崔丹丹,呂林,周永,鄧慧麗,張慧銘,張東,3,沈永明

(1.江蘇省海域使用動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測中心 南京 210017;2.南京師范大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院 南京 210023;3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心 南京 210023)

0 引言

海岸侵蝕是海岸在海洋動力等因素作用下發(fā)生后退的現(xiàn)象[1]。隨著海岸帶開發(fā)力度的不斷加大,海洋經(jīng)濟的不斷提升,我國沿海地區(qū)受海岸侵蝕災(zāi)害影響的風(fēng)險日益增強[2]。江蘇海岸具有北部侵蝕型與南部淤積型并存的特征,蘇北沿海地形復(fù)雜[3-5]。從北到南,既有北部的海州灣水下淺灘地形,又有中部的廢黃河三角洲侵蝕型海岸地形[6-7],還有中部和南部的輻射沙洲淤長型地形[8],海洋動力條件特殊。正是這種特殊的地形地貌和水動力條件造成了江蘇灘涂、淺海面積大,海岸掩護條件差,海洋環(huán)境脆弱,極易遭受海洋災(zāi)害的侵襲[9-11]。

為了監(jiān)控海岸帶侵蝕狀況,江蘇省在鹽城市濱?？h的振東閘至射陽縣的射陽河口約60 km的粉砂淤泥質(zhì)海岸進行了長期觀測,并于2018年在大洪港-三圩港、蘇北灌溉總渠兩地分別開展了1.8 km和2.5 km重點岸段的實地監(jiān)測,用于了解侵蝕海岸的長度以及平均侵蝕速度。實地監(jiān)測是了解典型沖刷岸段的沖刷狀況的重要手段,可以為海岸帶修復(fù)提供基礎(chǔ)依據(jù),但是這些少量的實地監(jiān)測岸線相對于江蘇漫長的海岸線來說,無法全面掌握全省海岸帶的整體侵蝕情況及其發(fā)展趨勢。

衛(wèi)星遙感技術(shù)具有數(shù)據(jù)獲取方便、重復(fù)觀測時間短、覆蓋范圍大、經(jīng)濟高效等優(yōu)點,彌補了傳統(tǒng)海岸帶侵蝕監(jiān)測的不足[12-16]。利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來開展江蘇省海岸帶侵蝕現(xiàn)狀的監(jiān)測與風(fēng)險評估,不僅具有可行性,而且具有急迫性,對開展全省的海岸侵蝕防護、海岸修復(fù)、海岸利用等具有重要意義和參考價值。

1 數(shù)據(jù)源與方法

1.1 數(shù)據(jù)源

研究區(qū)分布如圖1所示。本研究重點基于遙感技術(shù)和潮汐調(diào)和計算技術(shù),推算2019年度的遙感海岸線,分析海岸線后退引起的海岸侵蝕狀況,用到的數(shù)據(jù)有以下幾種。

(1)遙感影像數(shù)據(jù)。根據(jù)影像數(shù)據(jù)質(zhì)量以及影像成像時刻的潮位情況,收集了2019年度覆蓋江蘇省沿海的兩個時相衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù),其中美國陸地衛(wèi)星Landsat8-OLI遙感數(shù)據(jù)3景,歐洲哨兵衛(wèi)星Sentinel-2遙感數(shù)據(jù)5景(圖1)。影像經(jīng)過幾何精校正處理,位置誤差小于0.1個像元。

(2)潮位觀測數(shù)據(jù)。根據(jù)遙感海岸線推算時對潮位數(shù)據(jù)的處理需求,在研究區(qū)內(nèi)共收集了沿海分布的10個潮位觀測站的潮位數(shù)據(jù),用于潮汐調(diào)和常數(shù)推算和遙感影像成像時刻潮位模擬,站點位置分布見圖1。

(3)岸灘剖面地形觀測數(shù)據(jù)。綜合考慮全省的海岸帶類型、岸灘坡度變化等因素,收集了28條斷面地形觀測數(shù)據(jù)。其中全省分布的14條斷面來自江蘇“908”調(diào)查,鹽城市濱海-東臺分布的13條加密觀測斷面來自江蘇省2014—2017年開展的典型岸段沖淤動態(tài)變化監(jiān)測。

