江蘇中部淤泥質(zhì)海岸岸線變化遙感監(jiān)測(cè)研究

陳瑋彤，張東,2*，施順杰，周靜，康敏

(1.南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023; 2.江蘇省地理信息資源開(kāi)發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023)

江蘇中部淤泥質(zhì)海岸岸線變化遙感監(jiān)測(cè)研究

陳瑋彤1，張東1,2*，施順杰1，周靜1，康敏1

(1.南京師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023; 2.江蘇省地理信息資源開(kāi)發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023)

海岸線監(jiān)測(cè)是了解海岸沖淤變化的基礎(chǔ)。針對(duì)淤泥質(zhì)海岸潮間帶坡度平緩的特點(diǎn)，考慮到潮汐對(duì)遙感海岸線監(jiān)測(cè)的影響，基于多潮位站插值校正的水邊線離散點(diǎn)潮位賦值及坡度計(jì)算對(duì)水邊線方法進(jìn)行了改進(jìn)，并結(jié)合潮間帶實(shí)測(cè)坡度資料校正，推算遙感海岸線。選擇江蘇中部沖淤變化頻繁、自然岸線保有率較高的扁擔(dān)河口至川東港岸段開(kāi)展海岸線變遷遙感監(jiān)測(cè)研究。結(jié)果表明，研究區(qū)坡度主要在0.001～0.002之間，潮間帶寬度由北向南越來(lái)越寬。北部扁擔(dān)河口至射陽(yáng)河口岸段處于沖刷環(huán)境中，大量以養(yǎng)殖塘圍堤為主的人工岸線不斷被侵蝕后退；射陽(yáng)河口至四卯酉河口岸段以海岸線在自然狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)變化為主，2010-2015年平均沖淤速率小于10 m/a，變化幅度較小；南部四卯酉河口至川東港岸段，自然岸線淤長(zhǎng)明顯，同時(shí)人工圍墾導(dǎo)致岸線不斷向海推進(jìn)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，認(rèn)為新洋港至斗龍港岸段應(yīng)為研究區(qū)由北部侵蝕轉(zhuǎn)向南部淤長(zhǎng)的過(guò)渡帶。

淤泥質(zhì)潮灘；遙感；潮汐；潮灘坡度；潮灘沖淤；海岸線

1 引言

海岸線是海洋與陸地的分界線，通常定義為多年平均大潮高潮時(shí)形成的海陸分界痕跡線[1—2]。海岸線的位置主要由潮汐作用所決定，同時(shí)也受海岸坡度、岸灘物質(zhì)組成、波浪以及入海河流泥沙作用等因素的影響，變化劇烈[3]。江蘇中部海岸為粉砂淤泥質(zhì)海岸，江海作用復(fù)雜，岸灘時(shí)空演變尺度巨大[4]，由于受到潮汐、風(fēng)暴潮和泥沙侵蝕淤積等影響[5]，特別是近年來(lái)大規(guī)模的圍海和填海造地[6]，海岸線的位置不斷變化。對(duì)江蘇海岸線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是了解海岸沖淤變化動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)[7]，也是海岸帶可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重要任務(wù)[8—9]。

遙感技術(shù)因其獲取信息快，更新周期短，具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特點(diǎn)，可作為海岸線變化監(jiān)測(cè)的有利工具[10—12]。遙感海岸線包括自然岸線和人工岸線。自然岸線定義為岸灘自然狀態(tài)下，平均大潮高潮時(shí)水陸分界線；人工岸線定義為最靠近灘涂外側(cè)、有人為建設(shè)痕跡、遙感可辨的人工地物形成的線狀分界線。目前，海岸線遙感提取方法主要有3類(lèi)：(1)選取高潮位遙感影像，通過(guò)提取影像的瞬時(shí)水邊線或提取其他明顯地物(基巖岸線、人工海堤、植被岸線等)作為海岸線，提取方法有閾值分割法、邊緣檢測(cè)法、波段運(yùn)算法等[13—14]；(2)利用海岸帶遙感影像水邊線蘊(yùn)含的潮位高程信息，構(gòu)建潮灘DEM，恢復(fù)潮灘地形，從而推算海岸線，該方法(水邊線方法)最早由Mason等[15]于1995年提出，國(guó)內(nèi)引入該方法在長(zhǎng)江口[16]、萊州灣[17]和蘇北岸外輻射沙脊群[18]的淤泥質(zhì)灘涂及青島沿岸的基巖海岸[19]等地區(qū)的高程重建中均取得了較好的效果；(3)在水邊線方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)淤泥質(zhì)海岸潮灘平坦寬闊的特點(diǎn)，有學(xué)者提出一種簡(jiǎn)單的潮間帶地形校正方法[20]，假設(shè)潮間帶內(nèi)灘面坡度大致均一，選取兩景時(shí)間間隔盡量相距最短的遙感影像，通過(guò)提取相應(yīng)水邊線及對(duì)應(yīng)的潮位高程信息來(lái)獲取潮灘坡度，借助幾何相似關(guān)系獲得海岸線。

