珠江口西岸地区海岸线变迁与环境地质问题浅析_邓成坚.pdf

：珠珠江江口口西西岸岸地地区区海海岸岸线线变变迁迁与与环环境境地地质质问问题题浅浅析析邓成坚，杨舒铎（广东省地质调查院，广东 广州）摘要本文通过对珠江口西岸地区历史海岸线资料的收集整理并结合、方法提取近代海岸线数据，系统分析了从历史到近现代以来珠江口西岸地区海岸线变化特征，并对岸线变化原因进行了系统研究。在此基础上，系统分析珠江口西岸地区海岸线变迁与环境地质的关系，着重研究了海岸线变迁问题对环境地质的影响，如海岸淤积、海岸侵蚀、海域水体污染等问题。研究表明：（）填海造地是岸线变化的主要原因；（）填海造地导致河口径流场变化致使泥沙淤积加剧、海岸侵蚀加剧也对岸线变迁造成了影响。关键词珠江口西岸；海岸线变迁；环境地质中图分类号；文献标识码文章编号 （）收稿日期 作者简介邓成坚（），男，广东韶关人，助理工程师，主要从事水工环地质方面工作。研究区概况 自然地理概况研究区位于珠江口西岸，南临南海（图），行政区划主体为中山市、珠海市、江门市蓬江区环市街道、荷塘镇、江海区外海街道、礼乐街道、新会区会城街道、睦州镇、三江镇、崖门镇、双水镇、大鳌镇、沙堆镇、古井镇、台山市都斛镇、赤溪镇。本区位于北回归线以南，气候温和湿润，春秋相连而无冬，终年无 雪，属 南 亚 热 带 海 洋 性 季 风 气 候。多 年 平 均 气 温 ，年极端最高气温 、最低气温 ，日温差较小。图例说明：重点区；铁路；高速公路；省道；行政界线；珠三角经济区范围；行政中心；机场、港口图 珠江口西岸地区交通位置示意图 地质概况本区在构造单元上位于华南褶皱系（一级）粤北、粤东粤中拗陷带（二级）南部粤中凹陷（三级）阳春开平凹褶断束（四级）及增城台山隆断束（四级）。区内构造形迹复杂，以断裂构造为主，穿过本区的深大的断裂有：北东向的新会断裂、博罗横沥断裂、平沙断裂，深圳断裂；北西向的崖门断裂、西江断裂、三水小榄断裂、白泥沙湾断裂及沙角断裂。这些深大断裂具多期次活动特征，特别是晚第三纪以来仍有活动迹象，对本区构造发展与地壳稳定、三角洲的形成、演变起着明显的控制作用。本区地层隶属华南地层大区中的东南地层区，主体为东江地层分区，地层出露齐全，由老到新出露有震旦系、寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系、第三系、第四系（图）。区内以寒武系、泥盆系、侏罗系、白垩系、第四系为主。图 珠江口西岸地区地质简图海岸变迁状况 历史岸线变迁黄镇国等（）研究认为，在古石器时代，珠江口西岸海岸线主要位于江门市蓬江区一带，珠江的入海口主要位于东莞龙门镇一带，珠江西岸则是群岛，如五桂山群岛等。宋代时期，海岸线变化较为明显，西江冲积平原往东南方向推移，与此同时潭江入海口也逐渐往南推移，五桂山群岛逐渐合并，并于中山市南头镇、江门市三江镇等地形成陆地。明朝初期，人民开始有土地的需求，于是开始围堤造陆工程，加上西江的冲积作用，珠江西岸面积增加明显。至清末，五桂山群岛基本上消失形成了陆地，中山市的辖区范围基本形成。新中国成立后，人民对土地的需求日趋强烈，填海造地、围海造田活动也日渐增多，西江携带的泥沙也明显增加，冲积作用的加强，陆地面积迅速增加，珠海市辖区范围形成。年 月第 卷 第 期 地下水o ，o.近现代岸线变迁黄镇国等（）通过对比 年、年、年海图，研究了万顷沙和灯笼沙岸线变化特点。