海口湾海滩冲淤遥感分析

第４期　２０１５年７月　华东师范大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ）　Ｎｏ．４　Ｊｕ１．２０１５　文章编号：１０００—５６４１（２０１５）０４—００４２—１２　海口湾海滩冲淤遥感分析　张晓冬　，　沈斯敏　，　朱首贤　，　张文静。，　黄积文　（１．河海大学港ＶＩ海岸与近海工程学院，南京２１００９８；３．９２２９２，山东青岛２６６４０５　３．理工大学气象海洋学院，南京２１１１０１）　摘要：卫星遥感水边线分析海滩冲淤比现场观测方便、快速，而且资料源更多，但是海口湾海滩　缺乏这种研究．本文建立了四种水体指数遥感水边线方法，通过观测检验发现，ＮＤＷＩ指数更　适合海口湾．对１９９４—２０１３年的１　５景Ｌａｎｄｓａｔ卫星遥感影像提取了水边线，利用这些水边线推　算了高潮位和低潮位之间的海滩坡度演变，海滩坡度基本稳定，其值为３．７～４．２。．利用遥感水　边线的位置变化及其推算的海滩坡度，分析了海滩冲淤演变特征：海口湾各段海滩的冲淤规律　并不一致，其中西秀海滩和假日海滩发生冲刷，高潮位附近的冲刷厚度为０．３６　ｍ、冲刷速率为　１．９　ｃｍ／ａ，低潮位附近的冲刷厚度为０．３０　ｍ、冲刷速率为１．８　ｃｍ／ａ．　关键词：海口湾；遥感；水边线；海滩冲淤；水体指数　中图分类号：ＴＰ７５　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—５６４１．２０１５．０４．００６　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏａｓｔａｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｃｒｅｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｈａｉｋｏｕ　Ｂａｙ　ｂｙ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ＺＨＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｄｏｎｇ　，　ＳＨＥＮ　Ｓｉ—ｍｉｎ　，　ＺＨＵ　Ｓｈｏｕ—ｘｉａｎ　，　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎ－ｊｉｎｇ　，　ＨＵＡＮＧ　Ｊｉ－ｗｅｎ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｈａｒｂｏｒ，Ｃｏａｓｔａｌａｎｄ　Ｏｆｆｓｈｏｒｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａ　ｉｎｇ　２１００９８，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｕｎｉｔ　９２２９２　ｏｆ　ＰＬＡ，Ｑｉｎｇｄａｏ　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２６６４０５，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ，ＰＬＡ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１　１　１０１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏａｓｔａｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｃｒｅｔｉｏｎ，ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　１ｉｎｅ，　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｕｓｉｎｇ　ｆｉｅｌｄ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ｑｕｉｃｋｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｄａｔａ．　Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｈａｓｎ　ｔ　ｂｅｅｎ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　Ｈａｉｋｏｕ　Ｂａｙ．