在淤泥質(zhì)海岸海岸線提取中，若以瞬時(shí)水邊線直接作為海岸線，受影像潮情的影響容易存在較大誤差。此外，在基于水邊線提取海岸線的過(guò)程中，如果研究區(qū)范圍較大，由于不同緯度位置的潮汐過(guò)程不同，一景影像只賦一個(gè)潮位也會(huì)引起誤差的積累和擴(kuò)散。因此，本文基于多潮位站插值校正對(duì)水邊線潮位賦值，改進(jìn)了水邊線方法，并結(jié)合實(shí)測(cè)地形數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)了淤泥質(zhì)海岸遙感海岸線的有效推算，監(jiān)測(cè)結(jié)果可為海岸帶開(kāi)發(fā)管理提供支撐。

2 研究區(qū)概況

近年來(lái)江蘇中部沿海地區(qū)開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大，岸灘沖淤變化頻繁，本研究選取自然岸線保有率較高的扁擔(dān)河口至川東港岸段為典型區(qū)，開(kāi)展海岸線遙感監(jiān)測(cè)研究。扁擔(dān)河口至川東港位于江蘇省鹽城市的射陽(yáng)縣與大豐區(qū)(圖1)，海區(qū)潮汐以半日潮為主，淺海分潮顯著[4]。研究區(qū)內(nèi)海岸近南北向延伸，岸線平直，坡度較緩。其中扁擔(dān)河口至四卯酉河口岸段面向開(kāi)敞外海，岸灘平均寬度逐漸從1 km加寬至4 km；四卯酉河口至川東港岸段隔岸外西洋水道與東沙沙脊群相望，受輻射沙脊群掩護(hù)，岸灘較寬，槽溝密布[21]。研究區(qū)內(nèi)布局的大型人工工程主要有射陽(yáng)港、大豐港、王港閘外遷工程等。

據(jù)20世紀(jì)80年代江蘇省海岸帶綜合調(diào)查，扁擔(dān)河口至射陽(yáng)河口屬于廢黃河口南翼，由侵蝕轉(zhuǎn)向穩(wěn)定的過(guò)渡地帶；射陽(yáng)河口至川東港受廢黃河口向南沿岸流及環(huán)向流作用，不斷得到泥沙補(bǔ)給，處于淤漲環(huán)境中[22—23]。但是，近三四十年來(lái)，江蘇海岸的侵蝕岸段已不限于北部廢黃河三角洲海岸，有擴(kuò)大到南部濱海平原的趨勢(shì)[24]。

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 Sketch map of the study area

3 數(shù)據(jù)與方法

3.1 數(shù)據(jù)獲取與處理

用于海岸線遙感推算的影像資料包括2010-2015年Landsat、SPOT-5、HJ-1號(hào)、ZY-3號(hào)、GF-1號(hào)衛(wèi)星影像。所有影像均經(jīng)過(guò)幾何精校正處理，采用WGS84坐標(biāo)系，UTM投影51°N分帶。影像數(shù)據(jù)如表1所示。搜集的覆蓋研究區(qū)的潮位數(shù)據(jù)包括扁擔(dān)河口、射陽(yáng)河口、梁垛河口3個(gè)潮位站點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以及大豐港的潮汐表數(shù)據(jù)(表2)。覆蓋研究區(qū)的潮間帶坡度監(jiān)測(cè)斷面共計(jì)9條(圖1)，在2014、2015年每季度開(kāi)展一次高程復(fù)測(cè)。

3.2 研究方法

3.2.1 線性地物提取

提取的線性地物包括人工岸線和瞬時(shí)水邊線。人工岸線包括鹽養(yǎng)圍堤、港口碼頭、建設(shè)圍堤、道路圍堤及河流河堤。各類(lèi)型人工岸線基于不同的遙感判讀標(biāo)準(zhǔn)[25]，以及在遙感影像上的色調(diào)、紋理及空間形態(tài)與分布等特征，運(yùn)用envi軟件中的面向?qū)ο髨D像分割結(jié)合手動(dòng)交互提取。并結(jié)合岸線解譯標(biāo)志對(duì)提取結(jié)果進(jìn)行目視解譯修正。

表1 遙感影像成像時(shí)刻及對(duì)應(yīng)潮位站點(diǎn)潮位

注：潮位基準(zhǔn)面為平均海平面。

表2 驗(yàn)潮站及潮位數(shù)據(jù)信息

瞬時(shí)水邊線提取中，由于不同的衛(wèi)星傳感器光譜信息存在差異，同時(shí)不同的分辨率也決定了影像能反映地物信息的效果與細(xì)節(jié)，導(dǎo)致在水邊線提取中所需解決的難點(diǎn)也不同。此外，淤泥質(zhì)海岸的特點(diǎn)，潮灘寬平，表層含水量大，近水邊處潮灘上覆大量積水，同時(shí)近岸海水中懸浮泥沙含量高，因此對(duì)于低潮位時(shí)的高分辨率影像，紅波段難以區(qū)分積水的灘涂與懸浮泥沙高的水體之間的分界，近紅外波段則很難區(qū)分含水量高的灘涂與海水。本文制定水邊線提取方案如下：(1)對(duì)于高潮位或潮灘附近地物較單一的影像，直接選用近紅外波段采取單波段密度分割法提取瞬時(shí)水邊線；(2)對(duì)于低潮位影像，潮灘出露范圍大，水邊線難以區(qū)分，需進(jìn)行圖像增強(qiáng)，低精影像主要通過(guò)近紅外波段與紅波段相減進(jìn)行波段運(yùn)算處理；高精影像可以利用閾值結(jié)合NDWI指數(shù)方法[26]，或通過(guò)三波段水體指數(shù)法(TGDWI)進(jìn)行圖像增強(qiáng)。最后在圖像增強(qiáng)的基礎(chǔ)上，采用密度分割法或其他邊緣檢測(cè)的方法提取瞬時(shí)水邊線。其中，三波段水體指數(shù)法是在三波段梯度插值植被指數(shù)[27]的基礎(chǔ)上改進(jìn)得來(lái)，公式如下：

