基于岸线稳定性进行滦河三角洲典型潟湖-沙坝海岸评估滦河多次改道,由西南向东北摆动入海,泥沙在入海口堆积发育一系列亚三角洲,形成大量处于不同发育阶段的潟湖-沙坝沉积体系,具有重要的教学实习和科研价值[1]。20世纪70年代以来,随着滦河兴建水利工程、养殖场、港口等海岸工程[2,3],滦河三角洲海岸沙坝及滨面均处于动态变化中,很不稳定[4]。已有多位学者从多种不同角度对滦河三角洲典型潟湖-沙坝海岸进行分析研究。高善明[5]、李从先[6]、刘福寿[7]等根据历史和野外调查资料研究分析,受滦河改道摆动影响,滦河三角洲全新世以来先后形成五个三角洲堆积体,是一典型的扇形三角洲。吴桑云[8]研究了滦河口至曹妃甸潟湖的形成、演化等过程,分析人类活动导致潟湖环境退化、岸线侵蚀等不良影响。邢容容[9]、方成[10]、黎刚[11]、施佩歆[12]等利用多期遥感影像资料,分析潟湖-沙坝海岸岸线变化特征,发现20世纪70—80年代以来,由于上游兴建水利工程[13],导致滦河下游水沙大幅减少,沙坝得不到充足的泥沙供应,同时由于港口、养殖场等海岸工程建设,潟湖-沙坝海岸正在遭受破坏,大部分岸线呈明显侵蚀后退状态。程林[14]通过对4次现场调查,分析祥云岛海滩的稳定性,海滩以较强侵蚀、强侵蚀和严重侵蚀为主。陈文超[15]分析了祥云岛2011年—2014年14条海滩监测剖面形态变化情况,认为祥云岛大部分岸段出现较严重的侵蚀,并提出了初步岸滩防护措施。上世纪80—90年代研究多集中于滦河三角洲沉积模式与演化方面,2000年以来研究集中在遥感解译岸线演变及原因分析等方面,缺乏对岸线稳定性的研究。本研究在遥感解译岸线[16,17]分析的基础上,构建岸线稳定性指数计算模型,定量分析滦河三角洲海岛海侧砂质岸线稳定性。1、材料与方法1.1研究区概况滦河干流全长880km,流域面积44750km2。地处温带大陆气候区,多年平均降水量390～800mm,季节分配不均,7月、8月降水量占全年的50%～65%。由于滦河流域上游修建水坝和下游灌区截流,导致入海水沙锐减,2000年以后则经常断流[11]。滦河三角洲海域的潮汐运动受黄海北部潮波运动控制,属于不正规半日潮,潮差较小。波浪以风浪为主,季节变化明显,春季常浪向为SW向,夏季常浪向为SE向,秋季常浪向为EN向,冬季冰封无浪,强浪向为EN向。滦河口位于渤海湾西北平直海岸中部,开口朝东偏北,受河流与海水共同作用,冲积形成典型的扇形河口三角洲,三角洲外缘有滨海沙坝环绕[18]。随着滦河改道,废弃三角洲外缘受海水冲刷改造,形成现今的滦河三角洲典型潟湖-沙坝海岸。自北向南分别为长臂岛、风云岛、佛手岛、海捞岛(2014年已消失)、蛇岗、神奇岛、明月岛、吉祥岛、永乐岛、祥云岛、月岛、菩提岛(图1)。1.2数据获取与处理选取潮位相近的1987年、2000年两期LandsatTM影像(空间分辨率30m)和2014年Landsat8OLI影像共三期影像资料,通过envi5.1对各影像进行几何校正,并对Landsat8OLI的8个多光谱波段(30m空间分辨率)和一个全色波段(15m空间分辨率)进行融合,然后对各影像数据进行图像增强处理,并对遥感数据进行几何校准,保证精度控制在0.5像元内,提高图像目视效果,采用目视解译提取海岛岸线进行分析[9]。利用美国地质调查局(USGS)推荐的数字岸线分析系统DSAS(DigitalShorelineaAnalysisSystem,Version4.3),采用终点速率法[19,20]分析岸线变化情况。终点速率法为最常见的岸线分析研究方法,根据DSAS手册,使用不同时期的岸线,在其基础上做相应的基准线[21,22]。以基准线为基础,向岸线方向做断面线,设定断面线间隔,且垂直于基准线,本研究中断面线间隔30m,断面线近1600条。断面线将与岸线相交,两条不同时期岸线与断面线交叉点之间距离即为岸线的变化程度。