Ｆｏｕｒ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｄｅｘ　ｆｏｒ　ｅｘｔｒａｃ—　ｔｉｎｇ　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｆｒｏｍ　Ｌａｎｄｓａｔ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｍａｇｅ　ａｒｅ　ｃｈｅｃｋｅｄ　ｂｙ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｈａｉｋｏｕ　Ｂａｙ，ｉｎ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ＮＤＷＩ　ｉｓ　ｐｒｏｖｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ．Ｔｈｅ　ｗａｔｅｒｌｉｎｅｓ　ｏｆ　１　５　Ｌａｎｄｓａｔ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｍａｇｅｓ　ｉｎ　１９９４－－２０１３　ａｒｅ　ｅｘｔｒａｃｔｅｄ　ｂｙ　ＮＤＷＩ，ｗｉｔｈ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｃｈ　ｓｌｏｐｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｈｉｇｈ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｅａｃｈ　ｓｌｏｐｅ　ｉｓ　ｂａｓｉｃａｌｌｙ　收稿日期：２０１４—０３　基金项目：国家自然科学基金（４１２０６１６３，４１０７６０４８）；高校基本科研业务费项目（２０１１Ｂ０５７１４）　第一作者：张晓冬，男，硕士研究生，研究方向为海洋与海岸遥感．Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｘｄ８６９６＠１６３．ｃｏｒｎ．　通信作者：朱首贤，男，副教授，研究方向为海洋动力学与数值模式、河Ｉ＝Ｉ海岸水沙运动与遥感．　Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｕｓｈｏｕｘｉａｎ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ．　第４期　张晓冬，等：海口湾海滩冲淤遥感分析　４３　ｓｔａｂｌｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｖａｌｕｅ　ｏｆ　３．７～４．２。．Ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏａｓｔａｌ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｃｒｅｔｉｏｎ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｔｒａｃｔｅｄ　ｗａｔｅｒｌｉｎｅｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｂｅａｃｈ　ｓｌｏｐｅ．Ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｃｒｅｔｉｏｎ　ｉｓｎ’ｔ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｂｅａｃｈ．Ｘｉｘｉｕ　Ｂｅａｃｈ　ａｎｄ　Ｊｉａｒｉ　Ｂｅａｃｈ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｅｒｏｄｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｒｏｄｅｄ　ｄｅｐｔｈ　ｉｓ　０．３６　ｍ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　０．３０　ｍ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅ　ｅｒｏｄｅｄ　ｓｐｅｅｄ　ｉｓ　１．９　ｃｍ／ａ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　１．８　ｃｍ／ａ　ｎｅａｒ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅ１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈａｉｋｏｕ　Ｂａｙ；　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ；　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ；　ｅｒｏｓｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｃｒｅｔｉｏｎ；　ｗａｔｅｒ　ｉｎｄｅｘ　０　引　言　海滩是人类宝贵的自然资源，对于世界上很多著名海滨景点而言，它更是旅游休闲的核　心元素．