韓江三角洲1982－2020年海岸線時空演變與影響因素分析

義家吉，沈成，常建宇，高方藝，王萬虎，王洋

（1.中國地質調查局?？诤Ｑ蟮刭|調查中心，海南 ?？?570100；2.中國地質大學（武漢） 海洋學院，湖北 武漢 430074）

海岸線是海洋和陸地的分界線，受海陸交互作用影響，一直處在動態變化的過程中[1-2]。海岸線的空間形態是海陸物質動力交互作用的結果，其動態變化是對沿岸物質動力作用改變的敏感性響應，是海岸帶資源環境變化的直接體現，折射出海岸帶資源與環境的改變過程[3]。開展海岸線演變過程和驅動因素研究，可以深化對海岸帶資源環境演變規律的認識，對于指導海岸帶資源合理開發利用和環境保護修復等工作具有現實意義。

河口三角洲擁有豐富的物產、土地和水資源，是人口密集、經濟發達、城市聚集的區域，也是城鎮化進程最快的區域，我國經濟發達的區域也多位于三角洲地區。經濟和城市的發展，帶來巨大的資源和環境壓力，面向海洋空間發展，成為三角洲地區解決土地供需矛盾、優化資源環境格局和維持社會經濟全面協調可持續發展的主要途徑。韓江三角洲是我國第六大三角洲，位于廣東省東北部，是粵東地區的海上門戶，我國重要的經濟區之一。改革開放以來，韓江三角洲城鎮規模持續擴大，海岸帶資源開發利用規?？涨?，由于高強度的開發活動存在一定盲目性，缺乏合理規劃，給海岸帶資源環境帶來一定負面影響。填海造陸、圍墾養殖、水利設施和海岸工程的修建等人類活動不僅直接改變了韓江三角洲海岸線的位置和類型，還改變了區域物質動力條件[4-5]。水利設施修建使入海河流水動力和輸沙改變，海岸工程修建使海洋水動力和沿岸輸沙改變，這些變化對海岸帶資源環境格局產生強烈擾動，產生不平衡，進而造成海岸侵蝕、港口淤積等災害[6-8]。前人深入研究了中全新世（距今6 000年）至1983 年韓江三角洲地貌發育過程和歷史時期三角洲岸線的演變過程[9-10]，認為在中全新世至1964 年期間，韓江三角洲岸線演變主要受河流和海洋水動力影響，1964－1983 年期間則主要受人工圍墾影響。改革開放以來，由于快速的城鎮化，人類對海岸帶資源開發利用活動規?？涨?，加之全球氣候變化加劇，海平面不斷上升，韓江三角洲海岸線受到更為復雜多變的人為因素和自然因素影響。然而，在快速城鎮化背景下，關于韓江三角洲岸線演變的研究成果不多，研究有待深入。本文利用遙感技術等手段，提取韓江三角洲1982－2020年期間7個時期的岸線分布，基于此開展韓江三角洲岸線演變過程及其主控因素研究，以深化對韓江三角洲海岸帶資源環境演變規律的認識，為韓江三角洲海岸帶資源利用、環境保護和城市規劃等提供支撐。

1 研究區及數據

1.1 研究區概況

研究區為廣義的韓江三角洲，位于廣東省東北部，包括韓江潮州以下、榕江揭陽以下、練江普寧以下的平原，即通常所謂的潮汕平原，岸線西起汕頭市隴田鎮望前灣排角港，東至汕頭市溪南鎮義豐溪入海河口（圖1）。海岸類型主要為砂質海岸、基巖海岸、生物海岸以及人工海岸等，岸線曲折多變，全長約170 km。研究區海岸地貌有海蝕階地、海積階地、海積平原、沙堤沙壩等[10]，粵東地區最大的三條河流韓江、榕江和練江在研究區中部匯入南海。韓江三角洲沿岸潮汐為不規則的半日潮，潮差較小，平均潮差約1 m。波浪方向以南東向為主，幾乎與海岸線垂直。波浪作用強烈，平均波高為0.87～1.10 m[11]。

