数学建模方法在海岸保护的运用

1海岸侵蚀成因分析

自然因素侵蚀归根结底是全球气候变暖加快了冰川融化和海水受热膨胀导致海平面上升的必然结果。海平面的上升会使海水潮位抬高造成沿海低地和海岸湿地被淹没，入海泥沙大量减少，波浪作用增强，潮流作用和风暴潮增强则会导致海岸侵蚀的加剧。人为因素导致的海岸侵蚀主要是由于人类活动对自然环境改变所至，在入海河流上游修建水库，在港口建设大型丁坝码头，过度的人工取沙导致海岸带泥沙供应下降和海洋动力状况失衡等均是海岸侵蚀加剧的重要原因。

2现有保护对策

现有保护对策包括海堤、丁坝、人工海滩补沙(填沙护滩)和生物护岸措施。海堤是在河口海岸地区为了防止潮、浪侵袭，而在沿岸地面上修建的一种垄状挡水建筑物，通常筑于平原岸段的高潮线附近。丁坝不仅能拦流截沙、挑离主流线，而且能消耗正面入射波的能量。丁坝通常成群出现，构成丁坝群。人工海滩补沙是从海中或陆上采集合适的沙补充到被侵蚀的岸滩上。由于人工填筑到海滩上的沙在海浪的作用下仍将被冲刷，因此，补给周期要和侵蚀引起的泥沙自然耗损的速率一致。生物护岸措施包括在潮滩或水下栽种或培育某种植物，以达到消能并防止侵蚀的目的;利用开发水产养殖珍珠、贝类、鱼类等，有利于泥沙的淤积，降低波浪作用力;实施珊瑚礁保护政策，重建海岸自然屏障。

3植被选取的数学建模

3．1提出问题和假设

海岸线的侵蚀情况日益加重，保护海岸线的工作迫在眉睫。采取何种方式来保护海岸线既符合世界环保潮流，又具有保护的长久性和一定的中国特色。在这个问题上采取以植被栽植为主其他护岸措施并行的生态型护岸，相信是最适合不过了。但究竟该栽植哪种植被就成了首要解决的问题。植被的选取需符合当地的自然生长条件和具备抗风抗盐碱性、易成活等必要条件，还要考虑到经济合理性等一些客观因素，最好选择本土植被。(1)我们以海南岛为例，在这里做如下假设:给出的资料具有权威性，值得相信，具有使用价值。资料的数字化过程科学合理，有使用价值。(2)数字化具体过程。评分标准如下:①分布地区及气候条件等级评定方法:分布地区广泛程度，0—5分;对气候条件的要求，0—4分。该项等级为两部分相加所得。②抗盐碱性抗风性等级评定方法:抗风性0—3分，抗盐碱性0—3分，其他抗性0—3分，总得分累加。③成活率评定方法:生命力强弱，0—3分，生长土质要求0—3分，生长温度要求0—3分，总得分累加。(3)具体评分:①匍匐苦荬菜:分布于温带沿海沙滩，海南岛是亚热带与热带相交地区，分布地区不相符，得0分;气候条件为温度适宜但多雨，海南属于高温多雨，有一点相符，得1分，总分1分。滨海植物，抗风性3分，是好盐性的沙生牧草，但盐性不能过高，2分，共5分。生命力3分，要求排水良好的砂质土壤2分，生长温度2分，共7分。②其他植物评分同上。将资料数字化后的新表见表2。(4)变量p———生长因素;c———植物名称;P1———分布地区及气候条件等级;P2———成活率;P3———抗性等级;C1———匍匐苦荬菜;C2———草海桐;C3———单叶蔓荆;C4———白水木。

3．2数学建模

(1)确定分析系统中各层次应考虑的因素，建立系统的递阶层次结构。1)最高层T:选取最合适的植物;2)中间层M:影响植物的生长因素;3)最低层B:四种滨海植物。(2)M—T构成的两两成对比较的判断矩阵:判断矩阵的最大特征值为:λmax=∑ni=1(AW)inwi=13(0．31850．1047+1．90010．6370+0．78150．2583)≈3．0169(1)一致性指标:CI=λmax－nn－1=3．0169－33－1=0．00845(2)随即一致性指标R的值，薛春汀用了大小500个字样，对不同的n得到如下所示的结果［5］:M———T矩阵为三阶矩阵，故RI=0．58CR=CIRI=0．0146，CR＜0．1因为CR＜0．1，所以此排序有满意的一致性，这就是说W可以真正反映P:{P1，P2，P3}在目标T中所占的比重。(3)根据已知的四种植物各项评分，利用成对比较法得到关于各项因素的正互反矩阵。P1—C(四种植物关于分布地区及气候条件等级的矩阵)计算方法同上:λmax=4，RI=0．90P1的一致性指标为:CI=0，P1的一致性比率为:CR=0λmax=4，RI=0．90P2的一致性指标为:CI=0，P2的一致性比率为:CR=0P3—C(四种植物关于成活率的矩阵)λmax=4，RI=0．90P3的一致性指标为:CI=0，P3的一致性比率为:CR=0(4)B层对T层的总排序表:方法是将P———C所得到的三个经过单位化的特征向量作为列向量构成4×3矩阵，和由P对目标Z的权量构成的3×1矩阵做乘法，结果即是四种植物的权重向量，那么数值较大的所对应的植物就比较合适种植。

3．3结果分析

对四种植被排序的结果分析(软件程序分析在这里不再赘述):(1)从总排序中我们看出C2所代表的草海桐的权重值最高。说明草海桐是在权衡了地理分布、各种抗性和成活率三方面因素后，选出的最适合海南岛护岸的植被。草海桐还具有耐寒、抗污染、抗病虫危害能力强和全年可移植等其他特点，有着极强的环境适应和抵抗能力，具有一定的普遍性，可以直接选取种植在全岛范围内。(2)表中所显示出的C3、C4数值与C2相比，差距不是太大，也可选种。但要根据针对各项生长因素计算出的权重值和总排序值，在不同地区采取单种或混种护岸植被的方法，做到因地制宜地护岸。(3)C1不适合在海南岛栽种。

4结论

海岸保护是一项长期而艰巨的工作，采取以植被栽植为主的生态型护岸是符合有效性、环境因素和经济因素三个方面要求的。把有效性放在第一位，是因为护岸是我们首要的任务，所采取的护岸方式必须要在有效的前提下，才可以考虑其他因素的问题。而栽植植被的护岸方式无疑是成功的、有效的。随着人类物质文明的进步，环境问题已成为世界性的问题，护岸形式的选择还需要满足生态环境的要求，在旅游城市和风景区的护岸工程，尤其要满足生态环境的要求。此外，还要考虑经济因素。首先植被护岸从长远来看是经济的，因为护岸植被一般生命力强，繁殖能力好，所以栽种成活后，便可自行繁殖。其次，采取植被护岸，一般成活率较高，能适应当地环境的本土植物，而甚少引种，所以在取材上容易获得且价格相对较低。虽然生态型护岸优点颇多，但也存在一定的不足，例如植被栽种后，在生长期中是比较脆弱的，根系还不发达，而且抗风能力较弱，还有在一些地段，单纯的生态型护岸的应用会受到一定限制。此时就需要和其他非生态型护岸联合运用。总体来说，不论是单纯的生态型护岸，还是生态型与非生态型护岸结合的联合应用，重点都应放在护岸上，方式方法是其次的。只要能达到最终目标，就应该灵活、合理地加以运用。因为保护海岸带，就等于是在保护人类的明天。

本文作者：邢晶晶工作单位：兰州职业技术学院