潮滩是重要的资源,目前对潮滩的开发强度正在加大，如何在开发中有效保护是重要问题。潮滩地形地貌是重要的基础数据。但是，目前对潮滩的调查相对海域和陆域较薄弱，这是由于进入潮滩较困难。宽阔的（潮间带数千米）、淤积的潮滩由于沉积物软且水浅，普通车辆和船只均难以进入。因此，采用航空激光测高技术进行调查是非常有效的手段。机载激光雷达测量技术（LIDAR）是一门集激光测距技术、GPS 差分技术和惯性测量单元（IMU）技术于一体的高新技术，为高精度、快速获取海岸带地理空间三维信息提供了全新的技术手段。三维激光点云数据由激光直接测量得到，平均每平方米可得到十几个原始数据点，采集原始点的密度远远高于传统航测立体像对。所以，利用机载激光雷达测量技术获取的高精度高程数据，可获得地表的三维信息。

本文综合利用机载激光雷达测量和实测调查数据，对黄河三角洲北部沾化顺江沟—东营港一带地形和人类活动影响进行分析。2011 年以来，对该地潮滩进行了剖面监测及遥感地质调查，2014年开展了航空激光测高测量。根据激光测高数据，着重分析潮滩三维地形现状，特别是刁口流路的废河口西侧潮滩和东侧的飞雁滩潮滩；另一方面，结合实地调查，用剖面测量数据分析潮滩二维地形的年际变化，以及人为活动影响，进而综合三维和二维的变化，分析黄河三角洲北部潮滩地形特征及影响因素。

1.   地理背景

研究区位于现代黄河三角洲北部的顺江沟—东营港一带（图 1），东段包含了黄河三角洲湿地保护区（北部刁口河自然保护区）的海岸。同时，本段海岸还属于胜利油田滩海油区。根据黄河改道的历史研究^[1]，研究区东部为1976 年黄河改道前的黄河刁口流路海岸，形成于1964—1976 年^[2]，研究区西部是1917—1926 年黄河在北部入海形成的海岸。研究区潮差为1~2m，飞雁滩一带常浪方向为NE向，H1/10波高3.1m^[3]。冬季12 月—3 月出现冰冻。三角洲北部潮滩的地貌单元包括河成高地、洼地、湿洼地、滨海湿洼地、废弃河道、盐田等^[4]。研究区有重要的黄河三角洲湿地保护区（刁口流路）及众多的油田设施，海岸开发活动强。

图  1  黄河河道变迁^[1] (a) 与研究区位置(b)

Figure  1.  Channel migrations of Yellow River (a) and the 2009 satellite image (ETM+) of the study area (b)

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潮差、波浪、余流、潮坪坡度、沉积物性质及组分、植被状况、沉积速率及泥砂来源、河道入海口摆动与废弃、人为因素等在不同程度上影响潮滩发育和演化^[5]。由于河道改变，废弃黄河三角洲叶瓣经历侵蚀和冲刷，而新河口附近的潮滩会淤长和沉积^[6]。黄河三角洲潮滩上的潮沟遥感监测发现，不断增强人类活动，导致人工岸线不断向海扩张。因此，人为因素已经成为影响三角洲潮滩发育的重要因子，导致整个三角洲的潮滩体系严重退化^[7]。研究还发现，近期（1995—2010 年）黄河三角洲养殖池、水库和盐田的面积急剧扩大，导致自然植被区持续减少^[8]。因此，多种自然因素和人为因素影响着黄河三角洲潮滩的发育。前人^[9-10]根据遥感图像对黄河口岸线进行过大量分析，并利用实测的海滩剖面形态分析了潮滩的侵蚀与淤积趋势^[11-12]。

2.   方法与数据

调查采用加拿大Optech 公司生产的PegasusHA500 型机载激光雷达测量系统（LIDAR）。激光脉冲发射频率为100~500kHz，飞行相对高度为150~5000m，激光波长1064nm，激光测量的平面精度为1/5500×相对高度，高程精度5~20cm。导航定位采用美国Trimble 公司生产的TSO-C132 型GPS 接收机，GPS 接收机天线与机载激光LIDAR 之间的位置偏移分量用拓普康全站仪进行精密测量，飞行使用运-12 飞机，采集时间为2014 年6—12 月。原始数据经过GPS 数据差分、点云解算、影像解算等数据预处理及点云航带检校、点云滤波分类处理、系统误差改正、坐标系统改正等数据后处理。机载激光雷达测量和后处理由中国冶金地质总局山东局完成^①。

①冯幼贵, 王薇薇. 山东半岛海岸带综合地质调查与监测（机载激光 雷达测量）项目成果报告. 中国冶金地质总局山东局, 2015.

