韓曉慶, 李 靜, 張 蕓, 甄彥龍, 高偉明, 李偉妙

(1. 河北省國土資源利用規(guī)劃院, 河北 石家莊 050051; 2. 河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通工程系, 河北 石家莊 050016; 3. 河北省地理科學(xué)研究所, 河北 石家莊 050011; 4. 河北省地礦局國土資源勘查中心, 河北 石家莊 050081; 5. 河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室, 河北 石家莊050024; 6. 河北師范大學(xué) 匯華學(xué)院, 河北 石家莊 050091)

人工干預(yù)下河北省淤泥質(zhì)海岸岸線演變及其環(huán)境效應(yīng)分析

韓曉慶1, 李 靜2, 張 蕓3, 甄彥龍4, 高偉明5, 李偉妙6

(1. 河北省國土資源利用規(guī)劃院, 河北 石家莊 050051; 2. 河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通工程系, 河北 石家莊 050016; 3. 河北省地理科學(xué)研究所, 河北 石家莊 050011; 4. 河北省地礦局國土資源勘查中心, 河北 石家莊 050081; 5. 河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室, 河北 石家莊050024; 6. 河北師范大學(xué) 匯華學(xué)院, 河北 石家莊 050091)

以多期地形圖、海圖, 多時(shí)相航空影像圖、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù), 多年實(shí)測數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源, 綜合運(yùn)用GIS軟件室內(nèi)判讀與野外實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的技術(shù)方法, 系統(tǒng)分析了人工干預(yù)下河北省淤泥質(zhì)海岸岸線近50 a(1956 ～2006年)來演變過程、動因, 深入探討了海岸岸線演變特征及其對周邊岸灘產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)。結(jié)果表明：河北省淤泥質(zhì)海岸岸線演變動因由自然演化轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟愑绊懻贾鲗?dǎo)地位; 變化類型由以鹽田開發(fā)為主, 演變?yōu)辂}田、養(yǎng)殖池塘并重, 繼而以養(yǎng)殖池塘變化占主體, 最終為養(yǎng)殖池塘、港口變化為主導(dǎo); 開發(fā)熱點(diǎn)區(qū)域因時(shí)間不同而有所差異, 南段岸線重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域逐漸南移, 而北段岸線則呈現(xiàn)不斷西移的特點(diǎn)。黃驊港岸線變化對周邊產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)表現(xiàn)為：改變沿岸流流向, 并在航道外形成沿堤流及環(huán)流; 改變?yōu)┟嫦鄬ζ胶鉅顟B(tài), 航道以北重塑均衡剖面; 改變局部流場, 近岸區(qū)高濃度泥沙沿防波堤兩側(cè)向外運(yùn)動; 改變岸灘沉積物類型, 北灘粉沙層的規(guī)模和粒徑均小于南灘。曹妃甸港岸線變化對周邊產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)主要表現(xiàn)為：阻斷東西向的淺灘潮流, 對曹妃甸外緣潮流系統(tǒng)造成影響; 南堡西側(cè)海灘不斷淤積、附近海島、沙壩出現(xiàn)不同程度的淤積。本研究對于合理利用海岸帶資源,科學(xué)規(guī)劃海岸帶發(fā)展方向, 實(shí)現(xiàn)區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

淤泥質(zhì)海岸; 岸線演變; 環(huán)境效應(yīng); 黃驊港; 曹妃甸港

海岸帶是海洋與陸地交界的特殊地帶, 是人類賴以生存和發(fā)展的重要場所, 是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的前沿地帶。海岸帶的變化, 往往對海岸帶地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害, 并帶來巨大經(jīng)濟(jì)損失, 備受世界各國關(guān)注[1-5]。因此, 加強(qiáng)海岸帶演變研究對于沿海地區(qū)生態(tài)安全及可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

淤泥質(zhì)潮灘通常擁有豐富的水產(chǎn)資源、巨大的土地供應(yīng)潛力及濕地生態(tài)價(jià)值, 是人類進(jìn)行海岸開發(fā)和環(huán)境保護(hù)等工作的重點(diǎn)地區(qū)。許多學(xué)者通過現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)結(jié)合遙感數(shù)據(jù), 利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)模型及物理方法, 對淤泥質(zhì)海岸岸線變化做了有價(jià)值的研究[6-11]。Roberts等[2]通過數(shù)學(xué)模型的方法研究了潮流、波浪和懸浮泥沙對潮灘剖面的影響, 發(fā)現(xiàn)潮差變化可以使淤泥質(zhì)潮灘發(fā)生相應(yīng)變化, 使岸線相應(yīng)出現(xiàn)淤漲或侵蝕; 張振德等[6]通過研究, 利用數(shù)學(xué)方法和遙感數(shù)據(jù)提出一種潮灘調(diào)查中確定任意潮位線的方法; 韓震等[7-8]綜合運(yùn)用星載多元遙感資料, 結(jié)合常規(guī)調(diào)查資料及野外調(diào)查數(shù)據(jù), 對研究區(qū)淤泥質(zhì)潮灘進(jìn)行了水邊線提取, 并反演了潮灘地形, 分析得出該地區(qū)潮灘坡度及侵蝕淤積速度; 王安龍[9]利用多年實(shí)測數(shù)據(jù)分析了渤海灣西北部海岸特征, 得出各岸段沖淤狀況。此外, 河北省有關(guān)科研院所在 20世紀(jì)80年代開展了全省范圍海岸帶綜合調(diào)查, 摸清了當(dāng)時(shí)河北省海岸帶資源狀況, 分析得出河北省滄州市海岸侵蝕、淤積類型, 為其開發(fā)利用提供了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