(1)

式中，Rir、Rr、Rg分別為近紅外、紅、綠波段的反射率；λir、λr、λg為相應(yīng)波段波長(zhǎng)。

3.2.2 潮汐調(diào)和計(jì)算

基于搜集的潮位站點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用Pawlowicz等[28]提供的T_Tide程序計(jì)算調(diào)和常數(shù)及潮位預(yù)測(cè)(以平均海平面為基準(zhǔn)面)。該模型的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)潮位資料長(zhǎng)度受限制的情況下，可通過(guò)次要分潮與主要分潮的差比數(shù)，將次要分潮進(jìn)行分離，并對(duì)所保留的分潮作顯著性檢驗(yàn)，從而得到站點(diǎn)的潮汐調(diào)和常數(shù)[29]。并根據(jù)算得的調(diào)和常數(shù)計(jì)算每個(gè)潮位站點(diǎn)的平均大潮高、低潮位[30]。潮位預(yù)測(cè)精度驗(yàn)證以射陽(yáng)河口潮位站點(diǎn)為例，基于2007年6月29日至2007年8月1日的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用T_Tide進(jìn)行調(diào)和計(jì)算，并預(yù)測(cè)2011年10月20日至2011年11月4日的潮位過(guò)程，與對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)(圖2)。其中，平均絕對(duì)誤差0.12m，殘差95%置信區(qū)間為-0.021 7～0.021 7m，服從均值為0的正態(tài)分布。

圖2 射陽(yáng)河口潮位站點(diǎn)潮位預(yù)測(cè)精度評(píng)估Fig.2 Accuracy evaluation of tide prediction at Sheyang Estuary tide station

3.2.3 水邊線離散、潮位與坡度賦值

同一時(shí)刻水邊線上不同位置的地方具有不同的潮位和不同的斷面坡度。據(jù)此，對(duì)水邊線按照一定的距離間隔進(jìn)行分割，離散成多個(gè)相鄰的散點(diǎn)。水邊線離散方案為：依據(jù)畫(huà)外包絡(luò)線的方法，首先是繪制大致平行于所提取水邊線、岸灘走向的分割基線，然后在分割基線上每隔500m繪制一條垂線作為分割線。分割基線中較為曲折的部分，特別是在河口或者潮溝入?？诟浇?，可適當(dāng)增加分割線密度，以及手動(dòng)調(diào)整分割線，使得分割線基本與岸灘垂直(圖3)。整個(gè)研究區(qū)共計(jì)279條分割線。

圖3 水邊線離散方案示意圖Fig.3 Sketch map of method for dispersing the waterlines

離散點(diǎn)潮位賦值是根據(jù)離散點(diǎn)與潮位站的遠(yuǎn)近，把潮位站的預(yù)測(cè)潮位線性插值到散點(diǎn)上。每個(gè)離散點(diǎn)對(duì)應(yīng)的平均大潮高潮位賦值方法同理。離散點(diǎn)坡度賦值時(shí)，若有兩景水邊線空間間隔相距較大的影像，認(rèn)為兩條水邊線之間的坡度即為潮間帶內(nèi)灘面的坡度，選用對(duì)應(yīng)的水邊線離散點(diǎn)與插值的潮位計(jì)算分割線斷面方向的坡度(圖4)，公式如下：

(2)

式中，α為離散點(diǎn)賦值的坡度；(X1,Y1)、(X2,Y2)為兩條水邊線離散點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)；h1、h2為兩條水邊線離散點(diǎn)基于潮位基準(zhǔn)面的潮位高度。

若沒(méi)有合適的影像，選用對(duì)應(yīng)岸段的實(shí)測(cè)斷面坡度進(jìn)行線性插值(主要在灘涂較窄，海岸線為人工岸線的岸段)。

圖4 基于水邊線推算分割線斷面坡度方法示意圖Fig.4 Method of calculating the slope of sections based on waterlines

圖5 平均大潮高潮線離散點(diǎn)推算方案示意圖Fig.5 Method of calculating the mean high tide line

3.2.4 海岸線推算

設(shè)計(jì)海岸線推算方案為：基于插值的坡度結(jié)果，選擇一條水邊線進(jìn)行計(jì)算(圖5)。計(jì)算公式如下：

(3)

(4)

式中，α1為坡度在經(jīng)度方向的投影夾角，(a1，b1)、(a2，b2)為分割線上兩個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，X0為平均大潮高潮線對(duì)應(yīng)點(diǎn)的經(jīng)度坐標(biāo)，h0為基于潮位基準(zhǔn)面的平均大潮高潮位。緯度坐標(biāo)推算方法同理。

