劉燕春，張鷹

（南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

基于遙感岸線識別技術(shù)的射陽河口潮灘沖淤演變研究

劉燕春，張鷹

（南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210046）

定義平均高潮位在岸灘上形成的痕跡線為潮灘岸線，并利用1995—2003年的3景TM數(shù)據(jù)，對射陽河口海岸線及潮灘岸線的演變狀況進行了調(diào)查與監(jiān)測。結(jié)果表明，海岸線僅在南大港到沙港段隨人工海堤的外推向海推進；潮灘岸線在北岸持續(xù)蝕退，南岸持續(xù)淤長。河口附近岸灘的演變趨勢是逐漸平直。結(jié)合實測數(shù)據(jù)對比分析可知北岸潮灘相對穩(wěn)定；南岸變化幅度較大，潮灘上表面淤長，而下部蝕退，繼而探討了岸線的演變特點及原因。

射陽河口；海岸線；潮灘岸線；潮灘演變；遙感

江蘇省海岸線北起繡針河口，南抵長江口；沿岸港口眾多，交通航運和灘涂養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達，構(gòu)成了江蘇省經(jīng)濟的重要組成部分。受自然過程和人類活動的雙重影響，沿海地段特別是河口區(qū)的海岸正處于快速變化之中，包括快速侵蝕和堆積，給當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟建設(shè)帶來了不利的影響[1]。因此，快速而又準(zhǔn)確地測定海岸線的動態(tài)變化，對于海域使用管理及海岸帶的開發(fā)利用具有十分重要的意義。

射陽河口處于淤蝕交替地帶，河口南北岸灘差異大、變化快，具有自身的特殊性，目前針對該地區(qū)的研究主要在動力、港口工程方面[2-4]，還未涉及海岸線和潮灘的演變。在缺乏潮位、地形以及岸灘物質(zhì)等資料的情況下，本文定義平均高潮位在岸灘上所形成的痕跡線為潮灘岸線，并利用1995、1999、2003年的3景TM影像，對射陽河口海岸線、潮灘岸線進行調(diào)查研究，得到該地區(qū)潮灘的演變情況。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)收集

1.1 研究區(qū)概況

射陽河是江蘇北部的一條通海河流，在射陽縣境內(nèi)匯入黃海。廢黃河三角洲平原位于射陽河與灌河之間，1128年由黃河奪淮入海后所帶來的泥沙淤積而成。1855年黃河北歸后，泥沙來源斷絕，因此射陽河北岸侵蝕后退；射陽河南岸則為海積平原區(qū)，為近千年來海岸不斷淤積而形成。射陽河口恰好位于海岸演變的節(jié)點處，是侵蝕岸和淤漲岸的過渡地帶，在自然及人工因素的影響下處于不斷的變化中。

研究區(qū)位于射陽中部沿海區(qū)域，以射陽河口（120°28′ E，33°48＇N）為中心，包括以北的雙洋河口、運糧河口以及以南的新洋港口等沿海區(qū)域，范圍為 120°21＇～120°37′ E，33°36′ ～34°01＇N（圖1）。

圖 1 研究區(qū)位置示意圖Fig. 1 Location of research area

1.2 數(shù)據(jù)選取與收集

美國陸地衛(wèi)星的空間分辨率除熱紅外波段為120 m、全色波段15 m外，其余6個波段均為30 m；波譜范圍從可見光到熱紅外，光譜信息豐富；且衛(wèi)星對同一地區(qū)的重訪周期為16 d，信息源豐富。基于以上因素，選取了3景不同時相且潮位較低的TM遙感影像（表1）。

此外，研究過程中還收集了 1979年實測地形資料和2008年河海大學(xué)實測0 m等深位置點數(shù)據(jù)。1979年實測地形圖根據(jù)海軍實測海圖匯編，采用北京54坐標(biāo)、高斯-克呂格投影，深度自理論深度基準(zhǔn)面起算。2008年0 m點采用WGS-84坐標(biāo)，理論深度基準(zhǔn)面為深度起算面。在ArcGIS/ArcMap軟件中將1979年數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為WGS-84坐標(biāo)，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性。

表 1 遙感影像數(shù)據(jù)信息Tab. 1 Information of remote sensing images

2 研究方法

2.1 圖像預(yù)處理

2.1.1 波段組合 Landsat-5包含從可見光到熱紅外的一共7個波段，Landsat-7則有包含全色波段在內(nèi)的8個波段，波譜信息比較豐富。岸灘演變的監(jiān)測著重于海堤以及潮灘植被界線的提取，因此影像的組合應(yīng)選擇對水、陸地、植被反射率突出的波段，綜合對比之后采用5，4，3波段組合。這三個波段合成的圖像顏色接近于真彩色，并且陸地上地物明顯，植被界線也比較清楚。