隨著河北省海岸帶地區(qū)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展、環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的建立, 沿海鹽田、養(yǎng)殖池塘等傳統(tǒng)開發(fā)模式的持續(xù)發(fā)展以及黃驊港、曹妃甸港等新興港口岸線的出現(xiàn), 使河北省淤泥質(zhì)海岸發(fā)生深刻變化,同時(shí), 對海岸帶環(huán)境產(chǎn)生較大影響。本文基于前人的研究成果, 在國家“908專項(xiàng)”河北省海岸帶調(diào)查項(xiàng)目的支持下, 利用衛(wèi)星遙感方法在海岸帶監(jiān)測中的大范圍快速監(jiān)測、多時(shí)相動態(tài)監(jiān)測、歷史追溯監(jiān)測等優(yōu)勢, 結(jié)合野外實(shí)測資料, 較全面地分析了河北省淤泥質(zhì)海岸岸線蝕淤變化趨勢以及新興港口岸線對周邊環(huán)境演變的影響, 以期為該地區(qū)的區(qū)域環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

河北省海岸線總長 487 km, 自北向南依次為基巖海岸、砂質(zhì)海岸及淤泥質(zhì)海岸。其中, 淤泥質(zhì)海岸以天津市為界分南北兩段, 北段分布于唐山市的大清河口以西, 至冀津北交界處; 滄州市沿岸為南段海岸。位于117°50.7′～ 118°51.7′E, 38°15.9′～39°9.5′N之間的河北省沿海岸線。沿海地區(qū)涉及滄州市全境, 唐山市部分地區(qū), 下轄兩區(qū)、三縣、一市[12-13](圖1)。

圖1 河北省淤泥質(zhì)海岸范圍示意圖Fig. 1 Sketch map of the muddy coast in Hebei Province

2 數(shù)據(jù)資料的選取與處理

2.1 數(shù)據(jù)資料

2.1.1 主要資料

選用覆蓋研究區(qū), 比例尺分別為 1 ：50 000的1956年、1969年、1979年的3個年份共計(jì)57幅地形圖(表1), 作為1979年之前岸線信息提取的主要依據(jù)。

選用20世紀(jì)70年代以來的MSS, TM, ETM+,SPOT遙感資料作為主要數(shù)據(jù)源, 其中, 1979年是分辨率為60 m MSS影像, 2000年后為ETM+影像, 分辨率達(dá)15 m, 2006年為SPOT影像, 分辨率2.5 m, 其余皆為分辨率為30 m的TM影像, 8個時(shí)段共8景(表2)。

2.1.2 輔助資料

除采用上述資料外, 還采用部分年份的航空圖片、海圖作為提取岸線信息的參考資料。其中, 航空圖片分別為1998年、1999年、2000年、2004年, 比例尺為1 ：10 000的138幅正射影像, 用于訂正海岸線的某些細(xì)部, 如漁港、碼頭等衛(wèi)星影像圖上反應(yīng)不明顯的區(qū)域。此外, 采用1953 ～1998年出版, 比例尺1 ：10 000～1 ：250 000 的海圖共 11 景, 同時(shí)參考當(dāng)?shù)爻毕碛糜谟喺倌噘|(zhì)海灘等某些受潮汐影響明顯的岸段。

2.2 數(shù)據(jù)處理

2.2.1 地形圖處理

首先, 將地形圖以 200dpi進(jìn)行掃描[14-15], 然后利用MAPGIS6.6的投影變換系統(tǒng)提供的生成標(biāo)準(zhǔn)圖框功能, 設(shè)置與掃描地形圖相同的比例尺、橢球參數(shù)、地理坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)圖框, 并轉(zhuǎn)存為 200dpi的.tiff格式的標(biāo)準(zhǔn)圖框圖像, 作為幾何校正的參考圖像。經(jīng)ERDAS Image8.6(以下簡稱 ERDAS)的 Mosaic Images功能, 并運(yùn)行Mosaic工具輸出.img格式的拼接圖像。最后將覆蓋研究區(qū)的多幅圖像拼接成全景地形圖[16-17]。