(4)歷史海岸線數(shù)據(jù)。收集了2018年度的江蘇沿海遙感海岸線數(shù)據(jù),用于海岸侵蝕現(xiàn)狀分析。

圖1 研究區(qū)位置

1.2 研究方法

圖2為江蘇省海岸侵蝕災(zāi)害遙感監(jiān)測與分析技術(shù)路線圖。首先利用基于潮汐分帶校正的海岸線遙感推算方法[17],得到2019年度的遙感海岸線,同時推算平均大潮低潮線,合成得到潮間帶范圍,推算結(jié)果見圖1;然后利用基線法和面積法,基于2018—2019年度遙感海岸線的位置變化,確定海岸的侵蝕情況,計算對應(yīng)的岸線長度、侵蝕岸段的空間分布以及岸段的侵蝕速率;利用體積法,基于潮間帶的面積、岸灘坡度與體積變化,確定海岸的泥沙侵蝕量,并對岸段的侵蝕強度進行分級[17];最后結(jié)合研究結(jié)果和實際管理工作經(jīng)驗,提出海岸侵蝕災(zāi)害的防治對策。

圖2 海岸侵蝕災(zāi)害遙感監(jiān)測與分析技術(shù)路線

2 江蘇省海岸侵蝕現(xiàn)狀

2.1 江蘇海岸侵蝕類型

根據(jù)江蘇沿海的水動力特征、岸灘沖淤特點以及沖刷的表現(xiàn),江蘇省的海岸侵蝕表現(xiàn)為兩種類型:

(1)侵蝕型海岸的海岸侵蝕。該類型海岸主要分布在燒香河口以南、射陽河口以北的廢黃河三角洲海域。海岸侵蝕主要表現(xiàn)為風(fēng)暴潮災(zāi)作用下的低標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)殖海堤的沖刷水毀,導(dǎo)致海堤崩塌,養(yǎng)殖塘荒廢,在退養(yǎng)還濕的政策引導(dǎo)下,海岸線后退。這種海岸侵蝕災(zāi)害具有短期災(zāi)害效應(yīng),造成的災(zāi)害集中,損失較為明顯。

(2)淤長型海岸的海岸侵蝕。分布在射陽河口至梁垛河口的輻射沙洲北翼海域。在海域的自然岸線岸段,近岸有較寬的植被帶分布,岸灘寬平;在海域的圍墾岸段,由于進行了高涂圍墾,養(yǎng)殖圍堤外側(cè)的潮灘明顯寬度縮短,植被帶也相對狹窄。在這些岸段,海岸侵蝕表現(xiàn)為平均大潮高潮線持續(xù)內(nèi)移,海岸線后退,潮間帶上部坡度變緩,侵蝕的泥沙向海輸運,可能引起潮間帶下部或潮下帶向海伸展。因此雖然海岸帶還表現(xiàn)出一定的向海淤長特征,但是其本質(zhì)上是一種海岸侵蝕現(xiàn)象。這種海岸侵蝕災(zāi)害具有長期緩慢變化效應(yīng),短期來看,災(zāi)害的危害并不明顯。但是長期來看,對濕地生態(tài)環(huán)境退化以及自然狀況下的灘涂自我恢復(fù)等會產(chǎn)生持續(xù)性消極影響。

2.2 江蘇省的侵蝕岸線與海岸侵蝕速率

表1列出了江蘇省及沿海三市海岸線沖刷狀況。2019年度江蘇省侵蝕岸線58.55 km,占全省海岸線7.39%。

江蘇省的侵蝕岸段主要分布在鹽城市,重點包括6個岸段。其中,灌河口南側(cè)岸段、南八灘閘北側(cè)岸段、運糧河口北側(cè)岸段位于廢黃河三角洲侵蝕型海岸,海岸侵蝕的主要原因是低標(biāo)準(zhǔn)圍海養(yǎng)殖用海圍堤的沖毀以及后續(xù)的退養(yǎng)還濕,使得海岸線后退,岸灘坡度陡化,潮灘寬度減小,屬于人工海岸的侵蝕;新洋河口南北兩側(cè)岸段、斗龍港南側(cè)岸段以及川東港兩側(cè)岸段位于江蘇中部沿海受輻射沙洲掩蔽的淤長型海岸,岸灘沖刷主要表現(xiàn)為海水側(cè)植被邊緣帶侵蝕后退,岸灘整體坡度變緩,平均大潮高潮線位置向陸一側(cè)移動,海水高潮位更靠近陸側(cè),屬于自然海岸的侵蝕。在廢黃河三角洲侵蝕型海岸,海岸平均侵蝕后退59.24 m;在輻射沙洲北翼淤長型海岸,海岸平均侵蝕后退152.28 m。

