金宇豪，丁賢榮，葛小平

（1.河海大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2.河海大學(xué) 水文與水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098）

輻射沙脊群分布于蘇北海岸與黃海內(nèi)陸架海域，呈輻射狀分布[1]，其海域潮差大、潮流急的復(fù)雜的水沙動(dòng)力條件，脊槽相間、灘寬溝深、沖淤多變的地貌情況，使在輻射沙脊群上使用常規(guī)的交通工具和儀器觀測(cè)設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)和取樣調(diào)查非常困難[2,3]。

遙感技術(shù)具有在大空間范圍內(nèi)實(shí)時(shí)、連續(xù)、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)的能力，可以有效補(bǔ)充野外常規(guī)調(diào)查工作的不足，被廣泛應(yīng)用于開展輻射沙脊群海域動(dòng)力地貌過程研究。吳曙亮等對(duì)比分析蘇北海岸帶1970 年代以來的Landsat遙感影像，對(duì)輻射沙脊群沙洲及潮汐水道的分布和演變進(jìn)行了研究[4]；劉永學(xué)等提出系列遙感影像與海圖疊合法分析輻射沙洲動(dòng)態(tài)變化，以避開對(duì)不同時(shí)相遙感影像進(jìn)行潮位校正的難點(diǎn)[5]；張鷹利用遙感方法反演生成輻射沙脊群地形，分析沖淤變化[6,7]；高敏欽等研究基于DEM的南黃海輻射沙脊群沖淤演變[8]。結(jié)合前人的研究成果并針對(duì)上述問題，本文以輻射沙脊群沙脊地貌特征線為切入點(diǎn)，研究輻射沙脊群動(dòng)力地貌演變的遙感分析新方法，致力于解決復(fù)雜的水沙動(dòng)力環(huán)境所造成的輻射沙脊群動(dòng)力地貌復(fù)雜多變[9,10]、認(rèn)識(shí)困難的問題。

1 研究數(shù)據(jù)

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是1973～2011年近40 a的10幅低潮位遙感圖像，以MSS/ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源。為研究需要，選取的影像在保證圖像質(zhì)量良好的情況下，成像時(shí)間間隔盡量均勻。根據(jù)輻射沙脊群海域漲落潮時(shí)間和附近測(cè)站的潮位資料來確定大潮低潮位時(shí)間，結(jié)合衛(wèi)星過境時(shí)間選擇該時(shí)間段的數(shù)據(jù)圖像，以保證所用圖像均處于低潮位狀態(tài)下出露寬闊的潮灘，最后從中遴選出沙洲出露面積最大的遙感影像序列，研究區(qū)范圍見圖1。

圖1 輻射沙脊群研究區(qū)范圍

2 研究方法

本文采用遙感方法分析輻射沙脊群的地貌演變。首先通過遙感影像提取輻射沙脊群的沙脊地貌特征線，在此基礎(chǔ)上分析特征線的演變，進(jìn)而獲取輻射沙脊群的演變規(guī)律。采用沙脊的二分水線演變分析法及沙脊結(jié)構(gòu)分析法，研究沙脊的動(dòng)態(tài)變化狀況，同時(shí)采用基于低潮水邊線的沙脊穩(wěn)定性分析法，分析出露沙脊面的穩(wěn)定性分布狀況，總結(jié)輻射沙脊群的沙脊地貌演變規(guī)律，實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線見圖2。

2.1 圖像增強(qiáng)

圖2 技術(shù)路線圖

本研究進(jìn)行影像增強(qiáng)的主要目的是更好地區(qū)分輻射沙脊群潮灘和水體，以突出體現(xiàn)沙脊的基本形態(tài)，包括走向、邊界，以便人工解譯判別沙脊二分水線。主要采用輻射增強(qiáng)處理中的交互式拉伸法對(duì)輻射沙脊群海域遙感影像進(jìn)行增強(qiáng)處理。交互式拉伸方式有7 種，本文采用其中的線性對(duì)比度拉伸來具體處理,見圖3。

圖3 2003年遙感影像增強(qiáng)對(duì)比

2.2 二分水線提取

提取沙脊二分水線，是基于本文潮成動(dòng)力地貌體系理論研究中對(duì)水下及潮流沙脊的遙感認(rèn)識(shí)，通過目視解譯進(jìn)行數(shù)字化遙感提取。納潮盆地的邊界線是分水線，因而分屬于兩大競(jìng)爭(zhēng)流域的下級(jí)分支所屬的相鄰納潮盆地的公共邊界線是沙脊的分水線，各個(gè)相鄰的公共邊連接成線即形成了沙脊的二分水線[11,12]。

3 沙脊地貌分析

3.1 沙脊主軸結(jié)構(gòu)

本文通過地貌主軸線方位角規(guī)律呈現(xiàn)輻射沙脊群沙脊地貌結(jié)構(gòu)，并基于地貌特征線的提取，得到各段特征線權(quán)重以及分段方位角，再通過加權(quán)平均法，將沙脊主軸分段分權(quán)重進(jìn)行量化分析。通過加權(quán)平均法求沙脊角度，將地貌特征線劃分為n段，角度值為θi，確定一組權(quán)重w1，w2，…，wn,方位角為：

