基于多時(shí)相遙感影像的浙江臺(tái)州大灣海床穩(wěn)定性分析

0研究區(qū)域間空間格局分析在開發(fā)和利用沿海地區(qū)資源時(shí)，沿海項(xiàng)目的實(shí)施是一個(gè)重要方面，需要大量的初始工作。海床和岸灘的穩(wěn)定性分析是其主要內(nèi)容之一?？臻g工具具有大尺度、多源、多時(shí)間、多通道、多極化空間勘探能力、地理信息系統(tǒng)和多因素空間分析能力。多年來，許多科學(xué)家在遙感和計(jì)算機(jī)科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作，取得了許多有價(jià)值的成果。然而，研究海岸工程尤其是岸灘和海床的穩(wěn)定性分析非常有限。本文利用多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和數(shù)字地形數(shù)據(jù)對(duì)研究區(qū)岸灘和海床的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，為浙江臺(tái)州港的合理開發(fā)和建設(shè)提供了理論依據(jù)。1潮灘、潮灘、潮灘臺(tái)州大港灣位于浙江中部沿海(見圖1),中心經(jīng)緯度約為28°23′N,121°39′E.外緣有東磯列島、臺(tái)州列島為屏障.海域開闊,屬正規(guī)半日潮海域,水深大多小于10m,平均水深3m左右.臺(tái)州大港灣海岸為河口平原淤泥質(zhì)海岸,由濱海組的海積層組成,巖性為飽水的淤泥及粉砂質(zhì)淤泥,局部有淤泥質(zhì)粉砂.岸外島嶼棋布,岸線曲折,岸灘隱蔽,潮灘十分發(fā)育,以粉砂淤泥灘為主.臺(tái)州大港灣潮流為非正規(guī)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(fēng)氣候,四季干濕冷暖分明,雨量充沛,但常受臺(tái)風(fēng)、暴雨、干旱等災(zāi)害性天氣的影響,風(fēng)向隨季節(jié)變化非常明顯.2潮灘和水體邊界位置的確定淤泥質(zhì)海岸潮灘沉積地貌是岸灘動(dòng)態(tài)過程的綜合反映,其岸灘沖淤變化是一種復(fù)雜的物理過程,包括許多自然因素和人類誘發(fā)因素.自然因素包括研究區(qū)域的地質(zhì)過程和海平面升降、水動(dòng)力條件、泥沙來源及沉積物變化等;人類誘發(fā)因素包括灘涂圍墾,水產(chǎn)養(yǎng)殖,潮汐通道開挖,港口、碼頭及防波堤建設(shè),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(shù)對(duì)臺(tái)州大港灣潮灘進(jìn)行漲坍速率和沉積速率的反演,其技術(shù)流程如圖2所示.根據(jù)研究的任務(wù)要求,選擇美國陸地衛(wèi)星MSS,TM和ETM等3類數(shù)據(jù)源,共計(jì)37個(gè)時(shí)相,時(shí)間跨度為1976-2006年,上述樣本基本可以滿足研究區(qū)岸灘沖淤演變分析的要求.首先對(duì)研究區(qū)的37幅遙感影像進(jìn)行幾何精校正,然后經(jīng)過圖像增強(qiáng)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(chǔ)上,把所有的邊界線復(fù)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(tái)州大港灣潮灘水邊線的高程,根據(jù)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(wèi)星成像時(shí)刻的實(shí)測(cè)水位,通過潮位分帶校正,得到研究區(qū)不同部位衛(wèi)星成像時(shí)刻瞬時(shí)水位(具體數(shù)據(jù)見表1).為了保證演算精度,在選取遙感信息樣本時(shí),不同時(shí)相遙感圖像的瞬時(shí)水位差值限定在20cm范圍以內(nèi).在結(jié)合研究區(qū)衛(wèi)星成像時(shí)刻潮情和研究區(qū)水位高度的基礎(chǔ)上,選擇相近潮高的衛(wèi)星遙感圖像的水邊線進(jìn)行對(duì)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(fù)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(fā)現(xiàn)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(jù)大港灣當(dāng)時(shí)的水位高度,說明水邊線向水域方向移動(dòng),潮灘處于淤漲狀態(tài).通過對(duì)邊界線之間的位移距離進(jìn)行量算,得到潮灘年平均淤漲速率(見表2).為進(jìn)一步求得研究區(qū)潮灘沉積速率,可以根據(jù)不同年份同高程的水邊線位移距離和潮灘坡度進(jìn)行推求,推求表達(dá)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(fā)現(xiàn),臺(tái)州大港灣潮灘近期處于淤漲狀態(tài),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(fā)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(guān).為全面了解浙江臺(tái)州大港灣沿海海床的地形穩(wěn)定程度,根據(jù)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(qū)域整幅海圖均由不同年份測(cè)量區(qū)域海圖鑲嵌而成,以最新測(cè)量年份海圖的年代為該幅海圖的年代),利用地理信息系統(tǒng)軟件ARCGIS的數(shù)據(jù)輸入功能等將海圖數(shù)字化,獲取帶有每個(gè)點(diǎn)的水深值和線段屬性信息的矢量數(shù)據(jù).再用圖像處理軟件ENVI,采用與數(shù)字化時(shí)相同的投影坐標(biāo)系(統(tǒng)一采用1954年北京坐標(biāo)系),用最小距離內(nèi)插法,進(jìn)行一定的重采樣后,得到帶有水深值信息和經(jīng)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(biāo)或不同的圖案表示沖刷或淤積的范圍和等級(jí).圖4為臺(tái)州大港灣2000-2005年海床沖淤圖.從其海圖水深數(shù)據(jù)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(jìn)退幅度較小,近岸等深線的變化基本穩(wěn)定.從圖4可知,浙江臺(tái)州大港灣海床地形沖淤變化基本穩(wěn)定,近期處于微淤狀態(tài).4潮灘、海床現(xiàn)狀本次研究利用多時(shí)相衛(wèi)星遙感圖像和數(shù)字化地形資料,通過浙江臺(tái)州大港灣淤泥質(zhì)潮灘的淤漲速率和沉積速率的估算及海床沖淤數(shù)據(jù)的分析,對(duì)其岸灘和海床穩(wěn)定性進(jìn)行分析.得到的數(shù)據(jù)彌補(bǔ)了臺(tái)州大港灣地區(qū)潮灘缺乏常規(guī)地形測(cè)量資