方成，王小丹，楊金霞，康慧，柳富田，秦雅飛，孟利山

（1.天津地質調查中心，天津 300170；2.天津市環(huán)境工程評估中心，天津 300191）

唐山市海岸線位于灤河三角洲的前沿，全新世時期在灤河的擺動和海洋動力的綜合作用下，形成了現代海岸線的位置。1956年之前，唐山市岸灘完全處于自然演變狀態(tài)；1956-1969年，岸線呈不斷淤漲的狀態(tài)，人工建造鹽田開始出現（韓曉慶，2008）；20世紀60年代末70年代初期，河流上游興建水庫等水利工程，影響了現代灤河三角洲的演變，人類活動從這一時期開始影響唐山市海岸；1974年沿海開始興建海擋工程，1975年建成，岸線趨于穩(wěn)定（馮金良 等，1997）。灤河上游1979-1984年修建潘家口水庫和大黑汀水庫；1998年修建桃林口水庫（唐山市水利志編纂委員會，2011），灤河流域近90%的匯水面積被人為控制，對現代灤河三角洲演變產生了巨大的影響（黎剛等，2010）。

20世紀80年代以來，沿海地區(qū)修建了大量的養(yǎng)殖池，海岸線逐漸向海推進，岸線長度不斷變化；2003年，“曹妃甸工程”啟動，隨著填海造陸等重大工程的實施，人類活動加劇了海岸線的變化。

人類活動在不同程度上影響著海岸線的變化，部分地區(qū)十分劇烈（朱高儒等，2012），甚至超過了歷史時期（宮立新等，2008）。由于遙感技術具有宏觀、實時、快速等特點，在國內外大量應用于不同尺度的海岸線變化研究中（Kumaretal，2010；趙玉靈，2010；徐進勇等，2013；姜義等，2003；李學杰等，2007）。海岸變化對環(huán)境產生了一定的影響，在埃及尼羅河三角洲東北部利用ETM數據研究發(fā)現，海岸近50年來由于大范圍的開發(fā)，瀉湖和海岸沙丘轉化為農田、養(yǎng)殖池（El Bannaetal，2009），遼寧省利用五期遙感數據監(jiān)測發(fā)現大量島嶼失去其獨立性并與大陸相連（王偉偉等，2010），在珠江伶仃灣利用TM數據研究發(fā)現海岸線變遷造成淺灘面積減少，深水通道淤積（Chenetal，2005）。前人在河北省及渤海灣范圍內開展過區(qū)域上海岸線變化研究（韓曉慶，2008；侯志勇，2013），但對唐山市海岸線變化均缺少詳細的描述。

曹妃甸工程已經納入國家發(fā)展戰(zhàn)略，目標建設為世界一流的國際大港、新型工業(yè)化基地和濱海生態(tài)城市。唐山沿海在高強度的開發(fā)形勢下，將面對引發(fā)的地質環(huán)境問題（尹延鴻，2007），可能對經濟發(fā)展造成負面影響。本文利用遙感技術研究33年間海岸線變化特征，通過系列監(jiān)測研究岸線變化的驅動因素，分析海岸線變化下環(huán)境影響效應，并對唐山市海岸線變化趨勢進行預測，研究結果對合理開發(fā)唐山海岸帶資源，促進沿海經濟建設和地質環(huán)境保護和諧發(fā)展具有一定指導意義。

1 唐山市沿海概況

唐山市位于渤海灣西北岸，轄區(qū)岸線西起與天津接壤的澗河村，東至與秦皇島市接壤的灤河口。沿海為灤河和海洋相互作用形成的河流和海岸地貌類型，西部為處在侵蝕破壞階段的廢棄三角洲，在三角洲廢棄之后，近岸地帶形成了沙壩—瀉湖體系（大港油田地質研究所等，1985）；現代灤河三角洲位于其東部，呈現蘑菇頭狀突入海中（劉寶銀等，1990），在1979年前為處在堆積前發(fā)育階段，1984年之后，灤河三角洲也逐步進入廢棄的演化階段（黎剛等，2010）。

海岸位于淤泥質海岸向沙質海岸的過渡地帶，物質組成自西向東顆粒逐漸變粗。海岸類型按照灘涂物質成分來分，可以分為淤泥質岸線、沙泥質岸線、泥沙質岸線和沙質岸線四種類型；按形成的原因可以分為自然岸段、人工岸段兩種類型；按岸線的形態(tài)又可以分為海灘岸線、河口岸線、堤壩岸線和港口岸線。