2.1.2 幾何校正 原始遙感圖像通常包含嚴(yán)重的幾何變形。雖然遙感圖像的幾何誤差原因多種多樣，且不斷變化，但大部分可通過幾何校正消除或減小[5]。對3景TM影像選擇高斯—克呂格投影，WGS-84坐標(biāo)系統(tǒng)，然后選取經(jīng)過幾何精校正的1∶5萬遙感影像作為基圖像，進行圖像—圖像配準(zhǔn)。三景影像采用統(tǒng)一的地面控制點和二次多項式函數(shù)來校正，并統(tǒng)一選用最臨近的重采樣方法。這樣使校正過后不同時相的影像處于同一誤差分布下，消除了由誤差不一樣引起的對潮灘監(jiān)測的影響。本文共選取了 21個在圖像上清晰可辨且不易變動的地物作為控制點，校正的均方根誤差（RMS）小于0.3個像元。

2.2 海岸線提取

海岸線一般指海水多年的大潮平均高潮位與大陸陸地接觸的界線。隨著海岸帶開發(fā)的日益深入，海堤、防波堤等海岸工程越來越多，在筑有海岸工程的地段，海岸線一般即以海岸工程頂面的外沿為其位置線。到目前為止，江蘇沿海除少數(shù)自然沙堤外，全部筑有海堤[6]。因此本文研究區(qū)內(nèi)的海岸線即人工岸線，為TM影像上的海堤。

圖 2 2003年射陽河口南岸海岸線提取結(jié)果示意圖Fig. 2 Coastline extracted from 2003 TM image in southern Sheyang estuary

海堤由石英質(zhì)粗砂組成，在TM5，4，3假彩色合成圖像上為亮白色線狀條帶，與周圍地物光譜特征明顯不同，且大體沿岸連續(xù)分布，因此在影像上清晰可辨，可以較為準(zhǔn)確的判讀出（圖 2a）。在目視判讀的基礎(chǔ)上，運用ArcGIS/ArcMap軟件提取海岸線。新建shp.文件，利用Sketch Tool進行點模式數(shù)字化提取，并將誤差控制在0.3個像元內(nèi)即誤差小于10 m（圖2b）。

2.3 潮灘岸線提取

潮灘岸線為水與岸灘之間的界線，其位置受潮汐、海岸地形以及岸灘物質(zhì)等因素影響變化很大。為此，潮灘岸線近似為某一潮高面與岸灘的交線，且不斷變化，對遙感解譯造成了一定困難。為真實反映潮灘岸線的動態(tài)變化，潮汐、海岸地形的影響必須考慮?，F(xiàn)實的情況是射陽河口附近海域缺乏潮位資料，潮灘坡度的求取也有難度，且目前大部分自動解譯算法的研究都是提取衛(wèi)星圖像中的水邊線，即衛(wèi)星在過頂時刻所記錄的海陸分界線[7]，提取的并非潮灘岸線，因此定義潮灘岸線為近似于平均高潮位在岸灘上所形成的痕跡線。較多次數(shù)的潮流沖刷會產(chǎn)生明顯的痕跡線，一般為海岸植物、流木、水草以及貝殼等沖擊物的痕跡[8]。如貝殼沙堤系波浪沖刷海灘細粒物質(zhì)后，滯留的貝殼被激浪搬運到岸邊堆積的結(jié)果，在影像上呈亮白色花邊狀或直線狀分布。

在淤泥質(zhì)海岸，由于脫鹽后的土質(zhì)肥沃，適于植物生長，因此生長大量高大或茂密的植物。如某種植物界線以下，由于海水浸淹次數(shù)和時間較多，脫鹽程度較差，僅生長一些耐鹽植物或不生長植物。因此，植被痕跡線是很容易找到的。本文中潮灘痕跡線根據(jù)歸一化植被指數(shù)（NDVI）通過ENVI軟件的NDVI工具進行提取，但提取結(jié)果的精度有限，只能較粗略的分離岸灘和水域。由于海岸植物及各種潮流沖擊物的光譜特征與水域明顯不同[9]，且本文研究區(qū)相對較小，故采用人工目視解譯對分離過的圖像進行修正、檢驗。最后導(dǎo)入到ArcGIS/ArcMap軟件中提取出矢量潮灘岸線。

在ENVI軟件中對影像做幾何校正后，裁剪出研究區(qū)圖像，并對裁剪后的圖像作圖像增強處理。最后在 ArcGIS/ArcMap軟件中提取海岸線和潮灘岸線。根據(jù)實地情況，在河口處海岸線、潮灘岸線斷開，因此得到研究區(qū)內(nèi)2個岸段的岸線。

