多波束測(cè)深系統(tǒng)在河床沖淤變化分析中的應(yīng)用

朱文杰，卞英春

（江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局，江蘇 常州 213022）

0 項(xiàng)目背景

近年來(lái)，由于長(zhǎng)江錄安洲段河床土質(zhì)抗沖性較差，且上游匯流段長(zhǎng)江主流頂沖后深槽不斷右移，導(dǎo)致錄安洲洲頭及左緣河床受沖刷加劇，江岸灘地坍塌現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，危及錄安洲防洪大堤安全。由于受上游河勢(shì)變化影響，長(zhǎng)江錄安洲夾江日趨發(fā)展，進(jìn)口、過水面積和分流量不斷加大，夾江左右側(cè)河床沖刷，嚴(yán)重影響長(zhǎng)江防洪安全。根據(jù)水利部和江蘇省政府的有關(guān)部署，自2013年起，每年3月～5月、10月～12月兩次對(duì)長(zhǎng)江錄安洲段開展1∶2000比例尺重點(diǎn)岸段水下地形監(jiān)測(cè)工作。

1 河段概況

項(xiàng)目測(cè)區(qū)位于長(zhǎng)江揚(yáng)中河段尾段，屬典型彎曲分汊河段，河段中有太平洲、孢子洲、錄安洲交錯(cuò)順列。太平洲左汊為主汊，多年來(lái)分流比基本維持在90%左右；右汊為支汊，河道窄淺而彎曲，河勢(shì)相對(duì)較為穩(wěn)定；太平洲右汊夾江水流在出口處被孢子洲分為兩汊，左側(cè)水流與太平洲左汊出流匯合后，被錄安洲分為長(zhǎng)江主流和夾江。長(zhǎng)江揚(yáng)中河段河勢(shì)概況見圖1。

圖1 長(zhǎng)江揚(yáng)中河段河勢(shì)示意圖

錄安洲長(zhǎng)約6 km，寬約1.3 km，大江主流沿孢子洲左緣下行，沖刷錄安洲洲頭及其左緣，近年受上游局部河勢(shì)變化的影響，錄安洲夾江口門發(fā)展、過水面積和分流量加大，造成錄安洲夾江兩側(cè)部分河床沖刷。錄安洲夾江影像圖見圖2。

圖2 錄安洲夾江影像圖

2 測(cè)量作業(yè)概況

測(cè)量區(qū)域?yàn)椋何髦龄洶仓拗揞^、東至澡港河口夾江水下區(qū)域，澡港河口-老桃花港口灘地外側(cè)主汊岸線外圍700 m～1400 m水下區(qū)域以及錄安洲大江側(cè)岸線外圍390 m～800 m水下區(qū)域。夾江區(qū)域長(zhǎng)為6.20 km，錄安洲大外江側(cè)長(zhǎng)為6.38 km，澡港河口至桃花港口灘地外側(cè)主汊岸線長(zhǎng)為1.96km，合計(jì)作業(yè)面積為8.3 km2。

2.1 技術(shù)規(guī)格與控制測(cè)量

本次測(cè)量平面坐標(biāo)系統(tǒng)采用1954年北京坐標(biāo)系，高斯正形投影3°分帶，中央子午線經(jīng)度120°，采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)。水下地形圖成圖比例尺為1∶2000，采用自由分幅方式，基本等高距為1.0 m。測(cè)區(qū)附近有4個(gè)E級(jí)GPS點(diǎn)，精度與密度滿足要求，作為GPS1+1RTK轉(zhuǎn)換參數(shù)計(jì)算依據(jù)。測(cè)區(qū)上下游設(shè)有魏村水文站和澡港水文站，測(cè)區(qū)水位資料可直接使用。