但是，近年的研究表明ｌ＿】］，由于全球气候变化，风暴潮灾害频发、海平面上升等原因，　世界各地海滩普遍侵蚀，海滩的稳定性问题备受关注．我国海滩侵蚀也很严重ｌ＿２。］，７０　左　右的沙质海岸和几乎所有开阔的淤泥质海岸均存在岸滩侵蚀＿４］．因此，海滩冲淤演变分析具　有非常重要意义．海滩冲淤演变分析不仅需要当前年份的地形观测资料，还需要多个历史年　份的地形观测资料．但是现场地形观测需要大量的人力、物力，而且无法弥补历史年份资料　的缺乏．对于大多数海滩而言，最近２０多年的可见光遥感影像比海图资料丰富．在可见光遥　感影像上，陆地和水面的图像色调存在明显差别，能够分析水陆分界线（水边线），这些遥感　水边线可以用于海滩冲淤分析．首先，比较不同年份相同潮位的遥感水边线位置变化，分析　泥沙冲淤特征．其次，利用卫星遥感水边线推算潮间带地形【５］、海滩坡度，综合海滩坡度（或　潮间带地形）和水边线位置分析泥沙冲淤的更详细特征．利用遥感水边线分析海滩冲淤比现　场观测快速、方便，可以节省大量人力、物力，还可以弥补历史年份现场观测资料的缺乏，因　此具有很好的应用前景和参考价值．　海口湾位于海南岛北部、琼州海峡中段南侧，东起白沙角，西至后海（见图１）．海口湾东　半部主要为人工开发利用海岸，海滩已基本消失；西半部有西秀海滩和假日海滩，这两片海　滩是海口发展旅游的核心支撑．海口湾海滩的冲淤演变已有一些研究，龚文平等　对１９９３　年和１９９８年实测地形图的分析表明，海口湾东部水下浅滩发生侵蚀，年平均沉降５．２　ｃｍ．　周晗宇等［７　采用１９８４年海图（实际测量时间为１９７３年）、１９９９年海图（实际测量时间为　１９９５年）和２００５年海图（实际测量时间为２００３年），并在２０１０年夏季和冬季进行了海口湾　西部海滩的滩面高程测量，对这些资料的对比分析表明：冬季海滩后滨（靠岸）淤积、前滨（靠　海）蚀低，夏季则相反；１９７３－－２００３年海滩滩面平均侵蚀４３　ｃｍ，侵蚀速率为１．４　ｃｍ／ａ；水下　浅滩在１９７３－－２００３年处于微淤状态，平均淤积速率０．５　ｃｍ／ａ，在２００３－－２０１０年处于侵蚀　状态，平均侵蚀速率２．８　ｃｍ／ａ．这些研究发现的海滩侵蚀特征，对于海滩保护有重要的警示　意义，如果继续按此趋势发展，几十年后海滩面积将进一步大幅度萎缩，直接威胁海口旅游　事业和海南岛国际旅游岛发展战略．但是，这些研究主要基于海图（地形图）资料分析海滩长　期冲淤演变特征，海图零米线以上的地形数据基本上是空白，该部分海滩的冲淤演变特征分　析还有欠缺；另外，海图资料的时间跨度比较长，对于海滩冲淤演变过程的分析也有欠缺．因　此，继续收集其他资料补充分析海滩冲淤演变特征仍是非常有意义的工作．吴隆业等［８　采用　可见光遥感资料提取海口湾水边线，分析不同潮位的水域面积，计算海湾纳潮量．但是，利用　遥感水边线分析海口湾海滩冲淤的研究还很缺乏．本文以海口湾为例，利用Ｌａｎｄｓａｔ遥感资　第４期　张晓冬，等：海口湾海滩冲淤遥感分析　４５　视为陆地，这是多波段阈值分割方法．更进一步，还可以对水体指数做归一化处理．常见的针　对Ｌａｎｄｓａｔ遥感影像的水体指数有：归一化水体指数ＮＤＷＩ＿１　、改进型归一化水体指数　ＭＮＤＷＩ　、增强型归一化水体指数Ｅｗ工　。　和新型归一化水体指数Ｎｗ　，表达式为：　ＮＤＷＩ一堕；　，　ａ２十Ｃｇ４　（１）　（２）　ＭＮＤＷＩ一　二　，　ＥＷＩ一　＿＿干（（　Ｆ　’　（３）　ＮＷＩ一　老幸　．　㈩　其中，ａ１、ａ２、ａ４、０／５、ａ７分别对应Ｌａｎｄｓａｔ４－５　ＴＭ和Ｌａｎｄｓａｔ７　ＥＴＭ＋遥感影像中的１、２、４、５、　７波段的反射率，Ｌａｎｄｓａｔ８　ＯＬＩ遥感影像中的Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、ＮＩＲ、ＳＷＩＲｌ、ＳＷＩＲ２波段的反　射率．本文使用的Ｌａｎｄｓａｔ遥感影像来源于中国科学院计算机网络信息中心科学数据中心　ｈｔｔｐ　｛ｆ　．ｇｓｃｌｏｕｄ．ｃｎ／）　对遥感影像提取水边线之前，需要对遥感影像预处理，包括几何校正、辐射校正和大气　校正．本文以海口湾１：２０　０００海图为基础选择控制点，采用多项式模型和双线性内插重采　样方法对遥感数据进行几何校正，控制点的几何校正误差小于０．５个象元．辐射定标是根据　遥感影像的中心经纬度、成像时的太阳高度角和卫星方位角等，结合传感器的定标参数，将　传感器记录的数字量化值（ＤＮ值）转换成辐射亮度值．大气校正的目的是消除大气和光照　等因素对地物反射的影响，以获得地物真实反射率，本文采用ＦＬＡＡＳＨ大气校正．　