朱小鸽（、）应用 年、年、年的卫星遥感数据研究了珠江口、香港及澳门地区海岸线的变化；支兵发（、）应 年、年、年的卫星遥感数据研究了珠江三角洲经济区的海岸变迁，并分析了虎门横门、磨刀门平沙农场等典型地段海岸变迁的态势；梁向阳等（）应用 年、年、年卫星遥感数据并对比 年 万地形图研究了伶仃洋海区、磨刀门海区和黄茅海区的海岸变迁（图）。已有对珠江口岸线变迁的工作研究多集中在 年以前，年之后研究工作较少，且主要集中于部分岸线的研究，缺少对整个珠江西岸地区的岸线较为整体、系统的工作研究。图 珠江口西岸地区历史时期海岸线分布海岸线提取方法 数据处理与海岸线提取方法本次应用的卫星遥感数据分别是 年、年、年、年、年、年、年、年 的 美 国 的 系列及欧洲的 多光谱数据，数据重采样后空间分辨率可达到 ，数据空间分辨率为 。海岸线提取方法主要通过假彩色合成及波段运算等方法突出水陆边界特征，采用空间滤波等方式自动提取海岸线，之后根据海岸线类型的解译标志确定海岸线类型，在 平台上将海岸线初步解译结果、遥感图像、地形图和海图进行空间叠加、综合分析与判别，并对初步解译结果进行修改，对解译的重点和难点地区进行野外调查验证。鉴于卫星过顶时刻拍摄的水陆分界线没有考虑到海水悬浮泥沙、潮位和季节等因素的影响，因此图像上显示的瞬时水边线不是真正意义的海岸线。某些固定海岸线如人工海岸线的解译可以不用考虑潮汐海水位的影响，但是如基岩质、淤泥质海岸等不稳定岸线要考虑海水位的影响，因此针对非稳定的海岸线，本次采用平均大潮高潮位时刻的海陆分界线作为要提取的不稳定海岸线（表）。解译标志建立区内海岸线曲折、港湾众多、岛屿星罗棋布，海岸线（不包括澳门）类型复杂多样，根据本区海岸线的实际情况可以分为河口岸、基岩岸、人工岸、砂砾质岸、淤泥质岸和红树林岸等 类（图）。表 不同类型海岸线典型影像特征遥感图像河口岸基岩岸人工岸砂砾质岸淤泥质岸红树林岸 （），（），（）假彩色合成 真彩色影像影像特征河流呈条带状，地势平坦，多形成三角洲水 陆 界 线 明 显，岸 坡 较 陡，岩 滩或沙石滩面较窄多修筑了堤围 堤坝，几何边界明显多 呈 亮 白 色，亮度值高水陆边界不明显，呈灰色色调图 像 色 调 为 绿色，纹理较光滑 海岸线的提取过程河口岸线：河口岸以潮流界为限，解译时多参考已有海岸线，如受到填海影响导致河口岸往海洋方向推移，需要及时修正（图）。图 伶仃洋德胜河河口岸变化图基岩岸线：基岩岸的水陆分界线基本上代表着海岸线。因海水、陆地的近红外波段及绿光波段反射率存在很大差别，故选择归一化水体指数法利用近海水、陆地在红外波段及绿光波段的反射率特征来提取基岩岸线。归一化水体指数法 计算公式如下：（）（）（）式中 表示地物绿光波段的反射率；表地物中红外光波段的反射率。水体在中红外波段强吸收及在绿光波段强反射的特点，在 平台中进行相应的比值运算可以增强地物反射率差异特征，同时过滤水体中建筑物的隐形信息，并揭示悬浮物的分布，在增强后的灰度影像中，水体呈亮调，陆地呈灰黑色调，通过设定合适的阈值进行图像的二第 卷第 期地下水 年 月值化处理，并利用 算子进行二值图像的滤波增强（滤波核为 像元 像元），最后将滤波后的影像在 平台中转化为矢量数据，得到基岩岸线的提取结果。基岩岸线的提取过程及效果如图。人工岸线：围海养殖边岸线归为人工岸。人工岸的构筑物大都由水泥和石块构筑，具有较高的光谱反射率，和海水的分界线明显，人工岸线即海岸线。人工岸线的提取过程和基岩岸线的提取过程相似，也采用近红外波段遥感图像进行。人工岸线的提取过程及效果如图。