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黄河三角洲海岸线标准对陆地面积的影响

于守兵 凡姚申

于守兵,凡姚申. 黄河三角洲海岸线标准对陆地面积的影响[J]. 海洋地质前沿,2021,37(2):1-9 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.026
引用本文: 于守兵,凡姚申. 黄河三角洲海岸线标准对陆地面积的影响[J]. 海洋地质前沿,2021,37(2):1-9 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.026
Shoubing YU, Yaoshen FAN. COASTLINE CRITERIA FOR LAND AREA OF THE HUANGHE RIVER DELTA AND THEIR SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(2): 1-9. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.026
Citation: Shoubing YU, Yaoshen FAN. COASTLINE CRITERIA FOR LAND AREA OF THE HUANGHE RIVER DELTA AND THEIR SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(2): 1-9. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.026

黄河三角洲海岸线标准对陆地面积的影响

doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.026
基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFC0405503);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项项目(HKY-JBYW-2020-06)
详细信息
    作者简介:

    于守兵(1980—),男,博士,高级工程师,主要从事黄河河口演变和生态研究工作. Email:yushoubing@163.com

  • 中图分类号: P313

COASTLINE CRITERIA FOR LAND AREA OF THE HUANGHE RIVER DELTA AND THEIR SIGNIFICANCE

  • 摘要: 黄河三角洲陆地面积变化关系到河口综合治理、国土规划、自然保护区发展以及油气资源的勘探开发等战略布局。已有研究采用的海岸线标准主要有:根据实测资料确定的高潮线、低潮线、黄海0 m线和黄海−2 m线以及从卫星遥感影像提取的高潮线、低潮线和瞬时水边线。近代黄河三角洲、现代黄河三角洲、清水沟流路范围、清8汊河范围内采用不同的海岸线标准得到的亿吨来沙造陆面积(造陆效率)成果存在较大差别。采用影像特征海岸线得到的部分时段造陆效率偏差较大,其原因主要与黄河三角洲沿岸发育的坡度平缓的广阔潮滩有关。从黄河三角洲海岸演变特征出发,采用黄海−2 m线作为海岸线基本上包含了径流与海洋动力作用最强烈区域,适宜于研究海岸淤进和蚀退,以及由此产生的对流路出汊、摆动和黄河下游的反馈影响。已有动态平衡沙量研究因采用海岸线标准不一致存在较大差别,而且三角洲长时期以淤进为主,蚀退时段的样本较少。在目前行河流路处于长期相对稳定的局面下,研究清水沟流路范围内海岸动态稳定的沙量更有实践意义。
  • 图  1  黄河三角洲概况

    Figure  1.  General situation of Yellow River Delta

    图  2  黄河三角洲造陆效率

    Figure  2.  Efficiency of land formation in the Yellow River Delta

    图  3  黄河河口拦门沙剖面变化情况

    Figure  3.  Profile changes of mouth bar in the Yellow River Estuary

    图  4  刁口河流路附近海岸蚀退情况

    Figure  4.  Coastal erosion near Diaokouhe channel

    表  1  近代黄河三角洲陆地面积变化

    Table  1.   Land area change of the modern Yellow River Delta

    序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
    1 1855—1954 高潮线(地貌) 1 400 1855—1954 / 文献[4]
    2 1855—1954 高潮线(地貌) 1 510 1855—1954 / 文献[5]
    3 1855—1954 高潮线(史料) 2 045 1855—1954 / 文献[6]
    4 1954—1976 高潮线(实测) 578 1954—1976 2.28 文献[4]
    5 1954—1976 高潮线(实测) 548.3 1954—1976 2.16 文献[5]
    6 1954—1976 高潮线(实测和影像) 795 1955—1975 3.66 文献[6]
    7 1954—1976 高潮线(实测) 588.0 1953/07—1976/05 2.33 文献[7]
    8 1976—1996 高潮线(实测) 364.4 1976—1992 3.54 文献[5]
    9 1976—1996 高潮线(实测) 557.0 1976/06—1996/06 4.22 文献[7]
    10 1976—1996 高潮线(实测) 293 1976/05—1992/10 2.64 文献[9]
    11 1976—1996 瞬时水边线(影像) 192.5 1987/09—1996/09 4.11 文献[27]
    12 1976—1996 瞬时水边线(影像) 272.6 1983/07—1996/07 3.77 文献[29]
    13 1976—1996 平均低潮线(影像) −133.8 1976/12—1996/09 −1.09 文献[22]
    14 1976—1996 黄海−2 m线 234.5 1976—1992 2.28 文献[5]
    15 1996—2002 高潮线(实测) 22.4 1996/06—1998/10 2.72 文献[7]
    16 1996—2002 瞬时水边线(影像) 77.9 1996/09—2000/05 11.21 文献[27]
    17 1996—2002 瞬时水边线(影像) −114.3 1996/07—2003/08 −10.27 文献[29]
    18 1996—2002 平均低潮线(影像) −9.8 1996/09—2002/09 −1.25 文献[22]
    19 2002—2018 瞬时水边线(影像) 84.2 2002/09—2011/06 5.92 文献[29]
    20 2002—2018 平均低潮线(影像) 14.1 2002/09—2008/10 1.18 文献[22]
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    表  2  现代黄河三角洲陆地面积变化