唐山沿海分布有灤河、灤河岔、大清河、陡河、新陡河、沙河、雙龍河、青龍河、溯河、清河等河流；唐山港（京唐港和曹妃甸港）、鹽場（南堡鹽場和大清河鹽場）、大面積的養(yǎng)殖池以及淺水灣旅游區(qū)也位于區(qū)內，它們同曹妃甸工業(yè)區(qū)、曹妃甸國際生態(tài)城和冀東油田等構筑起唐山市的現代岸線，并影響著海岸線的變化（圖1）。

2 研究方法

采用時序分析法即收集多時相的遙感數據對唐山地區(qū)不同歷史階段的海岸線進行信息提取及解譯，對遙感圖像上真實記載和保留下的海岸線的歷史痕跡進行分析，從而快速、準確地測定出海岸線的變化情況。

2.1 數據準備與處理

選用美國Landsat系列的MSS、TM、ETM數據和我國環(huán)境減災衛(wèi)星數據（表1），以1∶5萬地形圖對所有遙感數據進行幾何精校正，經過信息增強處理后，以人機交互的方式解譯出各個時期的海岸線。

圖1 唐山市海岸線類型圖

表1 唐山市海岸線變化研究選用的遙感數據

2.2 海岸線確定的原則

基準岸線的界定是海岸線變遷遙感監(jiān)測的一個基本標尺，因此在開展研究前，根據唐山市海岸線的特征，首先確定了本次研究采用的海岸線的界定原則。

2.2.1 自然岸線

（1） 海灘岸線以平均大潮高潮線為準（國家質量技術監(jiān)督局，2000）。島嶼（沙壩） 與陸地之間由于修建養(yǎng)殖池使兩者相連，且平均大潮時潮水不能阻斷，研究以海島（沙壩） 向海邊界作為海岸線。

（2） 河口岸線向陸邊界參照河口的地貌特征、幾何形態(tài)和地物特征確定（國家海洋局科學技術司，2005；天津市人民政府，2005）：①河道突然變寬處；②臨入?？谔帲瑑蓷l河流并成一條河流入海，取兩條河流的交集處；③河口區(qū)的道路、海檔、橋梁、防潮閘等易于識別的穩(wěn)定構筑物。

2.2.2 人工岸線

（1） 人工河口岸線位置劃定方法同自然河口岸線。由于修建養(yǎng)殖池使河流入海口位置向海推進的，考慮其位置變化是受人工因素的影響，為方便對比，研究仍以1979年劃定的河口向海邊界位置為現在河口岸線向海邊界；當河口岸線邊界位置發(fā)生變化，其向陸邊界已經位于1979年河口向海邊界以外的，這種情況視為原河口岸線消失。

（2） 堤壩岸線，若建立在灘涂上的鹽田、養(yǎng)殖池與陸相連，向海一側的沙泥堤，可以將平均大潮阻擋在堤壩外，以其向海邊界作為海岸線。

（3） 港口，以港池外緣線為海岸線，順岸式碼頭以碼頭前沿線為海岸線，引橋式碼頭、棧橋式碼頭、躉船式碼頭（浮碼頭）、船塢或小漁港及向海內新建港口，以與陸域相連的根部做為海岸線。曹妃甸工業(yè)區(qū)岸段，由于其外部港區(qū)與內部港區(qū)相連面積小，研究以與陸域相連的內部港區(qū)外沿作為岸線。

3 岸線變化特征及環(huán)境影響效應分析

唐山市海岸線長度呈增長趨勢，5期圖像的海岸線解譯結果對比可以看出，1979-2012年唐山市海岸線長度增加了81.8km，其變化大致經歷了三個階段（表2、表3、圖2）：

（1） 1979-1991年為岸線迅速增長期，人工堤壩岸線迅速增長。在這一階段，岸線長度增加了59.8km，海灘岸線消失，港口岸線出現，河口岸線小幅度增長。

（2） 1991-2000年為岸線相對穩(wěn)定期，不同類型岸線長度變化幅度均較小。在這一階段，岸線長度僅增加了6.8km，河口岸線減少，人工堤壩和港口岸線增加。

（3） 2000-2012年為岸線變化劇烈期，港口岸線迅速增加，海灘岸線和人工堤壩岸線先增長后縮短，出現了波動。在這一階段海灘岸線再次出現，岸線長度共增加了15.2km。

表2 唐山市海岸線長度變化解譯結果（km）

區(qū)域上研究顯示，唐山市海岸線分別在不同時期呈增長的趨勢（韓曉慶，2008）；（朱高儒等，2012），同本次研究岸線變化總體一致。

3.1 不同類型岸線變化分析

人工岸線的變化強度明顯大于自然岸線，以港口岸線變化最為劇烈。自然岸線中，海灘岸線長度縮短，河口岸線長度增加；人工岸線中，河口岸線長度縮短，港口岸線和堤壩岸線長度增加。