表1 地形圖數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab. 1 Topographic data

表2 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表Tab. 2 Remote sensing data

2.2.2 遙感影像處理

將不同數(shù)據(jù)源、不同時(shí)空尺度的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加, 需要有一致的投影信息、橢球參數(shù)、坐標(biāo)系統(tǒng)等, 因此須將遙感影像訂正到統(tǒng)一坐標(biāo)系下[18-20]。利用ERDAS中的Import模塊, 將單波段黑白影像合成為多波段彩色影像, 以提高對不同地物的識別能力。在 ERDAS中選擇多項(xiàng)式變換(Polynlmial)作為幾何校正模型(糾正變換函數(shù))。選取判斷圖像與校正參考依據(jù)對應(yīng)的同名點(diǎn)——GCP點(diǎn), 用于控制計(jì)算、建立轉(zhuǎn)換模型及多項(xiàng)式方程。采用最近鄰點(diǎn)內(nèi)插法(Nearest neighbor)進(jìn)行數(shù)字圖像重采樣, 得到校正后的影像數(shù)據(jù), 并檢驗(yàn)誤差是否在允許范圍內(nèi)。最后,利用 ERDAS軟件中的 Dataprep模塊中的 Moisic Image功能, 將多幅圖像拼接為一整體, 便于直觀地觀察研究區(qū)域及下一步信息的提取。

2.2.3 岸線信息提取

淤泥質(zhì)海岸潮間帶寬闊而平緩, 在潮間帶之上,向陸一側(cè)常有一條耐鹽植物生長狀況明顯變化的界限, 即為岸線。由于影像成像時(shí)間與潮時(shí)和潮汐狀況并不對應(yīng), 海岸瞬時(shí)水邊線不能代表0 m等深線, 也不能代表低潮線的位置, 因此, 在進(jìn)行岸線解譯時(shí)不能直接將影像上的水邊線作為海岸線。

據(jù)此, 對于淤泥質(zhì)型海岸的劃分, 選擇陸上植被與水域?yàn)┩康姆纸缇€為海岸岸線。由于淤泥質(zhì)易受海水侵蝕, 將高潮線定為陸上植被與水域?yàn)┩康姆纸缇€, 可認(rèn)為侵蝕已處于動態(tài)平衡, 解譯時(shí)一般向陸一側(cè)修正。

2.2.3.1 地形圖岸線信息的提取

在制作地形圖時(shí), 岸線位置即采用大潮高潮線位置確定, 除個別地區(qū)如河口等, 須遵照上述岸線界定標(biāo)準(zhǔn)外, 絕大部分地區(qū)的岸線可按照當(dāng)時(shí)地形圖上標(biāo)注的位置來確定。

2.2.3.2 遙感影像圖岸線信息的提取

將遙感影像圖進(jìn)行增強(qiáng)處理, 并選取適當(dāng)?shù)牟ǘ? 使水陸界線明顯, 同時(shí)參照海圖、航空圖像等資料, 用于修改岸線的細(xì)部, 通過目視解譯最終確定岸線所在位置, 從而形成不同年份, 不同時(shí)段的岸線資料。

由于1979年前后為完全不同的兩種數(shù)據(jù), 為使二者具有可比性, 將1979年地形圖與1979年遙感影像圖校正到同一坐標(biāo)系下, 在 GIS軟件中相互參照,有出入的地區(qū)查找歷史資料確定其位置, 最終得出1979年的岸線信息, 以此完成地形圖與遙感影像數(shù)據(jù)的銜接。

3 演變結(jié)果及環(huán)境效應(yīng)分析

3.1 演變結(jié)果分析

河北省淤泥質(zhì)海岸岸線整體逐年向海推進(jìn), 變化速率從1 m/a到315 m/a不止, 二者相差314 m/a。1956～2006年, 岸線垂向變化 2.8 km, 年均變化56 m(表3)。河北省淤泥質(zhì)海岸岸線處于不斷向海擴(kuò)張的過程, 1979年前, 岸線垂向變化較緩, 其速率僅為 7 m/a; 之后海向擴(kuò)張速率逐漸加快, 至 1987年,岸線年均變化已增至82 m; 1991～1993年, 更是出現(xiàn)了315 m/a的海向推進(jìn)速率。其后, 速率有所減緩,1993～1998年, 其速率僅有 50 m/a。此后年份速率有所增加, 至2006年, 其年均淤進(jìn)量增長1.3倍, 達(dá)113 m[13]。

