長(zhǎng)江三角洲海岸侵蝕決策支持系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近年來(lái)，長(zhǎng)江三角洲在流域筑壩攔沙和海岸帶人類活動(dòng)的影響下開(kāi)始出現(xiàn)退化跡象。隨著全球氣候變暖導(dǎo)致的海平面的進(jìn)一步上升，長(zhǎng)江三角洲的海岸侵蝕問(wèn)題將會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成潛在的威脅。鑒于該區(qū)域在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要性，有必要開(kāi)展海岸侵蝕災(zāi)害管理決策支持技術(shù)的研究，以防患于未然?；谶@一考慮，本文主要利用遙感和GIS技術(shù)對(duì)長(zhǎng)江三角洲海岸侵蝕決策支持系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，為進(jìn)一步建立業(yè)務(wù)化運(yùn)行的決策支持系統(tǒng)提供理論和技術(shù)保障。主要研究?jī)?nèi)容

2、包括4個(gè)方面：
　　 ⑴在系統(tǒng)討論了基于GIS的岸線變化分析方法的基礎(chǔ)上，考慮到岸線演變與海岸地形間的相關(guān)性，就淤泥質(zhì)非平直岸線提出了基于地形梯度的正交斷面方法。以崇明東灘鳥(niǎo)類國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)為例，對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。我們選擇1987年至2006年間的6景TM遙感影像，以植被線作為岸線指標(biāo)，在eCognition和ArcGIS軟件的支持下，解譯出了對(duì)應(yīng)年份的數(shù)字岸線，并利用所提出的正交斷面方法進(jìn)行分析。結(jié)果顯示：崇明東灘以東南角

3、節(jié)點(diǎn)為界，分為南側(cè)的侵蝕岸段和其余的淤漲岸段?？傮w淤漲速率呈減慢的趨勢(shì)。最大侵蝕速率為22.0m/a，最大淤漲速率為247.2m/a。北側(cè)自東旺沙水閘向東約4km長(zhǎng)的岸段存在明顯的沖淤交替現(xiàn)象，但總體上呈現(xiàn)緩慢的淤漲趨勢(shì)。此外，兩個(gè)岸線演變受抑制區(qū)段都位于島影緩流區(qū)的邊界。
　　 ⑵長(zhǎng)江是全球范圍內(nèi)受水利工程影響最為嚴(yán)重的河流之一。入海泥沙通量自1960年代以來(lái)就持續(xù)降低，已經(jīng)導(dǎo)致了長(zhǎng)江口水下三角洲的局部退化。崇明東灘作為長(zhǎng)江口

4、少有的自然淤漲潮灘且處于長(zhǎng)江河口的中心位置，其岸線的演變必然受到了流域來(lái)沙減少趨勢(shì)的影響，而且崇明東灘對(duì)流域來(lái)沙變化的響應(yīng)模式將對(duì)長(zhǎng)江河口水下三角洲的演變具有一定的指示意義。我們選擇1987、1990、1995、1998、2002、2006、2008七個(gè)年份的TM遙感數(shù)據(jù)，利用所提出的正交斷面法計(jì)算了崇明東灘的岸線變化率，將其與大通站泥沙通量相關(guān)聯(lián)，間接地研究了崇明東灘岸線變化與流域大型水利工程之間的關(guān)系。分析顯示，崇明東灘的岸線變化率

5、與大通站泥沙通量之間具有明顯的相關(guān)性(P＜0.03)。進(jìn)一步計(jì)算表明，對(duì)于崇明東灘的淤漲變化而言，大通站泥沙通量的臨界值約為0.24/0.29億噸。根據(jù)其他研究者的預(yù)測(cè)結(jié)果，我們計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在2003-2005年間三峽大壩導(dǎo)致崇明東灘岸線變化速率平均降低了15.3m/a，相當(dāng)于1987年以來(lái)岸線變化速率總降低量的15％。同時(shí)，南水北調(diào)工程潛在的影響約為三峽大壩的5-10％。崇明東灘在未來(lái)的20-50年內(nèi)將達(dá)到其淤漲極限，屆時(shí)侵蝕將占主導(dǎo)地

