唐山市海岸线变化特征及环境影响效应分析

2014-03-20方成王小丹杨金霞康慧柳富田秦雅飞孟利山

海洋通报 2014年4期

方成，王小丹，杨金霞，康慧，柳富田，秦雅飞，孟利山

（1.天津地质调查中心，天津 300170；2.天津市环境工程评估中心，天津 300191）

唐山市海岸线位于滦河三角洲的前沿，全新世时期在滦河的摆动和海洋动力的综合作用下，形成了现代海岸线的位置。1956年之前，唐山市岸滩完全处于自然演变状态；1956-1969年，岸线呈不断淤涨的状态，人工建造盐田开始出现（韩晓庆，2008）；20世纪60年代末70年代初期，河流上游兴建水库等水利工程，影响了现代滦河三角洲的演变，人类活动从这一时期开始影响唐山市海岸；1974年沿海开始兴建海挡工程，1975年建成，岸线趋于稳定（冯金良等，1997）。滦河上游1979-1984年修建潘家口水库和大黑汀水库；1998年修建桃林口水库（唐山市水利志编纂委员会，2011），滦河流域近90%的汇水面积被人为控制，对现代滦河三角洲演变产生了巨大的影响（黎刚等，2010）。

20世纪80年代以来，沿海地区修建了大量的养殖池，海岸线逐渐向海推进，岸线长度不断变化；2003年，“曹妃甸工程”启动，随着填海造陆等重大工程的实施，人类活动加剧了海岸线的变化。

人类活动在不同程度上影响着海岸线的变化，部分地区十分剧烈（朱高儒等，2012），甚至超过了历史时期（宫立新等，2008）。由于遥感技术具有宏观、实时、快速等特点，在国内外大量应用于不同尺度的海岸线变化研究中（Kumaretal，2010；赵玉灵，2010；徐进勇等，2013；姜义等，2003；李学杰等，2007）。海岸变化对环境产生了一定的影响，在埃及尼罗河三角洲东北部利用ETM数据研究发现，海岸近50年来由于大范围的开发，泻湖和海岸沙丘转化为农田、养殖池（El Bannaetal，2009），辽宁省利用五期遥感数据监测发现大量岛屿失去其独立性并与大陆相连（王伟伟等，2010），在珠江伶仃湾利用TM数据研究发现海岸线变迁造成浅滩面积减少，深水通道淤积（Chenetal，2005）。前人在河北省及渤海湾范围内开展过区域上海岸线变化研究（韩晓庆，2008；侯志勇，2013），但对唐山市海岸线变化均缺少详细的描述。

曹妃甸工程已经纳入国家发展战略，目标建设为世界一流的国际大港、新型工业化基地和滨海生态城市。唐山沿海在高强度的开发形势下，将面对引发的地质环境问题（尹延鸿，2007），可能对经济发展造成负面影响。本文利用遥感技术研究33年间海岸线变化特征，通过系列监测研究岸线变化的驱动因素，分析海岸线变化下环境影响效应，并对唐山市海岸线变化趋势进行预测，研究结果对合理开发唐山海岸带资源，促进沿海经济建设和地质环境保护和谐发展具有一定指导意义。

1 唐山市沿海概况

唐山市位于渤海湾西北岸，辖区岸线西起与天津接壤的涧河村，东至与秦皇岛市接壤的滦河口。沿海为滦河和海洋相互作用形成的河流和海岸地貌类型，西部为处在侵蚀破坏阶段的废弃三角洲，在三角洲废弃之后，近岸地带形成了沙坝—泻湖体系（大港油田地质研究所等，1985）；现代滦河三角洲位于其东部，呈现蘑菇头状突入海中（刘宝银等，1990），在1979年前为处在堆积前发育阶段，1984年之后，滦河三角洲也逐步进入废弃的演化阶段（黎刚等，2010）。

海岸位于淤泥质海岸向沙质海岸的过渡地带，物质组成自西向东颗粒逐渐变粗。海岸类型按照滩涂物质成分来分，可以分为淤泥质岸线、沙泥质岸线、泥沙质岸线和沙质岸线四种类型；按形成的原因可以分为自然岸段、人工岸段两种类型；按岸线的形态又可以分为海滩岸线、河口岸线、堤坝岸线和港口岸线。

