沈林炯，胡棟輝，謝 鋒

(1.鹿亭鄉(xiāng)人民政府，浙江 余姚 315434；2.浙江省余姚市水利局，浙江 余姚 315400；3.浙江水利水電學(xué)院，杭州 310018)

1 概 述

灘涂既是重要的土地資源，也是生物多樣性保存較為良好的濕地生態(tài)系統(tǒng)[1]。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，灘涂開(kāi)發(fā)利用的需求日益增長(zhǎng)，為了保護(hù)灘涂的生態(tài)系統(tǒng)，合理開(kāi)發(fā)灘涂土地資源，在加強(qiáng)灘涂的管理、維護(hù)和建設(shè)的同時(shí)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了相關(guān)研究。

李繼偉[2]等通過(guò)調(diào)整黃河入海流路，在保障河口生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)上，擴(kuò)寬了灘涂的水產(chǎn)養(yǎng)殖面積，使得灘涂利用價(jià)值最大化。許棟[3]等通過(guò)對(duì)Landsat衛(wèi)星數(shù)據(jù)的分析，掌握了江蘇沿海灘涂利用時(shí)空分布情況，為后續(xù)開(kāi)發(fā)利用提供依據(jù)。解雪峰[4]基于TOPSIS模型評(píng)價(jià)圍墾后江蘇南通灘涂土壤質(zhì)量的變化，為灘涂土壤利用供科學(xué)指導(dǎo)。田野[5]等從灘涂從水動(dòng)力、水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境方面考慮，建立基于模糊聚類的灘涂圍墾工程方案評(píng)價(jià)模型，優(yōu)化樂(lè)清灣灘涂圍墾工程方案。

文章將以錢塘江余姚段灘涂為研究對(duì)象，收集灘涂相關(guān)數(shù)據(jù)，建立灘涂演變逐步回歸模型，通過(guò)對(duì)模型統(tǒng)計(jì)變量的顯著性檢驗(yàn)和模型影響變量的分析，研究時(shí)間和距離等因素對(duì)灘涂演變影響，掌握余姚灘涂淤漲規(guī)律，為余姚河口綜合整治規(guī)劃、海塘安瀾千億工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

2 逐步回歸模型

2.1 基本思想

逐步回歸模型的思路是將自變量逐個(gè)引入，檢驗(yàn)回歸方程各變量顯著性，剔除不顯著的自變量，反復(fù)引入和剔除操作，直到所有變量顯著，最后建立多元回歸方程。

2.2 建模步驟

1)第1步：建立相關(guān)系數(shù)矩陣。

確定一組原始變量數(shù)據(jù)(x1k，x2k，…，xmk,xm+1k)(k=1,2,…,n)，相關(guān)系數(shù)rij可由式(1)計(jì)算而得，建立相關(guān)系數(shù)的增廣矩陣R(0)。

(1)

2)第2步：選擇一個(gè)變量進(jìn)入方程，計(jì)算xi的方差貢獻(xiàn)。

(2)

3)第3步：繼續(xù)選擇一個(gè)變量進(jìn)入回歸方程，并檢驗(yàn)是否要引入新變量。

4)第4步：檢驗(yàn)已進(jìn)入回歸方程的變量是否需要剔除。xk2是上一步剛引入的變量，不能馬上被剔除，只需檢驗(yàn)xk1。利用R(2)計(jì)算xk1方差貢獻(xiàn)：

(3)

3 灘涂演變模型建立

3.1 研究區(qū)域

本研究區(qū)域西起余姚與上虞交界處，東至湖北北順堤開(kāi)端，主要涉及橫塘北順堤和臨海北順堤，屬于余姚市海塘除險(xiǎn)治江圍涂四期工程。研究灘涂淤漲觀測(cè)斷面共計(jì)7個(gè)，西新1-7斷面，研究區(qū)域和監(jiān)測(cè)斷面位置，見(jiàn)圖1。每個(gè)觀測(cè)斷面，根據(jù)棱體起始部坐標(biāo)，向外側(cè)以平距進(jìn)行高程測(cè)量，首點(diǎn)位置棱體外側(cè)5m，后每15m一個(gè)點(diǎn)，一個(gè)斷面共計(jì)11個(gè)點(diǎn)，直至距離棱體155m處完成1個(gè)斷面的觀測(cè)。坐標(biāo)采用CGCS2000坐標(biāo)系和1985年國(guó)家高程基準(zhǔn)。

圖1 研究區(qū)域和監(jiān)測(cè)斷面位置

3.2 研究變量

灘涂數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)時(shí)間為2018年10月—2021年8月，每個(gè)月監(jiān)測(cè)1次，每個(gè)斷面共35期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。相關(guān)變量為年份、月份、塘距和高程，考慮兩階段非線性關(guān)系，共設(shè)置1個(gè)因變量，9各自變量，灘涂演變模型因變量與自變量，見(jiàn)表1。

