楊宏達，喬璐璐，劉雪，Le DucCuong，張蕾，李玨，印萍

1. 中國海洋大學海洋地球科學學院，青島 266100

2. 海底科學與探測技術教育部重點實驗室，青島 266100

3. 越南科學院海洋環(huán)境與資源研究所，海防 180000

4. 中國地質調查局青島海洋地質研究所，青島 266100

紅河三角洲位于越南北部（圖1），面積約為17 000 km2[1]，受波浪、潮流、河流共同控制[2]。紅河一共有8 條支流，年均徑流量達120 km3[3]，其中大型的河口主要有白藤（Bach Dang）河口、太平（Thai Binh）河口、巴拉特（Balat）河口、寧科（Ninh Co）河口、天（Day）河口，其中巴拉特河口的徑流量約占總量的65%[4]。紅河年均入海泥沙量約8.2×107m3[5]，其中90%在雨季輸送[6]，主要沉積在北部灣西南近海區(qū)域[7]。

紅河三角洲所位于的北部灣海域以全日潮為主，平均潮差2.5～3.5 m；波浪在旱季為東—東北方向，在雨季為東—東南方向，平均和最大波高分別為0.7～1.3 m 和3.5～4.5 m[8]。根據(jù)前人研究，北部灣1990—2010 年海岸線的總長度在持續(xù)減小，20 年間減小了118.50 km，其中后10 年減小幅度明顯大于前10 年[9]，且岸線趨向于平直化[10]。北部灣岸線的變遷主要和人類活動有關[11-12]，海岸線被大量開發(fā)為港口、碼頭、養(yǎng)殖區(qū)等[13]。砂質、淤泥和基巖岸線的占比逐漸減小[14]，到1998 年人工堤壩已占北部灣岸線總長度的39.46%[15]。除人類活動影響外，河口岸線變化也較大[16-17]。

關于紅河三角洲岸線，前人主要分析了岸線變化特征以及河口沙壩、上游大壩等對其的影響：紅河三角洲岸線在1999 年之后的10 年總體上向陸遷移[5]，岸線變化頻繁劇烈，受多種因素共同影響。關于河口沙壩的影響，Do Minh Duc 等發(fā)現(xiàn)，河流輸送的泥沙主要聚集在河口，使海岸線快速淤積（可達100 m/a），而其他岸段因缺少泥沙供應，導致侵蝕[4,18-19]。關 于 上 游 大 壩 的 影 響，Tran Duc Thanh 等發(fā)現(xiàn)，和平大壩建立之后，大壩下游河水中泥沙含量減少，寧科（Ninh Co）河口附近岸線的年平均后退速率從1965—1990 年的0.41 m/a 提高到了1990—1998 年的14.5 m/a[20]，但對主要河口巴拉特的岸線變化速率在大壩建立前后的變化缺少研究。另外，入海泥沙量變化導致的河口演變[18]、波浪斜向入射[21]、潮流和波浪流[22]都會對海岸侵蝕產(chǎn)生重要影響。近年來岸線趨于平直，各種人工建筑物也會影響波浪和潮汐的動力作用，從而影響岸線侵蝕[13,23]。雖然紅樹林能很好地應對海岸侵蝕[24]，但由于人類的砍伐，紅樹林也受到了很大程度的破壞。加劇的岸線侵蝕將導致建筑物不穩(wěn)定等各種災害發(fā)生，三角洲生態(tài)服務功能也會逐漸減弱[25-27]。

前人對紅河三角洲岸線演變進行了定性描述，但缺少定量化分析，而且研究年份僅截止于2001年，對人類活動頻繁的近20 年的海岸變化相關報道較少。近年來，由于全球變暖，海平面上升，臺風發(fā)生頻率增加[28]，海洋動力發(fā)生了重要變化，對岸線變化產(chǎn)生了重要影響。在岸線變化機制上，前人的研究分析了海洋動力和河流入海泥沙對岸線變化的影響，但是對于北部灣海域每年夏季高頻次的臺風作用分析較少。前人已在山東威海海灘觀測發(fā)現(xiàn)，臺風梅花（1109 號）過境后，天鵝湖沙灘后退了3.6 m[29]，熱帶氣旋對岸線變化產(chǎn)生了劇烈影響。因此，本文基于1987—2015 年Landsat 遙感數(shù)據(jù)，收集1935—1985 年歷史數(shù)據(jù)、紅河多年徑流量與輸沙量，以及該海域多年熱帶氣旋數(shù)量等數(shù)據(jù)，對紅河三角洲變化最頻繁劇烈的巴拉特河口的岸線演變開展研究，從而為岸線防護以及海岸帶經(jīng)濟發(fā)展提供科學支撐。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文采用的基礎數(shù)據(jù)來自Landsat 系列衛(wèi)星的影像數(shù)據(jù)，從美國地質勘探局官網(wǎng)（網(wǎng)址：https://earthexplorer.usgs.gov/）下載，影像分辨率為30 m。為保證影像精度及多年研究中的可對比性，選取云量小于10%、高潮時的遙感影像進行對比分析?；贓NVI 軟件，進行輻射校正、拼接、大氣校正、研究區(qū)裁剪、幾何精校正等預處理[30]。預處理之后，根據(jù)“我國近海海洋綜合調查與評價項目（908 專項）”海岸帶遙感調查和前人岸線解譯經(jīng)驗[31-32]，在MapInfo 軟件中提取大潮高潮線作為岸線，共提取了1987、1990、1995、2000、2005、2010、2015近30 年共7 張紅河三角洲的岸線，結果如圖1 所示。

