黃三角經濟區海岸帶遙感動態監測分析

李春芳 張志敏 鞏駿驥等

摘要海岸帶是海洋與陸地相互作用的交匯地帶，具有重大的生態效應和經濟效益。黃河三角洲地區作為山東省“黃藍”兩區建設的重要部分，其海岸帶的動態演變直接關系到該區資源環境與社會經濟的發展。利用多期遙感數據和潮汐資料，根據黃三角典型粉砂淤泥質海岸的特征提取該區海岸帶，并在此基礎上建立動態變化信息圖譜，對黃三角經濟區海岸帶自2002年以來的動態演變進行監測。

關鍵詞黃三角經濟區；海岸帶；動態變化信息圖譜

中圖分類號S126文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）23-08032-03

基金項目國家自然科學基金項目（41371395）；山東省水利廳資助項目（魯水財字【2012】49號-2）；國家科技支撐計劃項目（2012BAB11B01）。

作者簡介李春芳（1989- ），女，山東安丘人，碩士研究生，研究方向：遙感自然地理學應用。*通訊作者，博士生導師，從事遙感地學應用研究。

收稿日期20140707沿海地區是一個國家經濟發達、環境條件好、人口承載力高的地區。但是，由于海岸帶的復雜性和多變性，遙感作為一種較晚發展起來的新技術，因其高效、快速、準確等優勢，在海岸帶監測、資源開發利用、環境保護等方面發揮著不可替代的作用。而且不斷發展的GIS軟件和圖像處理軟件及數學分析方法也為海岸帶信息提取和空間分析工作帶來了很大幫助。目前，國際上關于海岸帶遙感調查的研究主要有IGPC和 LOICZ兩大研究計劃的部分子計劃，以及有關專家學者對海岸帶資源調查和海岸帶環境的研究。國內主要是各大海洋研究院所和實驗室的相關專家關于潮灘和海岸線的研究。黃河三角洲因其獨特的地理位置和復雜潮汐規律，海岸帶的監測工作稍顯困難。為此，筆者對其遙感動態監測分析進行研究。

1研究區概況

黃三角經濟區以黃河歷史沖積平原和魯北沿海地區為主，在行政區劃上主要是東營市和濱州市，另外自西向東還包括樂陵市、慶云縣、高青縣、寒亭區、壽光市和萊州市共19個縣（市區）。該區域地勢低平緩和，西高東低，沉積地層深厚土壤類型以潮土和鹽土為主。研究區位于溫帶大陸性季風氣候區，年平均氣溫在10 ℃以上，年平均降水量500 mm以上，而且雨熱同期，沿海地區風力很大，風能資源豐富。但由于降水年內不均并且蒸發量大，旱澇災害常見，另外該區域常發生風暴潮。社會經濟方面，黃三角經濟區是國家鼓勵開發的沿海開放區，人口密集，勞動力充足。由于黃河泥沙的不斷沖積，河口地區土地不斷增長，為農業及工業的發展提供了足夠空間。并且黃三角地區擁有我國第二大油田勝利油田，這就為工業發展提供了原材料。近幾年，黃河三角洲濕地的自然風光、黃河入海景觀等自然旅游區和濰坊國際風箏會、黃河文化等人文景觀帶動了該區旅游業的發展。

得天獨厚的自然條件和蓬勃發展的社會經濟條件使黃三角經濟區成為黃河流域經濟帶的核心地區，加上國家政策的全力支撐，黃三角經濟區注定會成為將來沿海經濟帶動內地發展的橋頭堡。

2海岸帶相關元素概念的界定

目前，國際上對海岸帶尚無標準的界定和統一的認識，但有關專家一致贊同海岸帶是海洋和陸地相互作用的帶狀區域的說法。既然是帶狀區域就有其范圍，但由于波浪、潮汐、地殼運動以及入海河流等因素的影響不同地區海岸帶的范圍也不相同。該研究中界定海岸帶主要是由潮上帶、潮間帶和潮下帶3個部分組成。其中，潮上帶是通常說的海岸，是大潮高潮線以上狹窄的陸地部分，該地區通常受激浪作用；潮間帶即高潮線與低潮線之間的海灘地區；潮下帶指水下岸坡，是低潮線以下靠海的海洋部分。海岸帶構成圖如所示[1]。根據海岸帶地貌在遙感影像上的解譯特點，將海岸帶分為淤泥質海岸帶、砂質海岸帶、基巖海岸帶、生物海岸帶和人工海岸帶[2]。黃河三角洲河口地區屬典型的淤泥質海岸帶，河口沿岸的其他地區為砂質海岸帶和部分人工海岸帶。黃河三角洲水下岸坡坡度平緩對于沿岸的影像較小，因而該研究關于海岸帶的提取，只需要提取海岸帶中幾條重要的線，根據線確定海岸帶的范圍。