1.2 數據來源

Landsat 影像具有全球覆蓋長期連續、數據產品免費、時間和空間分辨率適中以及科學的數據存檔與分發策略等多種優勢，能夠滿足本研究長時間序列影像記錄的條件與精度要求。本次研究采用的Landsat 遙感影像數據空間分辨率分別為80 m、30 m 和15 m（表1），可利用影像共7 景，下載自地理空間數據云網站（http:∕∕www.gscloud.cn∕）和地質云網站（https:∕∕geocloud.cgs.gov.cn∕）。所選影像成像時間對應潮高介于0.93～1.48 m 之間，相差不大。所利用的影像數據均經過地形校正、輻射定標、大氣校正、影像融合和裁剪等預處理。

表1 本研究使用的遙感數據

2 研究方法

2.1 岸線提取分類與精度驗證

2.1.1 岸線提取與分類

在實際工作中應用遙感手段提取海岸線常用的方法有兩種，一種是利用計算機基于歸一化差異水體指數自動提取水陸分界線，在假定坡度保持不變的情況下，利用不同時期的潮位數據資料，結合潮位校正模型進行潮位校正，從而得到平均大潮高潮海岸線[12]。然而實際情況是潮間帶坡度往往是變化的，在研究區范圍較大的情況下，同一時刻不同地點的潮位高亦有差異，因此，這種方法提取的岸線不一定準確[6]。另一種是根據影像和岸線特征與解譯人員的經驗和知識，結合野外調查等信息資料建立解譯標志，目視解譯干濕分界線作為高潮海岸線。目視解譯是遙感信息提取的常用方法，判別精度高，采用這種方法可以不依賴潮位數據便可較為準確地提取海岸線[3]。因此，本研究采取目視解譯的方法提取研究區不同時相的海岸線，各類型岸線解譯標志見表2。

表2 韓江三角洲岸線確定原則及解譯標志

岸線分類使用《海岸帶環境地質調查規范》（DD2014-03）推薦的方法，結合研究區實際將岸線分為人工岸線、基巖岸線、砂質岸線、淤泥質岸線和生物岸線，共5類。

2.1.2 岸線提取精度驗證

海岸線精度驗證主要包括類型和空間位置驗證兩部分。2020 年海岸線類型采用實地驗證的方式進行，選取了15 個調查點（人工岸線3 個、砂質岸線5 個、生物岸線6 個和淤泥質岸線1 個）在2020 年8 月開展實地驗證，岸線類型準確率為100%。歷史時期岸線類型則利用Google Earth 的時間工具功能，查找對應年份和時間段的影像驗證海岸的類型[13]。

遙感影像提取岸線的空間位置誤差主要是由地理配準誤差、分辨率誤差、季節誤差和潮位變化誤差等引起[14]。由于本文使用目視解譯的方法提取海岸線，收集的衛星影像時間集中在秋冬季，同時研究區穩定的海岸線較多，季節性誤差和分辨率誤差影響較小，另一方面根據干濕分界線目視解譯高潮海岸線削弱了潮位變化誤差，本次工作主要考慮配準誤差造成的岸線空間位置提取誤差。本次工作選取了6 個大致分布均勻且具有顯著特征的地面控制點與2020 年的遙感影像坐標對應關系進行幾何校正，校正后依次與1982 年、1989 年、2000 年、2005 年、2010 年 和2015 年 的遙感影像進行配準，配準的均方根誤差依次為28.52 m、14.00 m、11.04 m、4.53 m、10.12 m 和8.45 m，范圍在4.53～28.52 m 之間，誤差控制在一個像元內，滿足本次研究的需要。

2.2 岸線的演變分析

2.2.1 岸線人工化指數

岸線人工化是指岸線在各種人類活動作用下，自然岸線轉變為人工岸線的過程，岸線人工化指數表征的是人工岸線占總岸線的大小，可以表示岸線受人類活動作用的大小[15]，具體計算公式為：

式中：IA為人工化指數；LM為某時刻研究區人工岸線長度；LT為某時刻研究區岸線總長度。

2.2.2 岸線變化強度分析

海岸線變化強度指數可以表征研究區各個時期岸線變化程度的差異，用海岸線在不同時期變化的比率來表示[16]，其計算公式為：

式中：LCIi，j為研究區海岸線變化強度指數；Li和Lj分別為i年和j年海岸線長度；ΔT為i年和j年的時間間隔。

2.2.3 岸線變化速率

基線法可以較好地獲取海岸線向海推進或蝕退的速率[17]，利用數字岸線分析系統（DSAS）中的端點變化速率（EPR）進行海岸線空間變化速率分析。端點變化速率（EPR）計算公式為：