1956～1979年, 岸線海向推進(jìn)167 m, 年均推進(jìn)7 m。除唐山市大清河鹽場周邊無明顯變化外, 淤泥質(zhì)岸段均有較大變化。其中, 滄州段年均侵蝕 6 m,陸向變化最大值位于前徐家堡附近海域; 唐山段蝕退最大量為331 m, 位于小老堡附近。

表3 河北省淤泥質(zhì)海岸分區(qū)域變化統(tǒng)計(jì)表Tab. 3 Changes in different areas of the muddy coast in Hebei Province

1979～1991年, 岸線變化速率與前期相比有較大的提高, 年均海向推進(jìn) 78 m。滄州段岸線侵蝕狀態(tài)基本停止, 養(yǎng)殖池塘取代原自然海灘, 使岸線海向推進(jìn)899 m, 主要位于東高頭—趙家堡一線, 垂向變化最大值出現(xiàn)在岐口鎮(zhèn)東高頭海區(qū), 達(dá)946 m, 為修建養(yǎng)殖池塘所致; 唐山段淤泥質(zhì)海岸岸線在此期間變化較快, 年均向海擴(kuò)張283 m。包括大清河鹽場在內(nèi)眾多鹽田外圍在此期間修筑養(yǎng)殖池塘及擴(kuò)建鹽田, 使岸線擴(kuò)張幾十米到幾千米不等。其間岸線變化主要由人類活動引起, 除北堡外, 其余皆為增建養(yǎng)殖池塘所致。

1991～1998年, 淤泥質(zhì)岸線年均向海擴(kuò)張126 m。滄州段岸線新建養(yǎng)殖池塘較多, 主要位于東高頭—后唐堡、趙家堡—關(guān)家堡、狼坨子等附近海區(qū), 年均向海推進(jìn) 90 m; 唐山段海岸全線海向擴(kuò)張, 年均變化154 m。北堡、南堡鹽田在此期間已具雛形, 此后數(shù)年無較大改變, 其最南端——南堡嘴處鹽場位置保持至今。高尚堡至大清河口海岸, 岸線海向推進(jìn)較快, 大清河鹽場外圍養(yǎng)殖池塘最前端與石臼坨最短距離僅0.5 km。

1998～2006年, 淤泥質(zhì)岸線年均向海推進(jìn)113 m。其中, 滄州段變化866 m, 變化區(qū)域移至后唐堡—關(guān)家堡南側(cè)一帶; 唐山段海向淤進(jìn)758 m, 變化區(qū)域以黑沿子鎮(zhèn)及大清河鹽場附近海區(qū)為主。在此時(shí)期, 導(dǎo)致岸線發(fā)生變化的原因除了傳統(tǒng)的鹽田及養(yǎng)殖池塘外, 另有港口岸線—黃驊港、曹妃甸港的建設(shè), 且后者逐漸成為影響本區(qū)岸線變化的主要原因。

1956～2006年間, 除1979年之前滄州段淤泥質(zhì)海岸岸線略受侵蝕后退外, 其余時(shí)段均處于不斷海向淤進(jìn)狀態(tài)。1991～1993年, 向海擴(kuò)張速度達(dá)最大值, 滄州段岸線由于大規(guī)模新建養(yǎng)殖池塘, 年均向海推進(jìn)198 m; 唐山段因擴(kuò)建南堡鹽田、修建大清河鹽場外圍養(yǎng)殖池塘等, 使岸線年均海向推進(jìn)406 m。到21世紀(jì)初, 黃驊港、曹妃甸港的建設(shè)成為新興的人工岸線類型, 并取代養(yǎng)殖池塘, 成為影響淤泥質(zhì)海岸岸線變化的主要原因。

半個世紀(jì)以來, 河北省淤泥質(zhì)海岸岸線由自然演變?yōu)橹髦饾u過渡為人為因素占主導(dǎo), 主要變化類型也由鹽田、養(yǎng)殖池塘逐步由港口岸線所代替, 變化熱點(diǎn)區(qū)域因時(shí)間不同而有所差異, 其中, 唐山段開發(fā)重點(diǎn)不斷西移, 由開始的南極坨—大清河鹽場外圍開發(fā)為主轉(zhuǎn)變?yōu)楸北ぁ蠘O坨重點(diǎn)變化, 最終演變?yōu)楹谘刈痈浇Ｓ? 滄州段由東高頭—后唐堡為主, 轉(zhuǎn)變?yōu)闁|高頭—后唐堡、趙家堡—關(guān)家堡并重,最后演變?yōu)辄S驊港建設(shè)為主導(dǎo), 開發(fā)重點(diǎn)區(qū)域逐漸南移。

3.2 岸線演變對周邊岸灘影響分析

河北省淤泥質(zhì)岸灘因人為活動不斷海向擴(kuò)張,尤其是黃驊港、曹妃甸港建成之后, 周邊環(huán)境演變內(nèi)容有所改變, 速度亦增加較快[21]。

