多波束測深系統在河床沖淤變化分析中的應用

朱文杰，卞英春

（江蘇省水文水資源勘測局常州分局，江蘇 常州 213022）

0 項目背景

近年來，由于長江錄安洲段河床土質抗沖性較差，且上游匯流段長江主流頂沖后深槽不斷右移，導致錄安洲洲頭及左緣河床受沖刷加劇，江岸灘地坍塌現象時有發生，危及錄安洲防洪大堤安全。由于受上游河勢變化影響，長江錄安洲夾江日趨發展，進口、過水面積和分流量不斷加大，夾江左右側河床沖刷，嚴重影響長江防洪安全。根據水利部和江蘇省政府的有關部署，自2013年起，每年3月～5月、10月～12月兩次對長江錄安洲段開展1∶2000比例尺重點岸段水下地形監測工作。

1 河段概況

項目測區位于長江揚中河段尾段，屬典型彎曲分汊河段，河段中有太平洲、孢子洲、錄安洲交錯順列。太平洲左汊為主汊，多年來分流比基本維持在90%左右；右汊為支汊，河道窄淺而彎曲，河勢相對較為穩定；太平洲右汊夾江水流在出口處被孢子洲分為兩汊，左側水流與太平洲左汊出流匯合后，被錄安洲分為長江主流和夾江。長江揚中河段河勢概況見圖1。

圖1 長江揚中河段河勢示意圖

錄安洲長約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變化的影響，錄安洲夾江口門發展、過水面積和分流量加大，造成錄安洲夾江兩側部分河床沖刷。錄安洲夾江影像圖見圖2。

圖2 錄安洲夾江影像圖

2 測量作業概況

測量區域為：西至錄安洲洲頭、東至澡港河口夾江水下區域，澡港河口-老桃花港口灘地外側主汊岸線外圍700 m～1400 m水下區域以及錄安洲大江側岸線外圍390 m～800 m水下區域。夾江區域長為6.20 km，錄安洲大外江側長為6.38 km，澡港河口至桃花港口灘地外側主汊岸線長為1.96km，合計作業面積為8.3 km2。

2.1 技術規格與控制測量

本次測量平面坐標系統采用1954年北京坐標系，高斯正形投影3°分帶，中央子午線經度120°，采用1985國家高程基準。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。測區附近有4個E級GPS點，精度與密度滿足要求，作為GPS1+1RTK轉換參數計算依據。測區上下游設有魏村水文站和澡港水文站，測區水位資料可直接使用。

2.2 水深測量

利用多波束測深系統進行水下全覆蓋掃測，部分水深＜5 m區域采用單波束測深儀補充測量，利用實時載波相位差分技術進行GPS RTK導航定位。施測時，架設基準站，在測船架設流動站。計算基準站到衛星的距離改正數并發送至流動站，在GPS觀測同時修正實時坐標。內業部分將GPS數據和測深數據導入EIVA導航采集軟件，繪制相關成果圖[1]。

3 測量成果

3.1 河勢整體變化情況

根據2013年～2018年汛后6次水下測量成果數據，對相鄰兩次監測重合區域制作了長江錄安洲段區域沖淤色塊圖及沖淤統計表，沖淤色塊圖見圖3，沖淤統計表見表1。

圖3 長江錄安洲段區域相鄰兩次測量沖淤色塊對比圖(2013年～2018)

表1 2013年～2018年沖淤統計表

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勢。

3.2 岸線變化情況

根據測量結果，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

頂沖區域西側受沖刷，北側存在淤積。0 m線：2013年～2016年洲頭左側外擴約3 m，2016年～2017年略有外擴，2017年～2018年內移約2 m；-5 m線：洲頭頂端2013年～2016年內移約1 m，2016年～2017年內移約2 m，2017年～2018線外擴約2 m；-10 m線：2013年～2016年岸線略有內移，累計不足1 m，2016年～2017年內移約 2 m，2017年～2018年外擴約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展，由2013年2890 m2發展到2018年的6513 m2。

3.2.2 錄安洲主0+100～主0+300

區域岸線存在淤積。0 m線變化：2013年～2016年外擴約10 m，2016年～2017年內縮約8 m，2017年～2018年外擴約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年外擴約2 m；-10 m線的情況與-5 m線類似，前三期無明顯變化，2017年～2018年外擴約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

該區域2017年～2018年實施過拋石護岸工程，岸線變化比較明顯。0 m線變化：2016年～2017年穩定，2017年～2018年在主0+700～主0+800段外擴約5 m；-5 m線變化：2013年～2016年外擴約1 m，2016年～2017年穩定，2017年～2018年外擴約1 m；-10 m線穩定；-15 m線變化：前三期穩定，2017年～2018年往外擴約5 m；-20 m線變化：前三期穩定，2017年～2018年外擴約7 m。