式中：Ei，j為i年到j年海岸線的端點變化速率；ΔTi，j為i年和j年的時間間隔；dj和d i分別為j年和i年時海岸線到基線的垂向距離。

3 結果與分析

3.1 韓江三角洲岸線長度和變化強度特征

根據遙感影像數據對韓江三角洲岸線信息進行目視提取，獲得1982 年、1989 年、2000 年、2005 年、2010 年、2015 年和2020 年7 個時相的岸線分布（圖2）。利用ArcGIS 軟件統計各年份不同類型岸線長度（表2）和變化情況（表3）。結果表明，韓江三角洲岸線總長在1982－2020 年期間變化較明顯，表現為“減少-增加-減少-再增加”的變化趨勢，總體呈增加趨勢，由116.99 km 增至168.89 km，平均增長速率為1.37 km∕a。長度變化主要集中在1989－2020年期間，除2000－2005年期間長度減少6.07 km 外，其余時期均呈增加的趨勢。在2005－2010年和2015－2020年兩個時期岸線總長變化強度較大，分別增長21.76 km 和16.40 km，變化強度為3.52%和2.15%。

表3 韓江三角洲1982－2020年不同類型岸線長度（km）與人工化指數統計

圖2 韓江三角洲不同時相岸線提取結果

砂質岸線長度呈先減少后增加的變化趨勢，在2015年以前持續減少，由1982年的64.93 km 減至2015年的42.83 km，平均縮減速率為0.67 km∕a，顯著的變化主要發生在2000－2005 年和2010－2015 年期間，長度分別減少5.65 km 和9.93 km，變化強度為1.87%和3.86%，而后5 年時間里長度基本保持不變，略微增加0.77 km，由42.83 km 增至43.60 km。

生物岸線長度在2000 年以前變化不大，而后的4 個時期有明顯的增長，分別增加了2.87 km、1.16 km、5.66 km 和1.88 km，至2020 年，區內生物岸線長度達19.16 km，是1982年的3.52倍。

基巖岸線長度呈先減少后增加的變化趨勢，顯著的減少發生在1982－1989年和1989－2000年期間，長度分別減少3.48 km 和3.38 km，動態強度為-1.71%和-1.20%。在2005－2010年期間增加尤為顯著，長度增加2.28 km，變化強度為1.98%。而后的10年時間里，區內基巖岸線長度趨于穩定。

淤泥質岸線長度呈先增加后減少的變化趨勢，1982－1989 年是研究時段內淤泥質岸線長度唯一增加的時期，長度略微增加0.25 km，其余時期均減少，至2020 年，區內淤泥質岸線長度僅有1.14 km，與1982 年相比，縮減88.97%。岸線長度劇烈的變化發生在2000－2005 年，期間岸線長度急劇減少5.16 km，變化強度為-14.76%。

1982 年以來，人工岸線長度一直保持增長趨勢（表4），在研究時段內長度增加71.86 km，平均增長速率為1.89 km∕a，除了2000－2005 年期間外，其余時期變化強度較大，均在4.11%以上。人工化指數也一直呈上升趨勢，1982 年僅為6.13%，2020 年上升至46.79%，人工岸線長度幾乎占到岸線總長的一半。

表4 韓江三角洲各時期不同類型岸線長度（km）變化及強度

研究時段內，本區岸線總長度顯著增加，其中砂質岸線和淤泥質岸線長度顯著減少，基巖岸線長度略微減少，人工岸線和生物岸線長度顯著增加。岸線總長度的增加主要源于人工岸線和生物岸線的增長，貢獻分別占第一和第二位。