利用预处理过的遥感影像提取水边线步骤：①计算水体指数，得到水体指数影像；②选　择阈值０对水体指数影像进行二值分割；③采用拉普拉斯滤波算法对以上得到的二值影像　进行边缘增强；④对边缘增强后的影像进行二值分割，并将栅格数据转化为矢量数据，得到　水边线的提取结果．　为了检验和选取适合海口湾海滩的水体指数计算公式，于２０１３年１１月２０日作了水边　线观测．观测方法为观测人员手持ＧＰＳ，沿水边线行走，记录各个时刻水边线位置．观测时　间为１０：ＯＯ～１０：３０，该时间段秀英港的潮位为２．３３～２．３９　１ＴＩ，取其均值为２．３６　ｍ．查找海　口湾历史遥感影像，２０１３年１Ｏ月２６　Ｅｔ上午１１：００的Ｌａｎｄｓａｔ　８　ＯＬＩ影像成像时潮位　２．３１　ｍ，与观测水边线的潮位非常接近．本文采用（１）　（４）式分别计算２０１３年１０月２６日　上午１１：００的Ｌａｎｄｓａｔ　８　ＯＬＩ影像的水体指数ＮＤＷＩ、ＭＮＤＷＩ、Ｅｗ　和Ｎｗ　，利用水体　指数提取水边线．由于遥感影像对应潮位与水边线观测时的潮位有差别，本文还利用海滩坡　度对遥感水边线进行了潮位订正（具体订正方法参见本文后面介绍）．经潮位订正的遥感水　边线上各点与观测水边线的最近距离当作遥感水边线的误差．遥感水边线上某点与观测水　边线最近距离的计算方法：在观测水边线的连线上按某个间隔距离（本文取为１　ｍ）取点，计　算这些点与遥感水边线上该点的距离，并比较这些距离，其最小值作为最近距离．表１给出　了各种水体指数公式提取的遥感水边线误差统计，综合比较最大误差、最小误差、平均误差，　可以看出ＮＤＷＩ指数提取的遥感水边线误差比较小．图２给出了ＮＤＷＩ指数提取的遥感　水边线与观测水边线，两者重合效果很好．因此，本文采用ＮＤＷＩ指数提取海口湾海滩遥感　水边线．　４６　华东师范大学学报（自然科学版）　２０１５年　２０。５　２０。４　２０。３　２０。２　ｌｌ０。９’ｌ１０。１０’ｌ１Ｏ。ｌ１’ｌｌ０。１２’ｌｌ０。ｌ３’ｌ１０。１４’ｌｌ０。１５　ｌ　１０。ｌ６’　东经　图２　ＮＤＷＩ指数遥感水边线和实测水边线　Ｆｉｇ．２　Ｔｈｅ　ＮＤＷ１　ｗａｔｅｒ　ｌｉｎｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｗａｔｅｒ　ｌｉｎｅ　２基于遥感水边线分析海滩坡度　海口湾雏形形成于２０００年前，在１０００年前海湾已经与当前形态十分接近［２　，岸滩剖　面形态如图３＿７］．本文基于遥感水边线进一步分析高潮位和低潮位之间的海滩坡度特征．　选取１９９４－－２０１３年期问成像效果比较好的Ｌａｎｄｓａｔ４—５　ＴＭ、Ｌａｎｄｓａｔ７　ＥＴＭ＋和　Ｌａｎｄｓａｔ８　ＯＬＩ影像数据共１５景（见表２），采用ＮＤＷＩ指数提取了这些遥感影像的水边线．　这些遥感影像的时间跨度大，收集潮位观测资料很困难，因此本文采用公开出版的潮汐表．　对于前述观测日期（即２０１３年１０月２６　Ｅ１），将２４　ｈ的秀英港观测潮位和潮汐表潮位进行　比较，平均误差为１２　ｃｍ，表明秀英港潮汐表资料具有较高精度．因此，根据遥感影像的成像　时问，查询秀英港潮汐表得到各景遥感影像成像瞬时的潮位．　取两条不同潮位的遥感水边线，分￣ｍｌｉｖ，为Ａ和Ｂ，潮差记为ＡＺ，计算Ａ、Ｂ距离和海滩　坡度的方法：从Ａ上任取一点，计算该点与Ｂ上各点（间隔１　ｍ取点）的距离，取其中的最短　Ａ　７　距离作为该点与Ｂ的距离，记为△Ｌ，海滩坡度为ａ＝ａｒｃｔａｎ筹；对Ａ上所有点与Ｂ的距离　上　ｉ　进行平均，得到Ａ和Ｂ的平均距离；根据Ａ和Ｂ之间的平均距离，可以计算Ａ和Ｂ之间的　平均海滩坡度．将这１５景遥感水边线分为１９９５年前后、２０００年前后、２００５年前后和２０１３　年４个时间段分析海滩坡度．　第４期　张晓冬，等：海口湾海滩冲淤遥感分析　４７　ＩＩｌ＼　恒　４　３　２　ｌ　０　距离／ｍ　图３海口湾岸滩剖面示意图　Ｆｉｇ．３　Ｔｈｅ　ｐｒｏｆｉｌｅ　ｍａｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈａｉｋｏｕ　Ｂａｙ　ｂｅａｃｈ　表２遥感影像说明　Ｔａｂ．２　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｍａｇｅ　ｄａｔａ　１９９５年前后有５景遥感水边线，１９９６年６月５　Ｅｔ遥感水边线潮位最低，其潮位为　０．９４　ｍ；另外４景遥感水边线的日期分别为１９９４年７月２　Ｅｔ、１９９６年５月４　Ｅｔ、１９９５年９　月２３　Ｅｔ、１９９４年１０月２２日，潮位分别为１．４４　ｍ、１．８５　ｍ、１．８６　ｍ、２．２４　ｍ．它们与１９９６年　６月５日遥感水边线的平均距离分别为７．３　ｍ、１４．７　ｍ、１５．１　ｍ、１８．６　ｍ，计算得到的海滩坡　度分别为３．９。、３．５。、３．５。、４．０。．可以看出，１９９５年前后的时间段，在潮位０．９４　ｍ至２．２４　ｍ　的海滩区域，海滩坡度差别不大，其平均值为３．７。．将整个岸段以五源河１：３为界进一步分为　东西两段，东段（即假１３海滩和西秀海滩）比较平直，西段弯曲，东段平均坡度３．