段依妮;滕骏华;蔡文博
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【摘 要】为了研究20世纪90年代初期至今海南三亚湾的海岸侵蚀情况,基于潮位观测数据,采用遥感与GIS技术,提取了三亚湾1991、2013年两个时期的水边线位置变化信息,用于反映该时期海岸线的相对位置变化关系,完成海岸侵蚀信息提取.综合利用多种遥感指数、高分辨率遥感影像、人类活动记录等多源信息,对海岸侵蚀的原因进行了详细分析.理论分析结果表明:根据潮汐与农历日期的对应关系,选择农历日期最接近、成像时间差最小的遥感影像,能够有效消除潮汐对水边线位置的影响.实验结果表明:三亚湾的砂质海岸存在明显的侵蚀现象,海岸西段最大后退距离达45-60 m,中段最大后退距离达60 m,东段最大后退距离达30 m.分析结果表明:三亚湾海岸侵蚀受人类活动和自然因素的共同影响,海岸工程的建设、近岸原生植被的破坏是海岸侵蚀的重要原因,后续应更加合理开发与利用海岸线资源. 【期刊名称】《海洋预报》
【年(卷),期】2016(033)003欣欣旅游网的缺点
【总页数】8页(P57-64)
【关键词】潮位观测;三亚湾;海岸侵蚀;遥感监测
【作 者】段依妮;滕骏华;蔡文博
【作者单位】国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京100081;国家海洋环境预报中心,北京100081
【正文语种】中 文
【中图分类】P731.23
海岸侵蚀是指由自然因素、人为因素或者两种因素迭加而引起的海岸线位置后退或岸滩（包括海滩或潮滩）下蚀［1］。海岸侵蚀是一种灾害性的海岸地质现象，近年来呈现不断加剧的趋势，常造成堤岸坍塌、村镇后迁、海岸工程设施破坏，由此进行的海岸侵蚀管理花费了大量的专项投入，给沿海地区经济社会的发展造成了极大危害［2-3］。
三亚位于海南岛的最南端，是中国最南部的热带滨海旅游城市。然而，自20世纪80年代以
来，随着旅游资源的开发和城市建设的拓展，三亚湾的海岸侵蚀现象愈演愈烈，引起了学者们的广泛关注［4］。
三亚湾海岸侵蚀的研究方法主要分为传统的野外调查与遥感监测两类。在野外调查方面，黄少敏等通过现场调查、定位测量及地图对比，对海南岛砂质海岸的侵蚀状况及侵蚀原因进行了分析［5］。李喜海等野外调查了三亚湾的海岸侵蚀情况，并重点监测了侵蚀现象较为突出的岸段［6］。在遥感监测方面，高义、姚晓静、包萌等先后以多期Landsat卫星影像为数据源，分析了海南岛近30—40 a间的海岸线长度和利用类型的时空变化［7-10］，但针对三亚湾的论述较少，并且没有海岸线位置进退的定量研究。
与野外调查相比，遥感技术在海岸带侵蚀研究方面具有长期、连续、大范围监测的优势，在海岸线提取、变化监测等方面也取得了较多成果［11-13］，但仍存在下列问题：
第一，受潮汐等因素的影响，从遥感图像上直接提取的卫星过顶时刻的瞬时水边线并不是理论意义上的海岸线［14］，解决这个问题的一种途径是通过潮位校正获得平均大潮高潮线［15］。张旭凯等在研究中详细介绍了潮位校正的原理，但由于缺乏遥感影像获取时刻的实时潮位观测数据，计算得到的海岸线位置存在一定的误差［16］；
第二，海岸侵蚀是一个相对缓慢的过程，三亚湾海岸侵蚀的年速率仅1—2 m/a，而0.1 m的潮位
为了克服遥感监测的上述问题，本文与现有的潮位校正的研究思路不同，通过研究潮汐规律选择合适的遥感影像，最大限度地消除不同时刻潮汐对水边线位置的影响。通过水边线位置的变化，获取不同时期海岸线的相对位置变化关系。
本文首先基于三亚站潮位实时观测数据，详细分析了三亚湾的潮位规律，对遥感影像的成像时间进行了严格的筛选。在此基础上，利用遥感与GIS技术对三亚湾的海岸侵蚀信息进行提取。最后，利用多种遥感指数、高分辨率遥感影像、人类活动记录等多源信息，分析了部分岸段侵蚀严重的原因。
海南博鳌亚洲论坛2.1 研究区潮汐规律分析
三亚湾位于三亚市中心区的南侧，为岬湾砂坝潟湖海岸［17］。东起鹿回头半岛南端（18°11′20″N，109°28′58″E），西至马岭市东角岭角（18°17′40″N，109°20′39″E），海湾呈对数螺旋形，湾口朝西南向敞开，海岸线长17.8km，三亚湾海域总面积约为68.6km2。
本区域的潮汐属于以日潮为主的混合潮，半日潮天数每月平均为11 d。日潮时一天内涨潮为16—17 h，落潮时极短，仅7—8 h。涨潮流为东南向，落潮流为西北向，自表层至底层均为落潮流流速大于涨潮流流速［18］。平均涨、落潮流速分别为11.2 cm/s和19.4 cm/s。此外，三亚湾还遵循潮汐的一般规律，潮汐时刻与农历日期对应，潮差与农历日期相关，在农历每月的初一、十五附近出现大潮，在农历每月初八、二十三附近出现小潮。
2.2 遥感影像选择
根据三亚湾的地理范围，本研究收集了1980—2015年的美国陆地卫星Landsat TM/ETM+/OLI影像共30景用于侵蚀信息提取。影像的成像质量、云量分布均满足要求，进一步的筛选条件如下：
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（1）时间跨度大，有利于海岸线变化检测；
（2）农历月份和日期相近，季节相近，使潮汐规律相同，并且有利于比较地物地貌；