3.2 韓江三角洲岸線空間變化特征

以100 m 為采樣間距生成岸線垂斷面，刪除其中部分與岸線相交時不合格的斷面后，共產生728 條垂斷面，使用ArcGIS 軟件數字岸線分析系統（DSAS）模塊，計算研究區岸線端點變化速率（EPR），分析1982－2020 年韓江三角洲岸線空間演變過程。結果表明（圖3），1982－2020 年期間，韓江三角洲岸線平均向海推進距離為164.55 m，端點變化速率平均值為4.35 m∕a，最大值為68.57 m∕a，最小值為-29.52 m∕a，有499 個斷面端點變化速率為正值，229 個斷面端點變化速率為負值，這表明近40 年韓江三角洲岸線空間位置變化總體上表現為向海推進，向海推進岸段較多，主要分布于榕江河口至萊蕪島和海門角一帶，其中榕江河口至萊蕪島岸段向海推進最遠，平均推進距離為1 590.36 m，端點平均變化速率為41.62 m∕a，本岸段向海推進主要是由于汕頭市建設東海岸新區圍填海所致；海門角一帶岸段平均向海推進距離為511.42 m，端點平均變化速率為13.46 m∕a，本岸段向海推進的主因是華能海門熱電廠及其配套設施的建設引起。向陸侵蝕的岸段較少，主要分布于蓮陽河口至黃厝草溪河口一帶，平均蝕退距離為449.29 m，端點平均變化速率為-11.82 m∕a。蓮陽河口-黃厝草溪河口岸段分布著本區在研究時段內唯一存在的障壁沙壩，障壁沙壩在風浪作用下持續向岸推進[18-19]，是本岸段岸線向陸運移的主要原因。

圖3 韓江三角洲1982－2020年岸線端點變化速率

3.3 驅動因素分析

岸線變化驅動較為復雜，歸結起來通常是受自然因素和人為因素的雙重影響，前者包括入海河流泥沙輸入變化、海平面變化、構造運動、自然災害和水動力作用等；后者則有填海造陸、海岸工程、養殖池和濱海工業設施建設等[20]。

3.3.1 岸線類型長度變化驅動因素

本區淤泥質和砂質岸線的底質成分主要由泥砂質松散的沉積物構成，這使得本區砂質岸線和淤泥質岸線具有抗沖刷能力較弱、容易被侵蝕的特點；另外，這些沉積物的主要物質來源于入海河流的泥沙輸入，輸入量的大小決定砂質岸線和淤泥質岸線獲得物質補給能力的強弱，這意味著水動力、海平面和入海河流泥沙輸入的變化，可能會改變本區淤泥質和砂質海岸的侵蝕淤積狀態，但侵蝕淤積改變的主要是岸線的形態位置，只有當侵蝕或淤積達到一定程度時，才會使岸線的類型和長度發生明顯改變。從岸線轉化的方向看，本區砂質岸線和淤泥質岸線主要轉化為人工岸線和生物岸線，這并不是岸線侵蝕淤積作用的結果。本區生物岸線以紅樹林岸線為主，紅樹林被譽為“海岸衛士”具有保護岸線穩定的作用，基巖岸線和人工岸線由于其自身特殊的地質物理屬性，性質也較為穩定。在研究時段內，區內并未發生較大的構造運動和自然災害[21-23]，其他自然因素如風化、沖刷等作用無法對本區生物岸線、人工岸線和基巖岸線進行大程度、大范圍的改造。

以上均表明自然因素不是本區岸線類型和長度變化的主控因素，其變化主要受人為作用影響。主要表現在5 個方面：一是在經濟效益的驅動下，大量地圍墾灘涂，養殖筑堤；二是隨著城市發展，城鎮人口陡增，土地供需矛盾增長，填海造陸以滿足工業開發、交通建設和生活居住的用地需求[24]；三是本區作為粵東地區的海上門戶，近40年來，航運業和海洋漁業得到極大發展，港口、碼頭以及防波堤作為上述行業的基礎設施得到大力的建設；四是濱海工業設施的建設，主要包括一些火電廠的修建等；五是紅樹林修復工程的實施，汕頭市政府部門在1998 年提出“向海要森林計劃”，頒布了紅樹林保護修復政策，開展紅樹林生態系統修復工作，同時開始在沿岸灘涂種植紅樹林[25]，至2005 年此項工作取得一定成效，自然紅樹林得到修復，人工紅樹林面積不斷擴大，生物岸線也隨之增長。上述人類活動使岸線之間發生明顯相互轉化，灘涂圍墾和人工種植紅樹林使淤泥質岸線向養殖海堤和生物岸線轉化，填海造陸、漁港、碼頭、防波堤和濱海工業設施的修建使砂質岸線和基巖岸線向人工岸線轉化。理論上，岸線之間的互相轉化并不會使岸線總長度增加，從圖形幾何學上來說，原本復雜的岸線，經過人工改造后由于裁彎取直的原因，整體的長度甚至還會減少，但本區的岸線總長卻在研究時段內增長了51.90 km。這主要是由于人為修建大量海岸工程向海延伸造成。