3.2.1 黃驊港岸線變化產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)分析

3.2.1.1 對沿岸流的影響

沿岸流是潮流和風(fēng)生流共同作用的產(chǎn)物, 河北省所屬海區(qū)的沿岸流的流向?yàn)槟鏁r(shí)針, 北進(jìn)南出,沿岸泥沙運(yùn)移自北向南。黃驊港的建成, 尤其是修筑外航道之后, 影響沿岸流向, 并形成沿堤流及環(huán)流。由于沿堤流流速比周圍水體流速大, 使岸邊大量泥沙向堤外輸運(yùn)。

3.2.1.2 對周邊灘面水深影響

建港之前, 黃驊港附近海區(qū)灘面基本處于相對平衡狀態(tài), -5.0 m等深線以內(nèi)有少量淤積, -5.0 m等深線以外有少量沖刷, 沖刷深度為0.2 m; 建港之后,航道以北均衡剖面改變, 重塑平衡, -2.0 m等深線以內(nèi)處于沖刷狀態(tài), -5.0 m等深線以外處于淤積狀態(tài);航道以南由于港口阻擋作用, 基本無變化, -5.0 m等深線以內(nèi)處于沖刷狀態(tài), 以外處于淤積狀態(tài)[22]。

3.2.1.3 對泥沙運(yùn)移的影響

黃驊港建成后, 由于建筑物的作用, 局部流場發(fā)生了明顯變化：一是口門處在高潮位與低潮位時(shí)均出現(xiàn)橫流, 即沿堤流, 使岸邊大量泥沙向堤外輸運(yùn), 在沿堤流脫離建筑物后, 受周圍水體、底部摩阻以及風(fēng)吹流等作用, 流速逐漸降低、流向發(fā)生轉(zhuǎn)折。此時(shí), 沿堤流高含沙水體所攜帶的泥沙可能直接落淤在航道中, 也可能沉積在岸灘上后間接造成航道淤積; 二是在大風(fēng)作用下, 由于風(fēng)吹流造成南北兩側(cè)近岸壅水, 潮位抬高, 增加了近岸落潮流速, 使得近岸區(qū)高濃度泥沙沿防波堤兩側(cè)向外運(yùn)動, 在穿越航道的過程中泥沙落淤, 成為黃驊港外航道局部區(qū)域較嚴(yán)重回淤的重要因素之一[23]。

3.2.1.4 對岸灘沉積物類型的影響

建港之前岸灘沉積物類型以粉砂質(zhì)砂、砂質(zhì)粉砂為主, 伴有少量黏土質(zhì)粉砂。建港之后有所改變,南北不同。航道以南, 沉積物物質(zhì)種類比較單一, 主要有粉砂質(zhì)砂與砂質(zhì)粉砂, 局部區(qū)域?yàn)轲ね临|(zhì)粉砂;航道以北與以南相比, 其沉積物種類在靠近航道處以砂質(zhì)粉砂、粉砂分布為主, 遠(yuǎn)離航道處以黏土質(zhì)粉砂分布為主, 北灘粉沙層的規(guī)模和粒徑均小于南灘[24]。

3.2.2 曹妃甸港岸線變化產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)分析

3.2.2.1 對連島公路東、西兩側(cè)的影響

連島公路的修建, 阻斷淺灘潮道, 進(jìn)而隔斷曹妃甸淺灘東西向的潮流系統(tǒng), 對海洋環(huán)境引起不良影響, 將直接導(dǎo)致曹妃甸淺灘潮流通道淤塞, 東側(cè)深達(dá)22 m的老龍溝也將逐漸淤積變淺。

通過與連島公路修建前后的衛(wèi)星影像對比可以看出, 自連島公路建成以來, 已引起曹妃甸淺灘潮道的明顯淤積, 特別是連島公路西側(cè)的淺灘潮道已大范圍淤積, 近路側(cè)淤積亦較明顯。此外還將引起曹妃甸外緣潮流系統(tǒng)的變化, 曹妃甸建港依托之根本的 25～38 m的外緣深槽亦將受某種程度的影響(圖2)。

圖2 連島公路修建前、中、后衛(wèi)星影像圖對比Fig. 2 The remote sensing maps at different stages of the building of cross-sea bridge

3.2.2.2 對南堡西側(cè)海灘的影響

連島公路阻斷淺灘潮道, 西側(cè)幾近淤死, 南堡西側(cè)至黑沿子海灘處于曹妃甸港連島公路及南堡嘴雙重波影區(qū), 海洋動力微弱, 海水所攜泥沙不斷沉降造成岸灘逐漸淤積(圖3)。本區(qū)域?qū)⒊蔀槔^曹妃甸港開發(fā)之后又一新的開發(fā)熱點(diǎn)地區(qū)。

