多波束測(cè)深系統(tǒng)在長(zhǎng)江沉排護(hù)岸工程運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

陳 輝，吳 杰，趙 鋼，王冬梅

（1.南京市長(zhǎng)江河道管理處，南京 210011；2.江蘇省水利科學(xué)研究院，南京 210017）

多波束測(cè)深系統(tǒng)在長(zhǎng)江沉排護(hù)岸工程運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

陳 輝1，吳 杰1，趙 鋼2，王冬梅2

（1.南京市長(zhǎng)江河道管理處，南京 210011；2.江蘇省水利科學(xué)研究院，南京 210017）

常用單波束對(duì)水下工程進(jìn)行測(cè)量，且建成后的整體運(yùn)行情況很少受到關(guān)注。應(yīng)用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)建成后4年的長(zhǎng)江鉸鏈沉排護(hù)岸工程運(yùn)行狀況進(jìn)行掃測(cè)，通過(guò)與建成時(shí)地形進(jìn)行對(duì)比，觀察工程經(jīng)歷多個(gè)汛期后的穩(wěn)定情況。對(duì)比結(jié)果是斷面形狀比較穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)的效果。

多波束；鉸鏈沉排；工程運(yùn)行狀況

1 概述

長(zhǎng)江中下游干流河道雖然整體河勢(shì)基本穩(wěn)定，但局部河段的河勢(shì)仍處于演變和調(diào)整過(guò)程中，如主流擺動(dòng)與岸線崩退情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響兩岸洲灘岸線及水土資源綜合開(kāi)發(fā)利用。預(yù)制混凝土板鉸鏈排是一種新型柔性的平順護(hù)岸結(jié)構(gòu)。它是由預(yù)制砼板用鉸鏈接成排體，并與其下的土工布共同抗沖反濾，具有整體性好、適應(yīng)河床變形能力強(qiáng)、取材容易、施工簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。上世紀(jì)80年代起，先后在長(zhǎng)江武漢天興洲、湖南澧水津市河段、鎮(zhèn)揚(yáng)人民灘、漢口龍王廟險(xiǎn)段等整治工程中采用；進(jìn)入本世紀(jì)，鉸鏈沉排護(hù)岸形式在長(zhǎng)江重要堤防隱蔽工程及長(zhǎng)江南京河段二期整治工程中推廣運(yùn)用。

但是鉸鏈沉排護(hù)岸工程在經(jīng)歷多個(gè)汛期后，工程運(yùn)行情況及整體穩(wěn)定性究竟如何？目前，工程建成后的運(yùn)行狀況主要采用單波束測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行斷面測(cè)量，很難準(zhǔn)確全面反映工程情況，且工程一旦建成，運(yùn)行狀況就很少被人關(guān)注。本文介紹應(yīng)用多波束測(cè)深系統(tǒng)，對(duì)建成后4年的長(zhǎng)江南京河段二期整治工程銅井河口段鉸鏈沉排護(hù)岸工程運(yùn)行狀況進(jìn)行掃測(cè)；并通過(guò)與建成時(shí)地形進(jìn)行對(duì)比，觀察工程經(jīng)歷多個(gè)汛期后的穩(wěn)定情況。

2 多波束系統(tǒng)

本次使用的是英國(guó)GeoSwath Plus多波束條帶測(cè)深系統(tǒng)，由換能器、DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、高精度的運(yùn)動(dòng)傳感器、GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)、聲速剖面儀及數(shù)據(jù)處理軟件構(gòu)成。GeoSwath多波束條帶測(cè)深系統(tǒng)（125 k Hz），其深度量程可達(dá)200 m，最大覆蓋可達(dá)12倍水深，分辨率為6 mm，每次掃描的取樣數(shù)在20 m水深時(shí)，可達(dá)2 500個(gè)，在100 m水深時(shí)，可達(dá)12 500個(gè)。因此，多波束測(cè)深系統(tǒng)能夠?qū)λ碌匦芜M(jìn)行全覆蓋測(cè)量，具有同步測(cè)深點(diǎn)多、測(cè)量快捷、全覆蓋等特點(diǎn)，能完成常規(guī)方法難以勝任的測(cè)量任務(wù)，尤其適用于大比例尺的測(cè)繪和特殊要求的水道地形測(cè)量等。由于多波束系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能，可以現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視水下地物地貌的細(xì)微變化，因而在堤防安全、潰口、崩岸、拋石護(hù)岸、水下工程施工、港口及疏浚工程監(jiān)測(cè)，水下物體摸探及打撈等方面具有其它方法不可替代的作用。

