2000—2020年东海岛龙海天沙滩海岸线时空变迁

李彤，黄日辉，张志浩，唐道斌，李锦薇，陈绮雯，张立婷，蔡灼芬

2000—2020年东海岛龙海天沙滩海岸线时空变迁

李彤1，黄日辉1，张志浩1，唐道斌2，李锦薇1，陈绮雯1，张立婷1，蔡灼芬1

（1. 岭南师范学院 地理科学学院，广东 湛江 524048；2. 西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070）

海岸是滨海旅游的重要资源，海岸线变化会对滨海发展产生较大影响．对东海岛龙海天沙滩进行卫星遥感影像及沙滩剖面实地测量分析，以探究20年来的海岸线变化．结果表明，该处海岸线2000—2013年整体向海一侧推移，2013—2020年缓慢向陆推移．在季节上，从春到冬，沙滩剖面的变化呈“堆积—侵蚀—局部侵蚀—局部堆积”的规律．海平面变动、季节风向转变和浪潮作用是其变化的主要驱动因素．

海岸线；沙滩剖面；年际变化；季节变化；东海岛

海岸线地处陆海交界处，受海、陆、空等自然要素及人类活动的多重影响．研究海岸线的时空变化特征对海岸带综合管理与可持续发展具有重要的意义[1]．近年来，国内学者利用遥感数据对海岸线信息进行提取，研究海岸线的时空变化特征[2]，探讨海岸线变迁和人类活动的相关关系，为政府开发滨海活动提供参考依据[3]．龚昊[4]等基于沙滩剖面实测数据，分析海滩侵蚀与恢复状况，得出台风具有复杂的响应特征；董超[5]等采用波能流公式对海滩的沿岸输沙进行计算分析，得出沙滩剖面的变化特征和泥沙运动规律，说明输沙对海滩演化的重要作用；Bidorn[6]等从海岸线位置变化的方面进行研究，分析得出抽取地下水、海平面上升等是影响海岸线变化的主要因素；Kasmi[7]等在不同海平面变化的情况下，通过计算海岸线位移率和沙滩的撤退速度，预测未来的沙滩宽度．目前，关于海岸线变化的研究取得了较大进展，主要集中在大尺度研究上，但对于小区域的海岸时空变化特征研究仍较少．本文采用遥感结合沙滩剖面实地测量的方法，提取东海岛龙海天沙滩2000—2020年共6期的海岸线数据，旨在揭示龙海天海岸线时空变化的特征及原因，对于湛江市滨海旅游经济带开发具有较强的现实意义．

1 研究区概况

研究区域位于广东省雷州半岛东侧的东海岛（20°54′～21°08′N，110°09′11″～110°33′22″E），濒临南海，是我国第五大岛，面积286 km2（见图1）．年平均气温23.5 ℃，多年平均降水量1 534 mm，降水集中在5～10月，占全年总降水量的80%；夏季盛行东风，冬季盛行偏北风．东海岛的东部为砂质海岸，全长约20.6 km，滩面物质多为中粗沙，滩肩后有老鼠艻等植物[8]，沙丘后有木麻黄防护林．沙滩走向为北偏东20°，坡度为2～4°，海岸线平直，波浪以风成浪为主，海区为不规则半日潮．目前，东海岛滨海旅游发展主要集中在中上段的龙海天沙滩，开发岸段长约2 km．

图1 东海岛龙海天地理位置及实景图

2 研究方法

2.1 海岸线遥感影像解译

选取2000，2004，2008，2013，2016，2020年覆盖东海岛海岸的卫星遥感影像，时间间隔为4年（由于2012年该区域的卫星影像欠佳，采用2013年的影像）．为了使影像记录的海岸线信息在1年中具备代表性，结合1年内每月的海滩剖面实地测量数据情况，该地冬季东海岛海岸线的潮差较小且海岸线较稳定，故选取成像时间在冬季的影像．卫星遥感影像分别来自Landsat5，Landsat8，Sentinel-2（见表1）．