2.2 水深測(cè)量

利用多波束測(cè)深系統(tǒng)進(jìn)行水下全覆蓋掃測(cè)，部分水深＜5 m區(qū)域采用單波束測(cè)深儀補(bǔ)充測(cè)量，利用實(shí)時(shí)載波相位差分技術(shù)進(jìn)行GPS RTK導(dǎo)航定位。施測(cè)時(shí)，架設(shè)基準(zhǔn)站，在測(cè)船架設(shè)流動(dòng)站。計(jì)算基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)并發(fā)送至流動(dòng)站，在GPS觀測(cè)同時(shí)修正實(shí)時(shí)坐標(biāo)。內(nèi)業(yè)部分將GPS數(shù)據(jù)和測(cè)深數(shù)據(jù)導(dǎo)入EIVA導(dǎo)航采集軟件，繪制相關(guān)成果圖[1]。

3 測(cè)量成果

3.1 河勢(shì)整體變化情況

根據(jù)2013年～2018年汛后6次水下測(cè)量成果數(shù)據(jù)，對(duì)相鄰兩次監(jiān)測(cè)重合區(qū)域制作了長(zhǎng)江錄安洲段區(qū)域沖淤色塊圖及沖淤統(tǒng)計(jì)表，沖淤色塊圖見圖3，沖淤統(tǒng)計(jì)表見表1。

圖3 長(zhǎng)江錄安洲段區(qū)域相鄰兩次測(cè)量沖淤色塊對(duì)比圖(2013年～2018)

表1 2013年～2018年沖淤統(tǒng)計(jì)表

分析可知，錄安洲夾江近岸河床2013年～2014年間以淤積為主，2014年～2015年間以沖刷為主，2015年～2016年間沖淤平衡，2016年～2017年間以淤積為主，2017年～2018年間以淤積為主，但淤積量較前一年度減少了一半多，近三年沖淤變化呈淤大于沖的態(tài)勢(shì)。

3.2 岸線變化情況

根據(jù)測(cè)量結(jié)果，繪制錄安洲夾江等高線變化圖見圖4。

圖4 錄安洲夾江等高線變化圖

3.2.1 錄安洲汊0+100月～主0+000洲頭

頂沖區(qū)域西側(cè)受沖刷，北側(cè)存在淤積。0 m線：2013年～2016年洲頭左側(cè)外擴(kuò)約3 m，2016年～2017年略有外擴(kuò)，2017年～2018年內(nèi)移約2 m；-5 m線：洲頭頂端2013年～2016年內(nèi)移約1 m，2016年～2017年內(nèi)移約2 m，2017年～2018線外擴(kuò)約2 m；-10 m線：2013年～2016年岸線略有內(nèi)移，累計(jì)不足1 m，2016年～2017年內(nèi)移約 2 m，2017年～2018年外擴(kuò)約2 m；-15 m線變化與-10 m線基本一致，主要集中于洲頭附近。洲頭右側(cè)深槽整體沖淤交替、變化幅度不大；洲頭左緣水下沙洲逐年發(fā)展，由2013年2890 m2發(fā)展到2018年的6513 m2。

3.2.2 錄安洲主0+100～主0+300

區(qū)域岸線存在淤積。0 m線變化：2013年～2016年外擴(kuò)約10 m，2016年～2017年內(nèi)縮約8 m，2017年～2018年外擴(kuò)約10 m，呈沖淤交替變化；-5 m線：2013年、2016年和2017年變化不明顯，2017年～2018年外擴(kuò)約2 m；-10 m線的情況與-5 m線類似，前三期無(wú)明顯變化，2017年～2018年外擴(kuò)約2 m；-15 m線近三年變化不明顯。

3.2.3 錄安洲主0+600～主0+900

該區(qū)域2017年～2018年實(shí)施過拋石護(hù)岸工程，岸線變化比較明顯。0 m線變化：2016年～2017年穩(wěn)定，2017年～2018年在主0+700～主0+800段外擴(kuò)約5 m；-5 m線變化：2013年～2016年外擴(kuò)約1 m，2016年～2017年穩(wěn)定，2017年～2018年外擴(kuò)約1 m；-10 m線穩(wěn)定；-15 m線變化：前三期穩(wěn)定，2017年～2018年往外擴(kuò)約5 m；-20 m線變化：前三期穩(wěn)定，2017年～2018年外擴(kuò)約7 m。

