淤泥质潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演方法研究_以长江口崇明东滩为例

2009年
海洋湖沼通报
T ransactions of Oceanolo gy and Limnolog y
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文章编号:1003 6482(2009)01 0012 07
淤泥质潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演方法研究
以长江口崇明东滩为例*
韩震1,恽才兴2,戴志军2,刘瑜1,张宏1
(1.上海海洋大学海洋科学学院上海201306; 2.华东师范大学河口海岸国家重点实验室上海200062)
摘要:潮滩是淤泥质海岸最主要的地貌类型之一,淤泥质潮滩特征在很大程度上代表了所在
海岸带的性质,查清其性质和分布对于合理开发潮滩资源和研究现代海岸带动态变化具有重
要意义。

本文以星载多源遥感技术为主要研究手段,结合常规调查资料和野外调查工作,以
长江口崇明东滩为研究区,利用淤泥质潮滩水边线提取技术和潮位站实测水位高程进行潮滩
地形反演,确定潮滩坡度及其淤积或侵蚀速度,为长江口潮滩资源合理开发利用和环境保护
的长远规划提供重要的参考依据。

关键词:遥感;冲淤;长江口崇明东滩
中图分类号:853 文献标识码:A
淤泥质潮滩是在周期性潮汐作用下经常被海水所浸淹的沿海湿地,是一种动态不稳定的水土资源,并存在明显的冲淤变化,潮滩及其与之共存的各种资源是人类赖以生存和可持续发展的重要基础,是海岸带资源与环境保护的重要对象,了解其性质和分布对合理开发潮滩资源非常有益。

由于潮滩面积宽广、水浅滩平、变化频繁,给常规现场测量工作带来不少困难,因此该区域研究程度相对较低[1 4]。

淤泥质海岸潮滩沉积地貌是岸滩动态过程的综合反映,其岸滩冲淤变化是一种复杂的物理过程,它包括许多自然因素和人类诱发因素。

自然因素包括研究区域的地质过程和海平面升降、水动力条件、泥沙来源及沉积物变化等;人类诱发因素包括滩涂围垦、水产养殖、潮汐通道开挖、港口、码头及防波堤建设、航道疏浚、潮滩及近岸取沙等。

淤泥质潮滩冲淤速率和沉积(侵蚀)速率是其沉积(侵蚀)环境的重要参数。

冲淤速率是指单位时间内沉积物冲淤的宽度。

沉积(侵蚀)速率是指单位时间内沉积物形成(侵蚀)的厚度,它能综合体现沉积(侵蚀)过程的特征,是确定沉积(侵蚀)环境的定量指标。

确定沉积(侵蚀)速率的方法主要有河流输沙法、海图对比法,此外,放射性同位素测年法也是测定沉积速率的常用方法。

本文从遥感的角度进行了潮滩冲淤速率和沉积速率的计算。

1 技术路线
遥感应用的技术关键是信息的提取与反演,即从携带了地物信息的电磁波信号中提取地物的特征[5]。

我们以长江口崇明东滩为研究示范区,进行了遥感定量反演研究的尝试[6],其技术流程如图1所示。

*基金项目:上海市教育委员会科研创新重点项目(08ZZ81);国家自然科学基金(60672116)资助第一作者简介:韩震(1969 ),男,山东省德州市人,教授,博士,主要从事遥感技术研究,z hhan@
收稿日期:2008 01 08
图1 技术流程图Fig.1 T echnolo gy flo wchart
2 研究区概况
崇明东滩1990年代以前,原为长江口北支和北港口门之间的自然淤涨滩地,高潮滩被芦苇、 草和海三棱 草覆盖,中低潮滩大部分为裸露滩地,涨落潮最大流速仅为0.5m/s,含沙量在1.0kg/m 3以上,是长江口淤积速率最大的潮滩(图2)。