利用RTK 或全站仪实测的剖面设置在沾化海岸（BZ2-0 剖面）、飞雁滩海岸（DY1-0 剖面）和桩西岬湾潮滩（JW 剖面）（图 2）。此外，在飞雁滩处通过示踪沙棒监测潮滩的侵蚀、再沉积过程，这种方法对于地形变化小的潮滩更有效，且能反映侵蚀后的再沉积。沾化海岸使用RTK 测量。剖面起点用静态GPS 测量，外业观测采用美国Trimble 公司5700双频GPS 接收机施测。RTK 测量后，由山东省卫星定位综合服务运营中心进行控制网的联合解算，从而得到基于国家高程基准的高程数据。飞雁滩海岸DY1 剖面和桩西岬湾潮滩JW 剖面采用全站仪施测，高程为相对高程。

图  2  研究区实测剖面位置、激光雷达测高区域（a，背景为2009 年Landsat 卫星影像）及其激光测高图（b）和放大的西部（c）、东部（d）激光测高图

Figure  2.  The study area and the rectangular area corresponding to the LIDAR map (a),LIDAR maps of each part of the coast (b),enlarged LIDAR maps in the west (c) and east (d) of the study area

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3.   测试结果

3.1   潮滩航空激光测高特征

研究区西部顺江沟至湾湾沟点云图上清晰显示了潮沟、盐田或养殖池及潮滩的高程（图 2）。这一带人工堤坝多，为盐田或养殖池埂。池埂高程1~2m，在点云图上为红色。池内高程低于1m，点云图上为黄色、绿色或蓝色。池内向海一侧的潮滩，逐渐变低，或突然变低。本区潮滩低平，潮沟不发育。

在西部这段潮滩布设了BZ2-0 剖面（图 2），对剖面穿过的区域的点云图进行了仔细观察。从激光测高点云图和遥感图像上都可见2 条沟，命名为“ 沟1”和“ 沟2”（图 3-a、b）。沟1 在2014 年7 月8 日的激光测高图上没有连接至沟2（图 3-b），但到2014 年11 月18 日时两者联通（图 3-a）。因此，沟1是在7 月8 日—11 月18 日之间的时间内连接至沟2 的。需要注意的是，沟1是沿着顺岸的方向延伸至沟2 的。

图  3  据LIDAR 测高数据得到的剖面(a~d)及其所在剖面位置（e）

Figure  3.  Profiles based on the LIDAR data (a~d) and their locations in the LIDAR map (e)

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在湾湾沟—东营港一带（图 2-d），老黄河刁口流路向北突出，地势比周围高，高处达2.6m，点云图上呈红色。老黄河入海口突出部位海岸的坡度大，黄色带和绿色带的宽度窄、等高线密。在老黄河入海口突出部位两侧湾中，潮滩的坡度小，黄色带和绿色带的宽度大、等高线稀疏。

在西侧湾处（图 2-d 的最左侧）和东侧堤坝保护的区域内，也有地形高于4m 的区域，点云图上呈红色。东侧堤坝区域地势自西向东明显变低，点云颜色由红色变为黄色，然后是绿色和蓝色。这反映的是原始地形的高低，而不是堤内建筑物的高度。

3.2   东部潮滩-刁口流路附近激光测高特征及剖面

对东部刁口流路附近的潮滩，利用激光测高数据做了剖面图（图 4）。剖面长度在1.5~5km 以上。剖面上，数据点密集，约0.7m 间距有一个数据点。这些数据清楚地显示了海滩的剖面形态、坡度、潮沟、古河道及地物（如房屋、大坝等）。