唐山沿海分布有滦河、滦河岔、大清河、陡河、新陡河、沙河、双龙河、青龙河、溯河、清河等河流；唐山港（京唐港和曹妃甸港）、盐场（南堡盐场和大清河盐场）、大面积的养殖池以及浅水湾旅游区也位于区内，它们同曹妃甸工业区、曹妃甸国际生态城和冀东油田等构筑起唐山市的现代岸线，并影响着海岸线的变化（图1）。

2 研究方法

采用时序分析法即收集多时相的遥感数据对唐山地区不同历史阶段的海岸线进行信息提取及解译，对遥感图像上真实记载和保留下的海岸线的历史痕迹进行分析，从而快速、准确地测定出海岸线的变化情况。

2.1 数据准备与处理

选用美国Landsat系列的MSS、TM、ETM数据和我国环境减灾卫星数据（表1），以1∶5万地形图对所有遥感数据进行几何精校正，经过信息增强处理后，以人机交互的方式解译出各个时期的海岸线。

图1 唐山市海岸线类型图

表1 唐山市海岸线变化研究选用的遥感数据

2.2 海岸线确定的原则

基准岸线的界定是海岸线变迁遥感监测的一个基本标尺，因此在开展研究前，根据唐山市海岸线的特征，首先确定了本次研究采用的海岸线的界定原则。

2.2.1 自然岸线

（1）海滩岸线以平均大潮高潮线为准（国家质量技术监督局，2000）。岛屿（沙坝）与陆地之间由于修建养殖池使两者相连，且平均大潮时潮水不能阻断，研究以海岛（沙坝）向海边界作为海岸线。

（2）河口岸线向陆边界参照河口的地貌特征、几何形态和地物特征确定（国家海洋局科学技术司，2005；天津市人民政府，2005）：①河道突然变宽处；②临入海口处，两条河流并成一条河流入海，取两条河流的交集处；③河口区的道路、海档、桥梁、防潮闸等易于识别的稳定构筑物。

2.2.2 人工岸线

（1）人工河口岸线位置划定方法同自然河口岸线。由于修建养殖池使河流入海口位置向海推进的，考虑其位置变化是受人工因素的影响，为方便对比，研究仍以1979年划定的河口向海边界位置为现在河口岸线向海边界；当河口岸线边界位置发生变化，其向陆边界已经位于1979年河口向海边界以外的，这种情况视为原河口岸线消失。

（2）堤坝岸线，若建立在滩涂上的盐田、养殖池与陆相连，向海一侧的沙泥堤，可以将平均大潮阻挡在堤坝外，以其向海边界作为海岸线。

（3）港口，以港池外缘线为海岸线，顺岸式码头以码头前沿线为海岸线，引桥式码头、栈桥式码头、趸船式码头（浮码头）、船坞或小渔港及向海内新建港口，以与陆域相连的根部做为海岸线。曹妃甸工业区岸段，由于其外部港区与内部港区相连面积小，研究以与陆域相连的内部港区外沿作为岸线。

3 岸线变化特征及环境影响效应分析

唐山市海岸线长度呈增长趋势，5期图像的海岸线解译结果对比可以看出，1979-2012年唐山市海岸线长度增加了81.8km，其变化大致经历了三个阶段（表2、表3、图2）：

（1） 1979-1991年为岸线迅速增长期，人工堤坝岸线迅速增长。在这一阶段，岸线长度增加了59.8km，海滩岸线消失，港口岸线出现，河口岸线小幅度增长。

（2） 1991-2000年为岸线相对稳定期，不同类型岸线长度变化幅度均较小。在这一阶段，岸线长度仅增加了6.8km，河口岸线减少，人工堤坝和港口岸线增加。

（3） 2000-2012年为岸线变化剧烈期，港口岸线迅速增加，海滩岸线和人工堤坝岸线先增长后缩短，出现了波动。在这一阶段海滩岸线再次出现，岸线长度共增加了15.2km。