1991年及1992年先后圈围团结沙、东旺沙以后,中、高潮滩成为向东北展布的三角弧形新垦地,由团结沙、东旺沙、北八 三大块组成,东西宽25.16km ,南北长25.33km,总面积326.20km 2,目前海堤以外尚有0m 以上潮滩面积120km 2[7]。

崇明东滩是长江北支、北港落潮岛影缓流区的堆积地貌形态,呈向东伸展的滩嘴。

它为淤涨岸段,主要涨势向东和向北,南部奚家港附近原为侵蚀带,受波浪和潮流的冲击而后退,修建丁坝工程后,制止了坍势。

崇明东滩的高、中和低潮滩分带明显,在平均高潮位以下为光滩。

崇明东滩潮沟发育,高潮滩上的潮沟呈树枝状。

3 数据处理及分析
选择美国陆地卫星TM 、ET M 为数据源,共计19个时相,时间跨度为1986~2002年。

先对其进行几何精校正和空间配准,然后勾绘出潮滩和水体的边界线,同时对不同潮位站(横沙潮位站、中浚潮位站、九段东潮位站、长兴岛潮位站、佘山潮位站)实测水位高度进行潮位分带
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1期淤泥质潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演方法研究 以长江口崇明东滩为例
图2 崇明东滩地理位置图
F ig.2 Geog raphy position of Chongming Dongtan
校,其卫星成像时刻瞬时水位高度见表1,样本基本可以满足长江口淤泥质潮滩演变分析的要求[8]。

本文根据潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演技术,对长江口崇明东滩的潮滩变迁进行了分析。

其具体数据见表2,影像见图3~图6。

由图3~图6和表2说明,堡镇 奚家港、北四 港 北六 港是相对稳定的岸段,奚家港 团结沙为冲刷岸段,年平均侵蚀速率为20.77m /a,最大侵蚀速率为50.31m/a;东滩候鸟保护区为迅速淤涨岸段,年平均淤涨速率为126.85m /a,最大淤涨速率为247.77m/a;北六 港 东滩候鸟保护区为轻微淤涨岸段,年平均淤涨速率为24.92m/a,最大淤涨速率为60.69m/a 。

崇明东滩淤涨的原因有二:一是奚家港以东,北港主槽南偏指向横沙东滩北侧,北港径流输沙部分向东北方向扩散,崇明东滩成为落潮缓流区,有利于悬浮泥沙沉降堆积;二是1979年团结沙与东旺沙之间的北港潮汐汊道上口筑坝堵汊,工程促淤效果使0m 以上面积增加至3500公顷。

20世纪90年代是崇明东滩围垦工程进展较快的年代,1990年11月~1991年2月,上海市水利局在东滩南部围垦团结沙,成陆面积2.7万亩,1991年6月至1992年3月,上海市农场局在东滩北部东旺沙围垦造陆6.6万亩,1998年冬至1999年春,上实东滩公司又在东旺沙围垦区外高潮滩圈围3400亩。

