基于卫星遥感的黄河入海口含沙量和
海岸线变化的动态监测
作者：王一鸣 梁家豪 刘镇滇 周睿杨 水利水电工程系
指导老师：龙笛 水利水电工程系
关键词：黄河口 泥沙 海岸线 遥感 GEE
摘要
黄河河口水域是世界上最浑浊的水体之一，其中表面悬浮泥沙浓度（Surface suspended sediment concentration, SSSC）极高（图1）。本项目利用美国陆地资源系列5、7和8号卫星获得的光学影像及实测、模型计算和卫星测高获得的海平面数据，使用Google Earth Engine（GEE）、ArcGIS等软件平台，处理得到了近20年来黄河入海口部分海面的泥沙浓度变化情况及入海口海岸线的变迁情况。结果表明：
1. 入海口附近水域泥沙浓度与实测输沙量存在正相关关系，且距离河口越近，相关性越强。
2. 入海口附近岸线近20年来发生了千米量级的移动，且距河口较近的部分海岸向海洋方向移动，海岸扩张；距离河口较远的部分海岸线向陆地方向移动，海岸萎缩。
图1 黄河入海口假彩色影像
红色虚线为1996年前河道，实线为1996年之后河道
泥沙反演
不同泥沙浓度的海水对不同波长电磁波的反射率存在差异，因此我们可以利用光学卫星测得不同波长电磁波的水体表面反射率来反演水体表面泥沙浓度。反演经验公式见表1（参考文献未列出），反演结果示例见图2。
表1 本研究用到的SSSC反演算法*
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传感器 |
SSSC反演算法（单位：mg/L） |
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Landsat 5 TM |
lg SSSC = 44.072 Rrs(B3) + 0.1591 |
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Landsat 7 ETM+ |
lg SSSC = 43.907 Rrs(B3) + 0.1644 |
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Landsat 8 OLI |
lg SSSC = 0.6817 Rrs(B5) + 23.9803 Rrs(B4) / Rrs(B3) + 0.9287 |
* Rrs(Bn)表示卫星传感器测得的波段n的反射率（单位：sr-1）
图2 2017年2月2日Landsat 8影像表面悬浮泥沙浓度（SSSC）反演结果
海岸线变化监测
如图3，为细致监测海岸线变化，我们绘制了8条参考截面。通过考察海岸线与参考截面交点移动距离反映海岸线瞬时位置（instantaneous coastline position，ICP）变化，ISP变大，海岸扩张。之后利用卫星测高数据、实测海平面高度及模型计算潮汐高度修正海面高度变化对海岸线位置的影响，修正后的海岸线位置变化情况见图4，5。
图3 参考截面选取（T1~T8）
图4 1至4号参考截面ISP变化情况
图5 5至8号参考截面ISP变化情况
联系方式：wang-ym17@mails.tsinghua.edu.cn （王一鸣）
相关网页：
https://694823589.users.earthengine.app/view/sssc-time-series-inspector （泥沙浓度查看器）
https://694823589.users.earthengine.app/view/change-of-the-coastline （岸线变化查看器）**
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