表1 所用遥感数据情况

以2013年OLI数据作为参考基准，对其它时相数据进行几何校正，控制点选取易于分辨、变化较小的特征物，获得符合海岸线提取标准的遥感影像．对东海岛龙海天中上段已开发旅游的海岸线进行长时间序列的遥感信息提取，长度为2 km．运用归一化差分水体指数（NDWI）法[9]提取海岸线信息，对遥感影像的绿波段与近红外波段进行归一化差值处理，其表达式为

NDWI=[Green-NIR] / [Green+NIR]

运用决策树算法区分非水体与水域部分，对水陆分离之后的水体信息进行矢量化，获取海岸线信息．龙海天沙滩岸线平直，故采用端点法计算海岸线变化速率，以反映海岸长期变化的总趋势．端点法是采用2个历史岸线位置数据来计算岸线变化率（EPR）[10]，其表达式为

EPR=（2-1）/（2-1）

式中：1，2分别为时间1，2的岸线位置；EPR值为正表示岸线向海推进，EPR值为负表示岸线向陆退缩．

2.2 沙滩剖面监测

选取东海岛龙海天沙滩中部3条剖面线（DHD-1，DHD-2，DHD-3．采样点信息见表2），其走向一致且垂直于海岸线，对沙滩剖面进行为期1年的监测，监测时间为2018-03—2019-02，每月监测1次，共完成12次沙滩剖面测量．每条沙滩剖面以剖面线上的固定桩点为测量基准点，向海沿着垂直岸线方向利用全站仪进行三角测量，将原始高程数据根据测量时间对应的潮位高度进行换算，得到剖面海拔高程数据[11]．

表2 东海岛采样点信息

3 结果与分析

3.1 龙海天海岸线年际变化特征

受自然和人为因素的影响，海岸线不仅长度和类型会发生改变，其空间位置也会发生变化．研究区域海岸线在2000—2020年间，整体上向海一侧推移，多年间来回波动显著（见图2）．由6期海岸线数据表明，2000年的海岸线最靠近陆地，2013年的海岸线最靠近外海；2000—2004，2008—2013年海岸线向海推进，2004—2008，2013—2016年的海岸线向陆推移，2016—2020年龙海天海岸线北侧区域向海推进，南侧区域向陆推进．龙海天海岸线20年来的变化规律为2000—2013年整体上向海推进，2013年以来缓慢向陆地退缩（见图2）．

图2 东海岛龙海天沙滩不同时期的海岸线位置

采用不同时期海岸线中变化的极大值与极小值计算平均EPR（见表3）．2000—2004，2008—2013年的年均EPR较大，分别为29.44，27.18 m/年，海岸线向海一侧推进速度较快．2004—2008，2013—2016，2016—2020年的年均EPR较小，大体为向陆一侧缓慢退缩．20年间研究区海岸线的平均EPR为5.43 m/年．整体上龙海天海岸线的变化率呈逐渐变小的趋势，海岸线的变化趋于平缓．

表3 东海岛龙海天沙滩不同时期的EPR值

3.2 龙海天沙滩季节变化特征

根据研究区最近的硇洲岛潮位站2018年潮汐表中硇洲岛潮位站的潮汐数据可知，该海域最大高潮位为2.2 m，最小低潮位为-1.9 m，潮差4.1 m．将相邻季节的第一个月份剖面线进行叠加，表示不同季节的沙滩剖面变化（见图3）．

图3 沙滩剖面DHD-1～DHD-3各季节变化

由图3可见，剖面线DHD-1春季整体表现为堆积；夏季潮上带和潮间带都表现为明显的侵蚀；秋季滩肩与高潮线附近位置堆积，其它部位侵蚀．冬季沙滩下凹部位堆积，上凸部位侵蚀，沙滩剖面趋于平直．剖面线DHD-2春季整体处于大规模堆积状态；夏季潮间带的上部堆积，其它部位皆为侵蚀；秋季滩肩后移，滩肩后部堆积，其它部位小范围侵蚀；冬季滩肩与沙丘后缘侵蚀，其它部位堆积，沙滩剖面趋于平直．剖面线DHD-3春季海岸沙丘侵蚀明显，其它部位变动较小；夏季剖面整体表现为堆积，沙丘形状恢复；秋季整体表现为侵蚀；冬季沙丘堆积，高潮线附近轻微侵蚀；该剖面海岸沙丘季节变动较大．