８。，西段平　均坡度约为３．５。．　２０００年前后也有５景遥感水边线，２００２年５月２１日遥感水边线潮位最低，其潮位为　０．７２　ｍ；另外４景遥感水边线的日期分别为２０００年８月１９日、２００１年１０月１日、２００１年４　月８日、２００２年１０月１２日，潮位分别为１．４７　ｍ、１．８０　ｍ、１．９９　ｍ、２．６６　ｍ，它们与２００２年５　月２１日遥感水边线的平均距离分别为１１．５　ｍ、１６．０　ｍ、１８．０　ｍ、２９．４　ｍ，计算得到的海滩坡　４８　华东师范大学学报（自然科学版）　度分别为３．７。、３．９。、４．０。、３．８。．可以看出，２０００年前后的时间段，在潮位０．７２　ｍ至２．６６　ｍ　的海滩区域，海滩坡度差别不大，其平均值为３．９。．五源河口以东平均坡度为４．０。，五源河　口以西平均坡度为３．６。．　２００５年前后有２景遥感水边线，２００７年７月６日遥感水边线潮位最低，其潮位为　０．７７　ｍ；另外１景遥感水边线的日期为２００４年１２月２０日，潮位为１．９３　ｍ，它与２００７年７　月６　Ｅｔ遥感水边线的平均距离为１５．９　ｍ，海滩坡度为４．２。．五源河口以东坡度约为４．４。，五　源河口以西坡度为３．７。．　２０１３年也有２景遥感水边线，２０１３年４月５　Ｅｌ遥感水边线潮位最低，其潮位为０．７９　ｍ；　另外１景遥感水边线的日期为２０１３年１０月２６　Ｅｌ，潮位为２．３１　ｍ，它与２０１３年４月５日遥　感水边线的平均距离为２２．３　ｍ，海滩坡度为３．９。．五源河口以东坡度为４．０。，五源河口以西　坡度为３．７。．　通过以上坡度分析得知，整个研究区岸段的坡度基本保持一致，平直岸段的坡角稍大于　弯曲岸段的坡角，在１９９４　２０１３年近２０年的时间内，岸滩坡度基本保持不变．　３基于遥感水边线分析海滩冲淤　本文利用遥感水边线分析海滩冲淤包括两个方面：一是对比分析相同潮位的两景遥感　水边线，根据这两景遥感水边线位置变化，确定它们所处时间段的海滩冲淤．如果遥感水边　线向海前进，则海滩淤积；如果遥感水边线向岸回退，则海滩冲刷．二是将遥感水边线位置变　化和海滩坡度结合，推算海滩冲淤厚度．两景遥感水边线进退距离记为Ｌ，向海前进取为正　值，向岸回退取为负值．海滩冲淤厚度为△Ｈ＝Ｌｔａｎａ，△Ｈ为正值表示淤积，△Ｈ为负值表示　冲刷．由于很难找到两景完全相同潮位的遥感水边线，实际分析中采用相似潮位的两景遥感　水边线，根据它们的潮位差和海滩坡度订正Ｌ，订正值为Ｌ　＝ＡＺ／ｔａｎａ，海滩冲淤厚度为　△Ｈ＝（Ｌ＋Ｌｄ）ｔａｎａ．　本文从上述１５景遥感水边线中挑选了两组．　第一组处于高潮位附近，包括１９９４年１０月２２日、２００１年４月８日和２０１３年１０月２６　日的遥感水边线．　图４给出了１９９４年１０月２２日和２００１年４月８日遥感水边线位置．这两景遥感水边　线潮位差ＡＺ为一０．２５　ｍ，水边线进退距离订正值Ｌ　为一３．７　ｍ．分析订正后的水边线进退　距离，海滩各个部位的冲淤特征有差异，有的部位淤积（向海淤进），有的部位冲刷（向岸蚀　退）．如图４所示，将海滩分为四个区段：第一区段为五源河口以东，包括西秀海滩和假日海　滩；第二区段为五源河口至后海；第三区段为后海至夏威夷海滩；第四区段为夏威夷海滩以　西．从表３可以看出，第一区段水边线进退距离为一２．１　ｍ，进退速率为一０．３０　ｍ／ａ，海滩冲　淤厚度为一０．１４　ｍ，冲淤速率为一２．０　ｃｍ／ａ，呈侵蚀状态．其他３个区段分别呈现淤积、侵　蚀、淤积特征．　图５给出了２００１年４月８日和２０１３年１０月２６日遥感水边线位置．这两景遥感水边　线潮位差△ｚ为０．３２　ｍ，水边线进退距离订正值Ｌ　为４．７　ｍ．从表３可以看出，第一区段水　边线进退距离为一２．９　ｍ，进退速率为一０．２４　ｍ／ａ，海滩冲淤厚度为一０．２０　ｍ，冲淤速率为　一１．６　ｃｍ／ａ，呈侵蚀状态．其他３个区段分别呈现淤积、侵蚀、淤积特征．　图６给出了１９９４年１Ｏ月２２日和２０１３年１Ｏ月２６　Ｅｔ遥感水边线位置．这两景遥感水　第４期　张晓冬，等：海口湾海滩冲淤遥感分析　４９　边线潮位差△Ｚ为０．０７　ｍ，水边线进退距离订正值Ｌ　为１．０　ｍ．从表３可以看出，第一区段　水边线进退距离为一５．３　１１１，进退速率为一０．２８　ｍ／ａ，海滩冲淤厚度为～０．３６　Ｉｌ＇ｌ－，冲淤速率　为一１．９　ｃｍ／ａ，呈侵蚀状态．其他３个区段分别呈现淤积、侵蚀、淤积特征．　２０。５’　２０。４　ｚ㈣　２０。２　２Ｏｏ１　１　１０。９’１　１０。１０’ｌ　１０。１　１’１　１０。１２’ｌ　ｌＯ。１３　１　１Ｏ。１４’１　１Ｏ。１５　１　１Ｏ。１６　东经　图４　１９９４／１０／２２－－２００１／０４／０８水边线位置对比及冲淤分布　Ｆｉｇ．