3.2.2.3 對周邊海島、沙壩的影響

曹妃甸港建成后, 對東坑坨、蛤坨、腰坨、曹妃甸等海島、沙壩影響明顯; 位于大清河入海口處的石臼坨、月坨距曹妃甸港較遠(yuǎn), 且本區(qū)重要潮汐通道緊鄰其右, 受曹妃甸港口建設(shè)影響微弱。各海島、沙壩位置如圖4。

3.2.2.3.1 對東坑坨的影響

曹妃甸港建成前, 東坑坨呈現(xiàn)整體西移、南北端點(diǎn)淤長的發(fā)展態(tài)勢。向海側(cè)邊線, 西向漂移 197 m,變化速率達(dá) 8.20 m/a, 北端點(diǎn)西北向延展近 900 m,年均變化37.44 m; 南端點(diǎn)西南向延展1 340 m, 年均55.80 m[25]。建港后, 其變化趨勢有所改變, 北部輕微侵蝕, 減少長度約為50 m, 南部西向淤積420 m,主體順時(shí)針偏轉(zhuǎn); 海側(cè)侵蝕, 陸側(cè)淤積, 整體陸向推移, 平均高潮線之上累計(jì)增加面積0.51 km2(圖5 a)。

圖3 南堡— 黑沿子位置圖Fig. 3 Positions of Nanpu and Heiyanzi

圖4 曹妃甸港周邊海島、沙壩位置圖Fig. 4 Positions of islands around Caofeidian

3.2.2.3.2 對蛤坨的影響

建港前沙壩演變態(tài)勢表現(xiàn)為：沙壩體漸小、數(shù)量減少, 逐漸趨于消亡; 沙壩主體向西移動, 在西移的同時(shí)沙壩分解成兩部分, 壩體長軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn) 20°,個數(shù)由4個減少到2個, 平均大潮高潮線以上面積減至0.09 km2, 西部3個沙壩因侵蝕而消失, 東北部沙壩向海側(cè)邊線中心點(diǎn)受蝕西移720 m。建港后淤積重現(xiàn), 至 2006年, 沙壩主體面積增大, 與東部孤立沙壩連成一體, 且東北方新出露沙壩 4個, 面積增加0.06 km2(圖5 b)。

3.2.2.3.3 對腰坨的影響

建港前, 腰坨壩體向海側(cè)邊線中心點(diǎn)北西向年均位移 24.38 m, 在位移的同時(shí)壩體分解成兩部分,平均大潮高潮線以上面積減至 0.11 km2, 年均變化0.01 km2, 壩體長軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)30°(圖5 c)。建港后沙壩整體順時(shí)針發(fā)展, 南北兩端分別淤積伸長 170,140 m, 海側(cè)侵蝕后退, 陸向有所淤積, 平均大潮高潮線以上面積增加0.02 km2。

3.2.2.3.4 對曹妃甸島的影響

建港前, 曹妃甸沙壩向海側(cè)邊線西向漂移, 年均3.16 m; 北端點(diǎn)西北向延展443.5 m, 年均18.48 m;南端點(diǎn)西南向延展273.6 m, 年均11.40 m。建港后,曹妃甸島北端與連島公路轉(zhuǎn)折處形成人工“岬角港灣”地貌類型, 其頂部為“岬角”, 波能輻聚, 受蝕后退, 與公路連接的基部成為“港灣”, 波能輻散, 成為淤積區(qū)域(圖5 d)。據(jù)2007年“908專項(xiàng)”調(diào)查數(shù)據(jù)顯示, 曹妃甸港連島公路已與島體本身連接, 其內(nèi)側(cè)形成的 5.7 km2的近三角形閉合區(qū)域已人工吹填成陸。島體向海側(cè)被人工固化, 東北、西北側(cè)為規(guī)劃填陸區(qū)域, 其結(jié)果勢必造成曹妃甸島陸側(cè)大量淤積。