表1 2019年度江蘇省及沿海三市侵蝕岸線基本情況

2.3 海岸帶侵蝕面積

本研究利用2018年度、2019年度的遙感海岸線進行拓撲合成處理,生成江蘇省海岸帶侵蝕區(qū)域多邊形,統(tǒng)計全省及沿海三市海岸帶侵蝕面積,結(jié)果如表2所示。

表2 江蘇省及沿海三市海岸帶侵蝕面積情況

可以看到,2019年度江蘇省海岸帶侵蝕區(qū)域中鹽城市的侵蝕面積最大,占全省海岸帶侵蝕面積的99.55%;連云港市和南通市以穩(wěn)定岸線為主,海岸侵蝕輕微,海岸帶侵蝕區(qū)域非常小,分別占比為0.09%和0.36%。

在鹽城市的侵蝕區(qū)域中,射陽河口以北廢黃河三角洲侵蝕型海岸的海岸帶侵蝕面積占6.35%,由于海岸整治修復(fù)工作的開展,該岸段的海岸侵蝕狀況得到較好的控制。射陽河口以南淤長型海岸的海岸侵蝕面積占93.65%,主要原因是所在海域的泥沙供給發(fā)生改變,在自然岸線上,部分潮上帶植被濕地的泥沙被海水沖刷和向海搬運,灘涂下部延伸,潮灘變寬變平。

2.4 海岸帶沖刷體積與沖刷厚度

依據(jù)潮間帶平均大潮高、低潮位高差的平均值作為潮間帶平均厚度,利用不同年份的潮間帶面積變化,推算出潮間帶沖刷體積的變化。表3列出了2018—2019年江蘇省及沿海三市潮間帶體積沖刷狀況和平均沖刷厚度。

表3 2018—2019年江蘇省及沿海三市潮間帶侵蝕狀況

在蘇北沿岸往復(fù)流的作用下,輻射沙洲陸岸岸灘的泥沙少量向海州灣和長江口輸運。在旋轉(zhuǎn)流的作用下,近岸部分泥沙向岸外輻射沙脊群輸運,導(dǎo)致陸岸的泥沙搬運到潮間帶以外。因此在潮流動力對泥沙的搬運作用下,自然岸線受侵蝕最為明顯。鹽城市射陽河口至梁垛河口之間的海岸線以自然岸線為主,潮間帶上部的侵蝕和海岸線后退,導(dǎo)致鹽城市的海岸帶沖刷體積占江蘇省岸灘沖刷總體積的99.93%。連云港市和南通市多以人工岸線為主,受侵蝕程度相對較小,僅占全省沖刷體積的0.07%。在沖刷厚度方面,鹽城市的沖刷岸段的沖刷厚度遠大于連云港市和南通市。

2.5 海岸侵蝕強度

根據(jù)海岸帶侵蝕厚度的大小分級,確定出海岸侵蝕強度。2019年度江蘇省海岸強侵蝕岸段和侵蝕岸段主要分布在鹽城市的南八灘閘北側(cè)、運糧河口北側(cè)、新洋河口兩側(cè)以及斗龍港南側(cè)岸段;輕微侵蝕岸段主要分布在灌云縣的埒子口南側(cè)、濱海縣的灌河口南側(cè)、濱海港北側(cè)、射陽縣的新洋河口北側(cè)以及啟東市的蒿枝港外側(cè)岸段。

3 研究結(jié)論

江蘇沿海海岸侵蝕的主要原因是長期的高海平面與風(fēng)暴潮結(jié)合對淤泥質(zhì)海岸產(chǎn)生沖刷以及沿海沙源逐漸匱乏共同造成。通過提取與對比多時相遙感海岸線數(shù)據(jù),定量分析了2019年度江蘇沿海的侵蝕岸線分布、岸灘侵蝕速率、侵蝕面積等基本情況,確定了岸灘侵蝕強度等級。根據(jù)遙感定量監(jiān)測與分析,結(jié)論如下:

(1)江蘇省共有侵蝕岸線長58.55 km,占全省大陸海岸線的7.39%。沿海三市中,連云港和南通市的侵蝕岸線較短,各有1.26 km和1.53 km,分別位于埒子口南側(cè)和蒿枝港外側(cè),占全省侵蝕岸線長度的2.15%和2.63%;鹽城市的侵蝕岸線最長,為55.76 km,占全省侵蝕岸線的95.22%,其中,射陽河口北側(cè)侵蝕型海岸的侵蝕岸線長10.21 km,射陽河口南側(cè)淤長型海岸的侵蝕岸線長45.55 km。

(2)全省侵蝕岸段平均侵蝕距離為139.64 m。連云港市和南通市的海岸侵蝕后退距離較短,分別為13.25 m和14.62 m,鹽城市平均侵蝕距離較大,為150.06 m。按照岸線類型來分,廢黃河三角洲侵蝕型海岸的侵蝕岸段平均侵蝕后退59.24 m,主要表現(xiàn)為鹽養(yǎng)圍堤的沖刷水毀;輻射沙洲北翼淤長型海岸的侵蝕岸段平均侵蝕后退152.28m,表現(xiàn)為潮間帶上部坡度變緩,平均大潮高潮線持續(xù)內(nèi)移,海岸線后退且深入至植被帶內(nèi)。

(3)江蘇省海岸帶侵蝕總面積為7.244 8 hm2。其中鹽城市侵蝕面積最大,為7.260 1 hm2,占全省侵蝕面積的99.55%,主要分布在新洋河口至川東港岸段;連云港與南通侵蝕面積較小,分別為0.006 4 hm2和0.026 hm2,分別占比0.09%和0.36%。

(4)江蘇省的強侵蝕岸段主要分布在南八灘閘北側(cè),新洋河口兩側(cè)以及斗龍港南側(cè)區(qū)域;侵蝕岸段主要分布在運糧河北側(cè)、斗龍港兩側(cè)以及川東港兩側(cè);輕微侵蝕區(qū)域主要分布在埒子口南側(cè)、灌河口南側(cè)以及蒿枝港外側(cè)區(qū)域。

4 海岸侵蝕防治對策

針對江蘇省海岸侵蝕災(zāi)害壓力不斷增強的現(xiàn)狀,為有效緩解侵蝕災(zāi)害壓力,降低災(zāi)害發(fā)展強度,減少受災(zāi)損失,更好地保護和利用沿海灘涂資源,提出如下海岸侵蝕防治對策。

(1)加強天-空-地一體化多手段聯(lián)合監(jiān)測,精確監(jiān)控海岸侵蝕災(zāi)害發(fā)生范圍與程度,了解海岸侵蝕強度與等級。在充分發(fā)揮高技術(shù)監(jiān)測優(yōu)勢的基礎(chǔ)上,擴大侵蝕海岸的時空動態(tài)監(jiān)測效率。

(2)聯(lián)合多平臺海洋觀測,深入開展致災(zāi)因素分析,了解海岸侵蝕災(zāi)害的發(fā)展與變化趨勢,逐步完善災(zāi)害預(yù)警機制。發(fā)揮自然資源統(tǒng)一管理的整合優(yōu)勢,聯(lián)合現(xiàn)有的省級海洋環(huán)境預(yù)報、海洋生態(tài)調(diào)查網(wǎng)絡(luò)、海洋地質(zhì)監(jiān)測等平臺,逐步建立起多因素綜合影響下的海岸侵蝕災(zāi)害防護預(yù)警機制。

(3)根據(jù)不同的海岸類型與海岸侵蝕特征,有效開展多策略的海岸防護整治,減少海岸侵蝕災(zāi)害損失。輔助修建丁壩、土石堤等導(dǎo)水建筑,改善或優(yōu)化近岸水動力環(huán)境,保持灘涂的穩(wěn)定,減少潮上帶和潮間帶上部的海岸侵蝕。

(4)加快海岸帶保護修復(fù),明確海岸帶開發(fā)活動的適宜空間與適宜程度,優(yōu)化海岸帶空間布局。強化濱海植被、灘涂濕地等的保護,減少植被破壞,合理控制地下水開采,并強化海岸帶規(guī)劃,科學(xué)開展資源環(huán)境承載能力與國土空間開發(fā)適應(yīng)性評價,明確海岸帶開發(fā)活動的適宜空間與適宜程度。

(5)強化海岸責(zé)任管理,明確監(jiān)管職責(zé)。從政府部門管理層面,強化海岸管理,形成統(tǒng)一管理、分段負責(zé)的多效管理體制,做到海岸開發(fā)和保護并行。