海灘岸線的長度波動幅度較大，1979年長度為13.8km，其1991年消失后于2009年重新出現，長度變化至25.8km，到2012年又縮短至12.1km，33年間共減少了1.7km。

表3 不同類型岸線長度變化解譯結果（km）

圖2 1979-2012年海岸線變化遙感解譯圖

自然河口岸線處于小幅度波動的變化狀態(tài)，33年間僅增加了1.8km；人工河口岸線，在1991年之前呈增長趨勢，之后開始縮短，33年間共減少了15.4km。整體上，河口岸線（含自然和人工河口岸線） 33年間共減少了13.6km。河口數量從10個減少到5個，區(qū)內保持自然河口狀態(tài)從3個減少至2個，目前僅灤河和灤河岔兩個河口部分保留自然岸線的狀態(tài)（表4）。

表4 區(qū)內各河口岸線長度變化表（km）

堤壩岸線在2000年增長至最長，達到了224km，之后岸線長度開始減少，到2012年岸線長度為171.6km，與1979年相比岸線其長度共增加了15.8km。

港口岸線長度在1979年開始逐年增加，尤其至2000年以后，岸線長度增加迅速，共增加了81.3km，其增加量占到唐山市海岸線長度總增加量的99.4%。

隨著不同類型岸線長度的變化，各種類岸線占唐山市海岸線的比重也在不斷改變。研究顯示，河口岸線呈逐漸下降的趨勢，港口岸線則逐年增加。與1976年相比，海灘岸線、河口岸線和堤壩岸線的比重分別下降了2.6%、9.2%和17.2%，港口岸線的長度已經占到了全區(qū)的29.0%（圖3）。

圖3 1979-2012年不同類型岸線長度百分比變化圖

3.2 岸線推進距離

區(qū)內岸線以大致平行于海岸線方向向海推進，僅京唐港岸段的部分岸線出現了向陸地后退的現象。各個時期岸線推進的距離不一，其變化強度同岸線三個階段變化特征表現一致（表5）。解譯結果顯示，港口岸段變化最為活躍，33年間，曹妃甸工業(yè)區(qū)岸段推進距離最遠達到了11.1km；京唐港港區(qū)向陸地后退最遠距離達到了1.1km（圖4）。

表5 唐山市海岸線向海推進距離（km）

前人研究顯示，1993-2001年曹妃甸工業(yè)區(qū)岸段推進約1.3km（侯志勇等，2013），與本次研究1991-2000年推進距離為1.4km研究結果基本一致。但由于岸線劃分標準不同，2000年以后的研究結果同前人相比產生了偏差。

研究發(fā)現，2009年以后區(qū)內出現了新形成的岸線，即淺水灣岸段，此段岸線為離岸沙壩（打網崗） 與陸地相連所形成（圖4）。

3.3 岸線變化原因分析

唐山市海岸線變化對應了沿海經濟開發(fā)的三個不同時期，三個時期經濟發(fā)展的不同特點，人類活動的強度變化是引起海岸線變化差異的主要原因。

（1） 1979-1991年是進入改革開放，海洋工業(yè)和海水養(yǎng)殖業(yè)起步、迅速發(fā)展的階段。

1979年的岸線狀態(tài)是：澗河口—大清河岸段為鹽田堤壩類型的海岸線；大清河—灤河岔岸段是以人工防潮堤壩作為岸線，岸線向海方向分布有離岸的砂壩（島）；灤河岔至灤河口是海灘岸線。這個時期沒有養(yǎng)殖池岸線和港口岸線存在，溯河河口也還保持自然河口岸線狀態(tài)，海岸線比較平直。

圖4 曹妃甸工業(yè)區(qū)（左）、淺水灣—京唐港（右） 岸段不同時期遙感影像圖

1989年由于京唐港動工建設，港口岸線出現，到了1991（1993）年，沙灘岸線被向海側養(yǎng)殖池堤壩岸線取代而消失，隨著岸線逐漸向海推進，海岸線的曲折度也大大增加，引起海岸線長度增加。這個時期，由于灤河口外圍修建養(yǎng)殖池，導致河口附近汊道逐漸淤死，使陸地與潮灘相連形成陸地，受其影響灤河入?？诓粩嘞蚝Ｑ由?，是灤河河口岸線長度增加的主要原因。

（2） 1991-2000年是港口發(fā)展起步，海洋工業(yè)和海水養(yǎng)殖業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的階段。這時期鹽田和養(yǎng)殖池向海擴展速度放緩，京唐港向陸方向開挖的航道建設增加了海岸線的曲折度，是堤壩岸線和港口岸線增長的主要原因。