    Table  2.   Land area change of the modern Yellow River Delta

    序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
    1 1976—1996 高潮线(影像) 23.79 1989/02—1992/08 1.81 文献[13]
    2 1976—1996 高潮线(影像) 231.5 1976/12—1984/10 3.56 文献[14]
    3 1976—1996 瞬时水边线(影像) 174.5 1976/06—1981/09 4.02 文献[26]
    4 1976—1996 瞬时水边线(影像) 122.4 1987/05—1996/05 2.78 文献[26]
    5 1996—2002 瞬时水边线(影像) 27.2 1996/05—1998/05 5.96 文献[26]
    6 2002—2018 高潮线(影像) 1.4 2004/09—2009/06 0.23 文献[13]
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    表  3  清水沟流路范围内陆地面积变化

    Table  3.   Land area change along Qingshuigou channel

    序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
    11976—1985高潮线(实测)436.11976/06—1986/065.28文献[7]
    21976—1985高潮线(实测)1791976/05—1980/084.87文献[9]
    31976—1985高潮线(影像)2131977/05—1985/033.20文献[15]
    41976—1985高潮线(影像)187.01976/06—1985/032.49文献[16]
    51976—1985高潮线(影像)214.41976/12—1983/104.07文献[17]
    61976—1985高潮线—影像309.31976/12—1984/104.75文献[14]
    71976—1985瞬时水边线(影像)151981—19840.60文献[25]
    81976—1985瞬时水边线(影像)353.01976—19854.77文献[30]
    91976—1985平均潮位线(影像)204.81977/05—1987/052.70文献[31]
    101976—1985平均低潮线(影像)142.31976/12—1987/091.87文献[22]
    111976—1985黄海0 m4521976/06—1985/115.48文献[35]
    121976—1985黄海−2 m411.81976/06—1985/095.16文献[36]
    131976—1985黄海−2 m363.61976/10—1985/064.99文献[37]
    141985—1996高潮线(实测)180.51986/06—1996/063.96文献[7]
    151985—1996高潮线(影像)921985/03—1996/051.73文献[15]
    161985—1996高潮线(影像)105.61985/03—1996/051.98文献[16]
    171985—1996高潮线(影像)90.91983/10—1996/051.35文献[17]
    181985—1996高潮线(影像)17.71989/02—1992/081.35文献[13]
    191985—1996瞬时水边线(影像)260.31987/05—1996/055.92文献[25]
    201985—1996瞬时水边线(影像)1211985—19952.63文献[25]
    211985—1996瞬时水边线(影像)68.71986/05—1996/101.38文献[24]
    221985—1996瞬时水边线(影像)135.91985—19962.70文献[30]
    231985—1996平均潮位线(影像)79.61987/05—1996/051.81文献[31]
    241985—1996平均低潮线(影像)108.51987/09—1996/092.32文献[22]
    251985—1996黄海0 m11985/11—1989/110.06文献[35]
    261985—1996黄海−2 m125.81985/06—1995/102.60文献[37-38]
    271996—2002高潮线(实测)38.211996/06—1998/104.64文献[7]
    281996—2002瞬时水边线(影像)−321997—2002−4.86文献[30]
    291996—2002高潮线(影像)19.21996/05—2000/051.88文献[15]
    301996—2002高潮线(影像)−62.61996/05—2002/08−5.63文献[16]
    311996—2002高潮线(影像)23.61996/05—2000/052.31文献[17]
    321996—2002平均潮位线(影像)6.81996/05—2002/040.64文献[31]
    332002—2018高潮线(影像)18.22002/08—2005/052.85文献[16]
    342002—2018高潮线(影像)10.32004/09—2009/061.69文献[13]
    352002—2018 瞬时水边线(影像)762003—20134.84文献[30]
    362002—2018平均潮位线(影像)11.12002/04—2015/060.57文献[31]
    372002—2018平均低潮线(影像)31.52002/09—2008/102.63文献[22]
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    表  4  清8汊河范围内陆地面积变化

