基于多時相遙感影像的浙江臺州大灣海床穩定性分析

0研究區域間空間格局分析在開發和利用沿海地區資源時，沿海項目的實施是一個重要方面，需要大量的初始工作。海床和岸灘的穩定性分析是其主要內容之一。空間工具具有大尺度、多源、多時間、多通道、多極化空間勘探能力、地理信息系統和多因素空間分析能力。多年來，許多科學家在遙感和計算機科學的應用領域進行了大量的研究工作，取得了許多有價值的成果。然而，研究海岸工程尤其是岸灘和海床的穩定性分析非常有限。本文利用多時相衛星遙感數據和數字地形數據對研究區岸灘和海床的穩定性進行了分析，為浙江臺州港的合理開發和建設提供了理論依據。1潮灘、潮灘、潮灘臺州大港灣位于浙江中部沿海(見圖1),中心經緯度約為28°23′N,121°39′E.外緣有東磯列島、臺州列島為屏障.海域開闊,屬正規半日潮海域,水深大多小于10m,平均水深3m左右.臺州大港灣海岸為河口平原淤泥質海岸,由濱海組的海積層組成,巖性為飽水的淤泥及粉砂質淤泥,局部有淤泥質粉砂.岸外島嶼棋布,岸線曲折,岸灘隱蔽,潮灘十分發育,以粉砂淤泥灘為主.臺州大港灣潮流為非正規半日淺海潮流.春季大潮最大流速不超過80cm/s,垂線平均流速為30～40cm/s,漲落潮流速大致相等,沿程流速變化不明顯,地處亞熱帶季風氣候,四季干濕冷暖分明,雨量充沛,但常受臺風、暴雨、干旱等災害性天氣的影響,風向隨季節變化非常明顯.2潮灘和水體邊界位置的確定淤泥質海岸潮灘沉積地貌是岸灘動態過程的綜合反映,其岸灘沖淤變化是一種復雜的物理過程,包括許多自然因素和人類誘發因素.自然因素包括研究區域的地質過程和海平面升降、水動力條件、泥沙來源及沉積物變化等;人類誘發因素包括灘涂圍墾,水產養殖,潮汐通道開挖,港口、碼頭及防波堤建設,航道疏浚,潮灘及近岸取沙等.在本次研究中,利用水邊線高程反演技術對臺州大港灣潮灘進行漲坍速率和沉積速率的反演,其技術流程如圖2所示.根據研究的任務要求,選擇美國陸地衛星MSS,TM和ETM等3類數據源,共計37個時相,時間跨度為1976-2006年,上述樣本基本可以滿足研究區岸灘沖淤演變分析的要求.首先對研究區的37幅遙感影像進行幾何精校正,然后經過圖像增強處理,使其盡可能地突出水陸邊界信息,并按不同潮情勾繪出潮灘和水體的邊界.在此基礎上,把所有的邊界線復合到最新的遙感圖像(2006年3月3日遙感影像)上.為確定浙江臺州大港灣潮灘水邊線的高程,根據海門潮位站(28°42′N,121°26′E)、白沙潮位站(28°42′N,121°38′E)、下大陳潮位站(28°27′N,121°54′E)和坎門潮位站(28°05′N,121°17′E)不同衛星成像時刻的實測水位,通過潮位分帶校正,得到研究區不同部位衛星成像時刻瞬時水位(具體數據見表1).為了保證演算精度,在選取遙感信息樣本時,不同時相遙感圖像的瞬時水位差值限定在20cm范圍以內.在結合研究區衛星成像時刻潮情和研究區水位高度的基礎上,選擇相近潮高的衛星遙感圖像的水邊線進行對比分析.把2004年12月10日的遙感影像的潮灘和水體的邊界線和1996年1月3日的遙感影像的潮灘和水體的邊界線復合到2006年3月3日遙感影像上,其水邊線高程分別為356cm和365cm(見圖3).從中可以發現1996年1月3日的邊界線比2004年12月10日的邊界線更靠近陸地,根據大港灣當時的水位高度,說明水邊線向水域方向移動,潮灘處于淤漲狀態.通過對邊界線之間的位移距離進行量算,得到潮灘年平均淤漲速率(見表2).為進一步求得研究區潮灘沉積速率,可以根據不同年份同高程的水邊線位移距離和潮灘坡度進行推求,推求表達式為其中:Y為年沉積速率;A為潮灘坡度;X為水邊線年平均淤漲速率.Y=AXY=AX從表2可以發現,臺州大港灣潮灘近期處于淤漲狀態,但幅度非常小,年平均淤漲速率為每年23.2m,年沉積速率為每年0.7192cm.3海床沖淤演變圖的建立和發展海岸工程除涉及岸灘的漲坍變化外,還直接與鄰近海床的沖刷和淤積變化息息相關.為全面了解浙江臺州大港灣沿海海床的地形穩定程度,根據所收集到的1964年、1965年、1970年、1971年、1988年、1989年、1990年、1991年、2000年、2003年、2004年和2005年海圖(研究區域整幅海圖均由不同年份測量區域海圖鑲嵌而成,以最新測量年份海圖的年代為該幅海圖的年代),利用地理信息系統軟件ARCGIS的數據輸入功能等將海圖數字化,獲取帶有每個點的水深值和線段屬性信息的矢量數據.再用圖像處理軟件ENVI,采用與數字化時相同的投影坐標系(統一采用1954年北京坐標系),用最小距離內插法,進行一定的重采樣后,得到帶有水深值信息和經緯度位置信息的柵格格式的水深圖.最后將不同年份的水深圖上相同位置的水深值相減,得到海床沖淤演變圖,并以不同色標或不同的圖案表示沖刷或淤積的范圍和等級.圖4為臺州大港灣2000-2005年海床沖淤圖.從其海圖水深數據分析,其近岸水深等深線基本與岸線平行,不同岸段的等深線進退幅度較小,近岸等深線的變化基本穩定.從圖4可知,浙江臺州大港灣海床地形沖淤變化基本穩定,近期處于微淤狀態.4潮灘、海床現狀本次研究利用多時相衛星遙感圖像和數字化地形資料,通過浙江臺州大港灣淤泥質潮灘的淤漲速率和沉積速率的估算及海床沖淤數據的分析,對其岸灘和海床穩定性進行分析.得到的數據彌補了臺州大港灣地區潮灘缺乏常規地形測量資