（3） 2001-2012年是曹妃甸區(qū)、唐山港等重大工程建設發(fā)展的階段，由于鹽田不再擴展，養(yǎng)殖池推進速度開始放緩，工程建設成為岸線變化的主要驅動因素。

2001-2009年，岸線變化主要有兩個原因：1）京唐港的大規(guī)模擴建引起港口岸線增加，由于將淺水灣這一離岸的沙島與陸地相連，使得自然岸線再次出現；2） 曹妃甸工業(yè)區(qū)填海造陸工程，將雙龍河口—青龍河口岸段的岸線大幅度向海推進，岸線曲折度增加引起港口岸線迅速增加。受曹妃甸工業(yè)區(qū)和京唐港建設的影響，原位置的堤壩岸線被改造為港口岸線，導致堤壩岸線減少。

2009-2012年，岸線變化主要有三個原因：1）淺水灣北側自然岸線被改造修建為人工岸線，導致人工岸線增加，海灘岸線縮短；2） 曹妃甸工業(yè)區(qū)和京唐港大規(guī)模建設和擴張，使港口岸線繼續(xù)增長，受其影響原位置人工堤壩岸線減少；3） 受沿海工程建設的影響，河口入海處修建了橋梁道路等穩(wěn)定構筑物，使得部分河口岸線長度縮短或消失，導致河口岸線減少。

3.4 岸線變化影響下的環(huán)境效應分析

唐山市海岸線不斷向海推進，引起海岸帶自然地貌特征變化，在養(yǎng)殖池建設、港口建設和填海造陸等工程的影響下，海洋水動力平衡條件發(fā)生改變，現代灤河三角洲的自然演變受到了人類活動的干預。

（1） 唐山市海岸帶自然狀態(tài)遭受了嚴重的破壞。河口數量下降，自然河口岸線正逐漸被改造為人工岸線，而1979年前原始的海灘岸線已經消失，目前僅存的海灘岸線為2009年之后陸地與海中離岸沙壩相連形成，唐山市自然岸線處在減少和消失的狀態(tài)中；1979年前，近海沿岸形成的曹妃甸、腰坨、哈坨、西坑坨、東坑坨、月坨、石臼坨、打網崗等離岸沙島（壩），由于岸線推進并與沙島（壩） 相連，目前僅西坑坨、東坑坨、月坨、石臼坨基本保持自然的狀態(tài)，灤河三角洲的沙壩—瀉湖地貌體系已經被破壞。

（2） 填海造陸工程阻斷了潮流通道，改變了海洋水動力條件，破壞了周邊海域的沖淤平衡狀態(tài)，造成了曹妃甸港池淤積。曹妃甸島向陸潮灘自1983-1996年之間侵蝕速率為3.2cm/a（王艷等，1999），但由于曹妃甸通島公路阻斷了近東西向的潮流系統(tǒng)，破壞了海洋水動力條件，2004-2006年老龍溝有明顯的淤積趨勢，厚度在0.61~4.8m之間（尹延鴻等，2011），雖然2006-2008年老龍溝有加深的趨勢（受人工抽沙的影響） （尹聰 等，2012），但2009-2011年老龍溝再次有淤積的趨勢（尹延鴻等，2012）。

（3） 受海岸線向海推進的影響，潮間帶面積急劇減少，其沉積環(huán)境也在人類活動的影響下發(fā)生了改變。研究發(fā)現，1981-2008年的27年間，在養(yǎng)殖池、鹽場和填海工程占據等多種因素的影響下，澗河—大清河鹽場岸段潮間帶面積減少了277km2，消失面積達到了1981年潮間帶面積的53.1%。其中，2003-2007年間（曹妃甸工業(yè)區(qū)建設期間），填海工程建設吞噬了大面積的潮灘，潮間帶面積減少了56.3km2。曹妃甸工業(yè)區(qū)—國際生態(tài)城岸段，受填海造陸建設及海區(qū)抽砂活動雙重作用影響，潮間帶初始沉積環(huán)境遭到破壞，在現階段人類活動的干預下，沉積環(huán)境仍處在動態(tài)的變化中。

（4） 現代灤河三角洲進入了廢棄的演化階段，由于其向海一側修建了養(yǎng)殖池，引起河口附近汊道發(fā)生淤積，致使陸地與潮灘逐漸相連，范圍不斷增加，影響了現在灤河三角洲的自然發(fā)育演變；而養(yǎng)殖池外圍較為穩(wěn)固的堤壩，使現代灤河三角洲趨于逐漸穩(wěn)定的狀態(tài)（圖5）。

