摘要:滦河三角洲潟湖-沙坝海岸在我国海岸类型中最具特色,具有重要的教学和科研价值,在自然和人类共同作用下,海岸线一直处于动态的演变过程中。选取1987年、2000年和2014年三期遥感影像提取岸线数据,计算近年来潟湖-沙坝海岸岸线纵深度、年均变化速率和稳定性指数,分析各沙坝海岛岸线的稳定性。结果显示滦河三角洲潟湖-沙坝岸线以向陆蚀退为主,最大纵深度变化向陆蚀退近400m,最大纵深度年均变化速度达-30m/a,岸线以微侵蚀至严重侵蚀所占比例达到87%,74%海岛稳定性指数小于0.4。这主要是由于滦河中上游修建水库导致入海泥沙量减少,同时港口、养殖池的修建也对岸线稳定性起到负面影响。
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):214-220.
[4]高善明,李元芳,安凤桐,等.滦河三角洲滨岸沙体的形成和海岸线变迁[J].海洋学报,1980,2(4):102-114.
[5]高善明.全新世滦河三角洲相和沉积模式[J].地理学报,1981,36(3):303-314.
[6]李从先,陈刚,王传广,等.论滦河冲积扇—三角洲沉积体系[J].石油学报,1984,5(4):27-36.
[7]刘福寿.现代滦河三角洲发育特征[J].海洋通报,1993,12(1):54-60.
[8]吴桑云,耿秀山,金永德,等.冀东潟湖系统演进与人类干预影响[J].海洋科学进展,2008,26(2):190-199.
[9]邢容容,刘修锦,邱若峰,等.唐山市砂质岸线近期冲淤演变分析[J].海洋环境科学,2017,36(1):101-106,113.
[10]方成,王小丹,杨金霞,等.唐山市海岸线变化特征及环境影响效应分析[J].海洋通报,2014,33(4):419-427.
[11]黎刚,殷勇.滦河下游河道及三角洲地貌的近期演化[J].地理研究,2010,29(9):1606-1615.
[12]施佩歆,王福,商志文,等.津冀海岸线现状、变化特征及保护建议[J].地质通报,2016,35(10):1630-1637.
[14]程林,王伟伟,付元宾,等.不同类型海岛的海滩稳定性分析——以大连长兴岛和唐山打网岗岛为例[J].海洋科学进展,2015,33(3):313-323.
[15]陈文超,邱若峰,邢容容,等.基于强浪下的祥云岛岸滩侵淤特征及防护措施[J].海洋地质前沿,2016,32(11):40-46.
[18]曹珂,李梅娜,刘金庆.滦河三角洲表层沉积物黏土矿物特征[J].海洋地质与第四纪地质,2016,36(6):7-11.
[19]杨燕雄,刘修锦,邱若峰,等.运用DSAS和SMC分析人工岛建设对岸线变化的影响[J].中国海洋大学学报,2017,47(10):162-168.
[23]张云,张建丽,李雪铭,等.1990年以来中国大陆海岸线稳定性研究[J].地理科学,2015,35(10):1288-1293.
刘修锦,邢容容,邱若峰,陈文超.滦河三角洲典型潟湖-沙坝海岸岸线稳定性评价[J].海洋环境科学,2020,39(03):426-431.
基金:河北省地矿局项目资助(冀地地审[2016]26号).
