基于多时相遥感影像的浙江台州大湾海床稳定性分析

基于多时相遥感影像的浙江台州大湾海床稳定性分析

0研究区域间空间格局分析在开发和利用沿海地区资源时，沿海项目的实施是一个重要方面，需要大量的初始工作。海床和岸滩的稳定性分析是其主要内容之一。空间工具具有大尺度、多源、多时间、多通道、多极化空间勘探能力、地理信息系统和多因素空间分析能力。多年来，许多科学家在遥感和计算机科学的应用领域进行了大量的研究工作，取得了许多有价值的成果。然而，研究海岸工程尤其是岸滩和海床的稳定性分析非常有限。本文利用多时相卫星遥感数据和数字地形数据对研究区岸滩和海床的稳定性进行了分析，为浙江台州港的合理开发和建设提供了理论依据。1潮滩、潮滩、潮滩台州大港湾位于浙江中部沿海(见图1),中心经纬度约为28°23′N,121°39′E.外缘有东矶列岛、台州列岛为屏障.海域开阔,属正规半日潮海域,水深大多小于10m,平均水深3m左右.台州大港湾海岸为河口平原淤泥质海岸,由滨海组的海积层组成,岩性为饱水的淤泥及粉砂质淤泥,局部有淤泥质粉砂.岸外岛屿棋布,岸线曲折,岸滩隐蔽,潮滩十分发育,以粉砂淤泥滩为主.台州大港湾潮流为非正规半日浅海潮流.春季大潮最大流速不超过80cm/s,垂线平均流速为30～40cm/s,涨落潮流速大致相等,沿程流速变化不明显,地处亚热带季风气候,四季干湿冷暖分明,雨量充沛,但常受台风、暴雨、干旱等灾害性天气的影响,风向随季节变化非常明显.2潮滩和水体边界位置的确定淤泥质海岸潮滩沉积地貌是岸滩动态过程的综合反映,其岸滩冲淤变化是一种复杂的物理过程,包括许多自然因素和人类诱发因素.自然因素包括研究区域的地质过程和海平面升降、水动力条件、泥沙来源及沉积物变化等;人类诱发因素包括滩涂围垦,水产养殖,潮汐通道开挖,港口、码头及防波堤建设,航道疏浚,潮滩及近岸取沙等.在本次研究中,利用水边线高程反演技术对台州大港湾潮滩进行涨坍速率和沉积速率的反演,其技术流程如图2所示.根据研究的任务要求,选择美国陆地卫星MSS,TM和ETM等3类数据源,共计37个时相,时间跨度为1976-2006年,上述样本基本可以满足研究区岸滩冲淤演变分析的要求.首先对研究区的37幅遥感影像进行几何精校正,然后经过图像增强处理,使其尽可能地突出水陆边界信息,并按不同潮情勾绘出潮滩和水体的边界.在此基础上,把所有的边界线复合到最新的遥感图像(2006年3月3日遥感影像)上.为确定浙江台州大港湾潮滩水边线的高程,根据海门潮位站(28°42′N,121°26′E)、白沙潮位站(28°42′N,121°38′E)、下大陈潮位站(28°27′N,121°54′E)和坎门潮位站(28°05′N,121°17′E)不同卫星成像时刻的实测水位,通过潮位分带校正,得到研究区不同部位卫星成像时刻瞬时水位(具体数据见表1).为了保证演算精度,在选取遥感信息样本时,不同时相遥感图像的瞬时水位差值限定在20cm范围以内.在结合研究区卫星成像时刻潮情和研究区水位高度的基础上,选择相近潮高的卫星遥感图像的水边线进行对比分析.把2004年12月10日的遥感影像的潮滩和水体的边界线和1996年1月3日的遥感影像的潮滩和水体的边界线复合到2006年3月3日遥感影像上,其水边线高程分别为356cm和365cm(见图3).从中可以发现1996年1月3日的边界线比2004年12月10日的边界线更靠近陆地,根据大港湾当时的水位高度,说明水边线向水域方向移动,潮滩处于淤涨状态.通过对边界线之间的位移距离进行量算,得到潮滩年平均淤涨速率(见表2).为进一步求得研究区潮滩沉积速率,可以根据不同年份同高程的水边线位移距离和潮滩坡度进行推求,推求表达式为其中:Y为年沉积速率;A为潮滩坡度;X为水边线年平均淤涨速率.Y=AXY=AX从表2可以发现,台州大港湾潮滩近期处于淤涨状态,但幅度非常小,年平均淤涨速率为每年23.2m,年沉积速率为每年0.7192cm.3海床冲淤演变图的建立和发展海岸工程除涉及岸滩的涨坍变化外,还直接与邻近海床的冲刷和淤积变化息息相关.为全面了解浙江台州大港湾沿海海床的地形稳定程度,根据所收集到的1964年、1965年、1970年、1971年、1988年、1989年、1990年、1991年、2000年、2003年、2004年和2005年海图(研究区域整幅海图均由不同年份测量区域海图镶嵌而成,以最新测量年份海图的年代为该幅海图的年代),利用地理信息系统软件ARCGIS的数据输入功能等将海图数字化,获取带有每个点的水深值和线段属性信息的矢量数据.再用图像处理软件ENVI,采用与数字化时相同的投影坐标系(统一采用1954年北京坐标系),用最小距离内插法,进行一定的重采样后,得到带有水深值信息和经纬度位置信息的栅格格式的水深图.最后将不同年份的水深图上相同位置的水深值相减,得到海床冲淤演变图,并以不同色标或不同的图案表示冲刷或淤积的范围和等级.图4为台州大港湾2000-2005年海床冲淤图.从其海图水深数据分析,其近岸水深等深线基本与岸线平行,不同岸段的等深线进退幅度较小,近岸等深线的变化基本稳定.从图4可知,浙江台州大港湾海床地形冲淤变化基本稳定,近期处于微淤状态.4潮滩、海床现状本次研究利用多时相卫星遥感图像和数字化地形资料,通过浙江台州大港湾淤泥质潮滩的淤涨速率和沉积速率的估算及海床冲淤数据的分析,对其岸滩和海床稳定性进行分析.得到的数据弥补了台州大港湾地区潮滩缺乏常规地形测量资