4 岸線變化預測及沿海開發(fā)環(huán)境保護對策建議

4.1 岸線變化預測

根據地方社會經濟發(fā)展和規(guī)劃等綜合分析，在沿海經濟開發(fā)建設的影響下，至2020年海岸線長度將呈增長的趨勢，河口岸線比重逐漸下降，港口岸線則逐年增加。

（1） 受養(yǎng)殖活動的影響，自然河口岸線長度將逐漸減少；大清河鹽場段由于養(yǎng)殖池向海推進并與離岸沙島相連，將以沙島岸線作為新的海岸線，引起海灘岸線長度增加。

（2） 鹽場和養(yǎng)殖池堤壩岸線將保持穩(wěn)定或緩慢向海推進；曹妃甸國際生態(tài)城岸段和曹妃甸工業(yè)區(qū)岸段將逐漸趨于穩(wěn)定。

（3） 京唐港岸段隨著港口的發(fā)展，岸線長度將繼續(xù)增加；隨著唐山市豐南港的規(guī)劃建設，澗河—沙河口岸段港口岸線將大幅度增長，受其影響此岸段人工堤壩岸線長度將縮短。

4.2 沿海開發(fā)環(huán)境保護對策建議

（1） 灤河三角洲沙壩—瀉湖地貌體系已經遭受到破壞，建議重視自然體系岸線的保護。政府部門應加大海域養(yǎng)殖業(yè)的監(jiān)督和管理力度，可以通過在沙壩（島） 周邊設立禁區(qū)，維持沙壩（島） 的獨立性，預防養(yǎng)殖業(yè)的過度擴張再度破壞自然地貌體系特征；加強指導旅游業(yè)合理開發(fā)，防止過度人工開發(fā)破壞沙壩（島） 自然資源（岸線、灘涂和濕地等）。

（2） 加強地面沉降、海岸邊坡穩(wěn)定的監(jiān)測和預警，重視沿海工業(yè)區(qū)、港口等規(guī)劃建設中地質安全的防護。在海岸堤防高程設計和建設中應充分考慮地面沉降因素，可以通過限制工業(yè)區(qū)地下水資源開采，合理規(guī)劃工程布局等具體措施減輕地面沉降等對工業(yè)區(qū)的負面影響。

（3） 曹妃甸工業(yè)區(qū)通島公路阻斷了潮流的通道，盡快打通老龍溝潮流通道，將對恢復海洋水動力循環(huán)條件，緩解港池和潮溝的淤積有積極作用。

5 結論

（1） 33年以來，唐山市海岸線長度共增加了81.8km，自然岸線長度基本保持不變，人工岸線大幅度增加。其中，港口岸線變化強度最大。在人類活動影響下，唐山沿海河口數量在逐漸減少，自然河口岸線縮短，原始的沙灘岸線已經消失；隨著海岸線向海推進，潮間帶寬度逐漸減少。

（2） 人類活動是唐山市海岸線變化的主要驅動因素。1979-1991年，由于養(yǎng)殖池建設影響，原始沙灘岸線消失，灤河河口岸線增加，在養(yǎng)殖池和鹽場向海推進的共同作用下，岸線曲折度增加，引起岸線長度增加；1991-2000年，鹽田、養(yǎng)殖池向海推進以及京唐港航道開挖建設增加了海岸線的曲折度，引起海岸線長度增長；2000-2012年，曹妃甸區(qū)、唐山港的開發(fā)建設成為岸線變化主驅動因素，沿海大規(guī)模工程建設引起港口岸線大幅增長，河口岸線縮短，京唐港擴張使淺水灣與陸地相連，導致自然岸線再次出現。

（3） 受唐山市海岸線變遷影響，灤河三角洲的沙壩—瀉湖地貌體系遭受破壞；曹妃甸填海工程破壞了海洋水動力平衡條件，引起了老龍溝淤積，對港口發(fā)展產生了負影響。雖然現代灤河三角洲的自然演變受到了人類活動的干預，但外圍養(yǎng)殖池較為穩(wěn)固的堤壩對維持現代灤河三角洲的穩(wěn)定起了積極作用。

（4） 預測至2020年，唐山市海岸線長度將繼續(xù)增加，河口岸線比重逐漸下降，港口岸線逐年增加。建議在規(guī)劃建設中，加強對自然狀態(tài)岸線及沙壩（島） 的保護；盡快打通納潮通道，恢復海洋水動力條件；注意地面沉降、海岸邊坡穩(wěn)定等環(huán)境地質問題的影響，促進海岸帶資源開發(fā)與環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展。

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