3.3.2 岸線空間變化驅動因素

三角洲岸線空間變化主要受入海河流物質供應、相對海平面變化、水動力作用、風暴潮災害和海岸帶人類活動影響，某一時刻的海岸線位置是所有長期過程和短期過程累積作用的結果[26]。韓江三角洲夏秋季節多臺風，會對淤泥質岸線和砂質岸線的短期過程產生顯著影響[6]。韓江三角洲是典型的障壁海岸三角洲，發育障壁沙壩、沙丘等。障壁沙壩的運移主要受入海河流水動力、波浪和風力作用控制[18-19]。研究時段內由于上游修建大量的攔水壩，加之人為修建大量的輸水渠分流，造成了入海河流的徑流量減少，水動力減弱，導致入海河流裹挾的泥沙向海搬運的距離縮短，在近岸堆積形成沙壩，同時本區的波浪方向與岸線幾乎垂直，沙壩在波浪和向陸風力作用下，向岸運移。

對于同一地區不同時期岸線空間變化的速率而言，則主要取決于入海河流輸沙量的變化、海平面變化速率和人類活動對海岸的改造強度[27-29]。1982－2020 年期間，韓江三角洲的海平面上升的速率穩定在2.00～3.00 mm∕a 之間，變化較小[30-31]，并非造成本區不同時期岸線空間變化速率差異的主要因素。近40 年時間內，韓江三角洲海岸帶開發利用愈發強烈，主要入海河流韓江和榕江的輸沙量也呈銳減趨勢[11]，韓江和榕江供應了本區90%以上的河流入海泥沙[10]，其輸沙量銳減和人類活動可能是本區岸線空間變化的主要因素。

利用數字岸線分析系統（Digital Shoreline Analyst System，DSAS），計算研究區不同時期岸線端點平均變化速率，將研究區不同時期岸線端點變化速率與韓江三角洲主要入海河流年平均輸沙量進行對比，結果表明（圖4），1982－1989 年和1989－2000 年期間，韓江三角洲主要入海河流年平均輸沙量分別為807.90×104t 和775.40×104t，岸線平均向海推進距離分別為9.19 t和8.44 m，端點 平 均 變 化 速 率 分 別 為1.31 m∕a∕和0.77 m∕a；2000－2005 年和2005－2010 年期間，主要入海河流年平均輸沙量銳減至209.35×104t 和335.40×104t，岸線平均蝕退距離分別為5.19 m 和2.06 m，端 點 平 均 變 化 速 率 為-1.04 m∕a 和-0.41 m∕a；2010－2015 期間，主要入海河流年平均流輸沙量進一步銳減至178.44×104t，岸線平均向海推進距離為148.34 m，端點平均變化速率為29.67 m∕a，在這一時期內汕頭市完成了東海岸新區建設，填海造陸21.70 km2[24]；2015－2020 年期間，主要入海河流年平均流輸沙量為275.92×104t，岸線平均向海推進距離為6.55 m，端點平均變化速率為1.31 m∕a。

圖4 韓江三角洲各時期主要入海河流年平均輸沙量與岸線端點平均變化速率注：主要入海河流年平均輸沙量數據來自文獻[32-33]、水文年鑒和汕頭市水文局提供的資料

分時段看，1982－2010 年期間，岸線人工化指數保持在37.03%以下，入海河流年平均輸沙量與岸線端點平均變化速率的變化趨勢一致，入海河流年平均輸沙量在2000 年后顯著減少，岸線也由之前的穩定向海推進轉變為蝕退狀態；2010 年以后，岸線人工化指數升至37.03%以上，入海河流年平均輸沙量與岸線端點平均變化速率的變化趨勢相反，雖然入海河流輸沙量進一步減少，但岸線卻大幅度向海推進。整體上看，研究時段內，韓江三角洲主要入海河流年平均輸沙量與岸線端點平均變化速率無明顯的相關性，這表明入海河流年平均輸沙量不是研究區岸線空間變化速率的主控因素。2010 年以前，岸線人工化指數相對較低，入海河流年平均輸沙量變化對岸線空間變化的速率有一定影響，2010 年以后，隨著岸線人工化指數不斷提高，岸線空間的變化速率主要受人類活動作用影響。