图1滦河三角洲海岛位置1.3研究方法海岛岸线稳定性分析以各时期海岛岸线变迁为基础,引入岸线的纵深度、纵深度年均变化速度、岸线稳定性指数等参数[23],分析海岸线稳定性的空间分布规律,为海岛岸线资源开发利用提供理论基础。岸线纵深度是海岸线受自然或人为影响作用下,向海推进或向陆后退的水平距离。为了便于记录,将向海推进岸线的纵深度数值记为正,将向陆后退的岸线纵深度数值记为负。纵深度年均变化速度,即岸线变化速度,是单位时间内(一般为年)海岸线向海淤进或向陆蚀退的距离。岸线稳定性指数,是相对稳定的岸段(微淤积、稳定和微侵蚀岸段,划分标准见表1)长度与该分析单元岸线总长度的比值,该比值越大,说明该分析单元岸线越稳定。各参数计算模型如下:式中:D为岸线纵深度值;n为垂直于海岛岸线主体走向的剖面数量;Lk为第k条剖面上的变化距离;SY为纵深度年均变化速度;y为岸线变化时间间隔;E为海岛岸线稳定性指数;Rs为相对稳定岸段岸线的总长度;Rc为该分析单元岸线的长度。E值越大表示岸线越稳定。根据DSAS岸线分析结果,测算出各海岛岸线的纵深度、纵深度年均变化速度(图2)、岸线稳定性指数等参数。参考《海洋灾害调查技术规程》,将分析岸段岸线分为严重淤积、强淤积、较强淤积、微淤积、稳定、微侵蚀、较强侵蚀、强侵蚀和严重侵蚀共9个等级(表1)。2、结果与讨论2.1岸线变化特征分别计算出1987年—2000年和2000年—2014年两个时间段的滦河三角洲各海岛岸线平均纵深度(图3)和纵深度年均变化速度(图4)。1987年—2000年间,各海岛平均纵深度均表现为向陆蚀退,以风云岛向陆后退最大,达到-394m,纵深度年均变化速度超过-30m/a,祥云岛和菩提岛纵深度变化相对较小,不足-50m。此时段的海岸线位置变化主要因滦河上游大量修建水库,截流拦沙,导致下游输沙减少而造成的。海岛因得不到充足的泥沙供应,同时又在沿岸流的作用下不断的向下游输沙,导致各海岛侵蚀严重。图3滦河三角洲岸线平均纵深度图4滦河三角洲岸线纵深度年均变化速度2000年—2014年间,海岛岸线纵深度变化仍以负向为主,仅长臂岛、月岛表现为正向,分别向海推进距离约137m、217m,两岛的岸线纵深度年均变化速度均超过10m/a,吉祥岛向陆蚀退距离最大,纵深度变化达到-260m,蛇岗和祥云岛纵深度变化相对较小,不足-50m。对比两期平均变化速率,长臂岛、风云岛、蛇岗、月岛平均纵深度变化大幅度减少,甚至转化为淤积状态,其他海岛两期岸线平均变化速率变化不大。这期间海岛岸线蚀退除了滦河输沙减少外,沿岸大肆修建养殖池、港口是造成海岸蚀退的另一重要因素。2000年之前,海岛与陆地之间有宽浅的潟湖相隔,形成我国典型的潟湖-沙坝地貌体系,2000年之后,在潟湖区挖掘修建养殖池,原地貌体系被破坏,导致岛体持续向陆蚀退,海捞岛也因此被侵占消失。至2014年,滦河三角洲海岛超过70%的岛体由于人类活动,或与陆地相连,或被养殖池侵占,岛体面积缩减,海岸线蚀退。2.2岸线侵淤分类参考《海洋灾害调查技术规程》,分别统计两个时段海岛各侵蚀等级岸段所占比例(图5—图6)。1987年—2000年间,各海岛主要表现为微侵蚀至严重侵蚀,其中明月岛全线均为严重侵蚀岸段,蛇岗和海捞岛严重侵蚀岸段所占比例也达到70%左右。稳定至严重淤积岸段多在15%以下,长臂岛、风云岛、吉祥岛甚至不存在稳定至严重淤积岸段。图51987年—2000年海岛各侵淤等级岸段所占比例图62000年—2014年海岛各侵淤等级岸段所占比例2000年—2014年间,长臂岛强淤积和较强淤积岸段各占50%左右,月岛的严重淤积和强淤积岸段也均接近于35%,菩提岛的稳定和微淤积岸段所占比例均超过40%。虽然部分海岛侵蚀情况较1987年—2000年间略有缓解,但岸线蚀退仍不可忽视,神奇岛严重侵蚀岸段所占比例超过90%,吉祥岛、佛手岛、风云岛的严重侵蚀岸段均占60%以上,总体来看,除部分海岛岸线侵蚀略有缓解,岸线整体仍呈侵蚀状态。按照上述侵淤等级划分标准,依据滦河三角洲各海岛纵深度年均变化速度判别各海岛的侵淤级别(图7)。