將平均大潮高潮線離散點(diǎn)連成線，推算結(jié)果在人工岸線向陸一側(cè)部分以人工岸線代替，生成海岸線。

4 結(jié)果與分析

4.1 海岸線提取結(jié)果

4.1.1 潮位及坡度賦值結(jié)果

根據(jù)搜集的數(shù)據(jù)，77%的離散點(diǎn)坡度值是基于兩景影像的水邊線推算的，部分岸段如扁擔(dān)河口至雙洋港、王港河口至竹港之間，大部分年份潮位較高的影像中水邊線已達(dá)人工岸線，無(wú)法通過(guò)水邊線推算坡度，所以2014-2015年選用對(duì)應(yīng)季度的實(shí)測(cè)坡度進(jìn)行插值，2010-2013年選用2014年實(shí)測(cè)坡度的年平均坡度插值代替。

基于搜集的2014-2015年多季度實(shí)測(cè)坡度，通過(guò)推算所得的坡度值與監(jiān)測(cè)斷面對(duì)應(yīng)季度的實(shí)測(cè)值進(jìn)行坡度的對(duì)比驗(yàn)證(圖6)。選取與斷面最近的分割線的坡度定量計(jì)算誤差。計(jì)算結(jié)果顯示，2014年平均誤差0.1‰，均方根誤差0.38‰，2015年平均誤差0.25‰，均方根誤差0.36‰。均方根誤差低于坡度值一個(gè)數(shù)量級(jí)，表明推算的坡度值偏離程度較小，與實(shí)際情況基本吻合。

以2015年5月12日11時(shí)02分15秒HJ-1影像為例，水邊線潮位及潮間帶平均坡度賦值結(jié)果如圖7所示。

圖6 基于影像推算坡度值與實(shí)測(cè)坡度對(duì)比圖Fig.6 Contrast figure of calculative slope and measured slope

圖7 2015年5月12日11時(shí)02分15秒HJ-1影像水邊線潮位及坡度賦值結(jié)果Fig.7 Assignment results of 2015/05/12 11:02:15 HJ-1 satellite’s tide level and slope

研究區(qū)內(nèi)坡度變化主要在0.001～0.002之間，但由于平均潮差由北向南不斷增大(表3)，潮間帶也越來(lái)越寬。坡度變化在河口之間比較連續(xù)，河口附近坡度變化差異較大。其中，射陽(yáng)河口由于建設(shè)的突堤改變了水動(dòng)力條件，在突堤掩護(hù)下，河口南側(cè)淤長(zhǎng)明顯，灘面寬闊，導(dǎo)致坡度較?。恍卵蟾劭诒卑冻鄙蠋У匦蜗蚝涌趦?nèi)側(cè)凹陷，導(dǎo)致潮間帶內(nèi)灘面變寬，即監(jiān)測(cè)中坡度陡然降低的原因；斗龍港由于河口擺動(dòng)，北側(cè)岸線存在侵蝕后退現(xiàn)象，灘面變窄，導(dǎo)致坡度較大；川東港岸段，在潮間帶向陸一側(cè)潮溝密布，潮位較高時(shí)的水邊線比較曲折，所以相應(yīng)分割線斷面坡度值波動(dòng)較大。

表3 潮位站點(diǎn)潮汐信息

注：潮位基準(zhǔn)面為平均海平面。

4.1.2 海岸線空間分布特征

海岸線遙感提取結(jié)果如圖8所示，其中人工岸線主要分布在扁擔(dān)河口至雙洋港岸段，射陽(yáng)河口北側(cè)以及大豐港至川東港岸段。2010-2015年研究區(qū)人工岸線長(zhǎng)度呈增長(zhǎng)的趨勢(shì)(表3)，由42.66 km增長(zhǎng)至64.3 km；自然岸線長(zhǎng)度則在不斷減少，由117.23 km減少至104.91 km。遙感海岸線總體增長(zhǎng)了約10 km。其中，人工岸線的變化主要發(fā)生在王港河口的工程附近，以及四卯酉河口南側(cè)、王港河口南側(cè)不斷圍墾導(dǎo)致自然岸線轉(zhuǎn)為人工岸線。同時(shí)研究區(qū)內(nèi)北部自然岸線受風(fēng)暴潮影響、南部海岸線淤長(zhǎng)均導(dǎo)致海岸線的空間變化，但對(duì)自然岸線長(zhǎng)度變化影響不大。

4.2 研究區(qū)岸線變遷情況

從監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，研究區(qū)自新洋港以北海岸線主要處于侵蝕狀態(tài)，其中扁擔(dān)河口至雙洋港岸段受侵蝕影響較大，射陽(yáng)河口至新洋港岸段侵蝕變化幅度較?。恍卵蟾壑炼俘埜郯抖纬ズ涌趧×易兓猓治g與淤長(zhǎng)各占一半，且幅度較小，可定義為穩(wěn)定岸線；自斗龍港以南岸線淤長(zhǎng)強(qiáng)度開(kāi)始不斷增大，斗龍港至四卯酉河口岸段及大豐港岸段海岸線向海緩慢推進(jìn)，向南至川東港岸段，海岸線淤長(zhǎng)速率已超過(guò)40 m/a，該段岸線淤長(zhǎng)的泥沙的一個(gè)重要來(lái)源就是研究區(qū)北側(cè)廢黃河三角洲及其水下的三角洲的侵蝕[31]，Wang等[32]也從沉積動(dòng)力學(xué)的角度解釋了大豐港岸段潮灘淤長(zhǎng)的物理機(jī)制。據(jù)此，本文認(rèn)為新洋港至斗龍港岸段為研究區(qū)由北部侵蝕轉(zhuǎn)向南部淤長(zhǎng)的過(guò)渡帶。研究區(qū)2010-2015年海岸線變遷情況如圖9所示。

