2008—2013年灤河口外泥沙島動(dòng)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)

2008—2013年灤河口外泥沙島動(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)變化監(jiān)測的有效手段。文章利用2008—2013年6個(gè)不同時(shí)相環(huán)境衛(wèi)星影像開展了灤河口外泥沙島動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測。對不同時(shí)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(jì),并開展了變化分析。發(fā)現(xiàn)該區(qū)域6年間,8個(gè)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(gè)海島島體因圍填海,面積明顯減少;9個(gè)海島島體雖然受水動(dòng)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(dòng)和海洋動(dòng)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(dòng)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(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(dòng)態(tài)變化監(jiān)測的報(bào)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(shí)間頻率的遙感手段開展該區(qū)域的泥沙島動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測。

本研究利用2008—2013年逐年的6個(gè)不同時(shí)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(dòng)態(tài)變化開展監(jiān)測。對不同時(shí)相下的海島面積和岸線長度做了統(tǒng)計(jì);根據(jù)統(tǒng)計(jì)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(jià)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(gè)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(gè)島體組成 (圖1)。開展該區(qū)域的泥沙島動(dòng)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(gè)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(gè)海島的名稱和位置。

對海島動(dòng)態(tài)變化遙感監(jiān)測,首先建立基于不同時(shí)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(bào)[8]記錄,各時(shí)相遙感影像成像時(shí),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(shí)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(jì)8個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)主要的島體外,在其西側(cè)還有兩個(gè)沙壩島體,由北向南依次為月坨-1、月坨-2;東坑坨有3個(gè)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(jì)共計(jì)8個(gè)泥沙島或島群,23個(gè)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(jì)分析

根據(jù)提取的海島矢量層,統(tǒng)計(jì)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(jì)結(jié)果,結(jié)合各時(shí)相遙感影像開展海島變遷分析。海島面積和岸線統(tǒng)計(jì)見表2。

表2 2008—2013年灤河口外泥沙島面積和岸線統(tǒng)計(jì)

4.3 海島動(dòng)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(dòng)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(gè)。2008年至2013年灤河口的7個(gè)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(dòng)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(shí)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(gè):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(dòng)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(shí)相下打網(wǎng)崗遙感圖像和基于各時(shí)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(gè)。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(gè)島體,演變?yōu)?010年的兩個(gè)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(gè)。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(gè)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(gè)島體雖然受水動(dòng)力影響,尤其東坑坨-3已經(jīng)演變成了2個(gè)島體,其西南端島體受水動(dòng)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(shí)相下東坑坨的遙感圖像和基于各時(shí)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(dòng)態(tài)變化的主要手段。本研究利用2008—2013年6個(gè)不同時(shí)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(shí)相下的海島面積和岸線長度做了統(tǒng)計(jì);其次根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果,并結(jié)合區(qū)域特點(diǎn),對海島動(dòng)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(gè)泥沙島因圍填海海島島體消失。打網(wǎng)崗、石臼坨兩個(gè)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(gè);面積基本不變的海島島體共有9個(gè)。由以上分析可知,影響研究區(qū)域內(nèi)泥沙島動(dòng)態(tài)變化的主要影像因素是人工圍填?；顒?dòng),水動(dòng)力雖然對島體動(dòng)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(shí)相的遙感數(shù)據(jù),由于潮汐作用,對岸線的提取精度會(huì)有一定程度的影響,同時(shí)由于資料有限,沒有對灤河口外泥沙島動(dòng)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(jì)劃三期項(xiàng)目(ID:10470).