Question

海岸线演化

Answer 1

7.2.1.1 技术方法

RS（remote sensing，卫星遥感）技术自问世至今，经过数十年的发展历程，以其多时相、多光谱、高分辨率的特点，已广泛应用于陆地、海洋、大气等诸多领域，在海岸线动态监测方面也具有极大的优势；辅之以GIS（geographical information system，地理信息系统），可以对遥感图像进行叠加分析，得出黄河三角洲地区海岸线演化的时空动态特征。

以多时相高分辨率卫星遥感影像为主要数据源，经过几何精校正与配准，将法国陆地卫星SPOT数据与信息量丰富的美国陆地卫星ETM数据进行联合处理，形成相对完整时间序列的遥感影像集。

（1）几何校正

该工作以研究海岸线变化为目的，解译精度要求较高；在初步解译的基础上，结合1：10万地形图，选择校正控制点进行粗校正，然后利用1：2.5万地形图选好对应的校正控制点进行几何精校正；每幅影像校正控制点不少于20个；经校正后的遥感影像每个像素均具有地理坐标信息。

（2）高精度数据融合处理

首先进行地理要素注记编辑，然后将注记内容作一图层分层管理，以免修改地理要素而影响遥感信息；重点地段使用SPOT高精度数据，以提高几何分辨率；将单调的全色波段数据信息与信息量丰富的ETM数据进行融合处理，丰富信息量。

（3）动态演化图像处理

选用不同时段相同波段的数据进行假彩色合成、逻辑处理，以反映不同时间海岸线演化特征；得出黄河三角洲地区典型年份遥感影像图，并最终作为地理信息系统的部分数据信息。

7.2.1.2 海岸线演化特征

对遥感影像分类处理，进行人机交互式解译，采用RS与GIS融合成图技术自动提取海岸线并叠加分析，统计了黄河三角洲海岸线长度与陆地面积的变化，分析海岸线演化的时空动态特征。

1976～1992年，黄河三角洲海岸线总长度呈线性增长，增长速率较快，平均为7.6km/a；1992年以后，岸线长度开始逐年减少，2001年减至最低为234.15km，但与1976年相比仍有所增长；这是由于1992年以后，黄河时常断流，水沙来量大幅度减少，河口沉积物源缺失而引起的。1976年黄河改道清水沟后，黄河三角洲海岸线变迁的总体趋势为：南部黄河口地区不断向海淤积扩张，北部刁口地区不断侵蚀后退，东北部黄河海港地区基本稳定。

（1）黄河口岸段

从遥感影像图中可以看出（图7.1），自1976年黄河改道清水沟后，新河口地区迅速向海淤积扩张，形成“楔形”沙嘴。1976年10月～1981年2月，清水沟流路尚未形成明显的沙嘴，还处在摆动之中。这一时期黄河口处于发育初期的填湾阶段，水流散乱，无稳定流路，但沙嘴已呈淤积延伸之势，其间造陆速率较大，平均为32km²/a。1981年2月～1984年11月，沙嘴明显地向东淤积扩张，口门淤积速度达5km/a。1986年6月～1992年4月，黄河口逐渐近似于“楔形”，主河道位置稳定在东南方向，沙嘴稳定延伸，但顶部还没有完全盈满。这一阶段黄河尾闾受大堤影响，河道顺直，一直处于填洼造陆过程中，黄河口门不断向东南方向推进。至1992年4月，河口沙嘴向前突伸了约8.2km，造陆速率为12km²/a。1992年4月～1996年5月，黄河口逐渐形成了一个饱满的“楔子”向海突进，沙嘴头部向海淤伸约5.5km，造陆速率为9.25km²/a。1996年以后，为使胜利油田变海上开采为陆上开采，人工引黄河从北汊入海，改变了泥沙淤积条件。1996～2000年北汊造陆速率加快，迅速淤出一个小沙嘴，原有大沙嘴顶端开始侵蚀，河口地区造陆面积小于侵蚀面积，陆地面积净变化量出现负值。2000～2004年，由于黄河断流及来水来沙量减少，北汊沙嘴淤进与蚀退交替，变化不大，南部大沙嘴持续侵蚀，陆地总面积损失44km²。2004～2006年，南部大沙嘴仍为侵蚀，但北汊沙嘴迅速向海淤进，造陆净面积为22km²。

图7.1 黄河口遥感影像图

（a）1986年黄河口遥感影像图；（b）1996年黄河口遥感影像图；（c）2004年黄河口遥感影像图

黄河口海岸线演化状况见图7.2，可以看出，海岸线不断向海域淤积扩张；河口南侧演化经历了摆动期、明显淤积扩张期、淤积速率平稳期、淤积速率加快期等阶段；黄河从北汊入海后，北汊造陆速率加快，南侧遭受侵蚀。

图7.2 黄河口海岸线演化

黄河口海岸线演化取决于入海泥沙的堆积过程（河海动力）与海洋对泥沙的侵蚀过程（莱州湾潮流流场）两者之间的对比。黄河口海岸段属建设型海岸，沙嘴延伸蚀退与来水来沙之间的关系最为密切，即沙嘴延伸长度与水沙比（时段来沙量与来水量之比）成正比。沙嘴前端的这种淤进蚀退与沙嘴附近地区的造陆面积之间存在着一种近似的线性关系，即沙嘴前端淤进延伸，带动着沙嘴附近海岸线的淤进，整个黄河口地区的净造陆面积增加，淤进延伸的快慢决定着净造陆面积的大小。

