闽江河口地区河道演变及其影响因素分析

文章编号:100223682(2004)0120013208闽江河口地区河道演变及其影响因素分析周建军,陈　刚,胡　成,陈华丽(中国地质大学环境学院,湖北武汉430074)摘要:比之传统的调查方法,利用遥感技术进行岸线解译具有范围大、多时段、省时、省力以及快速等优点。

根据多时相TM 遥感数据,对闽江河口地区岸线进行解译,结合20世纪60年代地形图和2001年海图,分析了河口地区河道演变情况。

对河流岸线和浅滩变化进行对比分析,发现闽江口南部水道多呈淤积状态,北边水道则为弱侵蚀型岸线;南部水下浅滩有新发育,原有的浅滩面积有很大的扩展,北边水道变化较小;文章最后对河道演变的影响因素进行了初步的探讨。

关键词:闽江;遥感;河道演变;影响因素中图分类号:TV 148 文献标识码:A 闽江是福建省最大的河流,闽江河口为山溪性强潮河口,水动力条件复杂,水下地形变化多样,泥沙堆积作用强烈,汊道甚多,径流经梅花水道、川石水道、乌渚水道和熨图1　闽江口形势图斗水道入海,水流悬沙含量很高,浅滩发育,对福州泄洪、排涝、以及福州的经济建设和规划以及福州港的通航等带来很大不利影响,因此,对闽江口进行开发整治研究势在必行。

近年来一些学者结合闽江航道整治工程,对闽江河口的沉积地貌特征、水文泥沙特征与拦门沙成因、盐淡水混合以及闽江口沉积结构与沉积作用[1]等进行了研究,但很少研究闽江口的岸线变迁。

由于海岸线变化速度快,难以用传统、常规的调查方法对其进行及时、充分的监测与研究。

应用多时相、多精度的卫星遥感数据监收稿日期:2003209226基金项目:国土资源部科学基金项目——福建沿海及重要经济区生态环境地质调查([2003]07204)作者简介:周建军(19772),女,硕士研究生,主要从事环境地质及其遥感应用研究。

(责任编辑:杜素兰)第23卷第1期海　岸　工　程2004年3月测海岸线的变化已有许多成功的先例[2～4],本文利用1986年和2001年遥感图像并结合20世纪60年代地形图以及2001年海图研究了闽江口岸线变迁,为闽江口治理开发规划与工程实施、滩涂资源合理开发、航道开发与治理等提供新的科学依据。

1　河口地区河道冲淤变化图2　闽江口岸线遥感解译变迁图1.1　岸线解译本文使用的基础资料为1986年7月25日和2001年3月4日L andsat 卫星数据以及20世纪60年代地形图,再结合河道实际调查的数据,分析了河道的冲淤变化。

由于闽江口大部分地区都有护岸堤坝,所以容易区分水陆界限,将岸线解译出来。

先利用60年代的地形图校正两期遥感图像,并进行重采样,然后适当地对图像进行增强。

由于要考虑潮汐涨落的影响,故选择对水体或含水量非常敏感的波段范围。

理想的识别水体的波长应在1.5～1.8Λm 之间;根据前人经验以及水体的光谱特性,对于水陆区分的有效方法是波段几何运算[(2+3)-(4+5)][5],利用这种方法提取岸线并进行二值化处理,将栅格图像转为矢量图像,再进行3次样条插分圆滑处理,可得到2个时相的岸线。

60年代的岸线由60年代地形图数字化得到;将3个时期的岸线叠合,可以得到闽江口岸线变迁图(图2)。

1.2　岸线变化闽江从闽安峡谷出来就进入河口地带,在亭江被琅岐岛分成2部分,河流由于惯性继续流向东北,即北部水道,其分流水量大,北部成为闽江主航道;一小部分水流转过近90°的弯,从琅岐岛以南入海,分流小;整体来说,琅岐岛以南岸线变化比北部显著。