表2 唐山市海岸线长度变化解译结果（km）

区域上研究显示，唐山市海岸线分别在不同时期呈增长的趋势（韩晓庆，2008）；（朱高儒等，2012），同本次研究岸线变化总体一致。

3.1 不同类型岸线变化分析

人工岸线的变化强度明显大于自然岸线，以港口岸线变化最为剧烈。自然岸线中，海滩岸线长度缩短，河口岸线长度增加；人工岸线中，河口岸线长度缩短，港口岸线和堤坝岸线长度增加。

海滩岸线的长度波动幅度较大，1979年长度为13.8km，其1991年消失后于2009年重新出现，长度变化至25.8km，到2012年又缩短至12.1km，33年间共减少了1.7km。

表3 不同类型岸线长度变化解译结果（km）

图2 1979-2012年海岸线变化遥感解译图

自然河口岸线处于小幅度波动的变化状态，33年间仅增加了1.8km；人工河口岸线，在1991年之前呈增长趋势，之后开始缩短，33年间共减少了15.4km。整体上，河口岸线（含自然和人工河口岸线） 33年间共减少了13.6km。河口数量从10个减少到5个，区内保持自然河口状态从3个减少至2个，目前仅滦河和滦河岔两个河口部分保留自然岸线的状态（表4）。

表4 区内各河口岸线长度变化表（km）

堤坝岸线在2000年增长至最长，达到了224km，之后岸线长度开始减少，到2012年岸线长度为171.6km，与1979年相比岸线其长度共增加了15.8km。

港口岸线长度在1979年开始逐年增加，尤其至2000年以后，岸线长度增加迅速，共增加了81.3km，其增加量占到唐山市海岸线长度总增加量的99.4%。

随着不同类型岸线长度的变化，各种类岸线占唐山市海岸线的比重也在不断改变。研究显示，河口岸线呈逐渐下降的趋势，港口岸线则逐年增加。与1976年相比，海滩岸线、河口岸线和堤坝岸线的比重分别下降了2.6%、9.2%和17.2%，港口岸线的长度已经占到了全区的29.0%（图3）。

图3 1979-2012年不同类型岸线长度百分比变化图

3.2 岸线推进距离

区内岸线以大致平行于海岸线方向向海推进，仅京唐港岸段的部分岸线出现了向陆地后退的现象。各个时期岸线推进的距离不一，其变化强度同岸线三个阶段变化特征表现一致（表5）。解译结果显示，港口岸段变化最为活跃，33年间，曹妃甸工业区岸段推进距离最远达到了11.1km；京唐港港区向陆地后退最远距离达到了1.1km（图4）。

表5 唐山市海岸线向海推进距离（km）

前人研究显示，1993-2001年曹妃甸工业区岸段推进约1.3km（侯志勇等，2013），与本次研究1991-2000年推进距离为1.4km研究结果基本一致。但由于岸线划分标准不同，2000年以后的研究结果同前人相比产生了偏差。

研究发现，2009年以后区内出现了新形成的岸线，即浅水湾岸段，此段岸线为离岸沙坝（打网岗）与陆地相连所形成（图4）。

3.3 岸线变化原因分析

唐山市海岸线变化对应了沿海经济开发的三个不同时期，三个时期经济发展的不同特点，人类活动的强度变化是引起海岸线变化差异的主要原因。

（1） 1979-1991年是进入改革开放，海洋工业和海水养殖业起步、迅速发展的阶段。

1979年的岸线状态是：涧河口—大清河岸段为盐田堤坝类型的海岸线；大清河—滦河岔岸段是以人工防潮堤坝作为岸线，岸线向海方向分布有离岸的砂坝（岛）；滦河岔至滦河口是海滩岸线。这个时期没有养殖池岸线和港口岸线存在，溯河河口也还保持自然河口岸线状态，海岸线比较平直。

图4 曹妃甸工业区（左）、浅水湾—京唐港（右）岸段不同时期遥感影像图

1989年由于京唐港动工建设，港口岸线出现，到了1991（1993）年，沙滩岸线被向海侧养殖池堤坝岸线取代而消失，随着岸线逐渐向海推进，海岸线的曲折度也大大增加，引起海岸线长度增加。这个时期，由于滦河口外围修建养殖池，导致河口附近汊道逐渐淤死，使陆地与潮滩相连形成陆地，受其影响滦河入海口不断向海延伸，是滦河河口岸线长度增加的主要原因。