3.2.4 錄安洲主1+900～主2+400

該區(qū)域2017年～2018年實(shí)施過拋石護(hù)岸工程，岸線變化比較明顯。0 m線：2016年、2017年和2018年間呈交替變化，變化量平均在1 m左右，幅度不大；2017年～2018年間-5 m～-20 m線均外擴(kuò)明顯：-5 m線外擴(kuò)約1 m，-10 m線、-15 m線均外擴(kuò)約2 m，-20 m線外擴(kuò)約5 m，可見江堤拋石護(hù)岸工程在該區(qū)域尤其是深水區(qū)效果比較顯著。

3.2.5 錄安洲汊1+500～汊1+900

該區(qū)域2017年～2018年實(shí)施過拋石護(hù)岸工程，等高線有較明顯外擴(kuò)。0 m線：2013年～2016年穩(wěn)定，2016年～2017年略有外擴(kuò)，2017年～2018年外擴(kuò)約2 m；-5 m線、-10 m線前三期穩(wěn)定，2017年～2018年均外擴(kuò)約2 m；-15 m線：2013年、2016年和2017年之間穩(wěn)定，2017年～2018年外擴(kuò)約3 m；-20 m線變化不大，外擴(kuò)不到1 m，夾江-20 m深槽較前兩年未有橫向及縱向發(fā)展。

3.2.6 錄安洲洲尾主5+000附近

該區(qū)域岸線變化較為劇烈。0 m線：洲尾末梢兩側(cè)2016年～2017年外擴(kuò)約4 m，2017年～2018年洲尾南側(cè)外擴(kuò)約1 m；-5 m線外擴(kuò)約2 m；-10 m線外擴(kuò)約3 m；-15 m變化不明顯；錄安洲華潤(rùn)長(zhǎng)江碼頭附近0 m線變化較大，2016年～2017年外擴(kuò)4 m，2017年～2018年內(nèi)移 8 m，為洲尾灘地邊緣坍塌所致；-5 m線向外擴(kuò)不到2 m，-10 m線外擴(kuò)約1 m；-15 m線和-20 m線穩(wěn)定。洲尾近年來(lái)整體呈明顯的淤積態(tài)勢(shì)。

3.3 重點(diǎn)岸段沖淤變化情況

根據(jù)測(cè)區(qū)具體現(xiàn)狀，選定外江洲頭至常州港段、夾江洲頭至防汛演練基地段、夾江德勝河下游至管架橋段和夾江洲尾段為4個(gè)重點(diǎn)岸段，共設(shè)置18個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，根據(jù)2015年4月、2017年5月、2018年4月、2018年11月多波束測(cè)深系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，制作相鄰的3個(gè)期間內(nèi)4個(gè)重點(diǎn)岸段沖淤變化色塊圖。

3.3.1 外江洲頭至常州港段

外江洲頭至常州港段（主0+000～2+600）共設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，編號(hào)為DM01～DM07,沖淤色塊圖見圖5?？芍?017年11月～2018年11月期間近岸岸線總體趨勢(shì)向長(zhǎng)江側(cè)外擴(kuò)，河床邊界較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯崩塌，DM2、DM7的等高線邊坡較陡，需引起注意，適時(shí)采取工程防護(hù)措施。

圖5 外江洲頭至常州港段沖淤色塊圖

3.3.2 夾江洲頭至防汛演練基地段

夾江洲頭至防汛演練基地段（汊0+000～1+400）共設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，編號(hào)為DM20～DM024，沖淤色塊圖見圖6。由圖6可知，2017年11月～2018年11月間近岸岸線相對(duì)穩(wěn)定，DM23位置距堤腳60 m～120 m略有淤積，河床抬高約1 m，2017年11月～2018年11月間河床邊界較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯崩塌，DM21、DM22和DM24處邊坡較陡，需引起注意，適時(shí)采取工程防護(hù)措施。

