滦河多次改道，由西南向东北摆动入海，泥沙在入海口堆积发育一系列亚三角洲，形成大量处于不同发育阶段的潟湖-沙坝沉积体系，具有重要的教学实习和科研价值^[1]。20世纪70年代以来，随着滦河兴建水利工程、养殖场、港口等海岸工程^[2-3]，滦河三角洲海岸沙坝及滨面均处于动态变化中，很不稳定^[4]。

已有多位学者从多种不同角度对滦河三角洲典型潟湖-沙坝海岸进行分析研究。高善明^[5]、李从先^[6]、刘福寿^[7]等根据历史和野外调查资料研究分析，受滦河改道摆动影响，滦河三角洲全新世以来先后形成五个三角洲堆积体，是一典型的扇形三角洲。吴桑云^[8]研究了滦河口至曹妃甸潟湖的形成、演化等过程，分析人类活动导致潟湖环境退化、岸线侵蚀等不良影响。邢容容^[9]、方成^[10]、黎刚^[11]、施佩歆^[12]等利用多期遥感影像资料，分析潟湖-沙坝海岸岸线变化特征，发现20世纪70—80年代以来，由于上游兴建水利工程^[13]，导致滦河下游水沙大幅减少，沙坝得不到充足的泥沙供应，同时由于港口、养殖场等海岸工程建设，潟湖-沙坝海岸正在遭受破坏，大部分岸线呈明显侵蚀后退状态。程林^[14]通过对4次现场调查，分析祥云岛海滩的稳定性，海滩以较强侵蚀、强侵蚀和严重侵蚀为主。陈文超^[15]分析了祥云岛2011年—2014年14条海滩监测剖面形态变化情况，认为祥云岛大部分岸段出现较严重的侵蚀，并提出了初步岸滩防护措施。

上世纪80—90年代研究多集中于滦河三角洲沉积模式与演化方面，2000年以来研究集中在遥感解译岸线演变及原因分析等方面，缺乏对岸线稳定性的研究。本研究在遥感解译岸线^[16-17]分析的基础上，构建岸线稳定性指数计算模型，定量分析滦河三角洲海岛海侧砂质岸线稳定性。

1   材料与方法

1.1   研究区概况

滦河干流全长880 km，流域面积44750 km²。地处温带大陆气候区，多年平均降水量390~800 mm，季节分配不均，7月、8月降水量占全年的50%~65%。由于滦河流域上游修建水坝和下游灌区截流，导致入海水沙锐减，2000年以后则经常断流^[11]。

滦河三角洲海域的潮汐运动受黄海北部潮波运动控制，属于不正规半日潮，潮差较小。波浪以风浪为主，季节变化明显，春季常浪向为SW向，夏季常浪向为SE向，秋季常浪向为EN向，冬季冰封无浪，强浪向为EN向。

滦河口位于渤海湾西北平直海岸中部，开口朝东偏北，受河流与海水共同作用，冲积形成典型的扇形河口三角洲，三角洲外缘有滨海沙坝环绕^[18]。随着滦河改道，废弃三角洲外缘受海水冲刷改造，形成现今的滦河三角洲典型潟湖-沙坝海岸。自北向南分别为长臂岛、风云岛、佛手岛、海捞岛(2014年已消失)、蛇岗、神奇岛、明月岛、吉祥岛、永乐岛、祥云岛、月岛、菩提岛(图 1)。

图  1  滦河三角洲海岛位置

Fig.  1  Location of Luanhe delta island

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1.2   数据获取与处理

选取潮位相近的1987年、2000年两期Landsat TM影像(空间分辨率30 m)和2014年Landsat 8 OLI影像共三期影像资料，通过envi 5.1对各影像进行几何校正，并对Landsat 8 OLI的8个多光谱波段(30 m空间分辨率)和一个全色波段(15 m空间分辨率)进行融合，然后对各影像数据进行图像增强处理，并对遥感数据进行几何校准，保证精度控制在0.5像元内，提高图像目视效果，采用目视解译提取海岛岸线进行分析^[9]。

利用美国地质调查局(USGS)推荐的数字岸线分析系统DSAS(Digital Shoreline aAnalysis System, Version 4.3)，采用终点速率法^[19-20]分析岸线变化情况。终点速率法为最常见的岸线分析研究方法，根据DSAS手册，使用不同时期的岸线，在其基础上做相应的基准线^[21-22]。以基准线为基础，向岸线方向做断面线，设定断面线间隔，且垂直于基准线，本研究中断面线间隔30 m，断面线近1600条。断面线将与岸线相交，两条不同时期岸线与断面线交叉点之间距离即为岸线的变化程度。

1.3   研究方法

海岛岸线稳定性分析以各时期海岛岸线变迁为基础，引入岸线的纵深度、纵深度年均变化速度、岸线稳定性指数等参数^[23]，分析海岸线稳定性的空间分布规律，为海岛岸线资源开发利用提供理论基础。