表 2 射陽河口北側(cè)潮灘岸線變遷速率（單位：m·a-1）Tab. 2 Rate of the transition of beach line in northern Sheyang estuary( unit: m·a-1 )

表 3 射陽河口南側(cè)潮灘岸線變遷速率（單位：m·a-1）Tab. 3 Rate of the transition of beach line in southern Sheyang estuary( unit: m·a-1 )

表 4 不同年份潮灘岸線的長度（單位：km）Tab. 4 Length of beach lines in 1995, 1999 and 2003 ( unit: km )

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 遙感解譯結(jié)果分析

在 ArcGIS/ArcMap軟件中統(tǒng)計出各時期潮灘岸線長度，計算不同地段潮灘岸線的變遷速率。分析比較各時期的岸線，就可以看出岸灘的淤蝕情況。通過表2，3，4和圖3的分析可知，射陽河口附近岸線的演變有如下特征：

（1）1995年和1999年的海岸線完全吻合，沒有變化。2003年射陽河口以北段的海岸線也與95、99年重合，射陽河口以南南大港到沙港附近由于人工海堤的建造，海岸線向海推進4.15 km；

（2）射陽河口以北地區(qū)潮灘岸線以蝕退為主，年蝕退速率為4 ～ 6 m ；

（3）河口以南則處于淤漲狀態(tài)，且不同地段的淤長速率相差較大，其中五條港和迷洋港的淤漲速率最大，年淤漲達到 199 m，其他地段在1995—1999年間年淤漲速率約 35 m，而1999—2003年間年淤漲速率減小到約11 m，淤漲速率減緩；

（4）近10年來河口以北地區(qū)潮灘岸線蝕退速率變化不大，但與 50，60年代相比極大減緩，由原來的強侵蝕岸轉(zhuǎn)為目前的弱侵蝕岸；

（5）河口以南地區(qū)在54年至80年持續(xù)中等淤漲速率，近 10年來繼續(xù)淤漲的趨勢，但淤漲速率明顯減慢，轉(zhuǎn)為弱淤漲岸；

（6）整個岸段的潮灘岸線淤漲速度的逐年縮減，說明潮灘岸線正逐漸趨向于平直。

3.2 遙感解譯結(jié)果與實測資料對比分析

圖 3 不同時相TM影像岸線遙感解譯圖（a、b、c分別為1995、1999和2003年）Fig. 3 Coastlines and beach lines near Sheyang estuary interpreted from TM images（a：1995；b：1999；c：2003）

對2008年實測0 m點數(shù)據(jù)進行分析可知，在研究區(qū)內(nèi)從北到南，1號點和1979年的0 m線重合，2號點相比于1979年外延了353 m。射陽河口以南的3個點都有不同程度的縮進， 3、4、5號點分別縮進了1 385 m，787 m和478 m（如圖4）。綜合上述可以看出，射陽河口以北的0 m線在30年內(nèi)基本穩(wěn)定，而河口以南則向陸縮進。

通過對比1979和2008年的實測0 m線資料和海岸線及潮灘線的遙感解譯結(jié)果，可以看出射陽河口以北的岸灘基本保持穩(wěn)定狀態(tài)，而河口以南的岸灘變動幅度較大，且潮灘岸線淤漲，即潮灘上表面淤漲，0 m線縮進，即下部蝕退。

4 討 論

灌河口至射陽河口之間為廢黃河三角洲平原區(qū)，系黃河在公元1128-1855年奪淮入海期間攜帶的大量泥沙在河口、河床大量堆積和決口泛濫形成[10]。全區(qū)以粉砂和亞粘土為主。隨著黃河的北徙，泥沙來源斷絕，海岸迅速由淤積轉(zhuǎn)為侵蝕。粉砂淤泥質(zhì)平原海岸的特點是，岸線平直，岸坡平緩（坡度一般在3‰ ～ 5‰），岸外潮間帶淺灘寬廣，地貌類型單調(diào)。粉砂淤泥質(zhì)海岸主要為由潮汐作用塑造的低平海岸。結(jié)合分析結(jié)果可知，研究區(qū)中雙洋河口至射陽河口段為侵蝕型粉砂淤泥質(zhì)海岸。以人工海堤為解譯標(biāo)志的岸線在 1995—2003年間沒有發(fā)生變化；而以沖刷物形成的痕跡線為解譯標(biāo)志的潮灘岸線則持續(xù)侵蝕，8年間近乎平行地向陸側(cè)蝕退，且潮灘岸線更趨于平直。