圖6 夾江洲頭至防汛演練基地段沖淤色塊圖

3.3.3 夾江德勝河下游至管架橋段

夾江德勝河下游至管架橋段（206+300月～209+200）共設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，編號(hào)為DM15～DM21，沖淤色塊圖見圖7。由圖7可知，2017年11月～2018年11月近岸岸線相對(duì)穩(wěn)定，河床邊界較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯崩塌，但DM15、DM16、DM17、DM18、DM20和DM21的等高線處邊坡較陡，需引起注意，適時(shí)采取工程防護(hù)措施。

3.3.4 夾江洲尾段

夾江洲尾段（汊4+000～4+700）共設(shè)置2個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，編號(hào)為DM14～DM15，沖淤色塊圖見圖8。由圖8可知，2017年11月～2018年11月近岸岸線相對(duì)穩(wěn)定，河床邊界較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯崩塌，DM15的等高線邊坡較陡，需引起注意，適時(shí)采取工程防護(hù)措施。

圖8 夾江洲尾段沖淤色塊圖

4 結(jié)論和建議

錄安洲夾江段作為長(zhǎng)江揚(yáng)中河段的一部分，其演變主要取決于上游主流及河勢(shì)的變化，錄安洲夾江近岸河床近三年來(lái)整體基本穩(wěn)定，結(jié)合近年來(lái)實(shí)施的護(hù)岸工程，初步得到如下結(jié)論：

1）外江洲頭至常州港段（主0+000～2+600）等高線外擴(kuò)，護(hù)岸工程效果明顯，工程未覆蓋區(qū)域岸線穩(wěn)定，變化較小，但是大江在此形成深泓彎頂，深泓貼洲頭左緣下行，直接受主流的沖刷，岸坡坡比陡，需密切關(guān)注；外江華潤(rùn)碼頭0 m等高線有500 m岸線內(nèi)移明顯，平均內(nèi)移8 m，原因?yàn)闉┑剡吘壧?，?duì)洲堤安全不構(gòu)成影響。

2）夾江洲頭至防汛演練基地段（汊0+000～1+400）區(qū)域等高線外擴(kuò)，護(hù)岸工程效果明顯，工程未覆蓋區(qū)域特別是洲頭處夾江側(cè)有局部平均1 m的沖刷，需引起注意。20 m深槽線近三年較為穩(wěn)定，未有發(fā)展。

3）夾江德勝河下游至管架橋段（長(zhǎng)江206+300～209+200）區(qū)域等高線外擴(kuò)，護(hù)岸工程效果明顯，工程未覆蓋區(qū)域岸線穩(wěn)定，變化較小，20 m深槽線近三年較為穩(wěn)定，未有發(fā)展。夾江的主流在德勝河口下游230 m至錄安洲大橋下游1000 m段貼南岸下行，之后左偏歸中，主流貼岸段表現(xiàn)為凹岸沖刷，目前雖已有拋石護(hù)岸，但汛期受長(zhǎng)江洪水下泄影響，河床被沖刷可能性較大，需持續(xù)關(guān)注。

4）夾江洲尾段（汊 4+000～4+700）區(qū)域等高線外擴(kuò)，護(hù)岸工程效果較明顯，錄安洲洲尾逐年向下游呈淤積態(tài)勢(shì)，下游段河勢(shì)近三年沖淤交替。該段岸線距洲堤距離較遠(yuǎn)，基本不對(duì)其產(chǎn)生影響。德勝河口近年來(lái)灘地坍塌嚴(yán)重，灘地邊線距江堤堤腳距離較近，對(duì)其構(gòu)成安全隱患，需采取護(hù)岸措施。

建議對(duì)錄安洲夾江河段按要求定期開展監(jiān)測(cè)，注意河床演變動(dòng)態(tài)，特別是近岸河床岸坡及近岸深槽的變化，適時(shí)對(duì)重點(diǎn)險(xiǎn)工段進(jìn)行工程加固。