    Table  4.   Land area change along Qing 8 channel

    序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
    11996—2002高潮线(影像)5.51996/05—2002/080.50文献[16]
    21996—2002高潮线(影像)11.91996/09—2000/051.71文献[14]
    31996—2002低潮线(实测)22.81996/06—2001/062.17文献[21]
    41996—2002黄海−2 m15.91996/05—2002/081.43文献[39]
    51996—2002瞬时水边线(影像)0.061996/09—2002/090.01文献[28]
    62002—2018高潮线(影像)3.02002/08—2005/050.47文献[16]
    72002—2018高潮线(影像)21.72002/05—2004/123.43文献[19]
    82002—2018低潮线(实测)36.22001/06—2007/073.39文献[21]
    92002—2018瞬时水边线(影像)31.82003/08—2011/092.17文献[28]
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-19
  • 网络出版日期:  2021-01-06
  • 刊出日期:  2021-02-06

黄河三角洲海岸线标准对陆地面积的影响

doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.026
    基金项目:  国家重点研发计划项目(2017YFC0405503);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项项目(HKY-JBYW-2020-06)
    作者简介:

    于守兵(1980—),男,博士,高级工程师,主要从事黄河河口演变和生态研究工作. Email:yushoubing@163.com

  • 中图分类号: P313

摘要: 黄河三角洲陆地面积变化关系到河口综合治理、国土规划、自然保护区发展以及油气资源的勘探开发等战略布局。已有研究采用的海岸线标准主要有:根据实测资料确定的高潮线、低潮线、黄海0 m线和黄海−2 m线以及从卫星遥感影像提取的高潮线、低潮线和瞬时水边线。近代黄河三角洲、现代黄河三角洲、清水沟流路范围、清8汊河范围内采用不同的海岸线标准得到的亿吨来沙造陆面积(造陆效率)成果存在较大差别。采用影像特征海岸线得到的部分时段造陆效率偏差较大,其原因主要与黄河三角洲沿岸发育的坡度平缓的广阔潮滩有关。从黄河三角洲海岸演变特征出发,采用黄海−2 m线作为海岸线基本上包含了径流与海洋动力作用最强烈区域,适宜于研究海岸淤进和蚀退,以及由此产生的对流路出汊、摆动和黄河下游的反馈影响。已有动态平衡沙量研究因采用海岸线标准不一致存在较大差别,而且三角洲长时期以淤进为主,蚀退时段的样本较少。在目前行河流路处于长期相对稳定的局面下,研究清水沟流路范围内海岸动态稳定的沙量更有实践意义。

English Abstract

于守兵,凡姚申. 黄河三角洲海岸线标准对陆地面积的影响[J]. 海洋地质前沿,2021,37(2):1-9 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.026
引用本文: 于守兵,凡姚申. 黄河三角洲海岸线标准对陆地面积的影响[J]. 海洋地质前沿,2021,37(2):1-9 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.026
Shoubing YU, Yaoshen FAN. COASTLINE CRITERIA FOR LAND AREA OF THE HUANGHE RIVER DELTA AND THEIR SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(2): 1-9. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.026
Citation: Shoubing YU, Yaoshen FAN. COASTLINE CRITERIA FOR LAND AREA OF THE HUANGHE RIVER DELTA AND THEIR SIGNIFICANCE[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(2): 1-9. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.026
    • 黄河三角洲依据改道顶点位置有近代、现代之分(图1)。近代黄河三角洲通常指以山东省垦利县宁海为顶点,北起徒骇河口,南至支脉沟口之间的扇形区域,形成于1855年7月黄河改道流入渤海至1953年7月老神仙沟、甜水沟、宋春荣沟人工并汊时期。现代黄河三角洲通常指以渔洼为顶点,北起挑河,南至宋春荣沟之间的区域,主要由1953年以来神仙沟、刁口河、清水沟3条流路塑造。其中,清水沟流路自1976年开始行河,至今已有43年。

      图  1  黄河三角洲概况

      Figure 1.  General situation of Yellow River Delta

      在受人类活动影响较小的1985年以前的自然时期,进入黄河三角洲的年均沙量约12亿t。巨量来沙和滨海区较弱的海洋动力,使得入海流路一直处于“淤积、延伸、摆动、改道”的周期性演变过程[1]。行河流路海岸不断向海淤进,而不行河海岸持续蚀退,总体上陆地面积不断增加。20世纪80年代中期以来,黄河三角洲来沙量锐减至2.4亿t(1986—2018年),尤其是小浪底水库运用以来减少至1.4亿t。行河口门造陆幅度趋于减缓,在个别来沙量较少年份甚至出现蚀退。不行河海岸因长期缺乏泥沙补给而持续蚀退。

      黄河三角洲陆地面积研究一直是众多学科研究关注的热点。宏观上海岸的淤进蚀退直接关系到黄河下游侵蚀基准面的变化,进而影响下游纵剖面的调整。此外,陆地面积变化还关乎河口综合治理、国土规划、自然保护区发展以及油气资源的勘探开发等战略布局。关键科学问题是造陆面积与黄河水沙条件的关系以及海岸动态平衡的水沙阈值。由于选择的海岸线标准不同,已有研究成果存在较大差异。本文梳理总结了不同区域、不同时期陆地面积研究成果,从黄河三角洲海岸演变特征出发,针对海岸淤进和蚀退以及由此产生的对流路出汊、摆动和黄河下游的反馈影响,提出陆地面积研究宜采用黄海−2 m线标准,并对海岸动态平衡沙量研究提出展望。