４　１　９９４／１　０／２２—２００　１／０４／０８　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｅａｃｈ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　修正前进退１４　２　ｍ修正前进暹一２４　９　ｎｌ修正前进退３　５　ｍ　修正后进退１８　９ｍ修正后进退２０　２ｍ修正后进退８　２ｍ　２０１１／０４／０８　２０。ｄ　２ｏ。３　２０。２　２Ｏ。１　１　１０。９’１　１０。１０　１　１０。１　１　１　１０。１２’１　１０。ｌ３　１　１Ｏ。１４’１　１０。１５　１　１０。１６’　东经　图５　２００１／０４／０８－－２０１３／１０／２６水边线位置对比及冲淤分布　Ｆｉｇ．５　２００１／０４／０８－－２０１３／１０／２６　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｅａｃｈ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　２０。５‘　２０ｏ４’　２０￣３・　２０ｏ２’　２Ｏｏ１　１　１０。９’１　１０。１０’１　ｌＯ。１　１’１　１０。１２　１　１０。１３’１　１Ｏ。ｌ４’１　１０。１５　１　１０ｏ１６　东经　图６　１９９４／１０／２２－－２０１３／１０／２６水边线位置对比及冲淤分布　Ｆｉｇ．６　１９９４／１０／２２－－２０１３／１０／２６　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｅａｃｈ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　第二组处于低潮位附近，包括１９９６年６月５日、２００２年５月２１日和２０１３年４月５日　５Ｏ　华东师范大学学报（自然科学版）　２０１５年　图７给出了１９９６年６月５日和２００２年５月２１日遥感水边线位置．这两景遥感水边线　潮位差ＡＺ为一０．２２　ｒｎ，水边线进退距离订正值Ｌ　为一３．２　１＂Ｉ１．从表４可以看出，第一区段　水边线进退距离为一１．７　ｍ，进退速率为一０．２８　ｍ／ａ，海滩冲淤厚度为一０．１２　ｒｎ，冲淤速率　为一１．９　ｃｍ／ａ，呈侵蚀状态．其他３个区段分别呈现淤积、侵蚀、淤积特征．　图８给出了２００２年５月２１日和２０１３年４月５日遥感水边线位置．这两景遥感水边线　潮位差△ｚ为０．０７　１１１，水边线进退距离订正值　为１．０　１＂Ｉ１．从表４可以看出，第一区段水边　线进退距离为一２．８　ｍ，进退速率为一０．２５　ｍ／ａ，海滩冲淤厚度为一０．１９　ｒｎ，冲淤速率为　一１．７　ｃｍ／ａ，呈侵蚀状态．其他３个区段分别呈现淤积、侵蚀、淤积特征．　图９给出了１９９６年６月５日和２０１３年４月５日遥感水边线位置．这两景遥感水边线　潮位差ＡＺ为一０．１５　ｍ，水边线进退距离订正值Ｌ　为一２．２　ｍ．从表４可以看出，第一区段　水边线进退距离为一４．４　ｌ＂ｎ，进退速率为一０．２６　ｍ／ａ，海滩冲淤厚度为一０．３０　ｒｎ，冲淤速率　为一１．８　ｃｍ／ａ，呈侵蚀状态．其他３个区段分别呈现淤积、侵蚀、淤积特征．　东经　图７　１９９６／０６／０５－－２００２／０５／２１水边线位置对比及冲淤分布　Ｆｉｇ．７　１９９６／０６／０５　２００２／０５／２１　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｅａｃｈ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　第４期　张晓冬，等：海口湾海滩冲淤遥感分析　５１　２０￣５’　２０。４。　２０ｏ３＇　２０。２’　２Ｏ。ｌ　ｌ　１Ｏｏ９’１１ＯｏｌＯ’ｌ　ｌＯ。ｌ１　ｌｌ０。１２　１　１０。１３‘１　１Ｏ。１４’１　ｌ０。１５’ｌ１０。１６’　东经　图８　２００２／０５／２１－－２０１３／０４／０５水边线位置对比及冲淤分布　Ｆｉｇ．８　２００２／０５／２１－－２０１３／０４／０５　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｅａｃｈ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　婚　１１０。９’１１０。１Ｏ　ｌｌＯ。１１　１１Ｏ。ｌ２’ｌ１０。１３‘１ｌＯ。１４　ｌ　１０。ｌ５’１１０。１６　东经　图９　１９９６／０６／０５－－２０１３／０４／０５水边线位置对比及冲淤分布　Ｆｉｇ．９　１９９６／０６／０５－－２０１３／０４／０５　ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｂｅａｃｈ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　表４低潮位附近水边线进退及海滩冲淤　Ｔａｂ．