表3 研究區(qū)遙感海岸線長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖8 研究區(qū)遙感海岸線提取結(jié)果示意圖Fig.8 The extraction results of remote sensing coastlines

圖9 研究區(qū)遙感海岸線2010—2015年變化情況Fig.9 Changes of remote sensing coastlines between 2010 and 2015

圖10 典型岸段侵蝕嚴(yán)重年份的海岸線變化示意圖Fig.10 Severely eroded changes of coastlines in the typical area

圖11 新洋港至斗龍港岸段海岸線變化距離示意圖Fig.11 Changes in the distance of coastlines in Xinyang Harbor to Doulong Harbor coast

圖12 王港河口至川東港岸段2010-2015年海岸線提取結(jié)果Fig.12 The extraction results of coastlines between 2010 to 2015 in Wanggang River Estuary to Chuandong Harbor coast

從遙感海岸線變化情況來(lái)分析，研究區(qū)內(nèi)自北向南，可以分為以沖刷為主的廢黃河口南翼扁擔(dān)河口至射陽(yáng)河口岸段；以海岸線在自然狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)變化為主，平均沖淤速率較小的射陽(yáng)河口至四卯酉河口岸段；自然岸線淤長(zhǎng)明顯、人類(lèi)活動(dòng)頻繁的四卯酉河口至川東港岸段。據(jù)此，本文選擇扁擔(dān)河口至雙洋港岸段、新洋港至斗龍港岸段及王港河口為3個(gè)典型區(qū)。

4.2.1 扁擔(dān)河口至雙洋港岸段

扁擔(dān)河口至雙洋港岸段海岸線變化的主要特征是海岸線的侵蝕后退。該岸段存在大量不穩(wěn)定的以鹽養(yǎng)圍堤為主的人工岸線，受潮汐、波浪及風(fēng)暴潮作用侵蝕，大量養(yǎng)殖塘被沖垮，造成海岸線不斷改變后退，由侵蝕造成的最大后退距離達(dá)到208 m，人工岸線平均后退約55 m。目前，相關(guān)部門(mén)正在對(duì)雙洋港岸段進(jìn)行海岸線整治修復(fù)。

通過(guò)計(jì)算海岸線之間的包絡(luò)面積得出，扁擔(dān)河口至雙洋港岸段2010-2015年向海推進(jìn)面積約20 hm2，受侵蝕面積約107.96 hm2。在雙洋港兩側(cè)，侵蝕尤為嚴(yán)重，雙洋港北側(cè)(圖10b中所示岸段)2011-2014年侵蝕導(dǎo)致岸線變化十分劇烈，2014年相比2011年受侵蝕面積達(dá)24.77 hm2；雙洋港南側(cè)(圖10c中所示岸段)2013年相對(duì)2011年侵蝕后退面積達(dá)13.3 hm2。其中，部分養(yǎng)殖塘沖垮廢棄后，海岸線由人工岸線恢復(fù)為自然岸線。

4.2.2 新洋港至斗龍港岸段

新洋港至斗龍港岸段的特點(diǎn)是海岸線在自然狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)變化。該段岸線為鹽城國(guó)家級(jí)珍禽自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)，嚴(yán)禁任何形式的人類(lèi)開(kāi)發(fā)改造活動(dòng)。從提取的遙感海岸線結(jié)果來(lái)看，新洋港至斗龍港岸段岸線整體穩(wěn)定，2011-2015年提取的海岸線總體相對(duì)2010年的海岸線來(lái)回?cái)[動(dòng)(圖11)，除斗龍港北側(cè)岸段，擺動(dòng)幅度在-90～120 m之間。斗龍港北側(cè)侵蝕較為明顯，最大擺動(dòng)距離約170 m。

4.2.3 王港河口岸段

王港河口岸段海岸線變化的主要原因?yàn)槿斯鷫?，也是造成研究區(qū)人工岸線長(zhǎng)度變化的主要區(qū)域(圖12)。王港河口及王港河南側(cè)岸段從遙感監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，2010年該段海岸線為自然岸線；2011年王港河南側(cè)開(kāi)始向外繼續(xù)圍墾，部分自然岸線被人工岸線替代；2012年王港河閘下遷工程大規(guī)模建設(shè)，人工岸線長(zhǎng)度增加了約9 km，同時(shí)王港河南側(cè)的養(yǎng)殖塘被荒廢，部分人工岸線退回自然岸線；2013年王港河南側(cè)繼續(xù)向外圍墾，直至2014年該段岸線已全部為人工岸線；2015年王港河閘下遷工程配套的海堤匡圍工程基本完工，向內(nèi)彎曲的河流河堤岸線由外側(cè)拉直的建設(shè)圍堤岸線代替，導(dǎo)致人工岸線縮短約9 km。

