韩志远，李孟国

(交通运输部 天津水运工程科学研究所 工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456)

基于遥感和GIS的福建文渡湾海域潮滩演变研究

韩志远，李孟国

(交通运输部 天津水运工程科学研究所 工程泥沙交通行业重点实验室，天津300456)

强潮海区的潮滩冲淤演变对于潮滩开发利用、海洋环境保护及灾害预防等具有十分重要的意义。本文以福建北部文渡湾海域为研究对象，采用遥感和GIS相结合的方法，对淤泥质潮滩的冲淤演变特征进行研究。研究结果表明：1991年以来文渡湾湾顶潮滩地形呈淤积状态，尤其2005年以后淤积明显；淤积的主要原因可能与围垦造陆使得湾口缩窄，致使湾口流速增大、湾口局部海床冲刷的泥沙向湾顶搬运有关。

文渡湾；潮滩演变；遥感；GIS；强潮海湾

0 引言

潮滩作为海岸带的重要组成部分，是陆海相互作用强烈的地带，也是陆地和海洋双向来沙的重要沉积地带。我国东南沿海的强潮海域大多为港湾型淤泥质海岸，港湾内多发育宽广低平的淤泥质潮滩，具有宽度大、水深浅、底质颗粒细、波流作用强、含沙量大、冲淤变化强烈等特点[1-3]。认识潮滩的冲淤演变特性对于潮滩开发利用、重大海岸工程建设、海洋环境保护及灾害预防等都有十分重要的意义[4-6]。由于潮滩水域水浅滩平、干出和淹没频繁交替，常规地形测量很不方便，因而水下地形资料相当匮乏，利用常规地形资料进行潮滩地形冲淤演变研究十分困难。

遥感技术具有精度高、速度快、多时相及同步等突出优势，能够准确记录海岸带资源环境及相关信息，可以有效弥补地面调查资料的匮乏和不足[7-9]；而GIS软件可将遥感影像中丰富的海岸带信息提取出来生成各种专题图件，便于进行潮滩地形冲淤变化分析。遥感技术同GIS技术结合的研究方法在苏北、长江口、温州、深圳大铲湾及广东博贺等地区的潮滩冲淤演变研究中已得到了应用[10-14]，但是在福建北部强潮海域鲜有针对淤泥质潮滩的相关研究。

闽北文渡湾属强潮海域，湾内大片宽广低平的淤泥质浅滩资源亟待开发利用，因此需要对其冲淤演变特征进行研究，为该潮滩资源开发及环境保护提供基础资料。鉴于湾内历史地形资料匮乏，本文通过遥感和GIS技术相结合的研究手段，探讨了福建文渡湾海域的潮滩地形冲淤变化特征，对于文渡湾的开发利用和保护具有重要的理论和应用价值。

1 研究区域概况*交通运输部天津水运工程科学研究所.福鼎市渔井围垦工程周边海域岸滩演变专题研究报告[R].2014.

文渡湾是福建北部晴川湾西部的一个小型半封闭港湾。该湾岸线曲折，三面环陆，湾口朝向东南(图1)；东侧岸线为宁德核电围垦形成的人工岛堤岸，其余岸段基本为低山丘陵构成的基岩岸线。湾内0 m等深线(理论基准面，下同)靠近湾口，2 m等深线位于湾口外侧；湾内浅滩地形基本在0 m以上，地形坡度在2‰左右。湾内分布有宽广低平的淤泥质浅滩，低潮时潮滩大片干出。

图1 研究区域示意图Fig.1 Sketch map of study area

研究海域常风向为SE向，次常风向为ESE向，强风向为NW向和ESE向；该海区受台风影响频繁，平均每年约5.5次。研究海域三面环陆，受E—SE向波浪的影响较大；平常天气下波浪作用相对较弱，台风及寒潮作用下多大浪。

研究海域平均潮差超过4 m，属强潮海域；潮流动力相对较弱，平均流速小于0.2 m/s。研究海域正常天气下含沙量较低，实测平均含沙量为0.079 kg/m3；台风及寒潮期间大浪对浅滩泥沙的扰动作用增强，水体含沙量相对较高。