图  4  实测剖面附近的高清晰卫星图

（a 图下为激光测高图，其余图根据Google Earth^TM）

Figure  4.  Satellite images covering the area where profiles were monitored

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DM-22 和DM-23 是旧黄河刁口流路西侧的剖面（图 4）。2 个剖面的形态主要为平直斜坡，斜坡长1200m 左右，坡度1/1000~1.3/1000。DM-22 上部有100m 坡度略陡，达到5/1000。高程1.00m 以上坡度变小。DM-23 上部还显示了一些浅沟和凸起。DM-24 是穿过老黄河河道的的剖面，显示了“V”字型旧河道及河岸高地，地形整体高约1m，部分凸起（高2m 或2.5m）为大坝及建筑物。DM-27是刁口流路东侧飞雁滩的一条剖面，剖面长度近4000m。剖面整体低平，坡度0.4/1000。剖面呈上凸的形态，并穿过了数条潮沟。DM-27 上5 个大潮沟底部和DM- 24 老黄河河道底的深度均为-0.5m。

3.3   实测剖面结果

沾化剖面（BZ2-0 剖面）位于洼拉沟西侧一个废弃的堤坝上，平面图见图 3-B。剖面监测结果见图 5。影像显示了2013 年5 月、2013 年11 月、2014 年6月和2014 年10 月的地形，剖面坡度约1/1000。2013 年5 月剖面地形略高于其他时期0.20m，其他时期地形基本保持不变。由于2013 年5 月剖面的形态也与其他时期剖面接近，再考虑RTK测量中产生的误差，可以认为2013 年5月剖面与其他时间一致。这说明，剖面的季节性变化和年际变化都很小。在剖面320m 处出现沟（图 5-b），2013 年5月测量时剖面上没有沟，而2013 年11月之后的测量中剖面上都有这条沟。这条沟宽约10m、深约1m，2014 年11月的卫星图像显示，该沟平行于海岸（海堤），并向东延伸至一条洼拉沟入海口，推测该沟是人为开挖、用于排水的沟。

图  5  黄河三角洲沾化潮滩监测剖面对比(a)及剖面上的沟(b)

（2013 年5 月测量时没有沟，2013 年11 月测量时出现一条浅沟（b）,2014 年11 月18 日，沟向东延伸，（见图 4-a）

Figure  5.  The Zhanhua profiles in the Yellow River Delta (a) and a photo of a channel in the profile (b)

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飞雁滩剖面（DY1-0 剖面）位置见图 1 和图 3-C。平面上看，剖面位于一个小海湾内（图 3-c），滩面宽阔，潮沟发育，剖面起点在一个废弃的钻井台上（图 6）。剖面靠岸的1000m 坡度小，约0.5/1000，向海的500m 坡度变大，约1/1000，这一段潮滩上有盐地碱蓬生长（图 6 下）。滩面质软，呈沉积状态。从遥感图（图 3-c）看，在潮间已形成一个凸起的坝，显示风浪的作用。

图  6  飞雁滩潮滩DY1 剖面(a)及盐地碱蓬（b）

Figure  6.  The Feiyantan profiles in the Yellow River Delta (a) and a photo of Suaeda salsa in the profile (b)

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岬湾潮滩剖面在北部受防护大坝保护的岬湾潮滩（JW 剖面），潮滩坡度平缓，有侵蚀陡坎、侵蚀坑、潮沟、再沉积等（图 7）。北部岬湾潮滩剖面可与2011 年夏季测量的剖面对比，显示侵蚀陡坎后退（图 7）。

图  7  废弃黄河口北部岬湾潮滩剖面（a）及相关照片（b~e）

b、c—侵蚀照片；d、e—再沉积照片

Figure  7.  The Jiawan profiles in the Yellow River Delta (a) and photos in the profile (b-e)

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4.   讨论

4.1   航空激光测高在潮滩调查中的应用

航空激光测高获得了大量精确的地形数据，对不易进入的潮滩尤其重要。在飞雁滩的调查中，显示了这一点。飞雁滩潮下带有淤积，有大量盐地碱蓬生长，人工进行潮下带测量很困难。此外，潮滩有数条潮沟，也阻碍通行。从航空激光测高数据可以获得剖面资料。更重要的是，激光测高还获得了三维数据，这些数据有助于更好地了解呈三维变化的复杂的海滩地貌。飞雁滩、黄河旧刁口流路入海口就是这种复杂的地貌，航空激光测高显示了这个区域不同岸段的地形特征。

航空激光测高时激光束不能穿透水体。从激光测高的剖面看，4 个大潮沟和旧黄河河道相隔5km 远，但其共同的特征是“底部”高程都在-0.50m左右（图 4），且“底部”较平，宽达100m。因此，这个“底部”不是真正的潮沟或河道的底部，而可能是沟道内水面的高程。