岸线纵深度是海岸线受自然或人为影响作用下，向海推进或向陆后退的水平距离。为了便于记录，将向海推进岸线的纵深度数值记为正，将向陆后退的岸线纵深度数值记为负。

纵深度年均变化速度，即岸线变化速度，是单位时间内(一般为年)海岸线向海淤进或向陆蚀退的距离。

岸线稳定性指数，是相对稳定的岸段(微淤积、稳定和微侵蚀岸段，划分标准见表 1)长度与该分析单元岸线总长度的比值，该比值越大，说明该分析单元岸线越稳定。

表  1  侵淤等级划分标准

Tab.  1  The division standard of erosion and deposition grades

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各参数计算模型如下：

式中：D为岸线纵深度值；n为垂直于海岛岸线主体走向的剖面数量；L_k为第k条剖面上的变化距离；SY为纵深度年均变化速度；y为岸线变化时间间隔；E为海岛岸线稳定性指数；Rs为相对稳定岸段岸线的总长度；Rc为该分析单元岸线的长度。E值越大表示岸线越稳定。

根据DSAS岸线分析结果，测算出各海岛岸线的纵深度、纵深度年均变化速度(图 2)、岸线稳定性指数等参数。

图  2  滦河三角洲纵深度年均变化速度

Fig.  2  Island coastlin edepth degree change rate of Luanhe delta

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参考《海洋灾害调查技术规程》，将分析岸段岸线分为严重淤积、强淤积、较强淤积、微淤积、稳定、微侵蚀、较强侵蚀、强侵蚀和严重侵蚀共9个等级(表 1)。

2   结果与讨论

2.1   岸线变化特征

分别计算出1987年—2000年和2000年—2014年两个时间段的滦河三角洲各海岛岸线平均纵深度(图 3)和纵深度年均变化速度(图 4)。

图  3  滦河三角洲岸线平均纵深度

Fig.  3  The depth degree change of Luanhe delta coastline

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图  4  滦河三角洲岸线纵深度年均变化速度

Fig.  4  The depth degree change rate of Luanhe delta coastine

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1987年—2000年间，各海岛平均纵深度均表现为向陆蚀退，以风云岛向陆后退最大，达到-394 m，纵深度年均变化速度超过-30 m/a，祥云岛和菩提岛纵深度变化相对较小，不足-50 m。此时段的海岸线位置变化主要因滦河上游大量修建水库，截流拦沙，导致下游输沙减少而造成的。海岛因得不到充足的泥沙供应，同时又在沿岸流的作用下不断的向下游输沙，导致各海岛侵蚀严重。

2000年—2014年间，海岛岸线纵深度变化仍以负向为主，仅长臂岛、月岛表现为正向，分别向海推进距离约137 m、217 m，两岛的岸线纵深度年均变化速度均超过10 m/a，吉祥岛向陆蚀退距离最大，纵深度变化达到-260 m，蛇岗和祥云岛纵深度变化相对较小，不足-50 m。对比两期平均变化速率，长臂岛、风云岛、蛇岗、月岛平均纵深度变化大幅度减少，甚至转化为淤积状态，其他海岛两期岸线平均变化速率变化不大。这期间海岛岸线蚀退除了滦河输沙减少外，沿岸大肆修建养殖池、港口是造成海岸蚀退的另一重要因素。2000年之前，海岛与陆地之间有宽浅的潟湖相隔，形成我国典型的潟湖-沙坝地貌体系，2000年之后，在潟湖区挖掘修建养殖池，原地貌体系被破坏，导致岛体持续向陆蚀退，海捞岛也因此被侵占消失。至2014年，滦河三角洲海岛超过70%的岛体由于人类活动，或与陆地相连，或被养殖池侵占，岛体面积缩减，海岸线蚀退。

2.2   岸线侵淤分类

参考《海洋灾害调查技术规程》，分别统计两个时段海岛各侵蚀等级岸段所占比例(图 5—图 6)。

图  5  1987年—2000年海岛各侵淤等级岸段所占比例

Fig.  5  Proportion of erosion and deposition grades of island during 1987 to 2000

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图  6  2000年—2014年海岛各侵淤等级岸段所占比例

Fig.  6  Proportion of erosion and deposition grades of island during 2000 to 2014

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1987年—2000年间，各海岛主要表现为微侵蚀至严重侵蚀，其中明月岛全线均为严重侵蚀岸段，蛇岗和海捞岛严重侵蚀岸段所占比例也达到70%左右。稳定至严重淤积岸段多在15%以下，长臂岛、风云岛、吉祥岛甚至不存在稳定至严重淤积岸段。

2000年—2014年间，长臂岛强淤积和较强淤积岸段各占50%左右，月岛的严重淤积和强淤积岸段也均接近于35%，菩提岛的稳定和微淤积岸段所占比例均超过40%。虽然部分海岛侵蚀情况较1987年—2000年间略有缓解，但岸线蚀退仍不可忽视，神奇岛严重侵蚀岸段所占比例超过90%，吉祥岛、佛手岛、风云岛的严重侵蚀岸段均占60%以上，总体来看，除部分海岛岸线侵蚀略有缓解，岸线整体仍呈侵蚀状态。