（2）刁口岸段

自1976年黄河改道清水沟流路以来，刁口地区的沙嘴及附近海岸线一直处于蚀退状态（图7.3）。在黄河改道之前，沙嘴处于延伸状态，延伸速率约为1.5km/a。根据胜利油田资料，1976年黄河改道后，刁口河故道区域物源断绝，海岸线迅速蚀退；1976～2000年，0m等深线已蚀退10.5km，平均每年437m，水线目前已进入油田内部。从遥感信息可知，1976年4月～1981年2月，沙嘴被侵蚀104km²，侵蚀速率为20.8km²/a；1981年2月～1992年4月，沙嘴被侵蚀84km²，侵蚀速率为7.6km²/a；1992年4月～1996年5月，略有淤积，淤积面积为7km²，淤积速率为1.8km²/a；1996年5月～2001年3月，蚀退面积约为52km²，侵蚀速率为10.4km²/a；2001年3月～2005年4月，岸线基本处于冲淤平衡状态，没有较大变化。

图7.3 刁口地区海岸带遥感影像图

（a）1986年刁口地区遥感影像图；（b）1996年刁口地区遥感影像图；（c）2004年刁口地区遥感影像图

刁口岸段埕北海区11a来岸边至12m水深表现为以冲刷为主，一般刷深0.8～1.5m，年刷深速率0.1m左右。5～10m水深，是埕岛油田水下岸坡最不稳定的海区，表现为沟脊相间、冲刷严重，最大刷深达3.8m，11年的年均刷深0.18m。10m水深以下，表现为略冲略淤或不冲不淤的准平衡状态。

从以上刁口岸段海岸演化可以看出，1976年黄河改道初期，岸线全面蚀退，侵蚀速率较大；1981年以后，侵蚀速率逐渐趋缓，某些年份略有淤积；2001年后，岸线基本处于冲淤平衡。

分析认为，刁口河流路断流以后，在没有人为干扰的情况下，沙嘴及其附近海岸线处于蚀退状态，初期较快、逐渐减缓、直至暂时平衡；在有人为干扰的情况下，沙嘴及岸线的暂时平衡遭到破坏，海岸呈淤积延伸状态。但这种淤进与行水流路的淤进有所不同，行水流路的海岸淤进是在沙嘴带动下的淤积延伸，延伸幅度与来水来沙等多种因素有关；人为干扰下的海岸淤进是整个海岸线的平行延伸，且延伸幅度呈衰减之势。

（3）黄河港岸段

黄河海港于1985年建成，地处M₂分潮无潮点附近。在建港之前，刁口河未改道的1975～1976年，海港附近海岸线处于蚀退状态。1976～1984年，刁口河附近岸线的大面积蚀退，部分泥沙在海洋动力的作用下，被带到这一区域，造成该区域海岸线的淤进。1985年建港后，由于海港防潮堤的突出，港口左侧，海洋动力作用加强，岸线处于蚀退状态；港口右侧，海岸线处于淤伸状态。因港口左侧的蚀退影响港口的安全，于1986年在该处修建一座防潮堤坝，阻止港口左侧岸线的蚀退；但建成不久，即被大潮冲垮，复于1987年在左侧蚀退段修建新的防潮大堤。

另外，1988年桩西油田建成之后，海岸线基本被固定下来。与此同时，港口右侧的岸线由淤积状态转为蚀退状态，但蚀退幅度不大。考虑到港口安全，于1990年在港口右侧修建一条长约2km的一般防护堤（图7.4），基本控制了该段海岸线的蚀退。1990年以后，海岸线没有大的变化。

图7.4 黄河港附近的防护堤

7.2.1.3 海岸线演化影响因素

结合黄河各水文站数十年实测数据和资料，并分析海岸线演化机制，认为海岸线演化的主要影响因素为黄河来水来沙量、岸坡岩土工程地质特性、海洋动力、海平面上升及地面沉降等。

（1）黄河来水来沙量

水量、沙量的减少导致海岸蚀退，改变了滨海水动力条件，破坏了水盐平衡和水土环境系统，导致近岸水域及滨海环境退化，使河口地区水文和生态发生恶化；向海输运有机质与营养盐的减少，还降低了河口地区的水体生产力。

（2）岸坡岩土工程地质特性

黄河三角洲海岸带是中国最新的陆地，新近沉积的地层具有其独特的工程地质特性，由于其自重固结过程尚未完成，三角洲相的黏性土层表现出承载力低、易沉降的特点，砂性土则表现出易流失的特点。在黄河来水来沙量急剧减少的情况下，海岸蚀退相当严重，并因此引发湿地退化、河道两侧水质变差、土壤盐渍化和沙化、近海海域生物群落变化等诸多问题。

（3）海洋动力、海平面上升及地面沉降

海洋动力是威胁海堤安全、造成海岸侵蚀的主要营力，是导致海岸侵蚀的外因。黄河口邻接海域为渤海，渤海是水浅、潮弱的半封闭海湾，五号桩外有无潮区，其潮差只有16cm，潮流速度可达150cm/s，潮流为西北向，易于沉积物搬运。渤海沿岸的平均波高为0.3～0.6m，在强劲的东北风作用下为1.5～2.0m；潮流的长期作用对岸坡造成很强的侵蚀。海平面上升以及因油气资源的开发、土层固结等因素造成的地面沉降加剧了海岸侵蚀。