近150a 以来，高潮线已成为公认的海岸线，但是航空激光测高技术的采用，使我们可以根据某一特定高程来确定海岸线^[13]。在刁口流路老黄河突出的海岸，从DM-22 剖面看，高潮线在1.25m 高程左右。在老黄河口附近，利用激光测高数据可以追索出一条等高线，但并不完整。大潮沟发育低于高程1.25m 的潮滩，大潮沟潮陆一段的起始点应接近于高潮线。

4.2   潮滩侵蚀、淤积及人为活动的影响

虽然潮滩总体稳定，年际变化小，但是，潮滩剖面测量显示潮滩地形与局部的潮滩地貌有密切关系。剖面形态差异大，类型包括了侵蚀潮滩、稳定潮滩、淤积潮滩。

东北部处于防波堤围城的岬湾内，潮滩发育明显侵蚀陡坎，与以往的调查相比^[12]，剖面下部出现一个明显的砂坝，其主要与波浪作用有关。这种坝在江苏废黄河口也有出现^②。但是，遥感图像显示，在夏季（如2014 年6 月28 日的Google 图像）有向岸搬运的迹象，因此，相对稳定。

②刘健等. 长江口以北沙泥质海岸带地区环境地质调查与评价成果报告. 2011.

飞雁滩的底部，潮滩剖面呈上凸形态，另有密集的盐地碱蓬生长，呈现淤积的状态。其侧翼的飞雁滩DY1-0 剖面潮间有侵蚀坑等现象，但是潮下带淤积。LIDAR 平面图像和遥感图像也显示飞雁滩底部向海突出的地形。因此飞雁滩所处湾底部是淤积的，1986—1988 年测量的剖面也显示海岸下部是淤积的^[14]。从Google 的历史遥感图像看，由于堤坝的修建，飞雁滩处的小湾成半封闭状，这也可能是导致淤积的原因。

本地区主要地貌格局受黄河改道的影响。研究区海岸低平，激光测高区域显示的地形高程在0~2.5m 之间，但是一些相对较高的区域与河道相关。与以往的地貌图相比，地形较高的区域为河口区域。地貌上为河成高地。最明显的是废弃的老黄河口附近的高地。这个河口形成于1974—1976年，是黄河改道现行的清水沟流路之前的入海口。旧河道两侧为河成高地。此外，西侧的高地可能与1917—1926 年间河口有关，而东部的高地与1964—1976年的一个河道有关。激光测高得到的地形高的区域与河成高地一致。在飞雁滩东部的油田区可以看到，尽管堤坝已将该区域保护起来，但是由西向东变低的趋势仍然保留原来的地貌趋势。

人为因素已经成为影响三角洲潮滩发育的重要因子，导致整个三角洲的潮滩体系严重退化^[7-8]。从监测数据看，人为活动比较强。研究区东部是胜利油田桩西飞雁滩滩海油区，有重要的采油设施，建有高标准大坝^[3]。这些大堤和通向采油点的土堤（路）改变了潮滩的自然形态，如东部小海湾被堤坝围成半封闭状。稳定潮滩近期的主要变化是由人为活动引起的，包括海滩的围垦，还有围垦后在潮间开挖的排水沟渠。由于开发活动，西部潮滩已经没有潮上带，堤坝成为岸线的主要类型，潮滩宽度变窄。在东部，潮滩的发育受大坝的影响，一些潮滩逐渐变为受波浪作用影响的沙滩。

5.   结论

（1）航空激光测高在潮滩监测中有独特优势，该技术能帮助了解高精度、三维地形信息，这对于海滩现状和演化非常重要。从剖面角度看，航空激光测高显示了刁口流路废河口的完整剖面。

（2）本段海岸虽然比较稳定，但调查显示，每段潮滩的侵蚀、淤积与局部的地形有关。飞雁滩底部DM-27 剖面有上凸的形态，且有盐地碱蓬生长，显示本段潮滩有淤积潮滩的特征。由于飞雁滩处于一个湾中，刁口流路西北方向的剖面平直或下凹，岬湾潮滩则明显侵蚀。

（3）围垦及其配套设施影响了潮滩的发育，潮滩上顺岸的沟道主要是人工挖掘的。

（4）在旧黄河刁口流路入海处，高潮线大约在1.25m 高程，飞雁滩潮沟底部的坡度非常平缓。