海岸帶界定示意3數據源與數據處理

該研究選取的數據有：黃三角2002年5月、2005年9月、2009年10月、2012年9月4期Landsat/ TM數據；黃河三角洲1∶5萬地形圖；2009年10月與成像時間同步的黃河三角洲海域的潮汐資料、分辨率為5 m的黃三角DEM數據以及近海水深度測控點等。對遙感影像應用erdas軟件進行大氣校正、幾何精校正、噪聲抑制和邊緣增強[3]等預處理。為突出海岸帶信息，研究中對遙感影像做了增強處理[4]，主要包括比值增強、線性拉伸、平滑處理和彩色合成，以方便海岸帶的提取。

4黃河三角洲經濟區海岸帶專題信息提取

海岸帶遙感影像專題信息提取包括海岸線、高潮線和低潮線的提取，針對不同的地物根據其光譜特征，選擇合適的波段組合，設計科學的圖像分析方法。由于該研究重點研究海岸帶的動態變化，所以只簡要說明提取方法。

4.1海岸線和高潮線信息提取黃河三角洲河口海岸是典型的淤泥質海岸，岸灘面積比較大，坡度比較平緩，在遙感影像上無法確定目視解譯的標志[5]，只能通過目視解譯得到水邊線的位置，然后結合成像時間的潮位高度計算得到海岸線的準確位置[6-7]。人工海岸由水泥和石塊構筑，在遙感影像上光譜反射率較高，可以區別于光譜反射率低的海水域，海岸線可以直接通過目視解譯確定。砂質海岸是海浪堆積砂粒形成的，砂在遙感影像上的反射率最高，取砂質海岸靠陸一側的邊緣作為海岸線。該研究高潮線采用的是一般高潮線，由于含水量的不同，在遙感影像上砂質海岸和潮間帶的色調、紋理等都不相同，解譯高潮線和海岸線可以通過建立潮灘解譯標志，提取海岸線和高潮線。

4.2低潮線信息提取低潮線長期淹沒在水下，無法直接提取，研究中引入水深遙感探測理論來完成低潮線的推算。

4.2.1資料的處理。包括遙感影像的處理和水深資料的處理。遙感影像處理除前面所述選取TM1到TM4波段進行比值增強和線性拉伸以外，還選取TM4/TM2、TM4/TM3的波段組合圖像，提高擬合精度[8]。水深數據主要是根據實際水深資料利用GIS軟件繪制實際點位分布圖，即完成實測水深的數字化，與遙感影像進行相關分析。

4.2.2水深模型的建立。該研究運用BP神經網絡模型，結合遙感影像和實測水深值，在遙感圖像增強處理的基礎上，建立圖像反射率和實測水深值之間的關系模型。通過試驗得到，BP神經網絡模型反演結果較好，可用于黃三角地區的遙感水深反演[9]。

4.2.3低潮線的推算。經過反演后得到遙感水深圖，可以結合黃三角地區DEM數據和當地的潮汐資料確定低潮線的位置[10-11]。

5黃三角經濟區海岸帶動態變化過程分析

海岸帶變化復雜多樣，該研究為了更清晰地描述這一過程引入1998年陳述彭提出的地學信息圖譜方法[12]，結合地理信息技術，集成提取的海岸帶岸線的專題信息，構建黃三角經濟區海岸帶動態變化信息圖譜，分析2002年以來海岸帶各種岸線進退變化。

該研究是在MapGIS軟件支持下，集成各期提取的海岸帶各種岸線的信息，建立與圖形庫相對應的屬性庫[13]。利用ArcGIS的空間分析功能，將每期海岸帶信息數據疊加在一起，構建海岸帶動態變化信息圖譜，如所示。為了能定量地描述各種岸線的進退變化，該研究自西向東選取10處斷面，并選取陸地上與2002年海岸線平行且兩者距離200 m的線作為基線，統計各斷面海岸線、高潮線和低潮線到基線的距離，如、2、3所示。