（2） 1991-2000年是港口发展起步，海洋工业和海水养殖业稳定发展的阶段。这时期盐田和养殖池向海扩展速度放缓，京唐港向陆方向开挖的航道建设增加了海岸线的曲折度，是堤坝岸线和港口岸线增长的主要原因。

（3） 2001-2012年是曹妃甸区、唐山港等重大工程建设发展的阶段，由于盐田不再扩展，养殖池推进速度开始放缓，工程建设成为岸线变化的主要驱动因素。

2001-2009年，岸线变化主要有两个原因：1）京唐港的大规模扩建引起港口岸线增加，由于将浅水湾这一离岸的沙岛与陆地相连，使得自然岸线再次出现；2）曹妃甸工业区填海造陆工程，将双龙河口—青龙河口岸段的岸线大幅度向海推进，岸线曲折度增加引起港口岸线迅速增加。受曹妃甸工业区和京唐港建设的影响，原位置的堤坝岸线被改造为港口岸线，导致堤坝岸线减少。

2009-2012年，岸线变化主要有三个原因：1）浅水湾北侧自然岸线被改造修建为人工岸线，导致人工岸线增加，海滩岸线缩短；2）曹妃甸工业区和京唐港大规模建设和扩张，使港口岸线继续增长，受其影响原位置人工堤坝岸线减少；3）受沿海工程建设的影响，河口入海处修建了桥梁道路等稳定构筑物，使得部分河口岸线长度缩短或消失，导致河口岸线减少。

3.4 岸线变化影响下的环境效应分析

唐山市海岸线不断向海推进，引起海岸带自然地貌特征变化，在养殖池建设、港口建设和填海造陆等工程的影响下，海洋水动力平衡条件发生改变，现代滦河三角洲的自然演变受到了人类活动的干预。

（1）唐山市海岸带自然状态遭受了严重的破坏。河口数量下降，自然河口岸线正逐渐被改造为人工岸线，而1979年前原始的海滩岸线已经消失，目前仅存的海滩岸线为2009年之后陆地与海中离岸沙坝相连形成，唐山市自然岸线处在减少和消失的状态中；1979年前，近海沿岸形成的曹妃甸、腰坨、哈坨、西坑坨、东坑坨、月坨、石臼坨、打网岗等离岸沙岛（坝），由于岸线推进并与沙岛（坝）相连，目前仅西坑坨、东坑坨、月坨、石臼坨基本保持自然的状态，滦河三角洲的沙坝—泻湖地貌体系已经被破坏。

（2）填海造陆工程阻断了潮流通道，改变了海洋水动力条件，破坏了周边海域的冲淤平衡状态，造成了曹妃甸港池淤积。曹妃甸岛向陆潮滩自1983-1996年之间侵蚀速率为3.2cm/a（王艳等，1999），但由于曹妃甸通岛公路阻断了近东西向的潮流系统，破坏了海洋水动力条件，2004-2006年老龙沟有明显的淤积趋势，厚度在0.61~4.8m之间（尹延鸿等，2011），虽然2006-2008年老龙沟有加深的趋势（受人工抽沙的影响）（尹聪等，2012），但2009-2011年老龙沟再次有淤积的趋势（尹延鸿等，2012）。

（3）受海岸线向海推进的影响，潮间带面积急剧减少，其沉积环境也在人类活动的影响下发生了改变。研究发现，1981-2008年的27年间，在养殖池、盐场和填海工程占据等多种因素的影响下，涧河—大清河盐场岸段潮间带面积减少了277km2，消失面积达到了1981年潮间带面积的53.1%。其中，2003-2007年间（曹妃甸工业区建设期间），填海工程建设吞噬了大面积的潮滩，潮间带面积减少了56.3km2。曹妃甸工业区—国际生态城岸段，受填海造陆建设及海区抽砂活动双重作用影响，潮间带初始沉积环境遭到破坏，在现阶段人类活动的干预下，沉积环境仍处在动态的变化中。