分享:
在山地冰川的发育过程中,冰斗是其重要的侵蚀地貌之一。目前,国内外学者对于冰斗的形态特征(长、宽、高、面积等)、冰斗发育的地形特征(高度、坡度、方位等)以及冰斗所在地的地形、岩性、构造等进行系统化、全方面的分析[3],进而探讨冰斗发育的控制性因素,进一步为冰川发展变化乃至气候变化找到依据。
2020-12-01古海洋学是海洋地质的一个分支学科,是根据海洋沉积物研究地质历史时期的海洋各种物理和化学参数、生物生态、洋流运动、气候变化的演变过程。古海洋学是一门新兴的交叉学科,诞生于20世纪70年代的大洋深海钻探。古海洋学发展40多年来,其内涵和研究范围在不断扩大。
2020-07-11海岸线不仅是海陆分界线,更是地形图和海图的基础要素,是国际地质科学联合会(IUGS)提出的27个全球“地质指标”之一[1]。海岛海岸带是海洋系统和陆地系统的接合部,其范围包括陆地、海陆过渡带和海域三大地貌单元,是海陆交互作用最强烈的区域,也是人类活动最频繁的区域[2]。
2020-07-11海岸线分类与开发利用现状研究是开展海岸线规划、海岸带统筹管理的重要本底信息,也是管理决策的重要依据。本研究以天津市海岸线为研究对象,获得了天津市海岸线分布现状,结果显示:天津市海岸线总长约367公里,岸线类型全部为人工岸线,围海造陆及港口岸线长度约281公里,所占比例达到了76.80%。
2020-07-11塔斯曼海是西南太平洋一个重要的边缘海,是渐新世澳大利亚板块与太平洋板块的扩张作用使接合面分裂形成的小洋盆[1],具特殊的大地构造背景,其资源环境效应也受到国内外的广泛关注。因此,明确塔斯曼海与大陆边缘的构造演化关系,不仅对理解新生代塔斯曼海地区复杂的地质演化历史意义重大,对该区域内的油气资源勘探开发也具有很大的指导意义。
2020-07-11在海岸演变过程中,天然岬角或人工岬头掩蔽的海滩通常存在一个平衡状态[1],此时海岸达到最稳定形状,没有长期的侵蚀或淤积趋势,即使受到大风浪侵蚀,风暴过后也能在自然作用下恢复原有形状。因此,在海滩养护工程中,建设岬湾海岸是稳定侵蚀海岸线的理想方法[2]。
2020-07-11对取自东太平洋CC区西部的XTGC1301重力活塞柱样进行了详细的磁性地层学研究,结合柱样的岩性、生物地层学及附近海区其他柱状样的已有结果,对该柱样进行了地层划分。沉积物岩性以深海粘土为主,含少量硅质生物组分与沸石,未见钙质组分,具有较高的生物成因重晶石。
2020-07-11海洋地质编图是维护国家主权与权益、建设海洋强国的重要技术保障(刘光鼎,2014).自20世纪80年代以来,随着各项海洋地质地球物理调查的开展,一系列的基础性海洋地学图件相继问世,其中影响力最大的是刘光鼎院士主编的《中国海区及邻域地质地球物理系列图(1∶500万)》(刘光鼎,1992a).
2020-07-11悬浮体是细颗粒沉积物的前身,通常由陆源碎屑、浮游生物等细颗粒物组成。陆源的悬浮体是边缘海沉积物的主要来源,河口和陆架上广泛分布的泥质沉积体就是细颗粒物质沉降、堆积的产物。作为陆源有机碳的重要储库,悬浮体的变化对全球碳循环和气候变化有重要影响,同时其循环过程控制了营养盐的输运,一定程度上也影响了海洋生态系统。
2020-07-11海域松属花粉和蕨类植物总体上随海水深度的增加含量增加,松属花粉主要是通过风力搬运入海沉积,蕨类植物孢子主要通过水流搬运入海沉积,来源范围较广阔;而其它木本植物和草本植物花粉呈现出随离岸距离的增加浓度和百分含量降低,且主要通过水流搬运入海在近岸沉积,孢粉来源范围小,区域性显著。
2020-07-11人气:6655
人气:5385
人气:3976
人气:2495
人气:2429
我要评论
期刊名称:热带海洋学报
期刊人气:1296
主管单位:中国科学院
主办单位:中国科学院南海海洋研究所
出版地方:广东
专业分类:科学
国际刊号:1009-5470
国内刊号:44-1500/P
邮发代号:82-8
创刊时间:1982年
发行周期:双月刊
期刊开本:大16开
见刊时间:一年半以上
影响因子:1.280
影响因子:0.452
影响因子:0.000
影响因子:0.841
影响因子:0.337
400-069-1609
您的论文已提交,我们会尽快联系您,请耐心等待!
你的密码已发送到您的邮箱,请查看!