基于GIS杭州湾北岸滩涂地形冲淤分析

基于GIS的杭州湾北岸滩涂地形冲淤分析

摘要：为获得杭州湾北岸滩涂地形的冲淤变化情况，本文运用gis的数据处理与空间分析功能，对2001年至2008年杭州湾北岸实测滩涂地形数据进行处理，生成对应区域的dem。通过对dem数据进行分析，发现杭州湾北岸岸滩冲刷面积占到总面积的77.11%，淤积面积为总面积的22.82%，并选取了典型断面进行详细分析，为定量分析冲淤变化提供依据。

关键词：gis；滩涂地形；冲淤变化

1.引言

岸滩冲淤演变是河口海岸地区普遍存在的自然现象，研究岸滩冲淤演变规律，能够有效地获取岸滩变化情况，为实际治理和人工滩涂促淤提供依据。杭州湾与长江口毗邻，杭州湾北岸即为长江三角洲的南翼。根据地质、地貌和历史考古研究，历史上杭州湾南、北两岸呈现南淤北塌的特点[1]。杭州湾北岸由于其独特的地理位置和近年来岸滩资源需求量的不断增大，越来越引起关注[2]。本文主要利用gis技术根据杭州湾北岸8年实测数据，生成研究区域的dem并进行分析，得出杭州湾北岸滩涂地形变化特征及其影响因子。

2.基于dem的滩涂地形建模

目前，gis与dem相结合的方法在现代地貌定量研究中越来越受到人们的重视，利用dem容易以多种形式显示地形信息，产生多种比例尺的地形图、纵横断面图和不同年份之间的冲淤变化图，快速

计算不同年份之间的相对冲淤量，大大提高地形演变分析的精度与定量水平【3】。

2.1 数据处理

本文的数据为杭州湾北岸的滩涂地形实测数据，资料系列长为2001-2008年，比例尺为1:25000。主要信息包括等深线、测深点、水利工程、滩涂植被以及其它一些地物。由于原始cad数据不便于直接应用于滩涂地形分析，因此必须对其进行格式转换、处理和入库才能被系统所利用。转化过程借助于mapinfo的通用转化器功能实现，转化的同时提取测深点、等深线、堤线、水工建筑物等数据，并且进行投影和坐标系的设置。地理坐标系采用1954北京坐标，计算基面采用pulkovo-1942基准面，投影坐标系为高斯克吕格pulkovo1942北纬21度带。

2.2 滩涂地形建模

在数字地形建模中，有规则格网dem和不规则三角网tin。tin通过从不规则分布的数据点生成连续三角面来逼近地形表面，是基于空间不规则的点、线、多边形等数据来表达面。规则格网则是将区域空间切分为规则的格网单元，每个格网单元对应一个数值，该模型易于计算机处理，是dem最广泛使用的格式，也是进行冲淤计算所要用的模型。将现有滩涂地形数据通过统一的投影、数据格式转换处理后，构建成不同年份的规则格网dem。构建dem模型采用arcmap的3d analyst模块对原始的测深点、等深线进行三角网插值，构成tin模型，再转化成栅格数据模型grid，以20m×20m作

为栅格单元建立数字高程模型。由于采用1:10000及1:25000原始水下地形勘测图，其实际地物分辨率均高于10m，可满足生成20m数字高程模型的精度要求。图1和图2为根据数据生成的研究区域2001年和2008年的dem。

图1 杭州湾北岸2001年dem

图2 杭州湾北岸2008年dem

3.冲淤分析

对多年数据生成的dem数据进行冲淤计算，会得到一系列的冲淤规则格网dem，但每个冲淤dem都是一个独立文件，很难直观地从众多冲淤dem中得到一个时间序列上的规律及相对的变化规律，因此不能单从单一dem数据进行分析，需要多年的进行比较。应用数字高程模型进行冲淤计算，即通过建立研究区域不同年份的dem，从中读取地形数据，比较其中的差异，从而判断冲淤变化情况。其具体实现方法为对于研究区域不同年份的dem数据，进行叠加相减，得出的差值即是比较的结果【5】。在利用模型叠加分析时，需要注意模型叠加的条件：并不是任意两个dem模型都可以叠加，两个模型需要有可以相比的条件，及比较的数据要相对应，同时具有内插值的格网点可直接相减，得到对应格网所需的差值，如果其中一个没有值，那么对应格网点便得不到差值【6】。

