王建步,張 杰,馬 毅,李曉敏

(國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061)

2008—2013年灤河口外泥沙島動態(tài)變化遙感監(jiān)測*

王建步,張 杰,馬 毅,李曉敏

(國家海洋局第一海洋研究所 青島 266061)

灤河口外泥沙島是我國重要的泥沙島群,開展準(zhǔn)確的泥沙島的動態(tài)變化監(jiān)測,對海島開發(fā)與保護(hù)、海島管理有著重要作用。遙感監(jiān)測是開展大范圍泥沙島動態(tài)變化監(jiān)測的有效手段。文章利用2008—2013年6個不同時相環(huán)境衛(wèi)星影像開展了灤河口外泥沙島動態(tài)變化遙感監(jiān)測。對不同時相的灤河口外泥沙島的數(shù)量、面積和岸線長度進(jìn)行了統(tǒng)計,并開展了變化分析。發(fā)現(xiàn)該區(qū)域6年間,8個泥沙島島體因圍填海消失;打網(wǎng)崗、石臼坨兩海島由于受基于島體開展的圍填海工程影響,海島面積明顯增大;4個海島島體因圍填海,面積明顯減少;9個海島島體雖然受水動力影響,但面積沒有明顯變化。

灤河口;泥沙島;遙感監(jiān)測

1 引言

泥沙島是海島中的重要類型,由于其沙質(zhì)特點(diǎn),受人類活動和海洋動力的雙重影響,岸線變化速率快,然而現(xiàn)場監(jiān)測難以實(shí)現(xiàn)高頻率的岸線變遷監(jiān)測。遙感手段具有大面積、同步、對同一地區(qū)可重復(fù)性進(jìn)行觀測的優(yōu)勢。利用遙感技術(shù)能夠有效監(jiān)測泥沙島的動態(tài)變化過程。

對于泥沙島的遙感監(jiān)測也已有許多工作。王賦等[1]年利用遙感和地理信息系統(tǒng)技術(shù)對長江口沖擊沙島的沖淤變化進(jìn)行了監(jiān)測。錢敏等[2]利用Landsat衛(wèi)星影像開展了江蘇西太陽沙長時期的穩(wěn)定性及演變規(guī)律的研究。馮永玖等[3]利用Landsat ETM影像開展了上海九段沙在2001年來的岸線研究變遷過程的研究。李曉敏等[4]利用12時相的遙感影像開展了廣東省湛江市徐聞縣的羅斗沙島的動態(tài)變化遙感監(jiān)測。

灤河口外泥沙島是我國的主要泥沙島群,其中大部分島嶼是冀東潟湖的主要組成部分[5]。該區(qū)域泥沙島的動態(tài)變化對生態(tài)方面及旅游、養(yǎng)殖等經(jīng)濟(jì)方面有著重要影響。對與灤河口外泥沙島的研究工作也早已開展。高善明等[6]利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)開展了灤河三角洲濱岸沙體的形成和海岸線變遷分析,從其分析中可知灤河口外的泥沙島的形成原因。吳桑云等[5]開展了冀東潟湖系統(tǒng)演進(jìn)與人類干預(yù)影響,分析了構(gòu)成灤河口外潟湖沙壩的特點(diǎn)。韓曉慶等[7]利用現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)分析了曹妃甸附近泥沙島岸線變遷情況。但目前為止,未見遙感手段開展灤河口外泥沙島動態(tài)變化監(jiān)測的報道。由于灤河口外泥沙島成東北西南走向,分布區(qū)域廣,且由于其岸線變化比較劇烈,亟須利用高時間頻率的遙感手段開展該區(qū)域的泥沙島動態(tài)變化監(jiān)測。

本研究利用2008—2013年逐年的6個不同時相環(huán)境衛(wèi)星影像,結(jié)合GIS技術(shù),對灤河口外泥沙島的動態(tài)變化開展監(jiān)測。對不同時相下的海島面積和岸線長度做了統(tǒng)計;根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)分析了海島數(shù)量、岸線長度和面積變化及變化原因。

2 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域主要是樂亭縣和昌黎縣近岸海域,即在灤河口至曹妃甸以北近海區(qū)域。該區(qū)域的泥沙島對生態(tài)保護(hù)、旅游和養(yǎng)殖等經(jīng)濟(jì)開發(fā)具有重要價值。由北向南依次為灤河口沙壩、翡翠島、蛇崗、大網(wǎng)鋪、打網(wǎng)崗、石臼坨島、月坨島和東坑坨島8個主要海島或島群,其中灤河口沙壩、蛇崗、大網(wǎng)鋪、月坨和東坑坨都有多個島體組成 (圖1)。開展該區(qū)域的泥沙島動態(tài)變化監(jiān)測。