结合3条剖面线季节变化可知，DHD-1，DHD-2变化规律相似，DHD-3的春夏季节变化与前者不同．整体上，东海岛龙海天沙滩呈现季节性变化，从春季到冬季，沙滩的变化大致呈现出“堆积—侵蚀—局部侵蚀—局部堆积”的规律．春季3条剖面线整体上表现为堆积，沙滩表层加厚；夏季剖面线以侵蚀为主；秋季滩肩部位堆积并向后移动，其它部位以侵蚀为主，沙滩形态变化不大；冬季沙滩剖面趋于平直，滩肩沉积物向潮上带与潮间带运移．

4 讨论

4.1 龙海天海岸线年际变化原因

海岸带变化的影响因子包括全球环境过程、海岸带环境过程及人类活动等[13]．东海岛龙海天沙滩附近无河流注入，远离陆地河口区浑浊带范围，近20年来沙滩上没有修建堤坝等大型建筑，故推断其海岸线的变化主要受浪潮作用等海洋动力的强弱变化以及海平面变化的影响．将海岸线变化与广东闸坡观潮站海平面变化进行对比[13]（见图4），发现2000—2004年海平面呈下降趋势，东海岛海岸线向海一侧推移；2004—2008，2015—2019年，海平面呈上升趋势，海岸线向陆一侧推移，推测驱动海岸线变化的因素为海平面变动．而2008—2015年海岸线与海平面变化不一致，可能是由于浪潮作用和气候异常等因素的影响强于海平面变化的原因．2020年的海岸线位置比20年前更靠近海一侧，有利于东海岛滨海旅游开发．但目前海平面变化总体呈波动上升趋势，2019年中国海平面公报预计未来30年，南海沿海的海平面将上升50～180 mm[13]，且2013年以来的龙海天海岸线也开始缓慢向陆退缩．因此，初步推测未来10年内，受海平面上升影响，海岸线可能会向陆一侧缓慢变化．因此，在湛江滨海旅游规划中需要加强对沙滩的保护，才能推动滨海旅游资源的可持续发展．

年份

注：海平面变化数据[13]引自自然资源部《2019年中国海平面公报》广东闸坡潮位站，0值为1993年海平面平均值．

4.2 龙海天沙滩季节变化原因

龙海天沙滩春、秋、冬季以向岸风为主，夏季以离岸风为主．向岸风能将沉积物向陆一侧推移，离岸风能将沉积物往海一侧推移．东海岛波浪以风浪为主，属于浪控地貌，年出现频率约为80%[14]．春季沙滩受向岸风与上冲流作用影响，回流无法将上冲流带至沙滩的沉积物全部带回潮下带[15]，造成沉积物在滩面堆积．夏季沙滩受离岸风控制，上冲流的回流作用强烈，带走沙滩表层沉积物，沙滩侵蚀严重．秋季沙滩受东风、东北和东南风多风向同时控制，风力较弱，滩肩部位突出，利于接受堆积，其它部位微弱侵蚀．冬季东北风强盛，受单一风向控制，滩肩侵蚀，其它部位堆积．DHD-1，DHD-2体现上述规律的循环变化，

而DHD-3由于11月到次年1月该处人为采沙对沙丘造成了破坏，扰动了沙滩的自然作用力，导致DHD-3表现出侵蚀与堆积变化幅度较大的特点．

5 结论

由东海岛龙海天沙滩近20年来的海岸线变化表明，受海平面变动等因素影响，海岸线2000—2013年整体上向海一侧推移，2013—2020年缓慢向陆推移．在沙滩季节变化上，受风向转变、浪潮作用等因素影响，春季沙滩以堆积为主；夏季沙滩侵蚀严重；秋季滩肩堆积，其它部位侵蚀；冬季滩肩侵蚀，其它部位堆积．整体上呈现出冬春以堆积为主，夏秋以侵蚀为主的规律．