图 基岩海岸提取过程及效果图 人工海岸提取过程及效果图 砂砾质海岸提取过程及效果砂砾质岸线：砂砾质岸是砂砾在海浪作用下堆积形成的，在波浪无法作用的区域砂质也就会消失，故将砂砾质海岸和非砂砾质地物的分界线作为海岸线。砂砾在红波段有比在其他波段高得多的反射率，因而仍选择红波段遥感图像提取砂砾质海岸线。首先确定分割阈值以区分砂砾和其他地物，得到二值图像；再对二值图像进行 滤波增强，并取靠陆地一侧的线作为砂砾质岸线（图），部分和陆地裸地相连的海岸线通过后期详细解译阶段的目视解译进行修改。淤泥质岸线和红树林岸线：淤泥质岸线以陆地植物生长边缘或公路作为海岸界线。红树林岸线以靠陆一侧的堤坝或道路作为海岸界线，采用目视解译方法提取。近当代岸线变化特征 年间，珠江口西岸岸线变化主要发生在广州市南沙新区新垦镇、中山市横门镇、珠海市唐家湾社区、高栏港经济区（图）。主要表现为因填海造地、围垦养殖、基础设施建设等导致岸线向海延伸。主要原因是由于填海造地导致海岸线变化，其次由于泥沙的淤泥，滩涂的形成致使岸线变化。根据统计结果，年本区临海陆地面积较 年增加了近 （表）。从海岸线长度上看，年 海 岸 线 总 长 ，年海岸线总长 ，其中 年海岸线变化最大，年海岸线总长较 年增加近 ，而 年间，海岸线近增加约 。从海岸类型来看，年海岸线主要以基岩质海岸为主，约占海岸线总长的 ，人工岸比例仅占 ，至 年，基岩岸长度大幅度较少，约 ，仅占岸线总长的 ，而人工岸长度急剧增加，较 年增加近 ，占岸线总长的 。砂砾质海岸逐渐较少，年较 年较少约 ，主要原因是因为人工堤坝的修建改变了海岸线的类型。淤泥质海岸长度的变化呈折线型，年岸淤泥质岸较 年较少约 ，年较 年增加约 ，年较 年增加约 原因是由于 年间的大规模填海使大范围的淤泥质岸转为人工岸，但是由于填海导致的泥沙水动力平衡改变，加速了淤泥质滩涂的形成，导致 年淤泥质岸长度增加。年红树林岸线长度约 ，主要位于珠海市金湾区磨刀门河口东岸，至 年，红树林岸线已基本上消失，基本转化为人工岸线。年以来，红树林的重要性逐渐引起社会各界的重视，在政府的努力和推动下，红树林滩涂逐渐恢复，主要分布在珠海市淇澳岛一带，至 年，红树林岸线长度已达 。图 珠江口西岸地区 年海岸线变化图海岸变迁与海岸环境地质问题 海岸淤积问题在伶仃洋海域狮子洋水道以西黄茅海岸线变迁段海岸淤积问题普遍，海岸淤积比较有代表性的是港口淤积，如珠第 卷第 期地下水 年 月海高栏港淤积。珠海港高栏港区，开发面积 ，位于珠海市西南端、珠江鸡啼门至虎跳门出海口之间，东临三灶镇，与澳门隔海相望，东北接红旗镇、斗门区，东南、西南临南海，由高栏、南水两个半岛和三角山、荷包、大杧等 个海岛及黄茅海东部沿岸陆域和海域组成，为上世纪九十年代末开发建设的深水港区。目前主要由电厂，国码、岩谷、九丰、华联等港池、主航道及与支航道组成。港址所在水体平均含沙量 。与 年以来填海造地过程导致海岸变迁过程相应 的 是，高 栏 港 淤 积 总 体 上 呈 加 剧 趋 势。刘 伟 东 等（）的研究表明，年 月至 年 月，高栏港淤积量合计 ，年淤积厚度 ；年 月至 年 月，高栏港淤积合计 ，年淤积厚度 ；年 月至 年 月，高栏港淤积合计 ，年淤积厚度 。为维持高栏港的正常运营，年 月至 年 月，年均疏浚量 。表 珠江口西岸地区各类岸线长度统计海岸类型 年 年 年 年长度 比例 长度 比例 长度 比例 长度 比例 河口岸 基岩岸 人工岸 砂砾质岸 淤泥质岸 红树林岸 总计 较上一统计年份增加面积 海岸侵蚀问题本区海岸带局部地段存在海岸侵蚀现象。属珠海淇澳岛东澳湾的海岸侵蚀较为典型。