基于MATLAB 的杭州湾余姚段滩涂时空演变特征分析

胡栋辉，毛高华，应育挺，谢锋

（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.浙江水利水电学院，杭州 310018）

1 概述

钱塘江滩涂既是重要的土地资源，也是具有较高生态多样性、物种多样性的湿地生态系统。它具有资源有限性和功能多样性等特点，除土地利用、湿地生态等作用外，还具有净化流域水质，纳潮防汛等功效。为了加强海塘、岸线和滩涂的管理、维护和建设，保障人民生命财产安全，宁波市人民政府颁布《宁波市海塘管理办法》，余姚市深入贯彻《余姚市全面深化推进湾（滩）长制实施方案》，并在多方面取得明显成效[1]。

对于滩涂冲淤积，国内外学者开展了相关研究，虞志英等通过分析长江口南汇嘴的历史岸线冲淤变化得出，应加强对长江入海泥沙减少对岸线变化影响的研究[2]。R.J.S.Whitehouse 等对欧洲西北部沿海淤泥质海岸进行研究，提出在分析潮滩的冲淤演变和动力机制时，应考虑海底地形的影响。李炎等从定性角度分析研究杭州湾庵东潮滩长周期、多年周期和年周期动力地貌相互作用关系及演变过程[3]。

此外，不同地区有其自身的区域特点，应该注重其自身的特殊性，同时将其置于历史大背景下进行分析，由于钱塘江河口滩涂的开发和利用关系到区域经济社会发展，流域水质水环境，沿江防汛，岸线有效利用等，是一项范围广、领域多、变动大的复杂的系统工程[4]。所以，分析余姚海塘岸线滩涂淤涨历史、现状，预测其发展规律，可以为余姚河口综合整治规划、海塘安澜千亿工程建设提供技术参考依据。

2 基于MATLAB 的数据处理与统计分析

2.1 数据读取与清洗

在MATLAB 中，首先使用“ X=importdata(FILENAME) ”命令读取分析数据，其中“FILENAME”为数据文件路径。数据读取后存入{xi}，对数据进行清洗，提出奇异值。分别计算总体的期望µx和方差，然后针对每个数据计算：

在确定显著水平α后，可以结合由度(N-2)的确定剔除阈值tth，即时认为xi是奇异值可以清洗掉，否则予以保留。

2.2 统计变量的实现

常见的统计变量有极值、期望和方差，数学式为：

MATLAB 命令分别为：M=max(X) 返回数据的最大元素；M=min(X)返回数据的最小元素；M=mean(X)返回数据的均值；M=var(X)返回数据的方差。

3 杭州湾余姚段滩涂时空演变特征分析

3.1 分析数据的获取

本次研究滩涂淤涨观测断面共计20 个，中新1-6 断面、东新1-7 断面、西新1-7 断面，不均匀分布于16.424Km 长一线标准塘（曹朗东直堤至横塘直堤之间）棱体外侧，每个观测断面，根据棱体起始部坐标，向外侧以平距进行高程测量，首点位置棱体外侧5m，后每15m 一个点，一个断面共计11 个点，直至距离棱体155m 处完成一个断面的观测，平面控制测量采用GPS-RTK 进行观测，坐标采用CGCS2000 坐标系和1985 年国家高程基准。

3.2 滩涂的时间演变特征

各断面2012-2021年岸线冲淤变化趋势，见图1。2012-2021 年岸线冲淤变化，中新断面如图1（左）所示，东新断面如图1（中）所示，西新断面如图1（右）所示。

图1 各断面2012-2021 年岸线冲淤变化趋势

近10a 来，中新1-6 断面整体以淤积为主，淤积分别为7.95m、6.54m、5.53m、4.17m、4.15m和3.751m，平均淤积5.35m，越靠近西边，淤积越大。除了中新6 断面基本上逐年淤积外，其他断面在2018-2020 年以冲刷为主，在2021 年又较大程度的淤积，岸线高程比2018 年更高。

东新1-7 断面整体以淤积为主，淤积分别为4.27m、3.24m、2.34m、0.87m、1.031m、0.88m 和0.94m，平均淤积1.94m，越靠近西边，淤积越大。2012-2013 年为冲刷，之后各个断面逐步开始淤积，2021 年高程最高。