按照上述侵淤等级划分标准，依据滦河三角洲各海岛纵深度年均变化速度判别各海岛的侵淤级别(图 7)。1987年—2000年间，表现为严重侵蚀的海岛有4个，分别为风云岛、海捞岛、蛇岗、明月岛，长臂岛和吉祥岛表现为强侵蚀，佛手岛、神奇岛、永乐岛和月岛表现为较强侵蚀，仅祥云岛和菩提岛表现为微侵蚀；2000年—2014年间，表现为严重侵蚀的海岛分别为神奇岛和吉祥岛，风云岛、佛手岛、明月岛表现为强侵蚀，永乐岛表现为较强侵蚀，蛇岗和菩提岛表现为微侵蚀，祥云岛表现为稳定，长臂岛表现为较强淤积，月岛表现为严重淤积。

图  7  各海岛侵淤分级

Fig.  7  Erosion and deposition grades of island

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各海岛两期侵淤情况变化各异，有6个海岛侵蚀情况变弱，主要表现为长臂岛由强侵蚀转为较强淤积，风云岛由严重侵蚀转为强侵蚀，蛇岗由严重侵蚀转为微侵蚀，明月岛由严重侵蚀转为强侵蚀，祥云岛由微侵蚀转为稳定，月岛由较强侵蚀转为严重淤积；同时有3个海岛侵蚀情况变严重，分别为佛手岛由较强侵蚀转变为强侵蚀，神奇岛由较强侵蚀转为严重侵蚀，吉祥岛由强侵蚀转为严重侵蚀；永乐岛和菩提岛侵蚀情况未发生变化。

总体来看，2000年—2014年间各海岛侵蚀情况较1987年—2000年间略有减弱，究其原因主要是2000年—2014年间，养殖池大肆修建并侵占海岛，岛体后缘硬化，岛体部分岸段已侵蚀至养殖池边缘，高潮时已无砂质岸滩，岸线不再后退，因而使得该时段侵蚀情况较1987年—2000年减缓。

2.3   海岛岸线稳定性分析

滦河三角洲潟湖-沙坝海岸各海岛岛体均为泥沙岛，呈长条形平行于海岸分布，相对脆弱，在沉积动力、人类活动等的综合作用下，导致岛体高程、形态、岸线位置等基础地理信息随时都在发生着变化，岛体的稳定性也随之而发生变化。

根据岸线稳定性指数公式计算1987年—2000年和2000年—2014年两个时期的海岛岸线稳定性指数E，详见图 8。

图  8  滦河三角洲海岛岸线稳定性指数

Fig.  8  Stability index of Luanhe delta coastline

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1987年—2000年间，菩提岛稳定性指数近于1，月岛稳定性指数略高于0.4，其他海岛稳定性指数均小于0.4，其中风云岛、海捞岛、明月岛、吉祥岛稳定性指数更是低至0。2000年—2014年间，蛇岗和菩提岛的稳定性指数均高于0.8，永乐岛、祥云岛的稳定性指数略高于0.4，长臂岛、神奇岛、明月岛、吉祥岛稳定性指数低至0。

2.4   岸线变化原因分析

海岸稳定性是一种反应海岸状态的复杂性质，它受到自然因素和人为因素的双重作用。

滦河三角洲潟湖-沙坝海岸总体呈NE-SW走向，岸前无任何遮蔽，S-SE向浪可直接作用于海岸线，产生的离岸流和沿岸流将泥沙带到深海或下游地区，导致岸线蚀退。

20世纪70年代以来，滦河中上游地区大量修建水库，蓄水拦沙，下游引水灌溉，导致滦河入海泥沙量锐减，潟湖-沙坝海岸得不到充足的泥沙供应。2000年以来，港口、养殖池等工程大量修建，不断侵占海岸，导致自然岸线消失，养殖池不断向海推进，挖掘养殖池泥沙在海边堆积，导致长臂岛整体向海推进。港口丁坝、防波堤的建设拦截上游来沙，引起上游淤积，下游因泥沙供应不足而发生蚀退。

近年来，随着大清河水量日趋减少，其对沿岸流的贡献率也发生下降，同时祥云岛侵蚀的沉积物在下游的月岛岸段发生沉积，使得月岛外沙坝岸线发生向海推进。

3   结论

(1) 1987年—2000年间，各海岛均表现为向陆蚀退，以风云岛岸线平均纵深度变化最大接近-400 m，纵深度年均变化速率近-30 m/a。2000年—2014年间，大部分各海岛纵深度变化仍表现为向陆蚀退状态，仅长臂岛和月岛呈向海淤进状态。

(2) 1987年以来，滦河三角洲各海岛岸线以微侵蚀至严重侵蚀所占比例最大。总体来看，2000年—2014年间各海岛侵蚀情况较1987年—2000年间略有减弱。

(3) 1987年以来，滦河三角洲绝大多数海岛岸线稳定性指数低于0.4，主要是受滦河来沙量锐减以及修筑港口、养殖池等影响。