2002～2012年黃三角經濟區海岸帶岸線變化圖譜

黃三角經濟區海岸線變化m

年份斷面1斷面2斷面3斷面4斷面5斷面6斷面7斷面8斷面9斷面102002200200200200200200200200200200200522721318219320922423618221922720092192472311872382292131712252062012185172214172246241193163178172

黃三角經濟區高潮線變化m

年份斷面1斷面2斷面3斷面4斷面5斷面6斷面7斷面8斷面9斷面102002282293321305316312283324310283200531731128229631932432631530930220092892972972873323292982932953062012285276314279341338331286298322

黃三角經濟區低潮線變化m

年份斷面1斷面2斷面3斷面4斷面5斷面6斷面7斷面8斷面9斷面102002341352365343351362341368351347200536236835433735936736634634835220093383473493343383743433323353562012327332344328346381372328328360

5.1海岸線變化過程分析黃河三角洲經濟區海岸線西起漳衛新河河口經濱州港、黃河故道河口、東營港、現代黃河河口向南蜿蜒到濰坊港和濰河河口一直到萊三山島沿岸。在岸線變化圖譜中可以清晰地看出其變化特征。10年間，黃三角經濟區海岸線變化比較大，海岸侵蝕與海岸堆積并存，根據中各斷面的海岸線與基線的距離，分析變化特征可將海岸線按其進退規律分為以下5種。

5.1.1連續向海推進型海岸。這種類型的海岸主要集中分布在黃河河口附近，這10年間黃河來水來沙量豐富，泥沙淤積速度大于海水侵蝕速度，泥沙在此堆積，海岸線向海推進，斷面5處的海岸最具代表性。

5.1.2連續向陸后退型海岸。由于海水的不斷侵蝕，堆積的泥沙隨海水進入海洋，海岸持續向陸地退縮，后退幅度在30 m左右。斷面4處黃河故道來水來沙量逐漸減少，再加上該處潮汐和風力影響，侵蝕速度加快，海岸后退，斷面8處長期受海水侵蝕，海岸逐年后退。

連續向陸后退行海岸5.1.3先向海推進后向陸后退型海岸。此類海岸主要分布在濱州地區的斷面1和斷面2沿線。海岸線在2009年以前向海推進，2009年開始向陸后退，后退幅度較推進幅度明顯增大，說明該區海水倒灌現象開始增多。

先向海推進后向陸后退型海岸5.1.4先向陸后退后向海推進型海岸。前期受海水侵蝕作用逐漸向陸后退，后期由于人為作用建設的養蝦池鹽田等逐漸擴大海岸開始向海推進。該種類型的海岸除了斷面3處還有濰坊北部壽光寒亭沿岸。

5.1.5穩定型海岸。全部屬于人工海岸，黃三角經濟區港口包括濱州港、東營港、濰坊港和萊州港，各岸線處于同一位置，10年期間沒有發生變化。

5.2高潮線低潮線變化過程分析總結、3數據，高潮線和低潮線的變化規律基本相似。從可以看出，黃河口以西的斷面1到斷面5的高、低潮線的主要變化趨勢是先向陸地移動再向海移動，移動幅度高潮線比低潮線稍大，這樣造成該部分海岸帶不斷擺動，使潮間帶變寬，增大了水下岸坡的面積。

黃河口處由于泥沙堆積高、低潮線的變化逐漸向海移動，受各種因素的影響變化速率和幅度無明顯規律。

斷面1至斷面5高低潮線變化趨勢黃河口以東地區可由、3中斷面7到斷面10反映出來，可以看出該地帶高潮線和低潮線的變化趨勢不明顯，有的先向海后向陸移動，有的先向陸后向海以東，有的持續向陸移動。

安徽農業科學2014年62002～2012年海岸帶岸線總體變化過程

黃三角經濟區海岸帶10年來發生的變化比較大，總體趨勢是漳衛新河河口至黃河故道河口之間的海岸既向海推進又向陸后退，處于擺動狀態；黃河河口附近明顯向海遷移，泥沙堆積逐年增加；黃河口以南至濰坊港海岸侵蝕比較嚴重，海岸向陸后退；最后一段海岸由于港口建設和海水養殖是主要影響因素，海岸向海推進。

參考文獻

[1] KOMAR P D.Coastal changescales of processes and dimensions of problems [C].Coastal Sediments99-Proceedings of the 4th International Symposium on Coastal Engineering and Science ofCoastal Sediment，1999：1-17.