圖1 1987—2015 年紅河三角洲海岸線Fig.1 Red River Delta coastline changes from 1987 to 2015

2 多年岸線變化特征

2.1 1930—1985 年巴拉特地區(qū)岸線變化

根據(jù)收集的資料[8]，前人已對1930—1985 年巴拉特地區(qū)岸線變化進行了研究（圖2），可以看出在巴拉特河口地區(qū)前進與后退劇烈，在靠近河口部位發(fā)生明顯前進，而遠離河口部位發(fā)生明顯后退。

圖2 1930—1985 年巴拉特河口岸線變化[8]Fig.2 Changes of the Balat estuary shoreline in 1930-1985[8]

2.2 1987—1990 年紅河三角洲岸線變化

1987—1990 年，紅河三角洲南部岸線有多處明顯前進，而北部出現(xiàn)多處后退，中部變化不大（圖1），主要是巴拉特地區(qū)變化明顯。通過計算得到如圖3 所示的巴拉特地區(qū)主岸線沿岸平均年變化率，可以看出巴拉特地區(qū)沿岸大部分岸線以后退為 主。河口位置發(fā)生明顯后退，從遙感圖像上對比發(fā)現(xiàn)，該岸線后退可能與入海泥沙量減少和沙壩侵蝕有關。定量對比發(fā)現(xiàn)，1987—1990 年巴拉特地區(qū)年平均前進速率為39.19 m/a，年平均后退速率為30.68 m/a。

圖3 1987—1990 巴拉特河口岸線變化Fig.3 Changes of the Balat estuary from 1987 to 1990

2.3 1990—1995 年紅河三角洲岸線變化

1990—1995 年，紅河三角洲除河口岸線以前進為主外，河口的南部和北部岸線均出現(xiàn)了多處明顯后退（圖1）。巴拉特地區(qū)變化明顯，通過計算得到如圖4 所示的巴拉特地區(qū)主岸線沿岸平均年變化率，可以看出巴拉特地區(qū)沿岸大部分岸線以前進為主，而河口位置發(fā)生明顯后退，從遙感圖像上對比發(fā)現(xiàn)，在這一時期，由于波浪等導致沙壩侵蝕或者由于海平面上升，主岸線與沙壩之間的人工養(yǎng)殖池長時間被水淹沒，主岸線發(fā)生明顯后退。1990—1995 年巴拉特地區(qū)年平均前進速率為28.26 m/a，年平均后退速率為87.25 m/a。

2.4 1995—2000 年紅河三角洲岸線變化

1995—2000 年，紅河三角洲岸線變化不大，南部出現(xiàn)了幾處明顯前進，北部也出現(xiàn)幾處明顯前進，中部變化不大（圖1）。對于巴拉特地區(qū)，岸線的后退與前進交替出現(xiàn)，在河口位置發(fā)生了一處明顯前進（圖5），從遙感圖像上對比發(fā)現(xiàn)，該岸線前進與人工養(yǎng)殖池有關。1995—2000 年巴拉特地區(qū)年平均前進速率為23.63 m/a，年平均后退速率為11.57 m/a。

2.5 2000—2005 年紅河三角洲岸線變化

2000—2005 年，紅河三角洲南部岸線發(fā)生一處明顯前進，而北部出現(xiàn)幾處后退，中部變化不大（圖1）。巴拉特地區(qū)岸線的后退與前進交替出現(xiàn)，變化不劇烈（圖6）。2000—2005 年巴拉特地區(qū)年平均前進速率為5.93 m/a，年平均后退速率為5.06 m/a。