[1] 张玉新，侯西勇．国际海岸线变化研究进展综述：基于文献计量学方法[J]．应用海洋学学报，2020，39（2）：289-301．

[2] 张丽，廖静娟，袁鑫，等．1987—2017年海南岛海岸线变化特征遥感分析[J]．热带地理，2020，40（4）：659-674．

[3] 魏帆，韩广轩，韩美，等．1980—2017年环渤海海岸线和围填海时空演变及其影响机制[J]．地理科学，2019，39（6）：997-1007．

[4] 龚昊，陈沈良，钟小菁，等．海南岛东北部海滩侵蚀与恢复对连续台风的复杂响应[J]．海洋学报，2017，39（5）：68-77．

[5] 董超，周宇渤，张朋，等．朱家尖南沙沙滩剖面变化特征与泥沙输运[J]．河海大学学报（自然科学版），2020，48（4）：359-366．

[6] Bidorn B，Sok K，Bidorn K，et al．An analysis of the factors responsible for the shoreline retreat of the Chao Phraya Delta （Thailand）[J]．Science of the Total Environment，2021，769：145253．

[7] Kasmi S，Snoussi M，Khalfaoui O，et al．Increasing pressures，eroding beaches and climate change in Morocco[J]．Journal of African Earth Sciences，2020，164：103796．

[8] 冯淼彦，董治宝，黄日辉，等．广东省东海岛海岸老鼠艻（）草丛沙堆形态及沉积特征[J]．中国沙漠，2019，39（6）：167-176．

[9] McFEETERS S K．The use of the Normalized Difference Water Index（NDWI）in the delineation of open water features[J]．International Journal of Remote Sensing，1996，17（7）：1425-1432．

[10] 吕京福，印萍，边淑华，等．海岸线变化速率计算方法及影响要素分析[J]．海洋科学进展，2003，21（1）：51-59．

[11] ZHANG Song，WANG Wei，HUANG Rihui，et al．The sedimentary source，planform stability and shore normal morphological change of the Xichong beach on the southern coast of the Dapeng Peninsula of Shenzhen，Guangdong Province，China[J]．Acta Oceanologica Sinica，2015，34（3）：76-89．

[12] 毋亭，侯西勇．海岸线变化研究综述[J]．生态学报，2016，36（4）：1170-1182．

[13] 中华人民共和国自然资源部．2019年中国海平面公报[EB/OL]．（2020-04-30）[2021-8-05]．http://gi.mnr.gov.cn/202004/t20200430_2510978.html．

[14] 杨庆乐．东海岛海岸侵蚀研究[D]．青岛：国家海洋局第一海洋研究所，2015．

[15] 李天光，高伟，周庆杰，等．东海岛东北部砂质岸滩年度冲淤变化及沉积物运移分析[J]．海岸工程，2016，35（4）：10-18．

Spatial-temporal changes of Longhaitian beach coastline in Donghai island from 2000 to 2020

LI Tong1，HUANG Rihui1，ZHANG Zhihao1，TANG Daobin2，LI Jinwei1，CHEN Qiwen1，ZHANG Liting1，CAI Zhuofen1

（1. School of Geography，Lingnan Normal University，Zhanjiang 524048，China；2. School of Geography and Environmental Science，Northwest Normal University，Lanzhou 730070，China）

The coast is an important resource of coastal tourism，and coastline change will have a large impact on coastal development．Satellite images and beach profile of Longhaitian beach in Donghai Island were measured and analyzed to explore the coastline change in the past 20 years．The results show that the coastline of this area moved toward the sea as a whole from 2000 to 2013，and slowly moved toward the land from 2013 to 2020．From spring to winter，the variation of beach profile shows the law of “accumulation-erosion-local erosion-local accumulation”．Sea level change，seasonal wind direction change and tidal wave action are the main driving factors of its variability．

coastline；beach profile；interannual variation；seasonal variation；Donghai Island

P737

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2022.02.014

1007-9831（2022）02-0072-06

2021-10-12

岭南师范学院质量工程项目（000302000166）；岭南师范学院人才引进专项项目（1170918278）；2021年度国家级大学生创新创业训练计划（202110579006）

李彤（1999-），女，广东东莞人，在读本科生．E-mail：a1977680081@163.com

黄日辉（1988-），男，广东湛江人，讲师，博士，从事海岸地貌及环境演变研究．E-mail：huangrhok@foxmail.com