    • 河流三角洲陆地边界即海岸线的确定尚未形成统一的标准。国家标准《海洋学术语 海洋地质学》(GB/T 18190—2017)中的海岸线是多年大潮平均高潮位时海陆分界痕迹线。这种痕迹线并不简单等同于多年大潮平均高潮面与陆地的“交线”,而是指海水在波浪、潮汐作用下上涌所能留下痕迹的陆地边缘[2-3]。已有黄河三角洲造陆研究也采用了多种海岸线标准,如高潮线、低潮线、瞬时水边线、大沽0 m线、黄海0 m线、黄海−2 m线等。

      高潮线最接近海岸线的含义,多依据地貌特征、实测资料、卫星遥感影像等确定。历史时期的1855年高潮线根据反映相对稳定海岸的贝壳堤地貌并结合现场查勘确定[4-5]。随着黄河三角洲地区地形、水深测验的持续开展,较多研究采用实测地形和水深图中标出的高潮线[4-9]。20世纪70年代末,卫星遥感影像技术因感测范围广、更新时间短、数据量丰富等优势,开始被用于黄河三角洲海岸演变研究[10]。1989年,黄河入海流路规划编制采用了同月同潮位法计算造陆面积[11]。由于满足同月、同潮位的影像资料较少,有研究表明一般高潮线法的研究结果与之差别不大且简便易行[12],被众多研究所采用[13-20]

      低潮线附近高程断面出现转折,径流和海洋动力的交互作用强烈;植被和潮沟消失,地貌特征明显。其确定通常依靠实测资料[21]和遥感影像[22]资料。有研究根据实测潮位和地形资料对理论最低潮位确定的海岸线进行潮位和坡度校正[23]。由于在黄河三角洲沿岸较大区域内涨落潮存在相位差,高潮和低潮出现的时刻差异较大,很多研究采用卫星遥感影像的瞬时水边线作为海陆分界线[24-30]。此外,还有采用瞬时水边线结合高潮线得到的平均潮位线作为陆地边界[31]

      黄河三角洲陆地高程测量采用大沽基面,海域高程测量采用黄海基面,由此出现了大沽0 m线、黄海0 m线、黄海−2 m线标准。大沽0 m线常用于计算黄河口来沙淤积在陆地、滨海区和深海区的比例[1, 32],分析河口的延伸和蚀退距离[33],以及在部分研究中计算造陆面积[34]。黄海0 m线测定较为困难,原因在于黄河三角洲潮间带广阔且岸坡平缓,车船不易行驶需要人工徒步抵达现场,因此实测数据较少。有研究根据沿岸潮位资料推算黄海0 m线位置,计算造陆面积[35]。黄海−2 m线位于岸坡的上凸点,向海方向是前缘急坡,其前进后退可代表三角洲前缘的动态变化。故较多研究采用该特征线代替黄海0 m线作为陆地边界[5, 36-39]。自20世纪60年代起,黄河三角洲滨海区浅海地形基本上每年都进行测量,积累了大量连续的观测资料。

      上述黄河三角洲海岸线标准可总结为2类:①采用实测资料获得的高潮线、低潮线、大沽0 m线、黄海0 m线和黄海−2 m线;②采用卫星遥感影像根据不同光谱特征提取到的高潮线、低潮线和瞬时水边线。前者受潮汐等海洋动力的影响很小,但是资料较为有限。后者随着遥感技术的不断发展,资料的数量和质量不断提高,但是受潮汐、风浪以及海岸识别精度影响较大。

    • 黄河三角洲陆地面积受来水来沙条件和流路出汊改道等影响呈现阶段性变化特征,故将已有研究成果按不同演变阶段进行梳理。由于黄河来沙是造陆的主要物质基础,为消除不同研究成果采用的时间区间差异,引入利津站每亿吨来沙造陆面积指标即造陆效率(单位km2·亿t−1),分析采用不同海岸线标准得到的造陆特征情况。个别文献研究成果中没有明确月份的按起点年汛后至终点年汛后计算时段来沙量。有的研究成果采用多种海岸线标准,为描述方便下面只列出采用的主要标准。

    • 近代黄河三角洲形成于1855年7月—1953年7月。现代黄河三角洲形成于1953年7月至今。清水沟流路范围指的是1976年清水沟行河以来流路的主要摆动范围。清8汊河流路范围指的是1996年5月实施清8改汊工程以来形成的行河区域。从空间上讲,这4个区域依次构成包含关系,形成三角洲分级体系[40]。已有的研究成果中采用的空间范围主要为以上4个区域,时间跨度从1855年至今,并未严格对应各区域的形成时间。本文划分的4个区域仅指空间地理位置,已有研究成果根据其研究范围按区域进行归并梳理。