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海 洋 湖 沼 通 报2009年
表1
长江口卫星成像时刻瞬时水位一览表
T able 1 Instantaneous w ater line elev ation at satellite imaging in the Changjiang Estuar y
/cm 传感器类型!
成像日期∀农历#横沙∃中浚%九段东&
长兴岛∋
佘山(崇明东滩)
T M 86 05 314月23日197195165220173181T M 87 05 184月21日91108125112126136T M 90 07 135月31日869613795132121T M 90 12 0410月18日199285357133351293T M 93 01 261月4日6616022572232216T M 93 03 313月9日145154147154149143T M 94 03 021月21日326712740136118T M 95 03 052月5日7913319161202186T M 95 04 063月7日8511414791145137T M 97 04 113月5日5911116658168152T M 98 08 046月13日258266259262262262T M 99 04 012月15日266328360204357346T M 99 09 248月15日340383406301384382ET M 00 03 262月21日8411313988147139ET M 00 08 017月2日230304356168339325ET M 01 03 293月5日6711518658185168ET M 01 07 035月13日316329328306318318ET M 02 01 1111月28日344361368326
366364T M
02 03 08
1月25日
232
239
227
236
235
No te:!Senso rs;∀I maging date;#luna r calendar ;∃H engSha;%Zhong Jun;&Jiuduan Dong;∋Chang x ing Is
land;(She Shan;)Chongming Dong tan
表2
崇明东滩不同部位冲淤速率估算表T able 2 Estimation table of depo sitio n and erosio n v elo city at the difference po sitio ns
in the Cho ng ming Dongtan
堡镇港 奚家港
奚家港 团结沙
东滩候鸟保护区北六滧港 东滩
北四滧港 北六滧港
水边线高程(理论基面)!/cm 136-139年限Year s 1987-2000水边线平移距离/m ∀8-270(-654)1649(3221)324(789)11年平均冲淤速率#/ma -10.62
-20.77(-50.31)126.85(247.77)24.92(60.69)0.85
平均坡度(最小坡度)
∃
1/238(1/490)1/581(1/998)1/323(1/612)年沉积(侵蚀)速率/cma -1%-8.72(-10.27)
21.83(24.83)
7.71(9.92)
注:括号内数值为最大值
No te:!W aterside line elevation (theor y base level);∀Wat erside line hor izontal mov ement distance;#Annual aver age deposition and er osion v elocit y;∃Av erag e gr adient (minimum g radient);%A nnual deposit ion (ero sion)v elo city
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1期淤泥质潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演方法研究 以长江口崇明东滩为例
图3 堡镇港至奚家港1987年5月18日和2000年3月26日潮滩和水体的边界线F ig.3 Bo rderline o f tidal flat and w ater of 18/05/1987and 26/03/2000fro m
Bao zhen H ar bo r to Xijia H
arbor
图4 奚家港至团结沙1987年5月18日和2000年3月26日潮滩和水体的边界线F ig.4 Bo rderline o f tidal flat and w ater of 18/05/1987and 26/03/2000fro m
Xijia harbor to T
uanjiesha
图5北四滧港 东滩1987年5月18日和2000年3月26日潮滩和水体的边界线
F ig.5 Bo rderline o f tidal flat and w ater of 18/05/1987and 26/03/2000fro m
Beisixiao H arbor to Do ng tan
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图6 东滩候鸟保护区1987年5月18日和2000年3月26日潮滩和水体的边界线
Fig.6 Border line of tidal flat and water of 18/05/1987and 26/03/2000
in m igr ator protection distr ict of D ongtan
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1期淤泥质潮滩高程及冲淤变化遥感定量反演方法研究 以长江口崇明东滩为例
18海 洋 湖 沼 通 报2009年
REMOTE SENSING QUANTITATIVE INVERSION RESEARCH OF THE SILT TIDAL FLAT ELEVATION AND
DEPOSITION AND EROSION CHONGMING DONGTAN
AS THE EXAMPLE
H A N Zhen1,YUN Caix ing2,DAI Zhijun2,LIU Yu1,ZH ANG H o ng1
(1.Colleg e of M rine Sciences,Shang hai Ocean U niversity,Shang hai201306,China;
2.State Key Labo rato ry of Estuar ine and Co astal Research,East China
Norm al U niversity,Shang hai200062,China)
Abstract:The tidal flat is one of the silt co ast geog raphy ty pes.Understanding its character istics and distributions clearly is important for dev elo ping tidal flat resources and researching tidal flat dynamical variety.T he Chongm ing east tidal flat in the Changjiang Estuary w as taken as r esearch areas.The gr adient and v elo city of deposition or er osion ar e calculated by applying w aterside line elevation inversion techno logy based on multi tem por al satellite re m ote sensing imag es and field inv estig ation data.The result prov ides the important evidences fo r the tidal flat r esource development and environment protection lay out in the Changjiang Estuary.
Key words:remo te sensing;deposition and ero sion;Cho ng ming Dongtan in Changjiang Es tuary。