射陽河以南至栟茶運河北側(cè)之間為中部海積平原區(qū)。平原東緣是典型的粉砂淤泥質(zhì)海岸，潮間帶淺灘寬闊，岸外發(fā)育范圍較廣的輻射狀沙洲。全區(qū)地勢低平，由西向東和自南向北微傾斜，物質(zhì)組成北部較南部細。該區(qū)現(xiàn)代地貌是近千年來海岸不斷淤漲形成的海積平原。其物質(zhì)來源主要由北部歷史時期黃河入海泥沙及南部長江入海泥沙經(jīng)波浪、潮流參與堆積，并建立在新構(gòu)造下降的地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)之上[10]。研究區(qū)中射陽河口以南段為淤漲型淤泥質(zhì)海岸。海岸不斷地向海淤漲，圍墾也不斷地向海擴張，因此人工海堤也向海東移，岸線東移；潮灘岸線則隨著海岸持續(xù)向海淤漲，各段淤漲速度不等，但總體為削尖補凹，整段灘線更為平直。

海岸線演變是內(nèi)外營力長期共同作用的結(jié)果。入海徑流可以影響近岸海洋水文條件，所攜泥沙又是海岸淤漲的物質(zhì)來源之一。因而它對海岸線淤蝕進退的影響是舉足輕重的。研究區(qū)內(nèi)有射陽河和新洋港兩條入海河流，它們參與原有入海淤積物質(zhì)（廢黃河三角洲和古長江三角洲）及現(xiàn)代入海泥沙（以長江為主）的重新搬運和調(diào)整，導(dǎo)致海岸線淤蝕變化。

江蘇省海岸線演變過程中人為因素的影響也極大，現(xiàn)存岸線實際是自然淤蝕和人工改造共同造就的結(jié)果。射陽的自然岸線屬于淤泥質(zhì)海岸，多年來由于人工圍堤的建設(shè)，包括防潮堤、養(yǎng)殖區(qū)、道路、防潮閘以及碼頭類型的人工海岸，使得該地按段的淤漲變化。除此以外，地貌地質(zhì)條件、沿岸流、近岸波浪以及氣象條件也是海岸線演變的因素。

圖 4 實測的1979年0 m線和2008年0 m位置點Fig. 4 Field survey 0 m fathom line in 1979 and 2008

5 結(jié) 語

利用1995、1999、2003年的3景TM影像獲取了射陽河口海岸線和潮灘線，并對海岸線和潮灘線的演變數(shù)據(jù)進行了定量統(tǒng)計與分析，客觀真實地反映了該河口海岸灘涂的淤蝕情況。將海岸線和潮灘線的動態(tài)變化與實測0 m線資料作對比分析，可以相互印證和補充。

本文從遙感影像中提取人工海堤作為海岸線，定義出潮灘岸線并提取潮灘岸線作為研究潮灘演變的一種行之有效的方法。針對射陽河口潮灘地區(qū)復(fù)雜的沖淤演變，該方法有一定的指導(dǎo)意義，并可以推廣至整個江蘇省的粉砂淤泥質(zhì)海岸的演變研究。

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Study on the tidal flat evolution through changes of coastline and beach line of Sheyang River estuary by the remote sensing

LIU Yan-chun, ZHANG Ying

(Geographical Science College, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China)

Three Landsat TM images taken during 1995-2003 are used to investigate and monitor the evolution of coastline and beach line near the Sheyang River estuary area. The results showed that the coastline from Nandagang to Shagang went seaside as a result of the building of artificial sea wall in 2003, while rest of the coastline hold the line,the beach line in northern Sheyang River estuary continuing to retreat back from 1995 to 2003, on the other side, it went on extending in the east direction in southern estuary. The evolution trend of beach near Sheyang River estuary is going to be linear gradually. Combining with field survey data, it is knew that tidal flat in northern Sheyang River estuary was stabile while there were large change ranges in the south, and the upper reaches of tidal flat extended while the lower reaches retreated, and then，the features and reasons of evolution are discussed.

Sheyang River estuary；coastline；beach line；evolution of tidal flat；remote sensing

P737.1; P715.7

A

1001-6932(2010)06-0658-06

2009-07-02；收修改稿日期：2010-01-28

潮灘灘面高程的高光譜定量遙感反演方法的研究（40606044）；教育部高校博士點基金——海洋淺水地形遙感反演的關(guān)鍵技術(shù)研究（200803190007）

劉燕春（1985－），女，碩士研究生，主要從事遙感、海洋信息技術(shù)和GIS應(yīng)用方面的研究，電子郵箱：lingxiang-2@163.com。

張鷹，教授，博導(dǎo)，電子郵箱：zhangying1@njnu.edu.cn。