3.2.4 錄安洲主1+900～主2+400

該區域2017年～2018年實施過拋石護岸工程，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線均外擴明顯：-5 m線外擴約1 m，-10 m線、-15 m線均外擴約2 m，-20 m線外擴約5 m，可見江堤拋石護岸工程在該區域尤其是深水區效果比較顯著。

3.2.5 錄安洲汊1+500～汊1+900

該區域2017年～2018年實施過拋石護岸工程，等高線有較明顯外擴。0 m線：2013年～2016年穩定，2016年～2017年略有外擴，2017年～2018年外擴約2 m；-5 m線、-10 m線前三期穩定，2017年～2018年均外擴約2 m；-15 m線：2013年、2016年和2017年之間穩定，2017年～2018年外擴約3 m；-20 m線變化不大，外擴不到1 m，夾江-20 m深槽較前兩年未有橫向及縱向發展。

3.2.6 錄安洲洲尾主5+000附近

該區域岸線變化較為劇烈。0 m線：洲尾末梢兩側2016年～2017年外擴約4 m，2017年～2018年洲尾南側外擴約1 m；-5 m線外擴約2 m；-10 m線外擴約3 m；-15 m變化不明顯；錄安洲華潤長江碼頭附近0 m線變化較大，2016年～2017年外擴4 m，2017年～2018年內移 8 m，為洲尾灘地邊緣坍塌所致；-5 m線向外擴不到2 m，-10 m線外擴約1 m；-15 m線和-20 m線穩定。洲尾近年來整體呈明顯的淤積態勢。

3.3 重點岸段沖淤變化情況

根據測區具體現狀，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個重點岸段，共設置18個監測斷面，根據2015年4月、2017年5月、2018年4月、2018年11月多波束測深系統實測數據，制作相鄰的3個期間內4個重點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）共設置7個監測斷面，編號為DM01～DM07,沖淤色塊圖見圖5。可知2017年11月～2018年11月期間近岸岸線總體趨勢向長江側外擴，河床邊界較為穩定，未出現明顯崩塌，DM2、DM7的等高線邊坡較陡，需引起注意，適時采取工程防護措施。

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）共設置5個監測斷面，編號為DM20～DM024，沖淤色塊圖見圖6。由圖6可知，2017年11月～2018年11月間近岸岸線相對穩定，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定，未出現明顯崩塌，DM21、DM22和DM24處邊坡較陡，需引起注意，適時采取工程防護措施。

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）共設置7個監測斷面，編號為DM15～DM21，沖淤色塊圖見圖7。由圖7可知，2017年11月～2018年11月近岸岸線相對穩定，河床邊界較為穩定，未出現明顯崩塌，但DM15、DM16、DM17、DM18、DM20和DM21的等高線處邊坡較陡，需引起注意，適時采取工程防護措施。

3.3.4 夾江洲尾段

夾江洲尾段（汊4+000～4+700）共設置2個監測斷面，編號為DM14～DM15，沖淤色塊圖見圖8。由圖8可知，2017年11月～2018年11月近岸岸線相對穩定，河床邊界較為穩定，未出現明顯崩塌，DM15的等高線邊坡較陡，需引起注意，適時采取工程防護措施。

圖8 夾江洲尾段沖淤色塊圖

4 結論和建議

錄安洲夾江段作為長江揚中河段的一部分，其演變主要取決于上游主流及河勢的變化，錄安洲夾江近岸河床近三年來整體基本穩定，結合近年來實施的護岸工程，初步得到如下結論：

1）外江洲頭至常州港段（主0+000～2+600）等高線外擴，護岸工程效果明顯，工程未覆蓋區域岸線穩定，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，需密切關注；外江華潤碼頭0 m等高線有500 m岸線內移明顯，平均內移8 m，原因為灘地邊緣坍塌，對洲堤安全不構成影響。

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

3）夾江德勝河下游至管架橋段（長江206+300～209+200）區域等高線外擴，護岸工程效果明顯，工程未覆蓋區域岸線穩定，變化較小，20 m深槽線近三年較為穩定，未有發展。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，主流貼岸段表現為凹岸沖刷，目前雖已有拋石護岸，但汛期受長江洪水下泄影響，河床被沖刷可能性較大，需持續關注。

4）夾江洲尾段（汊 4+000～4+700）區域等高線外擴，護岸工程效果較明顯，錄安洲洲尾逐年向下游呈淤積態勢，下游段河勢近三年沖淤交替。該段岸線距洲堤距離較遠，基本不對其產生影響。德勝河口近年來灘地坍塌嚴重，灘地邊線距江堤堤腳距離較近，對其構成安全隱患，需采取護岸措施。

建議對錄安洲夾江河段按要求定期開展監測，注意河床演變動態，特別是近岸河床岸坡及近岸深槽的變化，適時對重點險工段進行工程加固。