４　Ｗａｔｅｒｌｉｎｅ　ｃｈａｎｇｅ　ａｎｄ　ｂｅａｃｈ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｎｅａｒ　ｌｏｗ　ｔｉｄａｌ　ｌｅｖｅｌ　４结果与讨论　本文采用Ｌａｎｄｓａｔ遥感资料提取海口湾海滩水边线，分析海滩冲淤特征，得到以下几点　５２　华东师范大学学报（自然科学版）　结论．　（１）海口湾海滩的水体和陆地光谱特性差异显著，利用遥感影像提取水边线有很好的　适用性．对于Ｌａｎｄｓａｔ遥感影像而言，利用ＮＤＷＩ指数提取水边线，方法比较简单、效果好．　（２）利用１９９４—２Ｏ１３年的１５景遥感水边线推算了高潮位和低潮位之间的海滩坡度演　变：１９９５年前后的坡度为３．７。，２０００年前后的坡度为３．９。，２００５年前后的坡度为４．２。，２０１３　年的坡度为３．９。．综合来看，１９９４年至２０１３年海滩坡度变化不大，其平均坡度为３．９。．海口　湾地貌形态现场实测分析表明海滩坡度一般为３～５。　ｌ，本文的遥感分析结果与此基本　相符．　（３）综合分析遥感水边线位置变化和海滩坡度发现，１９９４　２０１３年海口湾各段海滩的　冲淤规律并不一致，其中西秀海滩和假日海滩发生冲刷，高潮位附近的冲刷厚度为０．３６　ｍ、　冲刷速率为１．９　ｃｍ／ａ，低潮位附近的冲刷厚度为０．３０　ｍ、冲刷速率为１．８　ｃｍ／ａ，呈侵蚀状　态．周晗宇等　利用海图资料估算海口湾西海岸海滩（即西秀海滩和假日海滩）侵蚀速率为　１．４　ｃｍ／ａ，但是，海图零米线以上的地形资料基本上是空白．本文遥感分析区域是海滩的零　米线上以上部分，得到的海滩冲淤趋势与周晗宇等口　的研究结果类似．　本文采用Ｌａｎｄｓａｔ遥感影像，它的优点是价格低廉，或者可以免费获取，而且比其他卫　星有更多年份的历史资料，资料源更丰富．本文所采用的Ｌａｎｄｓａｔ遥感影像分辨率为３０　ｍ，　海口湾海滩坡度为３．９。，从理论上来说，水边线移动一个像素网格对应的水位变化为　２．０５　ｍ．但是，海滩上水边线并不是都位于像素网格的中心，对于水边线位于像素网格边缘　的情况，比较小的潮位变化也可以造成水边线从一个像素网格移动到另一个像素网格．因　此，Ｌａｎｄｓａｔ遥感影像尽管分辨率偏低，仍可以在一定程度上分辨水边线的移动，从本文检　验的情况看，它具有参考应用价值．当然，如果购买高价格的更高分辨率遥感资料，与　Ｌａｎｄｓａｔ资料配合使用，可能得到更准确的海滩冲淤分析结果，在后续研究中需要对此进一　步完善．　关于最近几十年海口湾冲淤演变的动力机制，已有一些学者进行了探讨．周晗宇等　认　为海口湾西海岸泥沙来源可分为五源河输沙、海域来沙和沿岸输沙，五源河输沙量一直很　小，在数百年来海湾形态基本稳定的情况下海域来沙也不多，因此沿岸输沙是泥沙主要来　源．海口湾潮流和波生沿岸流使得沿岸输沙的主方向自东向西，其沙源地主要是南渡江河口　及其以东海岸侵蚀物　．南渡江１９６９年建松涛水库和筑龙塘拦水坝，人海沙量不断减　少ｌ７　，海口地区建筑用沙、新埠岛和海甸岛围填工程及其它筑堤吹填工程用沙主要来源于南　渡江三角洲＿２　，直接造成了南渡江三角洲侵蚀　，也造成海口湾西海岸侵蚀　．这些结论　主要来源于资料分析，如果进一步通过数值模拟进行定量分析，可以更深入地揭示南渡江三　角洲沙源减少对海口湾的影响．波浪对南渡江三角洲海岸演变有重要影响＿２　，周晗宇等　也初步讨论了波浪破碎对海口湾海滩前滨和后滨冲淤的影响，但是波浪对海口湾海滩冲淤　仍需要深入研究，尤其需要开展数值模拟研究．全球气候变化、风暴潮灾害、海平面上升等对　海口湾海滩冲淤有什么影响？目前也缺乏研究．因此，在后续研究中还需要更全面、深入地　分析海口湾海滩冲淤机制，在此基础上为海滩防护对策提出建议．　［参　考　文　献］　［１］ＤＯＭＩＮＧＵＥＳ　Ｃ　Ｍ，ＣＨＲＵＣＨ　Ｊ　Ａ，ｗＨＩＴＥ　Ｎ　Ｊ，ｅｔ　ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｅｓｔｉｍａｔｅｓ　ｏｆ　ｕｐｐｅｒ—ｏｃｅａｎ　ｗａｒｍｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｕｌｔ　第４期　［［　［［　［［张晓冬，等：海口湾海滩冲淤遥感分析　　［［　［［［　［　［　［　［　５３　］］　］］　明　］］　明　］］　］］］　『］　三ｌ　ｒ］　三１　嘲　］　］　ｄｅｃａｄａｌ　ｓｅａ—ｌｅｖｅｌ　ｒｉｓｅ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，２００８，４５３：１０９０—１０９３．　季子修．中国海岸侵蚀特点及侵蚀加剧原因分析［Ｊ］．自然灾害学报，１９９６，５（２）：６５—７５．　蔡锋，苏贤泽，刘建辉，等．全球变化背景下我国海岸侵蚀问题及防范对策ＥＪ］．自然科学进展，２００８，１８（１０）：　１０９３—１　１Ｏ３．　邹志利．