（3）每月初八、二十三附近最佳，潮差比其他日期更小，引起的海岸线提取误差进一步降低；
（4）由于相关部门2014年6月开始对三亚湾进行大规模的补沙，因此遥感影像的成像日期需在此之前。
经过筛选，确定了成像时间为1991年、2013年，农历为相同月份、日期最接近、时间差最小的两景遥感影像（以下简称1991年影像、2013年影像）。影像的成像参数如表1所示。
此外，在侵蚀原因分析的过程中，本文还使用了与上述Landsat影像时相接近的QuickBird遥感影像。
2.3潮位观测数据分析
三亚海洋观测站建成于1994年，因此本研究无法获取1991年的潮位数据。由于农历日期接近，通过统计2013年10月26日（农历九月二十二）的潮位数据，可反映两景影像成像当天的潮汐规律（见图1）。
由图1可知，2013年影像获取当天的潮汐为日潮。潮差变化很小，最大潮差仅为97 cm，符合农历九月二十二出现小潮的统计规律。上述规律同样适用于1991年影像。
由于两景影像获取时间相差38 min，下面对38 min内的潮位变化进行统计分析。图2显示了2013年10月26日10：29—11：08潮位数据，潮位在113 cm附近变化，最大潮差仅为5 cm。
设海滩的倾角为α，潮差为Δh，潮差引起的水边线进退的水平距离为Δx，则
据统计，三亚湾海滩一般以4°—6°的缓坡向海倾斜［19］。按照平均值5°计算，将Δh=5 cm代入，解得Δx=57.2 cm=0.572 m，即5 cm的潮位上升将引起水边线后退0.572 m。而本研究中使用的Landsat影像的空间分辨率为30 m，即潮位引起的水边线进退变化不超过0.1个像元。因此，可以认为潮汐对研究中使用的1991年、2013年的两景影像的影响相同。
综上所述，本文通过筛选农历日期和成像时刻接近的影像提取海岸线侵蚀信息的研究思路是可行的，不但考虑了潮汐对海岸线位置的影响，而且减小了潮位估算带来的误差。
研究中，首先将两幅遥感影像进行精确的地理坐标配准。之后，基于ArcGIS软件平台，以几何精校正后的Landsat影像作为工作底图，在WGS 84坐标系下，采用人工目视解译的方
法，分别提取了1991年、2013年三亚湾的海岸线，并以不同的颜表示。最后，以1991年影像为背景，制作海岸线侵蚀提取结果图。通过不同时期海岸线位置的对比，即可定量提取海岸线的侵蚀情况。
为了突出海水，影像采用标准假彩合成方案。影像中，植被为红，海水为深蓝，湿润沙滩为浅蓝，干燥沙滩为白。海水与湿润沙滩的明显相接处即为海岸线所在位置。
通过逐像元对比检查，发现3处岸段存在明显的海岸侵蚀现象，根据地理坐标确定了实地对应的地名，分别为：“肖旗河口-海航度假酒店”岸段（中心经纬度：18°7′20.90″N，109°2′9.84″E）、“海居铂尔曼酒店-碧海蓝天美术馆”岸段（中心经纬度：18°6′54.28″N，109°7′29.82″E）、“海月广场-三亚湾大桥”岸段（中心经纬度：18°5′15.78″N，109°9′40.40″E），分别对应图3的（1）、（2）、（3）处。
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3.1“肖旗河口-海航度假酒店”岸段
（1）海岸侵蚀信息提取
自肖旗河口到三亚海航度假酒店长约3 km的海岸线存在明显的海岸侵蚀现象。图4是1991
乌海旅游攻略景点必去、2013年海岸线的提取结果，其中红为1991年海岸线，黄为2013年海岸线。可以看出，22 a中该岸段的最大后退距离达1.5—2个像元（45—60 m），见A、B两处。需要说明的是，肖旗河口的东侧约180 m的岸段出现了海岸线前进的情况，可能是港口修建时人工填海造地导致的。
（2）侵蚀原因分析
通过对A处两景Landsat影像的对比，可推断肖旗港的建设是导致海岸侵蚀的主要原因。与1991年相比，2013年的肖旗河口发生了3个明显的变化（见图5）：第一，水道变宽，平均宽度增加了约1个像元（30 m）；第二，港池增大，面积约增加40个像元（36 000 m2）；第三，下游修建人工湖，见图5b的黑区域，面积约20个像元（18 000 m2）。采用归一化差异水体指数（NDWI）［20］提取水体信息，结果如图6所示，尽管受到影像分辨率的限制，但该结果仍能很好地反映肖旗河口的水体变化。为了进一步证实上述结论，本文还收集了2013年11月30日的QuickBird高分辨率遥感影像（见图7），可以清晰地看见水道、港池、人工湖等地物。
结合相关的媒体报道可知，1998—2003年期间，有关单位在肖旗河口建设游艇码头、扩建
港池，对肖旗河口进行大面积开挖与疏浚。因此，海水涌入港口，导致水深显著增加，大面积海滩被淹没。另外，人工湖的建设使河水冲刷带入大海的沙量逐年减少，致使沙源不足，补入沙量过少，不能达成沙滩稳定的动态平衡。
通过对B处两景Landsat影像的对比，可推断海岸旅游景区的建设、原始植被破坏也是导致海岸侵蚀的重要原因。与1991年相比，2013年的海岸植被覆盖明显减少（见图8），从原来垂直岸边的1—2个像元的宽度，减少到无明显的植被覆盖。图9是2013年11月30日的QuickBird高分辨率遥感影像，可以清晰地看见海岸边的植被稀疏，分布了多处人工建筑物。