1987年—2000年间,表现为严重侵蚀的海岛有4个,分别为风云岛、海捞岛、蛇岗、明月岛,长臂岛和吉祥岛表现为强侵蚀,佛手岛、神奇岛、永乐岛和月岛表现为较强侵蚀,仅祥云岛和菩提岛表现为微侵蚀;2000年—2014年间,表现为严重侵蚀的海岛分别为神奇岛和吉祥岛,风云岛、佛手岛、明月岛表现为强侵蚀,永乐岛表现为较强侵蚀,蛇岗和菩提岛表现为微侵蚀,祥云岛表现为稳定,长臂岛表现为较强淤积,月岛表现为严重淤积。图7各海岛侵淤分级各海岛两期侵淤情况变化各异,有6个海岛侵蚀情况变弱,主要表现为长臂岛由强侵蚀转为较强淤积,风云岛由严重侵蚀转为强侵蚀,蛇岗由严重侵蚀转为微侵蚀,明月岛由严重侵蚀转为强侵蚀,祥云岛由微侵蚀转为稳定,月岛由较强侵蚀转为严重淤积;同时有3个海岛侵蚀情况变严重,分别为佛手岛由较强侵蚀转变为强侵蚀,神奇岛由较强侵蚀转为严重侵蚀,吉祥岛由强侵蚀转为严重侵蚀;永乐岛和菩提岛侵蚀情况未发生变化。总体来看,2000年—2014年间各海岛侵蚀情况较1987年—2000年间略有减弱,究其原因主要是2000年—2014年间,养殖池大肆修建并侵占海岛,岛体后缘硬化,岛体部分岸段已侵蚀至养殖池边缘,高潮时已无砂质岸滩,岸线不再后退,因而使得该时段侵蚀情况较1987年—2000年减缓。2.3海岛岸线稳定性分析滦河三角洲潟湖-沙坝海岸各海岛岛体均为泥沙岛,呈长条形平行于海岸分布,相对脆弱,在沉积动力、人类活动等的综合作用下,导致岛体高程、形态、岸线位置等基础地理信息随时都在发生着变化,岛体的稳定性也随之而发生变化。根据岸线稳定性指数公式计算1987年—2000年和2000年—2014年两个时期的海岛岸线稳定性指数E,详见图8。1987年—2000年间,菩提岛稳定性指数近于1,月岛稳定性指数略高于0.4,其他海岛稳定性指数均小于0.4,其中风云岛、海捞岛、明月岛、吉祥岛稳定性指数更是低至0。2000年—2014年间,蛇岗和菩提岛的稳定性指数均高于0.8,永乐岛、祥云岛的稳定性指数略高于0.4,长臂岛、神奇岛、明月岛、吉祥岛稳定性指数低至0。图8滦河三角洲海岛岸线稳定性指数2.4岸线变化原因分析海岸稳定性是一种反应海岸状态的复杂性质,它受到自然因素和人为因素的双重作用。滦河三角洲潟湖-沙坝海岸总体呈NE-SW走向,岸前无任何遮蔽,S-SE向浪可直接作用于海岸线,产生的离岸流和沿岸流将泥沙带到深海或下游地区,导致岸线蚀退。20世纪70年代以来,滦河中上游地区大量修建水库,蓄水拦沙,下游引水灌溉,导致滦河入海泥沙量锐减,潟湖-沙坝海岸得不到充足的泥沙供应。2000年以来,港口、养殖池等工程大量修建,不断侵占海岸,导致自然岸线消失,养殖池不断向海推进,挖掘养殖池泥沙在海边堆积,导致长臂岛整体向海推进。港口丁坝、防波堤的建设拦截上游来沙,引起上游淤积,下游因泥沙供应不足而发生蚀退。近年来,随着大清河水量日趋减少,其对沿岸流的贡献率也发生下降,同时祥云岛侵蚀的沉积物在下游的月岛岸段发生沉积,使得月岛外沙坝岸线发生向海推进。3、结论(1)1987年—2000年间,各海岛均表现为向陆蚀退,以风云岛岸线平均纵深度变化最大接近-400m,纵深度年均变化速率近-30m/a。2000年—2014年间,大部分各海岛纵深度变化仍表现为向陆蚀退状态,仅长臂岛和月岛呈向海淤进状态。(2)1987年以来,滦河三角洲各海岛岸线以微侵蚀至严重侵蚀所占比例最大。总体来看,2000年—2014年间各海岛侵蚀情况较1987年—2000年间略有减弱。(3)1987年以来,滦河三角洲绝大多数海岛岸线稳定性指数低于0.4,主要是受滦河来沙量锐减以及修筑港口、养殖池等影响。参考文献：[1]李从先,陈刚,王利.滦河废弃三角洲和砂坝—泻湖沉积体系[J].沉积学报,1983,1(2):60-71.[2]韩晓庆,褚玉娟,张芸,等.海工建筑对周边岸滩演变分析—以秦皇岛市为例[J].海洋通报,2011,30(2):214-2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