（4）现代滦河三角洲进入了废弃的演化阶段，由于其向海一侧修建了养殖池，引起河口附近汊道发生淤积，致使陆地与潮滩逐渐相连，范围不断增加，影响了现在滦河三角洲的自然发育演变；而养殖池外围较为稳固的堤坝，使现代滦河三角洲趋于逐渐稳定的状态（图5）。

4 岸线变化预测及沿海开发环境保护对策建议

4.1 岸线变化预测

根据地方社会经济发展和规划等综合分析，在沿海经济开发建设的影响下，至2020年海岸线长度将呈增长的趋势，河口岸线比重逐渐下降，港口岸线则逐年增加。

（1）受养殖活动的影响，自然河口岸线长度将逐渐减少；大清河盐场段由于养殖池向海推进并与离岸沙岛相连，将以沙岛岸线作为新的海岸线，引起海滩岸线长度增加。

（2）盐场和养殖池堤坝岸线将保持稳定或缓慢向海推进；曹妃甸国际生态城岸段和曹妃甸工业区岸段将逐渐趋于稳定。

（3）京唐港岸段随着港口的发展，岸线长度将继续增加；随着唐山市丰南港的规划建设，涧河—沙河口岸段港口岸线将大幅度增长，受其影响此岸段人工堤坝岸线长度将缩短。

4.2 沿海开发环境保护对策建议

（1）滦河三角洲沙坝—泻湖地貌体系已经遭受到破坏，建议重视自然体系岸线的保护。政府部门应加大海域养殖业的监督和管理力度，可以通过在沙坝（岛）周边设立禁区，维持沙坝（岛）的独立性，预防养殖业的过度扩张再度破坏自然地貌体系特征；加强指导旅游业合理开发，防止过度人工开发破坏沙坝（岛）自然资源（岸线、滩涂和湿地等）。

（2）加强地面沉降、海岸边坡稳定的监测和预警，重视沿海工业区、港口等规划建设中地质安全的防护。在海岸堤防高程设计和建设中应充分考虑地面沉降因素，可以通过限制工业区地下水资源开采，合理规划工程布局等具体措施减轻地面沉降等对工业区的负面影响。

（3）曹妃甸工业区通岛公路阻断了潮流的通道，尽快打通老龙沟潮流通道，将对恢复海洋水动力循环条件，缓解港池和潮沟的淤积有积极作用。

5 结论

（1） 33年以来，唐山市海岸线长度共增加了81.8km，自然岸线长度基本保持不变，人工岸线大幅度增加。其中，港口岸线变化强度最大。在人类活动影响下，唐山沿海河口数量在逐渐减少，自然河口岸线缩短，原始的沙滩岸线已经消失；随着海岸线向海推进，潮间带宽度逐渐减少。

（2）人类活动是唐山市海岸线变化的主要驱动因素。1979-1991年，由于养殖池建设影响，原始沙滩岸线消失，滦河河口岸线增加，在养殖池和盐场向海推进的共同作用下，岸线曲折度增加，引起岸线长度增加；1991-2000年，盐田、养殖池向海推进以及京唐港航道开挖建设增加了海岸线的曲折度，引起海岸线长度增长；2000-2012年，曹妃甸区、唐山港的开发建设成为岸线变化主驱动因素，沿海大规模工程建设引起港口岸线大幅增长，河口岸线缩短，京唐港扩张使浅水湾与陆地相连，导致自然岸线再次出现。

（3）受唐山市海岸线变迁影响，滦河三角洲的沙坝—泻湖地貌体系遭受破坏；曹妃甸填海工程破坏了海洋水动力平衡条件，引起了老龙沟淤积，对港口发展产生了负影响。虽然现代滦河三角洲的自然演变受到了人类活动的干预，但外围养殖池较为稳固的堤坝对维持现代滦河三角洲的稳定起了积极作用。

（4）预测至2020年，唐山市海岸线长度将继续增加，河口岸线比重逐渐下降，港口岸线逐年增加。建议在规划建设中，加强对自然状态岸线及沙坝（岛）的保护；尽快打通纳潮通道，恢复海洋水动力条件；注意地面沉降、海岸边坡稳定等环境地质问题的影响，促进海岸带资源开发与环境保护协调发展。

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