5 結(jié)論

對(duì)于江蘇中部雙洋港至川東港粉砂淤泥質(zhì)海岸的海岸線遙感監(jiān)測(cè)，本文基于多潮位站對(duì)水邊線潮位插值校正，結(jié)合潮間帶地形校正，實(shí)現(xiàn)了遙感海岸線的有效推算。結(jié)論表明：江蘇中部海岸平直岸線的潮間帶平均坡度主要在在0.001～0.002之間，潮間帶寬度由北向南越來(lái)越寬。研究區(qū)內(nèi)，呈由北部侵蝕轉(zhuǎn)向南部淤長(zhǎng)的趨勢(shì)。認(rèn)為新洋港至斗龍港岸段應(yīng)作為侵蝕轉(zhuǎn)向淤長(zhǎng)的過(guò)渡帶。研究區(qū)北部扁擔(dān)河口至運(yùn)糧河口侵蝕現(xiàn)象較為嚴(yán)重，大量低標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)殖塘圍堤受風(fēng)暴潮影響，不斷被沖垮，岸線后退；射陽(yáng)河口至四卯酉河口岸段，從短時(shí)間尺度來(lái)看，變化幅度較?。淮筘S港及王港河口附近岸段人工圍墾導(dǎo)致岸線變化劇烈；南部川東港附近自然岸線淤長(zhǎng)已相對(duì)明顯。

本文的方法主要適用于潮間帶寬闊、坡度平緩的海岸，但由于坡度平緩，對(duì)潮位預(yù)測(cè)精度要求較高，避免誤差的擴(kuò)散。此外，實(shí)際監(jiān)測(cè)中，假設(shè)選取的水邊線之間的坡度即為潮間帶內(nèi)灘面的坡度，但潮灘上不可避免的存在槽溝及陡坎，往往會(huì)導(dǎo)致一些異常點(diǎn)，對(duì)于岸線的逐年監(jiān)測(cè)影響較大。該方法雖然在平直的粉砂淤泥質(zhì)海岸遙感海岸線推算中取得較好的成果，但對(duì)于潮流及海岸地形不同的地區(qū)，本文方法的普遍適用性問(wèn)題還需進(jìn)一步探討。

[1] Noujas V, Thomas K V, Badarees K O. Shoreline management plan for a mudbank dominated coast[J]. Ocean Engineering, 2016, 112:47-65.

[2]索安寧,曹可,馬紅偉,等. 海岸線分類(lèi)體系探討[J]. 地理科學(xué), 2015, 35(7):933-937.

Suo Anning, Cao Ke, Ma Hongwei, et al. Discussion on classification system of coastline[J]. Scientia Geographica Sinica, 2015, 35(7):933-937.

[3] Boak E H, Turner I L. Shoreline definition and detection: A review[J]. Journal Coast of Research, 2005, 21(4): 688-703.

[4] 張長(zhǎng)寬，等. 江蘇省近海海洋環(huán)境資源基本現(xiàn)狀[M]. 北京: 海洋出版社, 2013: 99-110.

Zhang Changkuan, et al. The Basic Status of Marine Environmental Resources in the Coast of Jiangsu[M]. Beijing: China Ocean Press, 2013: 99-110.

[5] Chen W W, Chang H K. Estimation of shoreline position and change from satellite images considering tidal variation[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2009, 84(1): 54-60.

[6] 徐敏,李培英,陸培東.淤漲型潮灘適宜圍填規(guī)模研究——以江蘇省為例[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2012: 230-235.

Xu Ming, Li Peiying, Lu Peidong. Research on Appropriate Reclamation Scale of Prograding Tidal Flat—A Case Study of Jiangsu Province[M]. Beijing: Science Press, 2012: 230-235.

[7] Moussaid J, Fora A A, Zourarah B, et al. Using automatic computation to analyze the rate of shoreline change on the Kenitra coast, Morocco[J]. Ocean Engineering, 2015, 102:71-77.

[8] Dellepiane S, Laurentiis R D, Giordano F. Coastline extraction from SAR images and a method for the evaluation of the coastline precision[J]. Pattern Recognition Letters, 2004, 25(13):1461-1470.

[9] Rasuly A, Naghdifar R, Rasoli M. Monitoring of Caspian Sea coastline changes using object-oriented techniques[J]. Procedia Environmental Sciences, 2010, 2(1):416-426.

[10]高義, 王輝, 蘇奮振, 等. 中國(guó)大陸海岸線近30a的時(shí)空變化分析[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2013, 35(6): 31-42.

Gao Yi, Wang Hui, Su Fenzhen, et al. Spatial and temporal of continental coastline of China in recent three decades[J]. Haiyang Xuebao, 2013,35(6):31-42.

[11] 謝東風(fēng), 潘存鴻, 曹穎, 等. 近50a來(lái)杭州灣沖淤變化規(guī)律與機(jī)制研究[J]. 海洋學(xué)報(bào),2013,35(4):121-128.

Xie Dongfeng, Pan Cunhong, Cao Ying, et al. Decadal variations in the erosion/deposition pattern of the Hangzhou Bay and their mechanism in recent 50a[J]. Haiyang Xuebao, 2013,35(4):121-128.

[12] 劉鵬, 王慶, 戰(zhàn)超, 等. 基于DSAS和FA的1959—2002年黃河三角洲海岸線演變規(guī)律及影響因素研究[J].海洋與湖沼,2015,46(3):565-594.