圖4 1990—1995 巴拉特河口岸線變化Fig.4 Changes of the Balat estuary from 1990 to 1995

圖5 1995—2000 巴拉特河口岸線變化Fig.5 Changes of the Balat estuary from 1995 to 2000

2.6 2005—2010 年紅河三角洲岸線變化

2005—2010 年，紅河三角洲南部岸線有多處明顯前進，而北部出現(xiàn)多處明顯后退，中部出現(xiàn)多處前進（圖1）。巴拉特地區(qū)沿岸岸線以后退為主（圖7），從遙感圖像上（圖8）對比發(fā)現(xiàn)，該岸線后退可能與2009 年 宣 光（Tuyen Quang）大 壩 和2010 年 桑 拉（Sonla）大壩建成導致入海泥沙量減少有關，因此沙壩侵蝕，人工養(yǎng)殖池被水淹沒，主岸線發(fā)生明顯后退。2005—2010 年巴拉特地區(qū)年平均前進速率為20.87 m/a，年平均后退速率為56.19 m/a。

2.7 2010—2015 年紅河三角洲岸線變化

2010—2015 年，紅河三角洲南部岸線以明顯前進為主，北部也以明顯前進為主，但出現(xiàn)幾處后退，中部以前進為主（圖1）。巴拉特地區(qū)沿岸岸線以前進為主，后退僅限于河口東北部（圖9），從遙感圖像上對比發(fā)現(xiàn)，該岸線后退可能與入海泥沙量減少，沙壩侵蝕有關。2010—2015 年巴拉特地區(qū)年平均前進速率為22.13 m/a，年平均后退速率為89.72 m/a。

圖6 2000—2005 巴拉特河口岸線變化Fig.6 Changes of the Balat estuary from 2000 to 2005

圖7 2005—2010 巴拉特河口岸線變化Fig.7 Changes of the Balat estuary from 2005 to 2010

圖8 2005 年和2010 年巴拉特河口遙感圖像Fig.8 Remote sensing images of the Balat estuary in 2005 and 2010

2.8 1987—2015 年紅河三角洲岸線總體變化

圖9 2010—2015 巴拉特河口岸線變化Fig.9 Changes of the Balat estuary from 2010 to 2015

觀察多年岸線變化圖（圖1），可以看出沿岸地區(qū)變化不一致，部分岸段前進與后退交替變化特征明顯，在巴拉特河口地區(qū)淤進與蝕退頻繁，變化劇烈，河口北部岸線后退明顯，主要受沙壩侵蝕影響。計算得到1987—2015 年巴拉特地區(qū)主岸線年平均前進速率為3.94 m/a，年平均后退速率為29.43 m/a。前人計算得到長江口河口岸線1974 年到2015 年的平均變化速率為34 m/a[20]，與其對比，發(fā)現(xiàn)巴拉特地區(qū)主岸線年平均變化速率大小與其類似（圖10）。

圖10 1987—2015 年巴拉特地區(qū)主岸線沿岸平均年變化率Fig.10 Average annual change rate of the main shoreline in Balatregion from 1987 to 2015

3 岸線多年變化原因分析

通過調查資料，發(fā)現(xiàn)紅河三角洲海岸線演變受熱帶氣旋以及河流上游水壩等多種因素共同影響。

3.1 河口沙壩的影響

海岸線的向海推進與沙壩的形成和擴大密切相關。大量入海沉積物在河口前形成沙壩，沙壩的快速增長降低了波浪的破壞作用，為海岸線和沙壩之間的河道中沉積物沉降提供了良好的環(huán)境[9]。河口沙壩在紅河三角洲的巴拉特地區(qū)作用非常明顯。當沙壩被侵蝕時，沙壩與主岸線之間的人工養(yǎng)殖池也被水淹沒，因此，主岸線明顯后退，如1990—1995年和2005—2010 年。

3.2 河流上游建壩的影響

圖11 1960—2010 年4 個站位徑流量和輸沙量變化[33]Fig.11 Variation in runoff and sediment budget at four stations from 1960 to 2010[33]

紅河入海徑流量和輸沙量受堤壩建設影響明顯（圖11），進而會對岸線前進與后退速率產(chǎn)生影響[20]。前人在1972 年第一個大壩塔婆建立之后，在山西站（Son Tay，圖11e）觀測到的年輸沙量下降[33]。根據(jù)前人對1965—1990 年寧科（Ninh Co）地區(qū)岸線變化的研究結果，可以發(fā)現(xiàn)在和平大壩建立之后，寧科河口岸線的年平均后退速率從1965—1990 年的0.41 m/a 提高到了1990—1998 年的14.5 m/a[21]。而前人對1930—1985 年巴拉特地區(qū)岸線變化的研究結果表明，在塔婆大壩建立之后巴拉特河口前進速率相應發(fā)生了降低[3]。本文對比發(fā)現(xiàn)，在2009 年宣光（Tuyen Quang）大壩和2010 年桑拉（Sonla）大壩建成之后，沉積物供應減少，2005—2015 年巴拉特河口岸線后退速率有所提高。