海岸动力学［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００９．　朱首贤，黄韦艮，丁平兴，等．卫星遥感资料在潮间带地形和漫滩计算中的应用ＥＪ］．华东师范大学学报：自然科学　版，２００７（４）：１—９．　龚文平，王道儒，傅捷．海口湾东部浅滩的发育演变及其机制分析［Ｊ］．热带海洋学报，２００１，２０（３）：２８—３４．　周晗宇，陈沈良，钟小箐，等．海口湾西海岸海滩沉积物与海滩稳定性分析［Ｊ］．热带海洋学报，２０１３，３２（１）：２６—　３４．　吴隆业，吴永森，孙玉星．海口湾遥感研究１：纳潮量及其变化口］．海洋学报，１９９７，１９（６）：５６—５９．　朱长明，张新，骆剑承，等．基于样本自动选择与ＳＶＭ结合的海岸线遥感自动提取ｆ－ｊ］．国土资源遥感，２０１３，２５　（２）：６９－７４．　崔步礼，常学礼，陈雅林，等．黄河口海岸线遥感动态监测［Ｊ］．测绘科学，２００７，３２（３）：１０８—１０９．　都金康，黄永胜，冯学智，等．ＳＰＯＴ卫星影像的水体提取方法及分类研究［Ｊ］．遥感学报，２００１，５（３）：２１４—２１９．　ＭＣＦＥＥＴＥＲＳ　Ｓ　Ｋ．Ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｗａｔｅｒ　Ｉｎｄｅｘ（ＮＤＷＩ）ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｐｅｎ　ｗａｔｅｒ　ｌｅａ—　ｔｕｒｅｓＥＪ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ，１９９６，１７（７）：１４２５—１４３２．　ＪＯＮＧＳＥＮ　Ｌ，ＩＧＯＲ　Ｊ．Ｃｏａｓｔｌｉｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒａｃｉｎｇ　ｉｎ　ＳＡＲ　ｉｍａｇｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｇｅｏｓｅｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ，１９９０，２５８（４）：６６２—６６８．　韩震，金亚秋．星载红外与微波多源遥感数据提取长江口淤泥质潮滩水边线信息［Ｊ］．自然科学进展，２００５，１８　（８）：１０００—１００６．　王李娟，牛铮，赵德刚，等．基于ＥＴＭ遥感影像的海岸线提取与验证研究［Ｊ］．遥感技术与应用，２０１０，２５（２）：　２３５—２３９．　ＲＹＡＮ　Ｔ　Ｗ，ＳＥＭＩＮＴＩＬＬＩ　Ｐ　Ｊ，ＹＵＥＮ　Ｐ，ｅｔ　ａ１．Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｈｏｒｅｌｉｎｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｂｙ　ｎｅｕｒａｌ　ｎｅｔｓ　ａｎｄ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｏ—　ｃｅｓｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｈｏｔｏｇｒａｍｍｅｔｒｙ　ａｎｄ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ，１９９１，５７（７）：９４７—９５５．　曹子荣．基于ＳＶＭ监督分类的水体信息提取研究［Ｊ］．测绘标准化，２０１３，２９（３）：３０—３２．　梅安新，彭望碌，秦其明，等．遥感导论［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００１．　徐涵秋．利用改进的归一化差异水体指数（ＭＮＤＷＩ）提取水体信息的研究［Ｊ］．遥感学报，２００５，９（５）：５８９—５９５．　闫霈，张友静，张元，等．利用增强型水体指数（ＥＷＩ）和ＧＩＳ去噪音技术提取半干旱地区水系信息的研究［Ｊ］．遥　感应用，２００７，６：６２—６７．　２１　２２　丁凤．基于新型水体指数（ＮＷＩ）进行水体信息提取的实验研究［Ｊ］．测绘科学，２００９，３４（４）：１５５—１５７．　王宝灿，陈沈良，龚文平，等．海南岛港湾海岸的形成与演变［Ｍ］．北京：海洋出版社，２００６：４３—５０．　２３　２４　罗宪林，李春初，罗章仁．海南岛南渡江三角洲的废弃与侵蚀［Ｊ］．海洋学报，２０００，２２（３）：５５—６０．　吴创收，杨世伦，罗向欣，等．近四十年南渡江水下三角洲的冲淤变化及其主控原因［Ｊ］．海洋科学进展，２０１１，２９　（３）：３３９—３４５．　２０１１，３０（４）：３７—４５．　［２５］　陈海洲，王宝灿，谢琳．海口白沙浅滩的形成与演变［Ｊ］．海岸工程，［２６］　戴志军，陈子椠。欧素英．海南岛南渡江三角洲海岸演变的波浪作用分析口］．海峡，２０００，１９（４）：４１３—４１８．　（责任编辑李万会）