圖1 灤河口外泥沙島分布

3 數(shù)據(jù)與處理

3.1 數(shù)據(jù)源

本研究主要采用6期環(huán)境衛(wèi)星遙感影像二級產(chǎn)品,數(shù)據(jù)詳細(xì)信息見表1。

表1 遙感影像數(shù)據(jù)

3.2 數(shù)據(jù)處理

以2000年5月2日TM影像為參考影像,對獲取的環(huán)境影像二級產(chǎn)品進(jìn)行配準(zhǔn)。校正精度在小于一個像元。波段組合采用第4/3/2波段假彩色組合,并參考1∶50 000地形圖獲取各個海島的名稱和位置。

對海島動態(tài)變化遙感監(jiān)測,首先建立基于不同時相的遙感影像的海岸線解譯標(biāo)志。對灤河口外泥沙島的岸線類型,主要有砂質(zhì)岸線和人工岸線兩種。其中人工岸線比較明顯,是有明顯幾何形狀或人工建筑的特點(diǎn)。對于海島砂質(zhì)岸線,是以在遙感影像中砂灘色調(diào)突然變化處確定為海岸線位置[5]。根據(jù)國家海洋災(zāi)害公報[8]記錄,各時相遙感影像成像時,研究區(qū)域沒有發(fā)生過風(fēng)暴潮,所以不存在增水漫過海岸線的可能,故基于遙感影像提取的岸線是可行的。在遙感解譯標(biāo)志建立的基礎(chǔ)上,利用GIS技術(shù)提取各時相遙感影像下的灤河口外泥沙島岸線,獲取2008—2013年的海島岸線矢量層。

4 結(jié)果與分析

4.1 海島分布狀況

2008年,灤河口外共計8個泥沙島或島群,由北向南依次為灤河口沙壩、翡翠島、蛇崗、大網(wǎng)鋪、打網(wǎng)崗、石臼坨島、月坨島和東坑坨島,其中灤河口沙壩由7個沙壩組成的沙壩島群,由北向南依次為灤河口沙壩-1到沙壩-7;蛇崗由3個獨(dú)立島體,由北向南依次為蛇崗-1、蛇崗-2和蛇崗-3;大網(wǎng)鋪由4個獨(dú)立島體組成,由北向南依次為大網(wǎng)鋪-1、大網(wǎng)鋪-2、大網(wǎng)鋪-3、大網(wǎng)鋪-4;月坨除了一個主要的島體外,在其西側(cè)還有兩個沙壩島體,由北向南依次為月坨-1、月坨-2;東坑坨有3個獨(dú)立的島體組成,由北向南依次為東坑坨-1、東坑坨-2、東坑坨-3,合計共計8個泥沙島或島群,23個島體。在2009—2013年間海島存岸線不斷發(fā)生變化,有的海島已經(jīng)消失。各期海島狀況分布圖如圖2所示。

圖2 2008—2013年灤河口外泥沙島海岸線

4.2 海島信息統(tǒng)計分析

根據(jù)提取的海島矢量層,統(tǒng)計出所有海島每年島體的數(shù)量、面積及岸線長度,根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,結(jié)合各時相遙感影像開展海島變遷分析。海島面積和岸線統(tǒng)計見表2。

表2 2008—2013年灤河口外泥沙島面積和岸線統(tǒng)計

4.3 海島動態(tài)變化分析

灤河口外海島主要是以泥沙島為主,大部分是波浪作用形成的平行于岸線的沙壩構(gòu)成[6]。依據(jù)該區(qū)域海島的動態(tài)變化遙感監(jiān)測結(jié)果,將面積變化超過1 km2及面積變化小于1 km2但面積變化超過其最初島體1/2(包含1/2)的且沒有消失的海島稱為面積明顯變化的海島,其他沒有消失的海島稱為基本保持不變的海島。截至2013年變化結(jié)果主要分為4類:已消失的海島、面積明顯增大的海島、面積明顯減少的海島及面積基本保持不變的海島。

已消失海島的海島共有8個。2008年至2013年灤河口的7個沙壩中的沙壩-2、沙壩-3、沙壩-4、沙壩-5島體因圍填海消失。蛇崗北端的島體蛇崗-1、大網(wǎng)鋪南端的獨(dú)立島體大網(wǎng)鋪-2、大網(wǎng)鋪-3和大網(wǎng)鋪-4雖然在起初幾年水動力作用下岸線有所變化,但最終因圍填海消失。圖3和圖4分別給出2008年和2013年灤河口沙壩島的遙感圖像和基于各時相下提取的岸線分布圖。

