胡棟輝,毛高華,應(yīng)育挺,謝鋒
(1.余姚市水利局,浙江 余姚 315400;2.余姚市姚江水利管理中心,浙江 余姚 315400;3.浙江水利水電學(xué)院,杭州 310018)
錢塘江灘涂既是重要的土地資源,也是具有較高生態(tài)多樣性、物種多樣性的濕地生態(tài)系統(tǒng)。它具有資源有限性和功能多樣性等特點(diǎn),除土地利用、濕地生態(tài)等作用外,還具有凈化流域水質(zhì),納潮防汛等功效。為了加強(qiáng)海塘、岸線和灘涂的管理、維護(hù)和建設(shè),保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全,寧波市人民政府頒布《寧波市海塘管理辦法》,余姚市深入貫徹《余姚市全面深化推進(jìn)灣(灘)長(zhǎng)制實(shí)施方案》,并在多方面取得明顯成效[1]。
對(duì)于灘涂沖淤積,國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了相關(guān)研究,虞志英等通過(guò)分析長(zhǎng)江口南匯嘴的歷史岸線沖淤變化得出,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)長(zhǎng)江入海泥沙減少對(duì)岸線變化影響的研究[2]。R.J.S.Whitehouse 等對(duì)歐洲西北部沿海淤泥質(zhì)海岸進(jìn)行研究,提出在分析潮灘的沖淤演變和動(dòng)力機(jī)制時(shí),應(yīng)考慮海底地形的影響。李炎等從定性角度分析研究杭州灣庵東潮灘長(zhǎng)周期、多年周期和年周期動(dòng)力地貌相互作用關(guān)系及演變過(guò)程[3]。
此外,不同地區(qū)有其自身的區(qū)域特點(diǎn),應(yīng)該注重其自身的特殊性,同時(shí)將其置于歷史大背景下進(jìn)行分析,由于錢塘江河口灘涂的開發(fā)和利用關(guān)系到區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展,流域水質(zhì)水環(huán)境,沿江防汛,岸線有效利用等,是一項(xiàng)范圍廣、領(lǐng)域多、變動(dòng)大的復(fù)雜的系統(tǒng)工程[4]。所以,分析余姚海塘岸線灘涂淤漲歷史、現(xiàn)狀,預(yù)測(cè)其發(fā)展規(guī)律,可以為余姚河口綜合整治規(guī)劃、海塘安瀾千億工程建設(shè)提供技術(shù)參考依據(jù)。
在MATLAB 中,首先使用“ X=importdata(FILENAME) ”命令讀取分析數(shù)據(jù),其中“FILENAME”為數(shù)據(jù)文件路徑。數(shù)據(jù)讀取后存入{xi},對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗,提出奇異值。分別計(jì)算總體的期望μx和方差,然后針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算:
在確定顯著水平α后,可以結(jié)合由度(N-2)的確定剔除閾值tth,即時(shí)認(rèn)為xi是奇異值可以清洗掉,否則予以保留。
常見的統(tǒng)計(jì)變量有極值、期望和方差,數(shù)學(xué)式為:
MATLAB 命令分別為:M=max(X) 返回?cái)?shù)據(jù)的最大元素;M=min(X)返回?cái)?shù)據(jù)的最小元素;M=mean(X)返回?cái)?shù)據(jù)的均值;M=var(X)返回?cái)?shù)據(jù)的方差。
本次研究灘涂淤漲觀測(cè)斷面共計(jì)20 個(gè),中新1-6 斷面、東新1-7 斷面、西新1-7 斷面,不均勻分布于16.424Km 長(zhǎng)一線標(biāo)準(zhǔn)塘(曹朗東直堤至橫塘直堤之間)棱體外側(cè),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 處完成一個(gè)斷面的觀測(cè),平面控制測(cè)量采用GPS-RTK 進(jìn)行觀測(cè),坐標(biāo)采用CGCS2000 坐標(biāo)系和1985 年國(guó)家高程基準(zhǔn)。
各斷面2012-2021年岸線沖淤變化趨勢(shì),見圖1。2012-2021 年岸線沖淤變化,中新斷面如圖1(左)所示,東新斷面如圖1(中)所示,西新斷面如圖1(右)所示。
圖1 各斷面2012-2021 年岸線沖淤變化趨勢(shì)
近10a 來(lái),中新1-6 斷面整體以淤積為主,淤積分別為7.95m、6.54m、5.53m、4.17m、4.15m和3.751m,平均淤積5.35m,越靠近西邊,淤積越大。除了中新6 斷面基本上逐年淤積外,其他斷面在2018-2020 年以沖刷為主,在2021 年又較大程度的淤積,岸線高程比2018 年更高。