      黄河三角洲陆地面积变化受水沙条件、海洋动力、口门形态等多种因素影响。准确地比较不同海岸标准对陆地面积变化的影响需要在尽可能一致的上述因素下进行。对于每个固定区域,海洋动力的总体情况近似。时段选择依据自然水沙情势、重大工程运用等进一步划分为若干较长的区间,力求做到水沙条件近似。另外,比较的时段区间有一定的跨度,减少口门形态的影响。

    • 近代黄河三角洲研究成果,根据流路变迁情况、小浪底水库运用,并参考已有成果采用的研究时段,划分为5个统计阶段。1855—1954年是以宁海为改道顶点时期,缺乏长期系统的水文资料。1954—1976年是神仙沟(1953年7月并汊行河)和刁口河流路行河时期。1976—1996年是人工改汊前清水沟行河时期。1996—2002年小浪底水库运用前清水沟行河时期。2002—2018年是小浪底水库运用后清水沟行河时期。后4个阶段的造陆效率变化范围分别是2.2~3.7、−1.1~4.2、−10.3~11.2、1.2~5.9 km2·亿t−1图2a表1)。

      表 1  近代黄河三角洲陆地面积变化

      Table 1.  Land area change of the modern Yellow River Delta

      序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
      1 1855—1954 高潮线(地貌) 1 400 1855—1954 / 文献[4]
      2 1855—1954 高潮线(地貌) 1 510 1855—1954 / 文献[5]
      3 1855—1954 高潮线(史料) 2 045 1855—1954 / 文献[6]
      4 1954—1976 高潮线(实测) 578 1954—1976 2.28 文献[4]
      5 1954—1976 高潮线(实测) 548.3 1954—1976 2.16 文献[5]
      6 1954—1976 高潮线(实测和影像) 795 1955—1975 3.66 文献[6]
      7 1954—1976 高潮线(实测) 588.0 1953/07—1976/05 2.33 文献[7]
      8 1976—1996 高潮线(实测) 364.4 1976—1992 3.54 文献[5]
      9 1976—1996 高潮线(实测) 557.0 1976/06—1996/06 4.22 文献[7]
      10 1976—1996 高潮线(实测) 293 1976/05—1992/10 2.64 文献[9]
      11 1976—1996 瞬时水边线(影像) 192.5 1987/09—1996/09 4.11 文献[27]
      12 1976—1996 瞬时水边线(影像) 272.6 1983/07—1996/07 3.77 文献[29]
      13 1976—1996 平均低潮线(影像) −133.8 1976/12—1996/09 −1.09 文献[22]
      14 1976—1996 黄海−2 m线 234.5 1976—1992 2.28 文献[5]
      15 1996—2002 高潮线(实测) 22.4 1996/06—1998/10 2.72 文献[7]
      16 1996—2002 瞬时水边线(影像) 77.9 1996/09—2000/05 11.21 文献[27]
      17 1996—2002 瞬时水边线(影像) −114.3 1996/07—2003/08 −10.27 文献[29]
      18 1996—2002 平均低潮线(影像) −9.8 1996/09—2002/09 −1.25 文献[22]
      19 2002—2018 瞬时水边线(影像) 84.2 2002/09—2011/06 5.92 文献[29]
      20 2002—2018 平均低潮线(影像) 14.1 2002/09—2008/10 1.18 文献[22]

      图  2  黄河三角洲造陆效率

      Figure 2.  Efficiency of land formation in the Yellow River Delta

    • 现代黄河三角洲研究成果分为3个统计阶段,节点是1996年清水沟流路汛前改汊和2002年小浪底水库开始运用(图2b表2)。已有研究成果中以现代黄河三角洲为区域的成果较少,主要采用了影像高潮线和瞬时水边线。1976—1985年造陆效率较为接近,为3.6~4.0 km2·亿t−1;1985—1996年为1.8~2.8 km2·亿t−1。1996—1998年的瞬时水边线成果为6.0 km2·亿t−1。2004—2009年影像高潮线成果为0.23 km2·亿t−1

      表 2  现代黄河三角洲陆地面积变化

      Table 2.  Land area change of the modern Yellow River Delta

      序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
      1 1976—1996 高潮线(影像) 23.79 1989/02—1992/08 1.81 文献[13]
      2 1976—1996 高潮线(影像) 231.5 1976/12—1984/10 3.56 文献[14]
      3 1976—1996 瞬时水边线(影像) 174.5 1976/06—1981/09 4.02 文献[26]
      4 1976—1996 瞬时水边线(影像) 122.4 1987/05—1996/05 2.78 文献[26]
      5 1996—2002 瞬时水边线(影像) 27.2 1996/05—1998/05 5.96 文献[26]
      6 2002—2018 高潮线(影像) 1.4 2004/09—2009/06 0.23 文献[13]
    • 清水沟流路附近海域研究成果分为4个统计阶段,节点分别是1985年水沙条件出现显著变化、1996年清8改汊、2002年小浪底水库开始运用(图2c表3)。研究成果众多,采用了7种海岸线标准。4个阶段的造陆效率变化范围分别是0.6~5.5、0.1~5.9、−5.6~8.4、0.6~4.8 km2·亿t−1