4 結(jié)論

4.1 淤泥質(zhì)海岸岸線演變特征

圖5 各沙壩、海島變化示意圖Fig. 5 Sketch maps of the changes of sandbars and islands

通過分析河北省淤泥質(zhì)海岸岸線近50 a的變化,基本演變特征表現(xiàn)為：(1)變化原因由自然演化為主轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟愑绊懻贾鲗?dǎo)地位。1956年之前, 淤泥質(zhì)海岸岸線完全處于自然演變狀態(tài), 1956年之后, 唐山市海岸帶出現(xiàn)鹽田, 人類影響逐漸顯現(xiàn)。到1991年,全省淤泥質(zhì)岸段基本完全脫離自然因素的影響, 人工建筑在岸線演變中占主導(dǎo)作用。截至2006年, 除個別河口地區(qū)外, 已完全處于人類影響下。(2)變化類型由以鹽田開發(fā)為主演變?yōu)辂}田、養(yǎng)殖池塘并重,繼而以養(yǎng)殖池塘變化占主體, 最終為養(yǎng)殖池塘、港口變化為主導(dǎo)。1993年之前, 增建鹽田對本區(qū)域影響較大, 此后養(yǎng)殖池塘開發(fā)速率逐漸增大, 最終取代鹽田成為影響區(qū)域開發(fā)的主導(dǎo)因素。21世紀(jì)初期黃驊港的建設(shè)成為新興的人工岸線類型, 并取代養(yǎng)殖池塘, 對淤泥質(zhì)海岸岸線的變化起主要影響作用。(3)開發(fā)熱點(diǎn)區(qū)域因時(shí)間不同而有所差異。唐山段由南極坨—大清河鹽場外圍開發(fā)為主轉(zhuǎn)變?yōu)楸北ぁ蠘O坨重點(diǎn)變化, 最終演變?yōu)楹谘刈痈浇Ｓ? 開發(fā)重點(diǎn)不斷西移; 滄州段由東高頭—后唐堡為主, 轉(zhuǎn)變?yōu)闁|高頭—后唐堡、趙家堡—關(guān)家堡并重, 最后演變?yōu)辄S驊港建設(shè)為主導(dǎo), 開發(fā)重點(diǎn)逐漸南移。

4.2 岸線演變產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)

人工干預(yù)下淤泥質(zhì)海岸岸線演變對周邊產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)。其中, 黃驊港岸線變化對周邊產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)表現(xiàn)為：改變沿岸流流向, 并在航道外形成沿堤流及環(huán)流; 改變?yōu)┟嫦鄬ζ胶鉅顟B(tài), 航道以北重塑均衡剖面; 改變局部流場, 形成口門處橫流及近岸壅水, 使近岸區(qū)高濃度泥沙沿防波堤兩側(cè)向外運(yùn)動; 改變岸灘沉積物類型, 北灘粉沙層的規(guī)模和粒徑均小于南灘。曹妃甸港岸線變化對周邊產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)主要表現(xiàn)如下：阻斷東西向的淺灘潮流, 連島公路東、西兩側(cè)逐漸淤積, 并對曹妃甸外緣潮流系統(tǒng)造成影響; 南堡西側(cè)海灘處于曹妃甸港連島公路及南堡嘴雙重波影區(qū), 海洋動力微弱, 海灘不斷淤積; 對附近海島、沙壩的影響明顯, 已出現(xiàn)不同程度的淤積。

[1]Williams H. Shoreline Erosion at mad-island marsh preserve, Matagorda County, Texas [J]. Texas Journal of Science, 1993, 45(4)：299-309.

[2]Roberts W, Le Hir, P, Whitehouse R J S. Investigation using simple mathematical models of the effects of tidal currents and waves on the profiles shape of intertidal mudflats[J]. Continental Shelf Research, 2000,20(11/12)：1079-1097.

[3]Williams H F L. Sand-spit erosion following interruption of longshore sediment transport：Shamrock Island,Texas [J]. Environmental Geology, 1999, 37(1-2)：153-161.

[4]Stone G W, Mcbride R A. Louisiana barrier islands and their importance in wetland protection：forecasting shoreline changeand subsequent response of wave climate [J]. Journal of Coastal Research, 1998, 14(3)：900-915.

[5]韓曉慶, 高偉明, 褚玉娟. 河北省自然狀態(tài)沙質(zhì)海岸的侵蝕及預(yù)測[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2008,28(3)：23-29.

[6]張振德, 肖繼春. 遙感在灘涂演變調(diào)查中的應(yīng)用方法研究[J]. 國土資源遙感, 1995, 3(25)：25-28.

[7]韓震, 惲才興, 蔣雪中, 等. 溫州地區(qū)淤泥質(zhì)潮灘沖淤遙感反演研究[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2003,19(6)：31-34.

[8]韓震, 惲才興, 戴志軍, 等. 淤泥質(zhì)潮灘高程及沖淤變化遙感定量反演方法研究——以長江口崇明東灘為例[J]. 海洋湖沼通報(bào), 2009, 1(1)：12-18.

[9]王安龍. 渤海灣西北部海岸岸灘特征分析[J]. 水道港口, 1986, 3：31-35.

[10]夏東興, 王文海, 武桂秋, 等. 中國海岸侵蝕述要[J].地理學(xué)報(bào), 1993, 48(5)：468-476.

[11]王守一. 河北滄州沿海淤泥質(zhì)海岸地貌環(huán)境演變與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展評價(jià)[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 1989, 3(3)：142-147.

[12]河北省海洋局. 河北省海洋空間資源及利用現(xiàn)狀調(diào)查與評價(jià)報(bào)告[R]. 石家莊：河北省海洋局, 2005.