1.2.1　梅花水道南岸变迁闽江口岸线整体上变化最大的有南部蝙蝠洲、潭头至梅花镇沿岸、琅岐岛的东面海岸以及雁行洲和三分洲。

南部蝙蝠洲以及邻近的几个小沙洲与长乐猴头屿淤积连接,由原来的沙洲变成陆地,已为人类开垦利用;在河流转折处2001年岸线比1986年向河流方向又淤进上百米,这部分岸线为强淤型;猴头屿往东至潭头港这一段岸线呈弱侵蚀状41海　岸　工　程第1期态,由于河水绕过蝙蝠洲转向东南流向,冲蚀河岸;潭头港到梅花镇一线岸线向海淤进,为强淤积型岸线,特别是阜山草塘一带,淤进上百米,主要发生于20世纪60-80年代,1986年相比2001年淤进很小,但梅花镇附近的岸线在这一段时间淤积也达到300m 左右;再从梅花镇往东岸线为沙岸,两期解译岸线相比20世纪60年代的岸线,变化各有不同,火焰山以西都为强淤形式,火焰山到浮尸山段2001年岸线淤进较多,1986年淤进较小;从浮尸山往南的砂岸都转变为弱侵蚀岸线。

1.2.2　琅岐岛岸线变迁琅岐岛南面的三分洲、雁行洲与琅岐岛连接,中间的水道淤高成陆,只在雁行洲和琅岐岛之间留下一条小水道,现在三分洲和雁行洲已成为琅岐岛蔬菜种植地的一个主要部分。

由于径流出闽安峡谷转到南部河道对三分洲和雁行洲西部这段岸线的冲刷,这段岸线从20世纪60年代到2001年一直为强侵蚀型岸线,被冲刷后退两百多米,琅岐岛尖也蚀退了几十米;雁行洲东面的岸线则为强淤型岸线,主要淤积时间是从20世纪60年代至80年代,后来可能由于航道的疏浚,淤积减少。

由于径流转向后对河岸的冲刷,雁行洲往东的三保站至金鸡山岸段形成弱侵蚀后退型岸线(除部分围垦地段以外)。

金鸡山至古尾以南岸段变化很少,是一段相对稳定的岸线。

琅岐岛东面的淤积发生在北边靠近壶江岛和南部古尾的地区,而且淤进距离很大,主要是围垦养殖使岸线向海推进。

琅岐岛面临闽江北部水道的岸线为弱侵蚀与弱淤积混合型,其开始地段(即从闽江分流口开始)有微弱的侵蚀现象;中间段有淤积的现象和趋势;渡亭坟以西有一段侵蚀明显;而从渡亭坟往东,则转为淤积较明显,烟台山处为闽江北水道的最狭窄的地方,水流对烟台山的西面冲刷作用强烈,使岸线刷退几十甚至上百米;除中间孟洋山一段为侵蚀型岸线,烟台山以东的一段都为淤积型岸线。

1.2.3　长门水道、川石水道北岸变迁北部水道为闽江主航道,岸线相对于南部来说变化较小。

径流出闽安峡谷,河道变宽,水流冲刷力减弱,河岸有护岸堤坝和砾石岸防冲刷,从亭江至虎头山为弱侵蚀岸线,其蚀退距离在20m 范围以内;从虎头山至华秋主要为稳定岸线,没有冲刷蚀退和淤积增进;从华秋开始的岸线转为强淤积型岸线,河流在华秋分流一部分至乌渚水道,冲刷粗芦岛西面和南面岸线,粗芦岛西面和南面的岸线都为强侵蚀型岸线,乌渚水道西岸则为淤进的距离达到上百米的强淤型岸线;水流经川石水道流过粗芦岛,一部分分流至熨斗水道,使粗芦岛东面岸线也为侵蚀岸线;径流经粗芦岛转为东南向,减轻对川石岛的冲刷,川石岛西面、南面岸线都为弱侵蚀型岸线;川石水道中的壶江岛北边岸线呈弱淤积状态,而南面岸线为弱侵蚀岸线。

1.3　浅滩变化浅滩变化主要是根据20世纪60年代地形图和2001年海图进行对比,分析其发育位置以及面积大小的变化情况。

根据20世纪60年代的浅滩大小和方位对比2001年海51第23卷 周建军,等:闽江河口地区河道演变及其影响因素分析 61海　岸　工　程第1期图可以发现,60年代的浅滩与2001年的浅滩位置变化不大,但面积变化很大。