      表 3  清水沟流路范围内陆地面积变化

      Table 3.  Land area change along Qingshuigou channel

      序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
      11976—1985高潮线(实测)436.11976/06—1986/065.28文献[7]
      21976—1985高潮线(实测)1791976/05—1980/084.87文献[9]
      31976—1985高潮线(影像)2131977/05—1985/033.20文献[15]
      41976—1985高潮线(影像)187.01976/06—1985/032.49文献[16]
      51976—1985高潮线(影像)214.41976/12—1983/104.07文献[17]
      61976—1985高潮线—影像309.31976/12—1984/104.75文献[14]
      71976—1985瞬时水边线(影像)151981—19840.60文献[25]
      81976—1985瞬时水边线(影像)353.01976—19854.77文献[30]
      91976—1985平均潮位线(影像)204.81977/05—1987/052.70文献[31]
      101976—1985平均低潮线(影像)142.31976/12—1987/091.87文献[22]
      111976—1985黄海0 m4521976/06—1985/115.48文献[35]
      121976—1985黄海−2 m411.81976/06—1985/095.16文献[36]
      131976—1985黄海−2 m363.61976/10—1985/064.99文献[37]
      141985—1996高潮线(实测)180.51986/06—1996/063.96文献[7]
      151985—1996高潮线(影像)921985/03—1996/051.73文献[15]
      161985—1996高潮线(影像)105.61985/03—1996/051.98文献[16]
      171985—1996高潮线(影像)90.91983/10—1996/051.35文献[17]
      181985—1996高潮线(影像)17.71989/02—1992/081.35文献[13]
      191985—1996瞬时水边线(影像)260.31987/05—1996/055.92文献[25]
      201985—1996瞬时水边线(影像)1211985—19952.63文献[25]
      211985—1996瞬时水边线(影像)68.71986/05—1996/101.38文献[24]
      221985—1996瞬时水边线(影像)135.91985—19962.70文献[30]
      231985—1996平均潮位线(影像)79.61987/05—1996/051.81文献[31]
      241985—1996平均低潮线(影像)108.51987/09—1996/092.32文献[22]
      251985—1996黄海0 m11985/11—1989/110.06文献[35]
      261985—1996黄海−2 m125.81985/06—1995/102.60文献[37-38]
      271996—2002高潮线(实测)38.211996/06—1998/104.64文献[7]
      281996—2002瞬时水边线(影像)−321997—2002−4.86文献[30]
      291996—2002高潮线(影像)19.21996/05—2000/051.88文献[15]
      301996—2002高潮线(影像)−62.61996/05—2002/08−5.63文献[16]
      311996—2002高潮线(影像)23.61996/05—2000/052.31文献[17]
      321996—2002平均潮位线(影像)6.81996/05—2002/040.64文献[31]
      332002—2018高潮线(影像)18.22002/08—2005/052.85文献[16]
      342002—2018高潮线(影像)10.32004/09—2009/061.69文献[13]
      352002—2018 瞬时水边线(影像)762003—20134.84文献[30]
      362002—2018平均潮位线(影像)11.12002/04—2015/060.57文献[31]
      372002—2018平均低潮线(影像)31.52002/09—2008/102.63文献[22]
    • 清8汊河自1996年5月开始行河,按照小浪底水库运用分为前、后2个统计阶段。采用的海岸线标准有影像高潮线、影像瞬时水边线、黄海−2 m线、实测低潮线共4种。2个行河时段内造陆效率分别为0~2.2、0.5~3.4 km2·亿t−1表4图2d)。

      表 4  清8汊河范围内陆地面积变化

      Table 4.  Land area change along Qing 8 channel

      序号统计阶段海岸线标准面积变化/km2研究时段造陆效率/(km2·亿t−1资料来源
      11996—2002高潮线(影像)5.51996/05—2002/080.50文献[16]
      21996—2002高潮线(影像)11.91996/09—2000/051.71文献[14]
      31996—2002低潮线(实测)22.81996/06—2001/062.17文献[21]
      41996—2002黄海−2 m15.91996/05—2002/081.43文献[39]
      51996—2002瞬时水边线(影像)0.061996/09—2002/090.01文献[28]
      62002—2018高潮线(影像)3.02002/08—2005/050.47文献[16]
      72002—2018高潮线(影像)21.72002/05—2004/123.43文献[19]
      82002—2018低潮线(实测)36.22001/06—2007/073.39文献[21]
      92002—2018瞬时水边线(影像)31.82003/08—2011/092.17文献[28]
    • 造陆效率受水沙条件、口门形态、海洋动力等多种因素影响。在大体相近的时段和区域内,可以认为造陆效率主要受海岸线标准的影响。