3 工程概況

長(zhǎng)江南京河段全長(zhǎng)約92.3 km。該河段二期整治工程以穩(wěn)定南京已有河勢(shì)和河道平面形態(tài)為主要目標(biāo)，以防御長(zhǎng)江1954年型洪水作為防御標(biāo)準(zhǔn)。2003年度在長(zhǎng)江南京河段新濟(jì)洲、銅井河口、梅子洲和八卦洲等岸段實(shí)施工程，其中銅井河口段護(hù)岸工程鉸鏈排護(hù)岸長(zhǎng)度為4.61 km。工程于2003年10月開(kāi)工建設(shè)，2004年4月竣工。

鉸鏈沉排護(hù)岸布置如圖1所示，由系排梁、預(yù)制砼板鉸鏈排和岸上干砌塊石護(hù)坡三部分組成。排體寬度由整體性、搭接量、沉排施工設(shè)備和施工條件綜合決定。排體長(zhǎng)度主要根據(jù)河勢(shì)分析和河床地形情況，并考慮該護(hù)岸段最大可能沖刷坑高程、穩(wěn)定計(jì)算的最陡穩(wěn)定邊坡確定。

圖1 鉸鏈沉排護(hù)岸布置Fig.1 Arrangement of bank protection to adopt precast concrete slabs connected with hinges

銅井河口段沉排護(hù)岸工程水上護(hù)坡由系排梁、漿砌塊石腳槽、坡身、排水溝及灘頂截水溝組成。其中：坡身采用砼六邊形預(yù)制塊護(hù)坡護(hù)砌，系排梁為現(xiàn)澆砼，排水溝和截水溝用漿砌石砌筑；水下采用鉸鏈砼沉排護(hù)腳，排體寬度69.3～95.9 m。

4 掃測(cè)情況及結(jié)果分析

2008年4月上旬進(jìn)行工程區(qū)域水下地形掃測(cè)。

測(cè)量前對(duì)GeoSwath Plus多波束條帶測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行了姿態(tài)補(bǔ)償、聲速改正、吃水改正、GPS延時(shí)改正和后處理時(shí)的潮位改正，以減小測(cè)量誤差。經(jīng)過(guò)濾波和平滑處理，生成1／1 000地形圖和三維場(chǎng)景圖。每隔20 m取1個(gè)斷面，共選取230個(gè)典型斷面，與施工前后斷面進(jìn)行對(duì)比。

圖2為整每公里處斷面比較，圖中點(diǎn)劃線為施工前斷面，虛線為施工后斷面，實(shí)線為本次測(cè)量斷面。表1為斷面自系排梁向外每10 m一個(gè)測(cè)點(diǎn)的高程，工程區(qū)河床地形三維圖見(jiàn)圖3。

圖2 本次測(cè)量斷面與施工前后斷面對(duì)比Fig.2 Comparison of cross sections among this time observation and before construction and after construction

表1 整公里處測(cè)點(diǎn)高程表Table 1 Measuring point elevations at integral kilometer location 單位：m

多波束掃測(cè)的斷面與施工后測(cè)量斷面相比，斷面形狀比較穩(wěn)定，多數(shù)呈現(xiàn)淤積態(tài)勢(shì)，工程區(qū)域整體穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果。由表1可知，工程拋?zhàn)o(hù)段河床基本穩(wěn)定，排體部分沖淤在（-0.2 m，＋2.57 m）區(qū)間；排尾以下在工程竣工時(shí)呈沖刷態(tài)勢(shì)，實(shí)測(cè)最大沖刷值-3.42 m，但經(jīng)歷4個(gè)汛期后，排尾以下逐漸回淤。

圖3 工程區(qū)河床地形三維圖Fig.3 3-D geomorphological map of the river bed in the engineering area