6、位?？紤]到其它在建和規(guī)劃中的大型水利工程項(xiàng)目，及其可能的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，這一周期將會(huì)大大縮短。
　　 ⑶沿岸輸沙率是海岸工程中最重要的物理量之一，與岸灘演變、港口航道回淤、以及岸灘對(duì)海岸工程的地貌響應(yīng)等許多問(wèn)題有關(guān)。傳統(tǒng)的沿岸輸沙率估算方法所需要的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)很難精確獲取，而且針對(duì)淤泥質(zhì)海岸的研究較少。為此，我們以南匯邊灘南槽岸段為例，研究了在GIS環(huán)境下對(duì)一線模型進(jìn)行修正進(jìn)而估算沿岸輸沙率的方法。主要步驟包括：(a)以海圖數(shù)據(jù)中的0

7、m等深線作為岸線指標(biāo)計(jì)算岸線變化速率；(b)針對(duì)試驗(yàn)區(qū)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)計(jì)算單元，并在此基礎(chǔ)上對(duì)一線模型進(jìn)行合理的修正；(c)將岸線變化速率、閉合深度等參數(shù)代入修正后的模型，反算出沿岸輸沙率。與地形法的計(jì)算結(jié)果比較顯示，估算結(jié)果的總體相對(duì)誤差為8.77％，證明了所提出方法的有效性。
　　 ⑷根據(jù)長(zhǎng)江三角洲海岸侵蝕的復(fù)雜性，建立了適用于長(zhǎng)江三角洲的海岸侵蝕決策支持框架模型，該框架由人與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，其中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要包括海岸侵蝕綜合數(shù)

8、據(jù)庫(kù)、基于GIS的海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型、可視化工具集和情景生成器4個(gè)主要部分。在該框架下，重點(diǎn)討論了基于GIS的海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。首先，選擇行政單元、人口密度、底質(zhì)類型、海岸特征4種自然和社會(huì)因子對(duì)研究區(qū)域的岸線進(jìn)行分割，得到相對(duì)同質(zhì)的評(píng)價(jià)單元。其次，利用DPSIR(Driving forces， Pressure， State， Impact, Response)指標(biāo)框架模型分析了與長(zhǎng)江三角洲海岸侵蝕密切相關(guān)的自然和社會(huì)因素，建立

9、了適合于長(zhǎng)江三角洲實(shí)際情況的海岸侵蝕風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系包括10個(gè)脆弱性因子（近岸高程、岸灘坡度、沿岸輸沙率、岸線變化率、平均潮差、有效波高、相對(duì)海平面變化、潮灘寬度、潮灘植被類型、潮灘植被帶寬度）和3個(gè)影響因子（人口密度、主要土地利用類型、重點(diǎn)生態(tài)區(qū)域）。然后，利用本文所討論的方法和相關(guān)研究成果對(duì)各因子進(jìn)行量化分級(jí)。并引入層次分析法（Analytic Hierarchy Process， AHP）結(jié)合專家知識(shí)計(jì)算了各評(píng)價(jià)因子的

10、權(quán)重。進(jìn)而，針對(duì)脆弱性因子和影響因子分別計(jì)算得到脆弱性指標(biāo)和災(zāi)害指標(biāo)。將兩個(gè)指標(biāo)加權(quán)平均得到風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，寶山區(qū)岸段、浦東新區(qū)五號(hào)溝至三甲港岸段和金山區(qū)金山咀以西岸段風(fēng)險(xiǎn)水平最高；浦東新區(qū)的其余岸段、奉賢區(qū)至金山區(qū)金山咀岸段、橫沙通道沿岸、崇明島西南角正對(duì)白茆沙的岸段以及江蘇啟東市連興港以西正對(duì)顧園沙的岸段為高風(fēng)險(xiǎn)水平；啟東港沿岸、崇明島南岸、長(zhǎng)興島大部分岸段和橫沙島北岸、太倉(cāng)市沿岸以及南匯區(qū)大治河口以南岸段為中等風(fēng)險(xiǎn)水平岸段