      (1)4个研究区域内各统计阶段的造陆效率研究成果均存在较大差别。近代黄河三角洲后4个阶段的造陆效率最大差别分别为1.4、5.3、21.5、4.7 km2·亿t−1。现代黄河三角洲前2个阶段最大差别为0.4、1.0 km2·亿t−1。清水沟流路范围4个阶段为4.9、5.8、14、4.2 km2·亿t−1。清8汊河范围2个阶段为2.2、2.9 km2·亿t−1。其中以1996—2002年差别最大,近代黄河三角洲造陆效率为−10.3~10.2 km2·亿t−1,清水沟流路为−5.6~8.4 km2·亿t−1,出现淤积和蚀退定性差别且绝对数值很大。

      (2)采用影像特征海岸线得到的部分时段造陆效率偏差较大。1996—2002年依据瞬时水边线得到的造陆效率为−10.3、11.2 km2·亿t−1。清水沟流路1976—1985年、1996—2002年采用影像高潮线得到的造陆效率分别为1.4~4.8、−5.6~2.3 km2·亿t−1;1976—1985年、1986—1996年采用瞬时水边线得到的造陆效率分别为0.6~5.0、1.4~5.9 km2·亿t−1

      (3)影像特征海岸线的确定易受到黄河三角洲沿岸发育的坡度平缓的广阔潮滩影响。以2015年汛后实测资料为例,清水沟南侧高潮线和低潮线最大距离为9.8 km,刁口河西侧为4.1 km(图1)。1996—2002年清水沟流路附近滩涂面积平均值达到364 km2[22],这造成采用影像资料确定海岸线时出现很大不确定性,并且难以通过提高影像精度消除。以时段来沙量11.1 亿t估算,采用瞬时水边线得到该区域内的造陆效率极端偏差可能达到32.8 km2·亿t−1。该时段内1996年5月实施了清8改汊工程,存在老汊河蚀退和新汊河淤进2种不同演变性质海岸。此外,该时段内黄河因频繁断流,来沙处于低谷,年均来沙量为1.1亿t,在某种程度上放大了统计结果的偏差。

    • 黄河三角洲陆地面积研究采用的适宜海岸线标准要根据研究目的和演变特点确定。不同学科有不同的研究目的,海岸线的确定呈现多样性。通用的大潮高潮位时的海陆界线内涵是划分喜盐生物与淡水环境生物的界线,这条界线绝大部分时间是裸露的,1个月内海水可以到达的时间仅有2~3 h[2]。而航海图上的海岸线采用最低低潮线,以保证航海安全。资源调查利用遥感影像动态监测海岸变化时,多采用成像时刻的瞬时水边线,实时监测海岸情况。黄河三角洲的演变特点是行河流路海岸淤进和不行河区域海岸蚀退并存,对于海岸演变研究,适宜的海岸线标准应能体现这种特征。已有研究认为黄海−2 m线能够较好反映黄河三角洲前缘的变化[37, 41]。事实上,黄海−2 m附近不仅是三角洲前缘区域,也是行河口门拦门沙主体变动区域和不行河自然海岸波浪破碎高频区域。

      黄河三角洲发育是通过口门沙嘴的不断延伸和摆动实现的,而沙嘴的延伸和摆动是由拦门沙的淤积引起的。拦门沙非汛期淤高,汛期泄流不畅致使口门发生变动。黄河河口水少沙多的特性和滨海区较弱的海洋动力,造就了独特的拦门沙形态。与国内外其他河口相比,黄河河口拦门沙长度短,顶部水深浅,前缘坡度陡[42]。1984—2019年黄河河口不同年份实测拦门沙纵剖面显示(图3),拦门沙主体高程基本在黄海−2.0~0.25 m之间,大部分时期低于平均低潮位。

      图  3  黄河河口拦门沙剖面变化情况

      Figure 3.  Profile changes of mouth bar in the Yellow River Estuary

      黄河三角洲不行河区域自然海岸出现强烈蚀退,最大距离出现在黄海−2 m附近区域。以1976年5月刁口河停止行河后西侧断面为例(图4),滨海区实测高程资料显示,1976—2015年−2 m线和−3 m线分别后退10.7和8.1 km,1992—2015年0 m线、−2 m线、−3 m线分别后退2.1、4.8、4.1 km。从波浪频率及破碎深度来看,刁口河附近海岸0~2 m水深为高频破碎带,全年中有86%的波浪在该区域破碎[43]