3.1 冲淤空间分布

根据各年份生成的dem数据，选取了2008年和2001年的dem数据进行叠加相减处理，结果如图3所示，从图中可以看出研究区域冲刷和淤积变化情况比较明显。通过统计，得出冲刷面积占77.11%，淤积面积占22.82%，不变区域的面积仅占0.07%。冲刷区域为灰色，从图中可以看出灰色分布比较广，黑色区域为淤积区域，主要分布在奉贤沿岸和金山沿岸西部。在奉贤区域沿岸，主要是冲刷，结合该区域所处位置，可以看出长江口来沙量对该区域影响较小，其海岸在潮流和波浪的共同作用下，冲刷比较严重，但是根据图3，还不能确定该区域冲刷量的实际大小。在金山沿岸靠近石化总厂的区域淤积比较严重，其高程变化比较明显，在周围区域都冲刷严重的情况下，其淤积状况比较特别。分析发现该区域的淤积状况主要是在人工滩涂的影响下，使得地表变化比较明显，从而使得该区域呈现淤积状况。

图3 2001-2008年杭州湾北岸冲淤空间分布

3.2 典型断面分析

图3主要展示了冲刷和淤积变化情况，不能作为定量分析，针对这种情况，选取一个典型的冲刷和淤积区域进行断面分析，可以对实际变化情况进行定量分析。 如图4所示，选取了断面a和断面b进行分析，断面a主要是淤积区域，断面b主要是冲刷区域。

图4 典型断面

图5为2001年断面a处断面分布图，图6为同一断面2008年断面分布图，可以看出，淤积主要发生在0米以上区域，且比较明显。在淤积比较严重区域，淤积使得该区域高程增长了近一倍。图7为2001年断面b处断面分布图，图8为同一断面2008年分布图，发现该区域冲刷严重，其冲刷主要发生在0米以下地区，变化比较明显，局部变化比较大的地方，冲刷致使深度增加了近两倍。从两个典型断面变化情况可以看出，在一定区域，其冲刷或者淤积情况是在原有基础上呈一定比例的增长，这可以为定量确定冲淤变化提供依据。

图5 典型断面a（2001）图6 典型断面a（2008）

图7 典型断面b（2001）图8 典型断面b（2008）

4.结论

基于滩涂水下地形数据建立数字高程模型，设计合理的数据组织方式将gis技术运用于滩涂地形冲淤变化空间定量分析，对冲淤区域进行断面划分，最后通过断面分布图进行冲刷和淤积变化分析，为定量确定滩涂提供一种有效手段。整个过程从数据整理到成果的计算存储都是由计算机完成，不仅提高了工作效率，还减少了由于人为因素造成的系统误差。

通过对杭州湾北岸进行冲淤分析，发现该地区2001年至2008年间，地形冲淤变化主要为冲刷，冲刷面积占77.11%。部分地区为

淤积，淤积面积占22.82%。不变区域的面积仅占0.07%，说明该区域冲淤变化比较明显。

参考文献

[1] 茅志昌，郭建强等.杭州湾北岸金汇潮滩冲淤分析[j].海洋湖沼通报，2006，（4）：9-16

[2] 徐双全，地理信息系统和数字高程模型在河口滩涂地形冲淤分析中的应用[j].泥沙研究，2006，（12）：6-10

[3] 黄志文，基于gis技术的泥沙冲淤及河床演变分析[d].西安：西安理工大学，2006

[4] 王强，gis在河道冲淤及河床演变分析中的应用 [d].武汉：武汉大学，2006

[5] 李晓敏，丁贤荣.基于gis的河道冲淤时空分析方法研究[j].水利与建筑工程学报，2008，（6）：44-46

[6] 王丽华，寿顺宝.利用dem进行冲淤分析[j].中国港湾建设，2004，（5）：12-15

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。