東新1-7 斷面整體以淤積為主,淤積分別為4.27m、3.24m、2.34m、0.87m、1.031m、0.88m 和0.94m,平均淤積1.94m,越靠近西邊,淤積越大。2012-2013 年為沖刷,之后各個(gè)斷面逐步開始淤積,2021 年高程最高。
2018-2020 年西新斷面以沖刷為主,西新1-7 斷面沖刷量為-4.43m、-1.52m、-3.62m、-3.72m、-3.28m、-3.68m和-3.07m,平均沖刷-3.33m,2021 年又大幅度淤積,從趨勢(shì)上來(lái)看,呈現(xiàn)出淤積的趨勢(shì)。
各斷面2012-2021 年岸線沖淤變化極值統(tǒng)計(jì),見表1。
表1 各斷面2012-2021 年岸線沖淤變化極值統(tǒng)計(jì)
近10a 來(lái),中新1-6 斷面極值變化范圍分別為11.99m、10.70m、10.18m、8.99m、7.98m、8.74m,平均變化范圍9.76m。整體上來(lái)看,斷面平均高程從中新1 到中新6 逐漸抬高,最大值的變化平穩(wěn),基本維持在3.89m,最小值變化幅度較大,中新6比中新1 高出3.92m。
東新1-7 斷面極值變化范圍分別為9.53m、9.07m、6.04m、2.76m、2.46m、2.13m、2.00m,平均變化范圍4.86m。從變化趨勢(shì)來(lái)看,最大值的變化平穩(wěn),但是斷面平均高程從東新1 到東新7 逐漸降低,東新7比東新1降低1.0m,最小值的變化較大,總體抬高趨勢(shì),東新7 比東新1 高出6.53m。
西新1-7 斷面極值變化范圍分別為16.98m、15.09m、12.63m、10.93m、9.34m、8.86m、9.18,平均變化范圍11.86m。從西新1 到西新7,最大斷面平均高程逐漸降低,高程變化為-4.9m,最小斷面平均高程逐漸太高,高程變化為2.9m。
使用方差描述灘涂時(shí)空演變離散程度,方差越小表示越穩(wěn)定。各斷面2012-2021 年岸線沖淤變化方差統(tǒng)計(jì),見圖2,左圖表示中新斷面,中圖表示東新斷面,右圖表示西新斷面。
圖2 各斷面2012-2021 年岸線沖淤變化方差統(tǒng)計(jì)
2021 年西新斷面穩(wěn)定,6 個(gè)斷面最小方差0.02m,最大方差0.08m,平均方差0.05m。2019年波動(dòng)最大,最小方差0.16m,最大方差7.04m,平均方差3.33m。中新斷面最小方差基本穩(wěn)定在0.05m,中新1-7 斷面最大方差呈現(xiàn)sin 函數(shù)型狀,1-2 斷面增大,2-5 斷面減小,5-6 斷面又增大,平均4.57m。
2018-2021年,東新1-7斷面平均方差為0.09m、0.06m、0.09m、0.03m,說(shuō)明2018 年之后,東新斷面較為穩(wěn)定。2012-2017 年,斷面平均方差雖然約為2018 年之后的9.17 倍,但是變化也不太,平均值為0.63m。近10a 來(lái),2013 年波動(dòng)最大,最小方差0.04m,最大方差2.69m,平均方差0.77m。2021年波動(dòng)最小,最小方差0.01m,最大方差0.05m,平均方差0.03m。從形態(tài)來(lái)看,各個(gè)斷面最小方差平穩(wěn),平均值0.02m,最大方差變化可以分為三段,1-2 斷面增大,2-4 斷面迅速減小,4-7 斷面平緩減小,平均1.06m。
2018 年西新斷面穩(wěn)定,7 個(gè)斷面最小方差0.01m,最大方差0.88m,平均方差0.25m。2019 年波動(dòng)最大,最小方差6.95m,最大方差7.94m,平均方差7.44m。2019 年之后,西新斷面逐漸區(qū)域穩(wěn)定,平均方差變小為2021 年的2.58m。西新1-7斷面最大方差基本穩(wěn)定,平均為7.51m。
從年內(nèi)平均分析,各個(gè)斷面以淤積為主,越靠近西邊,淤積越大,根據(jù)趨勢(shì)分析,東新斷面基本穩(wěn)定,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。從變化極值分析,中新斷面變化幅度約為3.90m,東新斷面最小值變化劇烈,最大變幅6.53m,西新斷面最大和最小變化逐漸靠近。從穩(wěn)定性分析,2018 年是分界年,中新斷面和西新斷面方差由小變大,東新斷面方差由大變小。
根據(jù)灘涂測(cè)量數(shù)據(jù),從空間來(lái)看,南岸余姚段有沖有淤,整體為近岸淤積,外江沖刷;從時(shí)間來(lái)看,一般沖淤在年度之間交替出現(xiàn)。南岸余姚段沖淤特征與錢塘江海相泥沙含量大、河床的演變特性有關(guān)。
以為錢塘江水流動(dòng)力、泥沙條件、河勢(shì)變化等影響因素復(fù)雜,為更好地把握沖淤規(guī)律,建議進(jìn)行后續(xù)持續(xù)觀測(cè),特別是對(duì)影響岸線變化影響的觀測(cè),如在丁壩拋石前后施測(cè)下水下地形,用以分析丁壩對(duì)灘涂沖淤的影響。