      图  4  刁口河流路附近海岸蚀退情况

      Figure 4.  Coastal erosion near Diaokouhe channel

      拦门沙的淤积和延伸抬高侵蚀基准面,引起流路的出汊摆动,产生溯源淤积并反馈影响到尾闾河道。不行河自然海岸在波浪、潮汐等海洋动力作用下在−2 m高程附近区域蚀退强度最大。采用黄海−2 m线作为陆地面积统计标准能够涵盖海陆相互作用最强烈的地带,较为准确地分析黄河来水来沙条件对三角洲面积的影响。已有研究成果显示,清水沟流路1976—1985年采用黄海−2 m线得到的造陆效率与实测高潮线相差不大,为5.0~5.2 km2·t−1;而1985—1996年前者为2.6 km2·t−1,后者为4.0 km2·t−1。这说明该时期高潮线至−2 m线之间的河床剖面有变陡趋势,与1984—1996年拦门沙剖面形态变化趋势一致。此外,黄海−2 m线依据实测地形资料确定,能够减少不同处理方式带来的误差。

    • 已有平衡沙量研究成果区域主要有近代黄河三角洲、现代黄河三角洲、清水沟流路范围、清8汊河范围附近4类。研究方法大多是建立描述某一时段内陆地面积变化特征的因变量与水沙条件自变量的统计关系,得到因变量为0时的平衡沙量或临界水沙组合关系式。因变量多采用造陆面积,也有沙嘴变幅、河口变幅、冲淤体积等特征因子;自变量多采用来沙量,也有来水量、来沙系数、平均含沙量等[7, 16, 28-29, 34, 44-47]。这些不同区域内的动态平衡沙量分别为2.8~3.3[34, 44, 46]、1.6~4.4[7, 29]、1.5~3.3[16, 44-45]、0.5~1.6 亿t[16, 28, 48]

      海岸线标准对陆地面积动态平衡沙量研究成果造成影响。除近代黄河三角洲外,其他3个研究区域内的平衡沙量差异较大。举例而言,而对于统计时段较为接近的,李福林等[45]和WANG等[44]分别计算的1976—1995年和1976—1997清水沟流路平衡沙量为2.3和1.5亿t,主要原因在于前者采用的是黄海−2 m线,后者采用的是影像低潮线。已有动态平衡沙量研究中还存在蚀退区间样本过少问题。自然时期由于黄河来沙量巨大,大部分时段内海岸处于整体淤进状态,只有个别年份或时段出现蚀退。1985年以后,来沙量显著减小,但很多不行河海岸修筑了防护工程,因此,大部分研究成果显示海岸整体也处于淤进状态。由于蚀退的样本过少,采用内插或外推计算动态平衡沙量时均存在一定程度上的资料不充分现象。

      人工干预显著增强条件下研究行河流路范围内面积动态平衡更具有实践意义。黄河三角洲海岸的一个突出特点是行河流路海岸淤进和不行河流路海岸蚀退并存。自然时期,行河流路基本处于“十年一改道”的局面。研究近代三角洲陆地面积变化能够概化反映三角洲造陆与蚀退的消长情况进而得到整个侵蚀基准面的抬升下降幅度。动态平衡沙量的研究为通过水土保持、水库拦沙和下游滩地滞沙等措施减少进入河口沙量实现遏制或减缓侵蚀基准面的抬升提供依据。而自20世纪80年代后期以来,相对长期稳定入海流路已得到共识,由于人工干预程度增强清水沟单一流路行河已有43年。这在很大程度上改变了自然时期流路在三角洲上的循环演变规律。随着不行河海岸防护工程的完善,这些区域的蚀退主要表现在工程附近滩面的刷深。因此,若从稳定或减少侵蚀基准面抬升角度出发,研究行河流路范围内海岸动态稳定的沙量更有意义。

    • 黄河三角洲陆地面积研究采用的海岸线标准主要有依据实测资料确定的高潮线、低潮线、黄海0 m线和黄海−2 m线和依据卫星遥感影像确定的高潮线、低潮线和瞬时水边线。

      (1)近代黄河三角洲、现代黄河三角洲、清水沟流路范围和清8汊河口门不同时段得到的造陆效率均存在差别。采用影像特征海岸线得到的部分时段造陆效率偏差较大,主要与黄河三角洲沿岸发育的坡度平缓的广阔潮滩有关。

      (2)采用黄海−2 m线作为海岸线包含了行河流路淤进最强烈的拦门沙区域和不行河流路蚀退幅度最大的海洋动力作用区域,适宜于研究海岸淤进、蚀退,以及由此产生的对流路出汊、摆动和黄河下游的反馈影响。

      (3)已有海岸动态平衡沙量研究中存在的主要问题是发生蚀退的区间样本过少。在目前相对长期稳定行河流路的局面下,研究行河流路范围内面积动态稳定的沙量更有实践意义。

参考文献 (48)

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