[13]韓曉慶. 河北省近百年海岸線演變研究[D]. 石家莊：河北師范大學(xué), 2008.

[14]韓曉慶, 高偉明. 基于ERDAS IMAGINNE的掃描地形圖的處理方法[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用, 2007, 22(6)：748-752.

[15]Han xiao-qing, Gao wei-ming. The processing of scanning topographic maps based on the Erdas imagine[R].Beijing：Sino-Japan-Korea Symposium of Young Geographers, 2006.

[16]袁金國. 遙感圖像數(shù)字處理[M]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社, 2006.

[17]黨安榮, 王曉棟, 陳曉峰, 等. ERDASIMAGINE遙感圖像處理方法[M]. 北京：清華大學(xué)出版社, 2003.

[18]梅安新, 彭望琭, 秦其明, 等. 遙感導(dǎo)論[M]. 北京：高等教育出版社, 2001.

[19]湯國安, 張友順, 劉詠梅. 遙感數(shù)字圖像處理[M].北京：科學(xué)出版社, 2003.

[20]王祥, 劉昊.基于DRG的遙感影像幾何校正[J]. 遙感技術(shù)與應(yīng)用, 2005, 20(5)：517-520.

[21]韓曉慶, 高偉明. 五十年來河北省淤泥質(zhì)海岸演變及環(huán)境效應(yīng)遙感分析[R]. 北京：中國地理學(xué)會學(xué)術(shù)年會, 2007.

[22]楊華, 侯志強(qiáng). 黃驊港外航道泥沙淤積問題研究[J].水道港口, 2004, 25(3)：59-63.

[23]張慶河, 林全泓, 秦崇仁, 等. 黃驊港海域沿堤流現(xiàn)象遙感圖像分析[J]. 中國港灣建設(shè), 2004, 1：29-31.

[24]閻新興. 黃驊港近海區(qū)沉積物組成與分布特征[J].水道港口, 2005, 3：144-148.

[25]高偉明, 楊劍霞. 渤海灣北部濱外沙壩演變的遙感分析[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2006, 22：41-44.

Evolvement of the muddy coastline and theirs environmental effects in Hebei Province

HAN Xiao-qing1, LI Jing2, ZHANG Yun3, ZHEN Yan-long4, GAO Wei-ming5, LI Wei-miao6
(1. Hebei Utilization and Planning Institute of Land Resources, Shijiazhuang 050051, China; 2. Department of Traffic Engineering, Hebei Vocational and Technical College of Communications, Shijiazhuang 050016, China; 3.Hebei Institute of Geographical Sciences, Shijiazhuang 050011, China; 4. The Center of Land and Recourse Exploration, Hebei Bureau of Geology and Mineral Exploration, Shijiazhuang 050081, China; 5. Hebei Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Construction, College of Resources and Environmental Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050024, China; 6. College of Huihua, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050091, China)

Mar., 26, 2010

muddy coast; coastal evolvement; environment effects; Huanghua Port; Caofeidian Port

The data of this paper were mainly from relief maps, charts, remote sensing imagines, and the field data of different years and areas in Hebei Province from 1956 to 2006. Combined with the software of GIS and the results of field work, the evolution process and the motivation condition of muddy coastline had been investigated after comparing above materials. In addition, the paper had analyzed the environmental effects by the change of surrounding beaches. The results showed that the reason of the evolvement had changed from the natural factors to the artificial factors. The type of factors was different from times, which included the salt fields in the begining,breed aquatics ponds and the ports in the last. The region of the most important development had also changed at different times. It gradually moved to the south in Cangzhou City, while to the west in Tangshan City. The change of the shoreline in Huanghua Port caused by many environmental factors, such as modifying the direction of the long-shore sediment, the balance condition of the beach, and the type of the sediment on the beach. Meanwhile, the change of the shoreline in Caofeidian Port interdicted tide on the riffle, which caused the beach to fill up nearby the road to the Caofeidian Island and the west of Nanpu. Moreover, it also affected the evolvements of the other islands and the offshore bars. It is of important practical significance to use coastal resources and to develop coastal zone rationally, to achieve sustainable development of environment and economic in coastal region.

P76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000-3096(2011)11-0011-08

2010-03-26;

2011-07-25

河北省濱海濕地時(shí)空演變過程及驅(qū)動力研究(09966719D);國務(wù)院“908專項(xiàng)”(HE908-01-03-04)

韓曉慶(1981-), 男, 山東萊州人, 碩士, 工程師, 研究方向?yàn)榛凇?S”的環(huán)境演變, 電話：18731166003, E-mail：xqhan312@126.com; 高偉明,通信作者, 男, 教授, 電話：0311-80787618, E-mail：gaowmd@263.net

劉珊珊)