總的來說，研究時段內本區岸線空間變化受入海河流泥沙輸入變化、海平面變化、水動力作用、風暴潮作用與人為因素共同影響，主控因素是人為因素，海平面變化對于岸線空間變化速率的影響幾乎可以忽略。入海河流輸沙量的減少使得淤泥質和砂質海岸的沉積物質補給減少，岸線受到侵蝕，向后蝕退。人為因素主要是社會經濟發展進程中一系列人為的海岸帶開發活動，主要包括抽沙填海造陸、漁港碼頭和濱海工業設施建設等。上述人類活動不僅直接侵占海洋空間，使岸線向海推進，同時還造成近岸海域物質動力條件的改變。諸如抽沙填海造陸，抽沙使近岸泥沙減少，海岸沉積物質補給相應減少；造陸侵占了大面積的海域，使潮流通道變窄，潮汐、波浪等水動力作用增強，這些變化又進一步加劇海岸侵蝕，對岸線空間變化產生影響。

3.4 問題與建議

多年以來，我國的海岸帶經濟處于以農林牧漁為主的初級階段，改革開放以來，尤其是在黨的十八大以后，隨著海洋強國戰略的提出，韓江三角洲的海岸帶經濟發展進入高速時代，人口增長、城鎮擴張導致水和土地等資源供需矛盾空前。受大量海岸帶資源開發利用等人類活動、氣候和相對海平面變化等因素影響，韓江三角洲海岸帶資源環境問題較為突出，主要表現為：一是由于蓄水攔砂、近岸采砂和圍填海等人類活動導致沉積物質供應減少和近岸水動力改變引起的海岸侵蝕問題。二是由于蓄水修渠導致河流水動力減弱，加之波浪作用引起的港口淤積問題。三是由于圍填海、濱海工業設施和漁港碼頭等設施建設侵占自然岸線造成的自然岸線保有率降低的問題。

針對以上問題，根據韓江三角洲海岸帶可持續發展和管理需要，結合地區現狀提出以下建議：一是拆除韓江、榕江等入海河流中上游部分不必要的水壩，恢復韓江三角洲入?？诩班徑Ｓ虺练e物質供給，在侵蝕嚴重的岸段，必要的時候采取人工補砂措施。二是盡可能減少水利設施的修建，定期開閘放水，必要的時候開展人工清淤工作。三是嚴控圍填海和鹽田養殖池的修建，開展廢棄漁港碼頭、養殖池塘和鹽田的拆除工作。四是持續推進實施海岸帶保護修復工程，重點開展砂質海岸、紅樹林和鹽沼等生態系統保護修復工作，建設生態海堤，提升抵御臺風、風暴潮等海洋災害能力。五是加強科普宣傳和地方相關法律法規建設，提升全民陸海生命共同體意識。

4 結論

（1）1982－2020 年韓江三角洲岸線長度顯著增長，由116.99 km 增至168.89 km，平均增長速率為1.37 km∕a，岸線總長度的增加主要源于人工岸線和生物岸線的增長，貢獻分別占第一和第二位。

（2）1982－2020 年期間，韓江三角洲岸線平均向海推進距離為164.55 m，端點變化速率平均值為4.35 m∕a，總體上表現為向海推進，向海推進岸段主要分布于榕江河口至萊蕪島和海門角一帶，侵蝕后退岸段主要分布于蓮陽河口至黃厝草溪河口一帶。向海推進主要由圍填海和濱海工業設施建設導致，蝕退的原因主要是障壁沙壩在風浪作用下向岸運移所致。

（3）研究時段內，韓江三角洲岸線主要受相對海平面變化、入海河流輸沙變化、風暴潮活動、水動力作用和海岸帶人類活動共同影響，主控因素是海岸帶人類活動。