2018-2020 年西新断面以冲刷为主，西新1-7 断面冲刷量为-4.43m、-1.52m、-3.62m、-3.72m、-3.28m、-3.68m和-3.07m，平均冲刷-3.33m，2021 年又大幅度淤积，从趋势上来看，呈现出淤积的趋势。

3.3 滩涂的空间极端变化

各断面2012-2021 年岸线冲淤变化极值统计，见表1。

表1 各断面2012-2021 年岸线冲淤变化极值统计

近10a 来，中新1-6 断面极值变化范围分别为11.99m、10.70m、10.18m、8.99m、7.98m、8.74m，平均变化范围9.76m。整体上来看，断面平均高程从中新1 到中新6 逐渐抬高，最大值的变化平稳，基本维持在3.89m，最小值变化幅度较大，中新6比中新1 高出3.92m。

东新1-7 断面极值变化范围分别为9.53m、9.07m、6.04m、2.76m、2.46m、2.13m、2.00m，平均变化范围4.86m。从变化趋势来看，最大值的变化平稳，但是断面平均高程从东新1 到东新7 逐渐降低，东新7比东新1降低1.0m，最小值的变化较大，总体抬高趋势，东新7 比东新1 高出6.53m。

西新1-7 断面极值变化范围分别为16.98m、15.09m、12.63m、10.93m、9.34m、8.86m、9.18，平均变化范围11.86m。从西新1 到西新7，最大断面平均高程逐渐降低，高程变化为-4.9m，最小断面平均高程逐渐太高，高程变化为2.9m。

3.4 滩涂时空演变离散程度

使用方差描述滩涂时空演变离散程度，方差越小表示越稳定。各断面2012-2021 年岸线冲淤变化方差统计，见图2，左图表示中新断面，中图表示东新断面，右图表示西新断面。

图2 各断面2012-2021 年岸线冲淤变化方差统计

2021 年西新断面稳定，6 个断面最小方差0.02m，最大方差0.08m，平均方差0.05m。2019年波动最大，最小方差0.16m，最大方差7.04m，平均方差3.33m。中新断面最小方差基本稳定在0.05m，中新1-7 断面最大方差呈现sin 函数型状，1-2 断面增大，2-5 断面减小，5-6 断面又增大，平均4.57m。

2018-2021年，东新1-7断面平均方差为0.09m、0.06m、0.09m、0.03m，说明2018 年之后，东新断面较为稳定。2012-2017 年，断面平均方差虽然约为2018 年之后的9.17 倍，但是变化也不太，平均值为0.63m。近10a 来，2013 年波动最大，最小方差0.04m，最大方差2.69m，平均方差0.77m。2021年波动最小，最小方差0.01m，最大方差0.05m，平均方差0.03m。从形态来看，各个断面最小方差平稳，平均值0.02m，最大方差变化可以分为三段，1-2 断面增大，2-4 断面迅速减小，4-7 断面平缓减小，平均1.06m。

2018 年西新断面稳定，7 个断面最小方差0.01m，最大方差0.88m，平均方差0.25m。2019 年波动最大，最小方差6.95m，最大方差7.94m，平均方差7.44m。2019 年之后，西新断面逐渐区域稳定，平均方差变小为2021 年的2.58m。西新1-7断面最大方差基本稳定，平均为7.51m。

4 结论

从年内平均分析，各个断面以淤积为主，越靠近西边，淤积越大，根据趋势分析，东新断面基本稳定，西新断面未来可能有较大淤积，即西线岸线高程抬高明显。从变化极值分析，中新断面变化幅度约为3.90m，东新断面最小值变化剧烈，最大变幅6.53m，西新断面最大和最小变化逐渐靠近。从稳定性分析，2018 年是分界年，中新断面和西新断面方差由小变大，东新断面方差由大变小。

根据滩涂测量数据，从空间来看，南岸余姚段有冲有淤，整体为近岸淤积，外江冲刷；从时间来看，一般冲淤在年度之间交替出现。南岸余姚段冲淤特征与钱塘江海相泥沙含量大、河床的演变特性有关。

以为钱塘江水流动力、泥沙条件、河势变化等影响因素复杂，为更好地把握冲淤规律，建议进行后续持续观测，特别是对影响岸线变化影响的观测，如在丁坝抛石前后施测下水下地形，用以分析丁坝对滩涂冲淤的影响。