化、海平面变化、构造运动、自然灾害和水动力作用等；后者则有填海造陆、海岸工程、养殖池和滨海工业设施建设等[20]。

3.3.1 岸线类型长度变化驱动因素

本区淤泥质和砂质岸线的底质成分主要由泥砂质松散的沉积物构成，这使得本区砂质岸线和淤泥质岸线具有抗冲刷能力较弱、容易被侵蚀的特点；另外，这些沉积物的主要物质来源于入海河流的泥沙输入，输入量的大小决定砂质岸线和淤泥质岸线获得物质补给能力的强弱，这意味着水动力、海平面和入海河流泥沙输入的变化，可能会改变本区淤泥质和砂质海岸的侵蚀淤积状态，但侵蚀淤积改变的主要是岸线的形态位置，只有当侵蚀或淤积达到一定程度时，才会使岸线的类型和长度发生明显改变。从岸线转化的方向看，本区砂质岸线和淤泥质岸线主要转化为人工岸线和生物岸线，这并不是岸线侵蚀淤积作用的结果。本区生物岸线以红树林岸线为主，红树林被誉为“海岸卫士”具有保护岸线稳定的作用，基岩岸线和人工岸线由于其自身特殊的地质物理属性，性质也较为稳定。在研究时段内，区内并未发生较大的构造运动和自然灾害[21-23]，其他自然因素如风化、冲刷等作用无法对本区生物岸线、人工岸线和基岩岸线进行大程度、大范围的改造。

以上均表明自然因素不是本区岸线类型和长度变化的主控因素，其变化主要受人为作用影响。主要表现在5 个方面：一是在经济效益的驱动下，大量地围垦滩涂，养殖筑堤；二是随着城市发展，城镇人口陡增，土地供需矛盾增长，填海造陆以满足工业开发、交通建设和生活居住的用地需求[24]；三是本区作为粤东地区的海上门户，近40年来，航运业和海洋渔业得到极大发展，港口、码头以及防波堤作为上述行业的基础设施得到大力的建设；四是滨海工业设施的建设，主要包括一些火电厂的修建等；五是红树林修复工程的实施，汕头市政府部门在1998 年提出“向海要森林计划”，颁布了红树林保护修复政策，开展红树林生态系统修复工作，同时开始在沿岸滩涂种植红树林[25]，至2005 年此项工作取得一定成效，自然红树林得到修复，人工红树林面积不断扩大，生物岸线也随之增长。上述人类活动使岸线之间发生明显相互转化，滩涂围垦和人工种植红树林使淤泥质岸线向养殖海堤和生物岸线转化，填海造陆、渔港、码头、防波堤和滨海工业设施的修建使砂质岸线和基岩岸线向人工岸线转化。理论上，岸线之间的互相转化并不会使岸线总长度增加，从图形几何学上来说，原本复杂的岸线，经过人工改造后由于裁弯取直的原因，整体的长度甚至还会减少，但本区的岸线总长却在研究时段内增长了51.90 km。这主要是由于人为修建大量海岸工程向海延伸造成。

3.3.2 岸线空间变化驱动因素

三角洲岸线空间变化主要受入海河流物质供应、相对海平面变化、水动力作用、风暴潮灾害和海岸带人类活动影响，某一时刻的海岸线位置是所有长期过程和短期过程累积作用的结果[26]。韩江三角洲夏秋季节多台风，会对淤泥质岸线和砂质岸线的短期过程产生显著影响[6]。韩江三角洲是典型的障壁海岸三角洲，发育障壁沙坝、沙丘等。障壁沙坝的运移主要受入海河流水动力、波浪和风力作用控制[18-19]。研究时段内由于上游修建大量的拦水坝，加之人为修建大量的输水渠分流，造成了入海河流的径流量减少，水动力减弱，导致入海河流裹挟的泥沙向海搬运的距离缩短，在近岸堆积形成沙坝，同时本区的波浪方向与岸线几乎垂直，沙坝在波浪和向陆风力作用下，向岸运移。

对于同一地区不同时期岸线空间变化的速率而言，则主要取决于入海河流输沙量的变化、海平面变化速率和人类活动对海岸的改造强度[27-29]。1982－2020 年期间，韩江三角洲的海平面上升的速率稳定在2.00～3.00 mm∕a 之间，变化较小[30-31]，并非造成本区不同时期岸线空间变化速率差异的主要因素。近40 年时间内，韩江三角洲海岸带开发利用愈发强烈，主要入海河流韩江和榕江的输沙量也呈锐减趋势[11]，韩江和榕江供应了本区90%以上的河流入海泥沙[10]，其输沙量锐减和人类活动可能是本区岸线空间变化的主要因素。

利用数字岸线分析系统（Digital Shoreline Analyst System，DSAS），计算研究区不同时期岸线端点平均变化速率，将研究区不同时期岸线端点变化速率与韩江三角洲主要入海河流年平均输沙量进行对比，结果表明（图4），1982－1989 年和1989－2000 年期间，韩江三角洲主要入海河流年平均输沙量分别为807.90×104t 和775.40×104t，岸线平均向海推进距离分别为9.19 t和8.44 m，端点 平 均 变 化 速 率 分 别 为1.31 m∕a∕和0.77 m∕a；2000－2005 年和2005－2010 年期间，主要入海河流年平均输沙量锐减至209.35×104t 和335.40×104t，岸线平均蚀退距离分别为5.19 m 和2.06 m，端 点 平 均 变 化 速 率 为-1.04 m∕a 和-0.41 m∕a；2010－2015 期间，主要入海河流年平均流输沙量进一步锐减至178.44×104t，岸线平均向海推进距离为148.34 m，端点平均变化速率为29.67 m∕a，在这一时期内汕头市完成了东海岸新区建设，填海造陆21.70 km2[24]；2015－2020 年期间，主要入海河流年平均流输沙量为275.92×104t，岸线平均向海推进距离为6.55 m，端点平均变化速率为1.31 m∕a。