东澳湾位于珠海淇澳岛东部马山和四月白山之间，湾口朝向东（图 左）。在该海湾中部位置有一人工岬角，将海湾分割成南北两部分。靠近四月白山的北段海湾两端大部分为人工堆填大块毛石构成的岬角，受海岸侵蚀作用明显。靠近北侧岬角的海岸为陆相沉积物构成的侵蚀后退岸段，向南逐渐过渡为砂质海滩。北侧侵蚀岸段，海滩倾角为，滩面露陆相红棕色黏质粗砂，表面断续分布含有暗色矿物的极薄海滩砂。在海滩上，人为堆砌了大块毛石为防止海岸继续遭受侵蚀。此岸段距水边线约 处的海蚀崖，高 ，由 层陆相沉积物组成：上层为厚 的表土层；中间层为红色粘土质含砾粗砂层，砂粒主要为石英质，粒径 ，质量分数 约为 ，有斜层理，厚 ；下层出露厚度 的红棕色粘土质含砾粗砂层，海蚀崖的下方受波浪冲刷形成海蚀龛，龛高 ，深 （图 右上）。东澳湾遗址；剖面位置及编号；表土层；粘土质含砾粗砂图 珠海淇澳岛东澳湾海岸地貌剖面 海域水体污染问题随着海岸线向海域推进，工业区、港口建设及生产，生活污水或工业废水向海域排放的问题随之而来，造成海域水体污染，并影响水生生态环境。据本次调查所掌握的资料，广州南沙港区的 个作业区 年污水排放量累计 ，其中南沙作业区 ，小虎作业区（含小虎岛部分、南沙岛部分），沙仔岛作业区 ，芦湾作业区 。若考虑南沙港扩建，污水排放量会更大。此外，工业废水排放量也应纳入考虑。这不可避免地会造成伶仃洋海域污染，进而影响该海域水生生态环境。据珠江流域水环境监测中心 年 月监测结果，龙穴岛区域的底栖生物量为 ；农业部渔业环境及水产品质量监督检验测试中心 年 月在珠江口海域进行调查，结果显示，伶仃航道水域的鱼卵和仔稚鱼平均密度约分别为 粒、尾。南沙作业区围填水域面积约为，约损失 吨的底栖生物。加之作业区水深约 ，总影响水体体积约为 ，约造成的鱼卵和仔稚鱼的损失量分别为 粒、尾。依建设项目对海洋生物资源影响评价技术规程中鱼卵、仔鱼生长到商品鱼苗的成活率分别按照、计算，则这部分鱼卵、仔鱼损失折算为商品鱼苗损失约为 尾，损失严重。结语本文收集了大量古地理资料对珠江口西岸地区古海岸线分布进行了梳理，通过 个时期的遥感影像提取了 年不同类型的海岸线，并对岸线变化原因进行了系统研究，表明填海造地是岸线变化的主要原因，其次由于填海造地导致河口径流场变化致使泥沙淤积加剧、海岸侵蚀加剧也对岸线变迁造成了影响。同时，海岸线变迁导致珠江口西岸地区海岸淤积、海岸侵蚀、海水污染等问题也十分突出。因此，海岸带工程建设，需经过多学科调查论（下转第 页）第 卷第 期地下水 年 月下半部分锚杆，最大锚杆位移约为 ，主要位于中下部锚杆，下部锚杆位移小于中部锚杆的原因是下部锚杆接近于抗滑桩所在位置，抗滑桩能够有效的防止坡体的位移，进而下部锚杆的位移较小。然而以上锚杆的位移均不超过，不会对工程造成不良影响，且能够有效的发挥锚杆的作用，防止坡体岩土体的塑性破坏。如图 所示，锚杆锚头部分受力最小，锚杆所受力最大位移在下部锚杆的中下部，此受力变化规律与锚杆的位移规律相对应，说明了锚杆的受力规律是合理的。由图 和图 可知，锚杆的位移和受力均控制在工程允许的范围内，且两者关系较为对应，说明了锚杆的位移和受力是满足锚杆应力应变规律的。数值模拟结果分析数值模拟计算完成以后，粉质黏土层最大水平位移约为 ，弱风化泥质粉砂岩层最大水平位移约为 ，泥质粉砂岩层最大水平位移约为 。弱风化泥质粉砂岩层的水平位移最大，在此条件下应当在弱风化泥质粉砂岩层施加锚杆，以此控制坡体的位移，同时达到提高坡体稳定性的目的。