表1 灘涂演變模型因變量與自變量

3.3 逐步回歸分析

以西新1為例，使用逐步遞增和逐步遞增兩種方法，對(duì)比分析逐步回歸建模過(guò)程。

3.3.1 逐步遞增法

逐步遞增法是變量逐步增加并篩選的過(guò)程，首先選取X1進(jìn)行回歸建模，灘涂演變模型逐步遞增過(guò)程，見(jiàn)表2。第1次回歸，模型相關(guān)系數(shù)0.462，計(jì)算所有變量的方差貢獻(xiàn)后進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果表明，無(wú)需要剔除變量，下一步在未引入的變量中，選擇最顯著的(顯著性檢驗(yàn)p≤0.05且值最小)變量X2引入方程。如此循環(huán)，經(jīng)過(guò)7次回歸后得到回歸模型，該模型的相關(guān)系數(shù)未0.589。

表2 灘涂演變模型逐步遞增過(guò)程

3.3.2 逐步遞減法

與逐步遞增法相反，一開(kāi)始就引入所有變量，然后再逐步剔除。首先引入X1-X9進(jìn)行回歸建模，模型相關(guān)系數(shù)0.756，計(jì)算所有變量方差貢獻(xiàn)后顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果表明，無(wú)需要引入變量，選擇最不顯著的(顯著性檢驗(yàn)p≥0.1且值最大)變量X4剔除方程，灘涂演變模型逐步遞減過(guò)程，見(jiàn)表3。第1次回歸。如此循環(huán)，經(jīng)過(guò)3次回歸后得到回歸模型，該模型的相關(guān)系數(shù)為0.756。

表3 灘涂演變模型逐步遞減過(guò)程

通過(guò)對(duì)比，使用逐步遞減法建立的回歸模型，相關(guān)系數(shù)更高。將模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值對(duì)比，模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值對(duì)比，見(jiàn)圖2。

圖2 模型預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值對(duì)比

西新1-7斷面回歸模型可表示為：

Y=a1b1+a2b2+a3b3+a4b12+a5b22+a6b32+

a7b1b2+a8b1b3+a9b2b3+c

(4)

式中：b1為塘距；b2為年份；b2為月份。

回歸模型的系數(shù)和相關(guān)系數(shù)匯總，灘涂演變模型系數(shù)，見(jiàn)表4，模型整體相關(guān)系數(shù)0.749。

表4 灘涂演變模型系數(shù)

3 灘涂演變分析

對(duì)斷面塘距、月份下的灘涂高程數(shù)據(jù)求平均，得到斷面年均灘涂數(shù)據(jù)。對(duì)比分析西新1-7斷面年均灘涂數(shù)據(jù)，西新斷面2018年—2021年年均灘涂變化趨勢(shì)，見(jiàn)圖3。2018-2021年西新斷面以沖刷為主，與2018年相比，2021年西新1-7斷面沖刷量分別為-4.434m、-1.522m、-3.621m、-3.722m、-3.281m、-3.688m和-3.076m，平均沖刷-3.335m。

圖3 西新斷面2018年—2021年年均灘涂變化趨勢(shì)

但是從整體趨勢(shì)上來(lái)看，2020年之后各個(gè)斷面迅速淤積，到2021年的1a間，平均淤積2.076m，可以預(yù)見(jiàn)西新斷面未來(lái)可能有較大淤積，即西線岸線高程抬高明顯。為了驗(yàn)證該結(jié)論，根據(jù)式(4)和表4的方程系數(shù)，預(yù)測(cè)2022年，西新1-7斷面年均灘涂數(shù)據(jù)，平均為高程8.640m，與2021年相比較，各斷面平均淤積6.565m。

余姚段灘涂大沖大淤的特性，與錢塘江海相泥沙含量大、河床的演變特性有關(guān)，圍涂工程規(guī)劃實(shí)施后，余姚段落潮槽以走南為主，決定了南岸余姚段河床的大沖大淤、年際間河床沖淤變幅大的特點(diǎn)。

4 結(jié)論及建議

在逐步回歸分析時(shí)，使用逐步遞減法建立模型的相關(guān)系數(shù)比使用逐步遞增法的高28.35%。推薦首先考慮所有影響變量，建立方程后再逐步剔除不顯著的變量，最后完成回歸模型的建立，可以提高模型的準(zhǔn)確度。

與2018年相比，2021年西新斷面平均沖刷-3.335m，2020年之前，西新斷面呈現(xiàn)淤積趨勢(shì)。通過(guò)灘涂演變模型預(yù)測(cè)，與2021年相比，2022年西新斷面平均淤積6.565m。

余姚灘涂大沖大淤的特性，與錢塘江海相泥沙含量大、河床的演變特性有關(guān)，圍涂工程規(guī)劃實(shí)施后，水流動(dòng)力、泥沙條件、河勢(shì)變化等因素更為復(fù)雜，建議對(duì)灘涂進(jìn)行持續(xù)觀測(cè)，為掌握局部灘涂的變化趨勢(shì)，可以增加監(jiān)測(cè)斷面。