闽江梅花水道中浅滩变化大而且明显。

蝙蝠洲和邻近的2个小沙洲与猴头屿之间的水道淤高成陆,大大缩小南部水流通道;浮岐附近发育有新的小沙洲,同时琅岐岛、雁行洲以及三分洲之间的水道也已经成为陆地,只留下雁行洲与琅岐之间的一条小水道;雁行洲东面的沙滩被冲刷;潭头港河段发育了新的沙洲,即新行沙,它与横跨潭头港至梅花镇的鳝鱼沙连接,这样改变了水流的流速和方向;鳝鱼沙与河岸之间也有淤积,水道堵塞,退潮时沙洲全部露出水面,与河岸连在一起;60年代梅花镇附近的鳝鱼沙向东伸出去很长的沙嘴,在2001年海图上沙嘴与火焰山至鸟咀一带的沙岸连接成一片;这表明鳝鱼沙往东、南、西3个方向都有发展;鳝鱼沙往北是由原来的小面积沙泥发展而来的猴屿行沙以及新埕沙,它们的面积已经扩大几倍,甚至上十倍;再往北的南上行沙,处于琅岐岛的东海域,由原来的几个小行沙淤积连接并向四周扩展形成,与后垄埕沙之间留下浅水道一条,使梅花水道水流经后垄埕沙东缘流向川石水道受阻,对川石水流顶托作用减弱;后垄埕沙是琅岐岛东面连岸的浅滩,近岸为沙,往海方向淤积转为淤泥滩,从20世纪60年代到2001年后垄埕沙有淤积趋势。

根据以上对比可知,闽江琅岐以南的水道实际上已经布满泥沙浅滩,仅留下几条深浅不一的水道。

这样,闽江河水在亭江转过90°弯后,进入梅花水道,大部分受浅滩阻挡,一方面水流冲刷浅滩,使浅滩泥沙再悬浮,增加径流含沙量,另一方面水流受阻,流速变缓,泥沙沉积,降低河水对南部浅滩的冲刷。

所以在影像上显示这里是高含沙区,河水携带的泥沙有所沉积,落淤在浅滩上,增高浅滩,扩展浅滩的面积,这样更使得泥沙易于在浅滩四周淤积,于是引起水道变化,浅滩淤积严重,水道变窄,水流对浅滩的冲刷力减弱,就这样形成循环,使得浅滩淤高,面积扩大。

从20世纪60年代地形图上可以看出,琅岐以北主要水道从亭江开始到长门没有浅滩发育,从长门开始到川石岛有一些浅滩发育。

南龟岛东面沿岸发育有小的沙洲;壶江岛东面发育有大片长条状浅滩,川石岛东面发育有铁板沙的3个小浅滩,以及沿岸发育一些小型的沙滩和淤泥滩。

整体来说,河水从亭江经川石水道入海受阻不大,水流经粗芦岛转弯以及川石岛时部分水流转入乌诸水道和熨斗水道入海。

对比2001年的浅滩发现,2001年在南龟岛东面的小沙洲有所扩大,往东的河段发育有长条型沙洲,壶江岛西面发育沙洲,与乌渚洲连接,而且壶江岛以东浅滩向东有所扩展,川石岛东面的铁板沙由原来的3个小浅滩,变成川石岛东面最大的3个浅滩,最西面的一个与川石岛相连;川石岛临近川石水道一侧由于护理航道堤坝的作用,也形成了大片的淤泥滩。

人们为了阻止航道向铁板沙移动,在川石岛东面修筑了堤坝,促进东面的铁板沙淤积,面积扩展。

2　河床演变的影响因素初步分析2.1　泥沙分析根据泥沙的波谱特性可知,在波长为0.50～1.00Λm 的可见光及近红外光波段,其光谱反射率与悬沙浓度之间的关系较其它波段好,而这一波长段所对应的TM 图像和ETM 图像是波段2,3,4[6]。

因此,为了突出悬沙浓度的差别,用遥感图像的波段2,3和4做出假彩色合成图像。

假彩色合成卫片能以鲜明的色调差别表现各种悬沙浓度水体的反射波谱特性、将彩图进行解译,于是形成了图3(a )和图3(b )的卫片解译图。

(a ) (b )图3　闽江河口地区泥沙含量分区卫星遥感解译图(a )1986年;(b )2001年本文所用的两期遥感影像图影像清晰,水下信息丰富,根据闽江口水域影像的色调和形状可以明显看出泥沙含量可以分为4个区域①(图3,不包括第四区)。

第一区( )为高含沙区,影像呈亮白色,主要分布在梅花水道和铁板沙浅滩,该地段水位浅,浅滩效应明显,悬沙含量高,水体最为浑浊,为闽江口高浑浊区;1986年与2001年的最高浑浊区分布变化不大,位置主要在梅花水道,2001年最高含沙量区域较集中,主要在梅花水道。