3.3 氣候變化影響

厄爾尼諾現(xiàn)象可造成世界氣候的變化，使局部地區(qū)降雨量過多，極大地影響岸線的變化速率。調查資料發(fā)現(xiàn)，紅河上游的大東勇站、中游的元江站、下游的蠻耗站的年徑流序列在1993 年均由枯水期突變?yōu)樨S水期[34]，這可能與1991—1994 年發(fā)生的厄爾尼諾帶來的強降雨有關[4]，沙壩與主岸線之間的人工養(yǎng)殖池被水淹沒，1990—1995 年巴拉特河口岸線的后退速率明顯增長。同時，2006—2007 年、2009—2010 年均發(fā)生了厄爾尼諾現(xiàn)象，對應的2005—2010 年巴拉特河口岸線的后退速率也有明顯增長。

海平面上升對海岸侵蝕速率的影響也很大。根據(jù)前人研究結果，1965—1995 年期間，海平面上升對紅河三角洲海岸侵蝕速率增加的作用約占34%，而1995—2005 年為12%。

3.4 熱帶氣旋的影響

熱帶氣旋是越南北部地區(qū)典型的天氣事件，臺風數(shù)量與岸線年平均后退速率有很好相關性（圖12），臺風數(shù)量越多，平均后退速率越大。1990—1995年經(jīng)過紅河三角洲臺風數(shù)量增多，年平均后退速率有明顯提高；1995—2005 年經(jīng)過紅河三角洲臺風數(shù)量減少，年平均后退速率對應有明顯降低；2005—2015 年經(jīng)過紅河三角洲臺風數(shù)量增多，年平均后退速率對應有明顯提高。海后（Hai Hau）潮汐站曾測得當波高為4.25 m，持續(xù)時間2.4 h 的情況下，岸線后退了7.1 m[8]。

3.5 海洋動力的影響

海流和波浪是影響海岸侵蝕的重要因素[5]。前者在紅河三角洲海域呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化：冬季流向南、夏季流向北[7]，并可能通過誘發(fā)增水等影響岸線變化。后者在近岸破碎并誘生沿岸流，進而引起沿岸輸沙作用，造成海岸侵蝕[8]。

無論旱季或者雨季，巴拉特河口南部海域平均波高始終高于河口北部（圖13a，圖13b），河口南部的海洋動力始終強于北部。從沉積物輸運方向（圖14）也可以看出：在巴拉特、拉赫（Lach）和天河口，5～10 m 等深線海域，沉積物主要向東南輸運，5 m 等深線以淺的區(qū)域，沉積物沿岸向西南輸運；在特雷（Tra Ly）河口，沉積物向東北輸運；在太平河口，沉積物向東輸運[35]。因此，巴拉特河口北部和南部岸線呈現(xiàn)不一樣的變化特征；北部岸線后退與前進交替出現(xiàn)，總體以前進為主，可能與復雜的岸線和動力條件及河流入海物質變化有關；南部岸線持續(xù)后退，與波浪導致的沿岸南向輸沙密切相關。

圖12 1987—2015 年紅河三角洲年均后退速率與過境臺風數(shù)量之間的關系Fig.12 The relationship between the annual averaged retreat rate of the Red River Delta and the numbers of typhoons passed through the delta from 1987 to 2015

圖13 冬(旱)季(a)與夏(雨)季(b)平均波高等值線[36]Fig.13 Average wave height in winter/summer（dry/rain）seasons[36]

圖14 紅河三角洲近岸沉積物輸運路徑[35]Fig.14 Sediment transport pathways along the coast of the Red River Delta[35]

4 結論

（1）在時間變化上，紅河三角洲岸線表現(xiàn)為前進與后退交替變化特征。南部岸線變化趨勢較為穩(wěn)定，除1990—1995 年、2010—2015 年以前進為主外，1935—2015 年其他年份均以后退為主，與波浪導致的沿岸南向輸沙密切相關。紅河三角洲北部岸線由于岸線復雜且為河流入海物質控制區(qū)，表現(xiàn)為后退與前進交替出現(xiàn)，總體以前進為主。

（2）紅河主要支流之一巴拉特河口地區(qū)淤進與蝕退變化劇烈，1987—2015 年巴拉特河口主岸線年平均前進速率為3.94 m/a，年平均后退速率為29.43 m/a。該河口岸線的頻繁變化主要與上游建壩造成入海沙量變化、臺風造成的侵蝕有關。