图4 韩江三角洲各时期主要入海河流年平均输沙量与岸线端点平均变化速率注：主要入海河流年平均输沙量数据来自文献[32-33]、水文年鉴和汕头市水文局提供的资料

分时段看，1982－2010 年期间，岸线人工化指数保持在37.03%以下，入海河流年平均输沙量与岸线端点平均变化速率的变化趋势一致，入海河流年平均输沙量在2000 年后显著减少，岸线也由之前的稳定向海推进转变为蚀退状态；2010 年以后，岸线人工化指数升至37.03%以上，入海河流年平均输沙量与岸线端点平均变化速率的变化趋势相反，虽然入海河流输沙量进一步减少，但岸线却大幅度向海推进。整体上看，研究时段内，韩江三角洲主要入海河流年平均输沙量与岸线端点平均变化速率无明显的相关性，这表明入海河流年平均输沙量不是研究区岸线空间变化速率的主控因素。2010 年以前，岸线人工化指数相对较低，入海河流年平均输沙量变化对岸线空间变化的速率有一定影响，2010 年以后，随着岸线人工化指数不断提高，岸线空间的变化速率主要受人类活动作用影响。

总的来说，研究时段内本区岸线空间变化受入海河流泥沙输入变化、海平面变化、水动力作用、风暴潮作用与人为因素共同影响，主控因素是人为因素，海平面变化对于岸线空间变化速率的影响几乎可以忽略。入海河流输沙量的减少使得淤泥质和砂质海岸的沉积物质补给减少，岸线受到侵蚀，向后蚀退。人为因素主要是社会经济发展进程中一系列人为的海岸带开发活动，主要包括抽沙填海造陆、渔港码头和滨海工业设施建设等。上述人类活动不仅直接侵占海洋空间，使岸线向海推进，同时还造成近岸海域物质动力条件的改变。诸如抽沙填海造陆，抽沙使近岸泥沙减少，海岸沉积物质补给相应减少；造陆侵占了大面积的海域，使潮流通道变窄，潮汐、波浪等水动力作用增强，这些变化又进一步加剧海岸侵蚀，对岸线空间变化产生影响。

3.4 问题与建议

多年以来，我国的海岸带经济处于以农林牧渔为主的初级阶段，改革开放以来，尤其是在党的十八大以后，随着海洋强国战略的提出，韩江三角洲的海岸带经济发展进入高速时代，人口增长、城镇扩张导致水和土地等资源供需矛盾空前。受大量海岸带资源开发利用等人类活动、气候和相对海平面变化等因素影响，韩江三角洲海岸带资源环境问题较为突出，主要表现为：一是由于蓄水拦砂、近岸采砂和围填海等人类活动导致沉积物质供应减少和近岸水动力改变引起的海岸侵蚀问题。二是由于蓄水修渠导致河流水动力减弱，加之波浪作用引起的港口淤积问题。三是由于围填海、滨海工业设施和渔港码头等设施建设侵占自然岸线造成的自然岸线保有率降低的问题。

针对以上问题，根据韩江三角洲海岸带可持续发展和管理需要，结合地区现状提出以下建议：一是拆除韩江、榕江等入海河流中上游部分不必要的水坝，恢复韩江三角洲入海口及邻近海域沉积物质供给，在侵蚀严重的岸段，必要的时候采取人工补砂措施。二是尽可能减少水利设施的修建，定期开闸放水，必要的时候开展人工清淤工作。三是严控围填海和盐田养殖池的修建，开展废弃渔港码头、养殖池塘和盐田的拆除工作。四是持续推进实施海岸带保护修复工程，重点开展砂质海岸、红树林和盐沼等生态系统保护修复工作，建设生态海堤，提升抵御台风、风暴潮等海洋灾害能力。五是加强科普宣传和地方相关法律法规建设，提升全民陆海生命共同体意识。

4 结论

（1）1982－2020 年韩江三角洲岸线长度显著增长，由116.99 km 增至168.89 km，平均增长速率为1.37 km∕a，岸线总长度的增加主要源于人工岸线和生物岸线的增长，贡献分别占第一和第二位。

（2）1982－2020 年期间，韩江三角洲岸线平均向海推进距离为164.55 m，端点变化速率平均值为4.35 m∕a，总体上表现为向海推进，向海推进岸段主要分布于榕江河口至莱芜岛和海门角一带，侵蚀后退岸段主要分布于莲阳河口至黄厝草溪河口一带。向海推进主要由围填海和滨海工业设施建设导致，蚀退的原因主要是障壁沙坝在风浪作用下向岸运移所致。

（3）研究时段内，韩江三角洲岸线主要受相对海平面变化、入海河流输沙变化、风暴潮活动、水动力作用和海岸带人类活动共同影响，主控因素是海岸带人类活动。