Liu Peng, Wang Qin, Zhan Chao, et al. Quantitative analysis of coastline change in the yellow river delta from 1959 to 2002[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2015,46(3):565-594.

[13] 申家雙, 翟京生, 郭海濤. 海岸線提取技術(shù)研究[J]. 海洋測(cè)繪, 2009, 29(6):74-77.

Shen Jiashuang, Zhai Jingsheng, Guo Haitao. Study on coastline extraction technology[J]. Hydrographic Surveying and Charting, 2009, 29(6): 74-77.

[14] 余景,陳丕茂,賈曉平,等. 基于遙感和GIS技術(shù)的水邊線提取方法研究進(jìn)展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2012, 40(32): 15989-15991.

Yu Jing, Chen Pimao, Jia Xiaoping, et al. Research progress on coastline extraction based on remote sensing and GIS technique[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2012, 40(32): 15989-15991.

[15] Mason D C, Davenport I J, Robinson G J, et al. Construction of an inter-tidal digital elevation model by the ‘Water-Line’ Method[J]. Geophysical Research Letters, 1995, 22(23): 3187-3190.

[16] 沈芳, 郜昂, 吳建平, 等. 淤泥質(zhì)潮灘水邊線提取的遙感研究及DEM構(gòu)建——以長(zhǎng)江口九段沙為例[J]. 測(cè)繪學(xué)報(bào), 2008, 37(1): 102-107.

Shen Fang, Gao Ang, Wu Jianping, et al. A remotely sensed approach on waterline extraction of silty tidal flat for DEM construction: A case study in Jiuduansha shoal of Yangtze River[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2008, 37(1): 102-107.

[17] 倪紹起,張杰,馬毅,等. 基于機(jī)載LiDAR與潮汐推算的海岸帶自然岸線遙感提取方法研究[J]. 海洋學(xué)研究, 2013, 31(3): 55-61.

Ni Shaoqi, Zhang Jie, Ma Yi, et al. Natural coastline extraction based on airborne LiDAR date and tidal estimation[J]. Journal of Marine Sciences, 2013, 31(3): 55-61.

[18] 馬洪羽, 丁賢榮, 葛小平, 等. 輻射沙脊群潮灘地形遙感遙測(cè)構(gòu)建[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2016, 38(3): 111-122.

Ma Hongyu, Ding Xianrong, Ge Xiaoping, et al. Remote sensing and remote measuring approach to construct tidal flat terrain in the radial sand ridges[J]. Haiyang Xuebao, 2016, 38(3): 111-122.

[19] 劉善偉,張杰,馬毅,等. 遙感與DEM相結(jié)合的海岸線高精度提取方法[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用, 2011, 26(5): 613-618.

Liu Shanwei, Zhang Jie, Ma Yi, et al. Coastline extraction method based on remote sensing and DEM[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2011, 26(5):613-618．

[20] 劉艷霞, 黃海軍, 丘仲鋒, 等. 基于影像間潮灘地形修正的海岸線監(jiān)測(cè)研究——以黃河三角洲為例[J]. 地理學(xué)報(bào), 2012, 67(3): 377-387.

Liu Yanxia, Huang Haijun, Qiu Zhongfeng, et, al. Monitoring change and position of coastlines from satellite images using slope correction in a tidal flat: A case study in the Yellow River delta[J]. Acta Geographica Sinica, 2012, 67(3): 377-387.

[21] 王建, 等. 江蘇省海岸灘涂及其利用潛力[M]. 北京: 海洋出版社, 2012: 67-71.

Wang Jian, et al. Coastal Wetland in Jiangsu and Its Potential for Utilization[M]. Beijing: China Ocean Press, 2012: 67-71.

[22] 任美鍔. 江蘇省海岸帶與海涂資源調(diào)查報(bào)告[M]. 北京: 海洋出版社,1986:60-64.

Ren Meie. Investigation Report of Coastal Zone and Coastal Resources in Jiangsu[M]. Beijing: China Ocean Press, 1986: 60-64.

[23] 陳君, 王義剛, 張忍順, 等. 江蘇岸外輻射沙脊群東沙穩(wěn)定性研究[J]. 海洋工程, 2007, 25(1): 105-113.

Chen Jun, Wang Yigang, Zhang Renshun, et al. Stability study on the Dongsha Sandbanks in submarine radial sand ridges field off Jiangsu Coast[J]. The Ocean Engineering, 2007, 25(1): 105-113.

[24] 張忍順, 陸麗云, 王艷紅. 江蘇海岸侵蝕過(guò)程及其趨勢(shì)[J]. 地理研究, 2002, 21(4): 469-478.

Zhang Renshun, Lu Liyun, Wang Yanhong. The mechanism and trend of coastal erosion of Jiangsu Province in China[J]. Geographical Research, 2002, 21(4): 469-478.

[25] 孫偉富, 馬毅, 張杰, 等. 不同類(lèi)型海岸線遙感解譯標(biāo)志建立和提取方法研究[J]. 測(cè)繪通報(bào), 2011(3): 41-44.

Sun Weifu, Ma Yi, Zhang Jie, et al. Study of remote sensing interpretation keys and extraction technique of different types of shoreline[J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2011(3): 41-44.