另一方面通过施加锚杆后，锚杆的受力和位移均控制在工程允许的范围内，说明锚杆发挥了其作用，达到了治理边坡失稳的目的。锚杆抗滑桩组合结构施加以后，边坡的安全性系数达到，此安全性系数达到了边坡治理的要求，从安全性系数方面，锚杆抗滑桩组合结构达到了治理边坡失稳的目的。另一方面，边坡的塑性区没有贯通，尤其在弱风化泥质粉砂岩层区域，塑性区最少，说明锚杆的施加有效的阻止了此区域岩土体的塑性破坏。锚杆的最大位移和受力均控制在工程允许的范围内，说明锚杆发挥了其相应的作用，此边坡施加锚杆是合理的。结语本文结合某边坡工程，采用锚杆抗滑桩组合结构加固方法，通过对坡体的位移、塑性区分析、锚杆的受力和位移进行分析，可得如下结论：（）边坡的位移主要发生于岩土层中部，即弱风化泥质粉砂岩层，因此在此区域施加锚杆是合理的，边坡的位移控制在工程允许的范围内，从位移分析的角度考虑，锚杆抗滑桩组合结构达到了治理边坡失稳的目的。（）锚杆抗滑桩治理边坡后的安全系数超过 ，说明以上组合结构治理边坡从安全系数方面考虑，达到了工程要求。（）锚杆的位移和受力变化关系较为对应，说明锚杆发挥了应有的作用，锚杆抗滑桩组合结构治理边坡达到了理想的效果，该治理方案可行。参考文献孙武，刘欣，钟顺元，等 台风地区锚杆格构梁挂网植草支护应用 路基工程（）：杨文广，费维水，李茂，等 高边坡支护与锚索锚固参数优化研究 施工技术（中英文）（）：周凯 基于 的某高速公路边坡稳定性分析 西部交通科技（）：陈云生，苏初明 锚杆布设方式及长度对边坡稳定性的影响分析 西部交通科技（）：张军州 关于对高速公路边坡防护治理的研究 低碳世界（）：（上接第 页）证，进行可行性分析，减少因填海造地造成的环境地质问题。参考文献广东省地质调查院 珠江三角洲经济区 万生态环境地质调查报告 广东省地质调查院 万珠海区域地质综合调查报告 张永战，朱大奎 海岸带全球变化研究的关键地区 海洋通报 （）：戴志军，李春初，陈锦辉 华南海岸带海陆相互作用研究地理科学进展 （）：黄振国，李平日，张仲英，等 珠江三角洲形成发育演变广州：科普出版社广州分社 oo oo o o o o o 朱小鸽 珠江口海岸线变化的遥感监测 海洋环境科学（）：，支兵发 珠江三角洲海岸异常变迁的生态地质环境效应 中国地质调查局编 海岸带地质环境与城市发展论文集 北京：中国大地出版社：支兵发 珠江三角洲经济区海岸变迁的生态地质环境效应资源环境与工程 （）：李学杰 应用遥感方法分析珠江口伶仃洋的海岸线变迁及其环境效应 地质通报 （）：于杰，杜飞雁，陈国宝，等 基于遥感技术的大亚湾海岸线的变迁研究 遥感技术与应用 （）：姚才华，吴自银 来伶仃洋海岸线变迁及海底冲淤变化 海洋学研究 （）：梁向阳，梁家海，萧金文 珠江三角洲海岸变迁及对城市可持续发展的影响 资源调查与环境 （）：黄镇国，张伟强 珠江三角洲河道近期冲淤特征初步分析 台湾海峡 （）：杨清书，罗宪林 珠江口伶仃洋海平面变化趋势研究 地理科学 （）：申家双，翟京生，郭海涛 海岸线提取技术研究 海洋测绘 （）：马小峰，赵冬至，邢小罡，等 海岸线卫星遥感提取方法研究 海洋环境科学 （）：张心凤，蒋星科 珠海港高栏港区航道回淤估算研究 广东水利水电（）：，刘伟东，张心凤，蒋星科 高栏港区泥沙回淤时空变化实测资料分析 人民珠江（）：刘伟东，张心凤，蒋星科 珠海港高栏港区疏浚对港区泥沙回淤的影响分析 人民珠江（）：，白鸿叶，王晓岚，邱维里，等 中国闽粤沿海现代海平面上升的海岸地 貌 响 应 北 京 师 范 大 学 学 报（自 然 科 学 版）（）：第 卷第 期地下水 年 月