從表1可以看出，輻射沙脊群沙脊主軸結(jié)構(gòu)呈一定規(guī)律，以大豐、如東一帶海岸帶為中心，輻射沙脊群主體沙脊向北、東北、東、東南方向呈輻射狀發(fā)散趨勢(shì)。其中，輻射沙脊群主體沙脊東沙、麻菜珩向正北方向延伸；毛竹沙和蔣家沙向東南向延伸；腰沙冷家沙和河豚沙向正東方向延伸；顧園沙向東南向延伸勢(shì)。

表1 沙脊主軸結(jié)構(gòu)走向

3.2 二分水演變

二分水灘脊是一個(gè)重要的海岸動(dòng)力地貌特征線，輻射沙脊群沙脊演變通過沙脊二分水線的擺動(dòng)規(guī)律來呈現(xiàn)。沙脊二分水線的擺動(dòng)主要表現(xiàn)為3種方式：持續(xù)擺動(dòng)型、反復(fù)穩(wěn)定型、復(fù)雜多變型[13]。

根據(jù)1973年以來10期沙脊二分水線疊加分析，可知輻射沙脊群沙脊演變呈現(xiàn)一定規(guī)律，輻射沙脊群沙脊以南北分界點(diǎn)為中心軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)（圖4）。輻射沙脊群主體沙脊東沙、高泥向遠(yuǎn)離海岸方向擺動(dòng)；條子泥自北向南擺動(dòng)；麻菜珩和蔣家沙自北向南擺動(dòng)；毛竹沙和竹根沙根部自南向北擺動(dòng)，尾部反復(fù)擺動(dòng)，近似于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖4 沙脊二分水演變

以其中典型沙脊——東沙為例分析。整體演變規(guī)律是自西向東擺動(dòng)，且北部擺幅小于南部。而局部東北方向沙脊演變規(guī)律是西北至東南向擺動(dòng)，北部擺幅小于南部（圖5）。1973～1992年演變階段，沙脊整體自西向東擺動(dòng)，北部擺幅低于南部，擺幅從北向南逐漸增加，北部最大擺幅3.2 km，南部最大擺幅3.4 km,可認(rèn)為是持續(xù)性擺動(dòng)的沙脊。此外，1992～2011年演變階段，東沙演變可分為南北兩段，分界點(diǎn)以北，沙脊自東向西擺動(dòng)，擺幅較小，最大處為1.5 km；分界點(diǎn)以南，沙脊自西向東擺動(dòng)，且擺幅從北向南逐漸增加，北部最大擺幅2.7 km，南部可達(dá)4.0 km。

圖5 東沙二分水演變

3.3 沙脊群穩(wěn)定性驗(yàn)證

輻射沙脊群穩(wěn)定性分析采用多時(shí)相遙感與空間疊置分析相結(jié)合的方法。同一個(gè)地貌單元長(zhǎng)期存在，視為穩(wěn)定，反之，視為非穩(wěn)定。潮灘遙感監(jiān)測(cè)選取了1973～2011年間10幅低潮位遙感影像，提取沙洲灘面水邊線，確定其空間分布信息。通過監(jiān)測(cè)其遙感形態(tài)變化，統(tǒng)計(jì)潮灘出現(xiàn)頻率，進(jìn)行輻射沙脊群地區(qū)穩(wěn)定性分析。

從表2可以看出，輻射沙脊群區(qū)的總面積約為668 km2，其中近40 a演變中，不穩(wěn)定區(qū)域面積為40.67 km2，基本穩(wěn)定區(qū)域面積為199.02 km2，穩(wěn)定區(qū)域面積為428.47 km2（圖6）。在穩(wěn)定性分析面積統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)下，可以看出輻射沙脊群整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，但基本穩(wěn)定區(qū)域及不穩(wěn)定區(qū)域仍占很大比例。其中東沙灘涂穩(wěn)定性最好，高泥次之，條子泥穩(wěn)定性最差。

表2 近40 a來輻射沙脊群灘涂面積統(tǒng)計(jì)

4 結(jié) 語

本研究建立了新方法，同時(shí)對(duì)輻射沙脊群動(dòng)力地貌演變形成了新認(rèn)識(shí)。輻射沙脊群沙脊40 a間演變的規(guī)律明顯，沙脊存在以南北分界點(diǎn)為中心軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的整體趨勢(shì)。相較于前人對(duì)輻射沙脊群地貌演變分析，本文引入沙脊二分水線分析動(dòng)力地貌演變。利用沙脊加權(quán)平均法確定主軸方位角，作為判斷沙脊走向的主要依據(jù)。該方法首次全面系統(tǒng)地分析了輻射沙脊群各大沙脊的演變規(guī)律，對(duì)實(shí)測(cè)資料短缺的輻射沙脊群區(qū)域具有實(shí)用價(jià)值。

圖6 40 a沙脊群穩(wěn)定性圖

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