[26] 李猷, 王仰麟, 彭建, 等. 深圳市1978 年至2005 年海岸線的動(dòng)態(tài)演變分析[J]. 資源科學(xué), 2009, 31(5): 875-883.

Li You, Wang Yanglin, Peng Jian, et al. Research on dynamic changes of coastline in Shenzhen City based on landsat image[J]. Resources Science, 2009, 31(5): 875-883.

[27] 唐世浩, 朱啟疆, 王錦地, 等. 三波段梯度差植被指數(shù)的理論基礎(chǔ)及應(yīng)用[J]. 中國(guó)科學(xué)D輯, 2003, 33(11):1094-1102.

Tang Shihao, Zhu Qijiang, Wang Jindi, et al. Theoretical basis and application of Tri-band gradient difference vegetation index[J]. Science in China (Series D), 2003, 33(11):1094-1102.

[28] Pawlowicz R, Beardsley B, Lentz S. Classical tidal harmonic analysis including error estimates in MATLAB using T_TIDE[J]. Computers & Geosciences, 2002, 28(8):929-937.

[29] 曾定勇, 倪曉波, 黃大吉. 南麂島附近海域潮汐和潮流的特征[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2012, 34(3): 1-10.

Zeng Dingyong, Ni Xiaobo, Huang Daji. Harmonic analysis of tide and tidal current near Nanji Island, Zhejiang Provinc[J]. Haiyang Xuebao, 2012, 34(3): 1-10.

[30] 許家琨, 劉雁春, 許希啟, 等. 平均大潮高潮面的科學(xué)定位和現(xiàn)實(shí)描述[J]. 海洋測(cè)繪, 2007, 27(6): 19-24.

Xu Jiakun, Liu Yanchun, Xu Xiqi, et al. Scientific locating and practical descripting on mean high water springs[J]. Hydrographic Surveying and Charting, 2007, 27(6): 19-24.

[31] 張忍順. 蘇北黃河三角洲及濱海平原的成陸過(guò)程[J]. 地理學(xué)報(bào), 1984, 39(2): 173-184.

Zhang Renshun. Land-forming history of the Huanghe River delta and coastal plain of North Jiangsu[J]. Acta Geographica Sinica, 1984, 39(2): 173-184.

[32] Wang Yaping, Gao Shu, Jia Jianjun, et al. Sediment transport over an accretional intertidal flat with influences of reclamation, Jiangsu coast, China[J]. Marine Geology, 2012, 291-294: 147-161.

Research on monitoring coastline changes by remote sensing in muddy coast, central Jiangsu coast

Chen Weitong1, Zhang Dong1,2, Shi Shunjie1, Zhou Jing1, Kang Min1

(1.DepartmentofGeography,NanjingNormalUniversity,Nanjing210023,China; 2.JiangsuCenterforCollaborativeInnovationinGeographicalInformationResourceDevelopmentandApplication,Nanjing210023,China)

Monitoring coastline changes is the basis of understanding the change of coastal erosion and deposition. Considering the gentle slope of muddy tidal flat and the influence of tide, this paper improves the ‘Water-Line’ method by valuing discrete points of waterlines based on multiple tide monitoring stations and calculating average slope of tidal flat. The results were tested by measured slope of tidal flat. The study chose Biandan River Estuary to Chuandong Harbor coast, frequent change of erosion and deposition and high retention rate of the natural shoreline, to monitoring remote sensing coastline changes. Results showed that, slope of study area is between 0.001 to 0.002 and the intertidal zone is becoming wider from north to south. Biandan River Estuary to Sheyang River Estuary coast is in the eroding environment. A mass of artificial shoreline mainly composed of pond cofferdams are continuously eroded backwards to the sea; Sheyang River Estuary to Simaoyou River Estuary coast is mainly in the change under natural state. The average eroding rate of this area is less than 10 m/a, which is little; Simaoyou River Estuary to Chuandong Harbor coast is in the depositional environment. And the artificial shoreline in this area continuously advances to the sea because of reclamations. According to the results, this paper argues that Xinyang Harbor to Doulong Harbor coast should be the transition zone of study area from northern erosion to southern deposition.

muddy tidal flat; remote sensing; tide; slope of tidal flat; erosion and deposition; coastline

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.05.013

2016-07-28；

2016-12-06。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401371)；江蘇省測(cè)繪地理信息科研項(xiàng)目(JSCHKY201504)；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(164320H116)。

陳瑋彤(1992—)，男，江蘇省靖江市人，主要從事海岸帶資源開(kāi)發(fā)利用研究。E-mail：chenweitong_em@163.com

*通信作者：張東，博士，副教授，研究方向?yàn)楹Ｑ笮畔⒓夹g(shù)與海岸帶資源開(kāi)發(fā)管理。E-mail：zhangdong@njnu.edu.cn

TP79;P717

A

0253-4193(2017)05-0138-11

陳瑋彤, 張東, 施順杰, 等. 江蘇中部淤泥質(zhì)海岸岸線變化遙感監(jiān)測(cè)研究[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2017, 39(5): 138-148,

Chen Weitong, Zhang Dong, Shi Shunjie, et al. Research on monitoring coastline changes by remote sensing in muddy coast, central Jiangsu coast[J]. Haiyang Xuebao, 2017, 39(5): 138-148, doi：10.3969/j.issn.0253-4193.2017.05.013