2 资料搜集及数据处理

2.1 资料收集

文渡湾内除2005年12月有局部实测水深资料外，其它年份均无实测水深资料。

本研究选取1991—2014年期间6幅Landsat卫星影像(见表1)，所选影像除2005年11月27日的成像时潮位为高潮位外，其余影像成像时潮位基本为低潮位，成像时的潮况参考附近三沙海洋站(位置见图1)的预报潮位。

同时，搜集了文渡湾备湾站和三沙站2005年12月—2006年1月共1个月的同步实测潮位数据。

表1 研究选用遥感影像及成像时潮况Tab.1 The selected remote sensing images with corresponding water level at marine stations

2.2 数据处理

2.2.1 遥感影像处理

首先，采用专业遥感图像处理软件ENVI 4.8对Landsat遥感影像进行辐射校正和大气校正，并结合1∶30 000海图进行几何精校正。然后，提取Landsat TM诸波段中对水陆边界信息反映最好的第L5波段的单色影像(图2)，从单色影像上可以清晰辨别出文渡湾海域的潮滩水边线。第三，利用Surfer软件将各个遥感影像进行数字化处理并提取其潮滩水边线。

2.2.2 确定潮滩水边线的高程

潮滩水边线的高程值可根据卫星影像成像时所对应的瞬时水位来确定。由于文渡湾水域缺乏长年实测潮位资料，需要利用文渡湾以南14 km的三沙站的潮位来推算各潮滩水边线对应的潮位数据。

首先，根据文渡湾备湾站和三沙站2005年12月—2006年1月同步逐时潮位建立两站潮位的相关关系式(图3)。然后，根据卫星成像时三沙站的瞬时潮位计算出文渡湾的瞬时潮位(表1)，再根据文渡湾的瞬时潮位来确定潮滩水边线所对应的高程值，即可得到该影像潮滩相应的潮滩等高线。

为验证所提取潮滩等高线的准确性，将2005年12月实测的3.2 m等高线叠加在2005年11月27日遥感影像上，该影像成像时所对应潮位为3.2 m(图4)。由图可以看出，实测3.2 m等高线与3.2 m潮位对应的水边线吻合很好。由此可见，所推算潮滩等高线精度较高，可用于潮滩冲淤变化趋势分析。

图2 文渡湾不同年份的L5单色遥感影像Fig.2 Landsat-5 single-band remote sensing images of Wendu Bay in different years

图3 备湾站与三沙站实测潮位的相关关系Fig.3 Tidal level correlation of Beiwan station and Sansha station

图4 2005年11月27日遥感影像中的水边线和相应高程的实测等高线对比Fig.4 Comparison between tidal flat waterline withdrawed from remote sensing image of Nov. 27, 2005 and the measured contour with the same elevation

3 讨论

3.1 潮滩冲淤变化特征

为分析文渡湾内潮滩地形冲淤变化趋势，需要选取不同年份潮位相近的遥感影像所提取的潮滩等高线进行分析。其中1991年9月和2013年6月遥感影像成像时的瞬时潮位均接近1.5 m，1991年2月、1999年9月和2014年9月遥感影像成像时的瞬时潮位均接近2.0 m，根据上述影像并结合2005年实测地形绘制的潮滩地形，1.5 m和2.0 m等高线变化如图5和图6所示。由图分析可以看出：

图5 1991—2013年期间潮滩1.5 m等高线变化Fig.5 The 1.5 m contour evolution of tidal flat from 1991 to 2013

图6 1991—2014年期间潮滩2.0 m等高线变化Fig.6 The 2.0 m contour evolution of tidal flat from 1991 to 2014

(1)文渡湾潮滩1.5 m等高线，1991—2005年向海推移100～300 m，2005—2013年向海推移200～300 m，1991—2013年期间总共向海推移300～600 m；以该潮滩平均坡度2‰计算，其年淤积速率达3.0～5.5 cm/a。文渡湾西侧白沙澳和硖门湾水域的+1.5 m等高线向海小幅移动，呈微淤状态。

(2)文渡湾潮滩2.0 m等高线，1991—1999年向海推移50～80 m，1999—2005年向海推移50～100 m，2005—2014年向海推移200～300 m，1991—2014年期间总共向海推移300～500 m；以该潮滩平均坡度2‰计算，其年淤积速率达3.4～5.0 cm/a。文渡湾西侧白沙澳和硖门湾水域的2.0 m等高线向海小幅移动，呈微淤状态。