圖3 灤河口沙壩海島遙感影像

圖4 2008—2013年灤河口沙壩海岸線分布

面積明顯增大的海島共有2個:打網(wǎng)崗和石臼坨。打網(wǎng)崗由于每年的圍填海工程, 2008-2011年期間使得島體分別不斷向西擴(kuò)張,東側(cè)仍保留沙壩的島體,受水動力影像不明顯,2011-2013年保持海島西側(cè)圍填海形成的人工岸線不在變化,最終其面積由2008年的15.8 km2和增大到2013年的21.68 km2;然岸線形狀變化比較明顯,但其長度沒有明顯變化。石臼坨由于受圍填海影響,海島也不斷向西南向擴(kuò)大,至2012年圍填海形成的人工岸線不再變化,最終面積和岸線長度分別由2008年的3.39 km2和8.1 km增大到2013年的4.96 km2和9.0 km。圖5和圖6分別給出各時相下打網(wǎng)崗遙感圖像和基于各時相下提取的岸線分布圖。

圖5 打網(wǎng)崗環(huán)境遙感影像

圖6 2008—2013年打網(wǎng)崗海岸線分布

面積明顯變小的海島共有4個。沙壩島-1、沙壩島-6、翡翠島和大網(wǎng)鋪-1島體因圍填海面積明顯減少。其中沙壩島-1岸線長度和面積分別由2008年的0.14 km2和2.8 km,減少為2013年的0.07 km2和1.7 km;沙壩島-6面積和岸線長度由2008年的0.24 km2和4.6 km減少為2013年的0.06 km2和1.5 km;翡翠島北端已經(jīng)消失,其面積和岸線長度分別由2008年的0.71 km2和10.9 km減少為2013年的0.32 km2和7.2 km;大網(wǎng)鋪-1島體西南端已經(jīng)消失,由2008年面積和岸線長度分別為0.41 km2和7.5 km的一個島體,演變?yōu)?010年的兩個島體,至2013年總的海島面積和岸線長度分別為0.18 km2和3.9 km。

圖7 翡翠島遙感影像

圖8 2008—2013年翡翠島海岸線分布

沒有明顯變化的海島共有9個。灤河口沙壩島-7,蛇崗-2、蛇崗-3海島雖然受到圍填海影響,但其面積變化不明顯。月坨島群中的主島月島本身岸線大部分為人工岸線,海島岸線變遷不明顯,但其東南側(cè)的兩個沙壩島月坨-1面積稍微增大,月坨-2面積稍微減少。東坑坨的三個島體雖然受水動力影響,尤其東坑坨-3已經(jīng)演變成了2個島體,其西南端島體受水動力作用,岸線不斷向東北方向侵蝕,島體面積有所減少,但總體面積和岸線變化不明顯。圖9和圖10分別給出各時相下東坑坨的遙感圖像和基于各時相下提取的岸線分布圖。

圖9 東坑坨遙感影像

圖10 2008—2013年東坑坨島海岸線分布

5 結(jié)論與討論

遙感手段具有對同一區(qū)域重復(fù)進(jìn)行觀測的優(yōu)勢,是有效監(jiān)測泥沙島動態(tài)變化的主要手段。本研究利用2008—2013年6個不同時相的環(huán)境衛(wèi)星影像,開展了灤河口外泥沙島岸線變遷的遙感監(jiān)測工作。首先對不同時相下的海島面積和岸線長度做了統(tǒng)計;其次根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,并結(jié)合區(qū)域特點(diǎn),對海島動態(tài)變化做了分析。發(fā)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)2008—2013年期間,有8個泥沙島因圍填海海島島體消失。打網(wǎng)崗、石臼坨兩個海島由于受基于島體開展的圍填海工程影響,島體面積明顯增大;受圍填海影響海島面積明顯減少的海島共有4個;面積基本不變的海島島體共有9個。由以上分析可知,影響研究區(qū)域內(nèi)泥沙島動態(tài)變化的主要影像因素是人工圍填?；顒?水動力雖然對島體動態(tài)變化有一定的影響,但是影響不明顯。

本研究利用了不同時相的遙感數(shù)據(jù),由于潮汐作用,對岸線的提取精度會有一定程度的影響,同時由于資料有限,沒有對灤河口外泥沙島動態(tài)變化的原因進(jìn)行深入分析。

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中歐國際合作龍計劃三期項目(ID:10470).