5 結(jié)論

長(zhǎng)江南京河段銅井段鉸鏈沉排護(hù)岸工程歷經(jīng)4個(gè)汛期，本次采用多波束對(duì)工程區(qū)域掃測(cè)，結(jié)果表明：

（1）護(hù)岸范圍內(nèi)岸坡總體上微淤，鉸鏈沉排工程護(hù)岸效果良好，工程整體運(yùn)行穩(wěn)定。

（2）鉸鏈沉排工程對(duì)水流阻力小，對(duì)近底水流結(jié)構(gòu)影響小，局部淤積屬于微調(diào)。

（3）鉸鏈排排體下的土工編織布?jí)|層能阻止岸坡泥沙被淘刷，排體穩(wěn)定，搭接良好，整體護(hù)岸效果好。

與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比，多波束測(cè)深系統(tǒng)具有高分辨率、高精度、全覆蓋的特點(diǎn)，且精確、高效、快捷、實(shí)時(shí)直觀的優(yōu)勢(shì)十分顯著，能大大提高工作效率，為該技術(shù)在水下工程進(jìn)一步開(kāi)展工作，積累了工作經(jīng)驗(yàn)，為其他水下工程的測(cè)量和運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)提供參考。建議在其他水下工程和應(yīng)用中進(jìn)一步推廣使用。

［1］ 李成剛，王偉偉，閻 軍，等.傳統(tǒng)多波束系統(tǒng)與具有相干特點(diǎn)的多波束系統(tǒng)的研究［J］.海洋測(cè)繪，2007，27（2）：77-80.

［2］ 李濤章，葉 松，廖小元，等.鉸鏈混凝土板沉排新技術(shù)與施工實(shí)踐［J］.人民長(zhǎng)江，2002，33（8）：26-29.

Application of Multi-beam Echo Sounder in Monitoring Running Conditions of Precast Concrete Slab Connected with Hinges to Protect Yangtze River Embankment

CHEN Hui1，WU JIE1，ZHAO Gang2，WANG Dong-mei2

（1.Naijing Yangtze River Channels Administration，Nanjing 210011，China；2.Jiangsu Hydraulic Research Institute，Nanjing 210017，China）

Underwater engineering surveying is usually to use single-beam echo sounders and a little attention is paid to the engineering after completion.A multi-beam echo sounder is used to survey the engineering of precast concrete slabs connected with hinges to protect the Yangtze River embankment of Nanjing river stretch which has been built for four years.Through the contrast of the terrain of cross-sections among a recent observation and before construction and after construction，the form of cross-sections and the engineering area are stable，the design indexes reach the desired effects.

multi-beam；precast concrete slab connected with hinges；engineering running condition

TV853

A

1001-5485（2009）07-0014-03

2008-09-28

陳 輝（1975-），男，江蘇海安人，碩士，工程師，主要從事水利工程管理工作，（電話）13305182983（電子信箱）chen.hwi＠163.com。

（編輯：劉運(yùn)飛）

·簡(jiǎn)訊·

長(zhǎng)江科學(xué)院水資源所對(duì)長(zhǎng)江三峽干流消落區(qū)進(jìn)行考察

受?chē)?guó)務(wù)院三峽工程建設(shè)委員會(huì)辦公室委托，長(zhǎng)江科學(xué)院水資源綜合利用研究所承擔(dān)了“三峽水庫(kù)消落區(qū)管理制度研究”項(xiàng)目。根據(jù)項(xiàng)目研究需要，水資源所于2009年6月4日至6月5日組織相關(guān)技術(shù)骨干，赴三峽水庫(kù)消落區(qū)開(kāi)展長(zhǎng)江干流消落區(qū)考察工作?？疾旖M對(duì)三峽水庫(kù)干流消落區(qū)的分布特點(diǎn)、土地及植被類(lèi)型、消落區(qū)的利用方式進(jìn)行了全面考察。隨后考察組人員對(duì)如何加強(qiáng)消落區(qū)管理以及消落區(qū)管理體制與制度建設(shè)等問(wèn)題進(jìn)行了深入討論，為更加全面地制定符合實(shí)際的消落區(qū)管理制度奠定了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

（摘自《長(zhǎng)江科學(xué)院網(wǎng)》）