总体来看，文渡湾内潮滩处于淤涨状态，其中2005年以前淤积速率较缓，而2005年后淤积速率明显增大。白沙澳和硖门湾水域，略呈淤积状态，但淤积速率小于文渡湾水域。

3.2 变化原因探讨

影响潮滩地形变化的因素比较复杂，主要受泥沙来源以及周边陆地边界变化等条件的影响。

3.2.1 泥沙来源的影响

本研究海域仅有3条小河注入，渠洋溪和东堤溪注入文渡湾，硖门溪注入西侧硖门湾，这几条河流都是源短流小的山溪性河流，其陆源来沙量有限。外海来沙对文渡湾也有一定的影响，根据湾口单宽输沙量分析，其净输沙方向总体为由湾外指向湾内，但其输沙量并不大，因而外海来沙量也不大①。总体来看，少量的陆源来沙和外海来沙对文渡湾湾顶潮滩淤积都有一定的贡献。

3.2.2 岸线变化的影响

2005年以前，文渡湾海域基本为基岩控制的基岩港湾，岸线长期保持基本稳定；至2013年，湾口东侧过境岛附近水域已围垦成陆，过境岛和大陆之间的通道消失，这导致渔井码头和过境岛之间的湾口缩窄(图7)。一般而言，纳潮海湾的湾口缩窄会导致湾口流速增大，湾口局部海床会呈冲刷状态。由于湾口的净输沙方向指向湾顶，因此湾口冲刷的泥沙以向湾顶搬运为主，这应为近期文渡湾湾顶潮滩明显淤积的主要原因。

图7 研究海域岸线变化Fig.7 Coastline evolvement in study area

4 小结

福建文渡湾海域属强潮海区，湾内分布大片宽广低平的淤泥质潮滩。本研究利用遥感技术和GIS提取了文渡湾海域的潮滩水边线，根据同步潮位得出其水边线的高程值——即潮滩等高线后，再将不同年份潮滩等高线进行对比以用于分析潮滩地形冲淤变化。该方法克服了文渡湾潮滩地形资料的缺乏，可以用来研究文渡湾海域潮滩地形的冲淤演变特征。研究结果表明：1991年以来文渡湾湾顶潮滩地形呈淤积状态，尤其2005年以后淤积明显，其主要原因可能是围垦造陆使得湾口缩窄，致使湾口流速增大，湾口局部海床冲刷的泥沙向湾顶搬运。

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Research on tidal flat evolution based on remote sensing and GIS methods around the Wendu Bay, Fujian

HAN Zhi-yuan, LI Meng-guo

(TianjinResearchInstituteforWaterTransportEngineering,KeyLaboratoryofEngineeringSediment,MinistryofTransport,Tianjin300456,China)

Research on tidal flat evolution at strong-tide bay is important for marine exploitation, environmental protection and disaster prevention. By using remote sensing and GIS technology, tide flat evolution in a strong tide bay-Wendu Bay in north Fujian Province was studied. The conclusions are showed as follows: Since 1991, tidal flat at the bayhead of Wendu Bay is in a silting state, and the deposition rate is increasing especially after 2005. The main reason of tidal flat siltation may be the bay mouth narrowing by bay reclamation, which results in flow velocity increasing and seabed scouring, so the scouring sediment at bay mouth can be transported to the bayhead and finally accumulates on the tidal flat at bayhead.

Wendu Bay; tidal flat evolution; remote sensing; GIS; strong tide bay

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.006.

2015-03-12

2015-04-22

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目资助(Tks 150210)

韩志远(1984-)，男，河南封丘县人，助理研究员，主要从事河口海岸动力地貌及工程泥沙研究。E-mail:hzy0616@qq.com

P737.1

A

1001-909X(2015)03-0042-06

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.006

韩志远，李孟国. 基于遥感和GIS的福建文渡湾海域潮滩演变研究[J]. 海洋学研究,2015,33(3):42-47,

HAN Zhi-yuan, LI Meng-guo. Research on tidal flat evolution based on remote sensing and GIS methods around the Wendu Bay, Fujian[J]. Journal of Marine Sciences, 2015,33(3):42-47, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.006.