中小河流治理工程實施后河道沖淤分析

劉海輝

（南昌市水利電力建設公司，江西 南昌 330000）

0 引言

隨著城區經濟發展速度的加快，對河道岸線利用、河勢穩定不斷提出更高要求，在河道治理過程中應用GIS空間分析技術精準定位沖刷及淤積異常，盡早采取治理對策，保證工程安全運行的同時，全面掌握河段河勢變化趨勢，以便為防洪搶險、河道整治、險工護岸等提供科學依據。

1 工程概況

江西省中小河流治理昌北城區烏沙河綜合整治工程孔目湖段防洪工程施工2標段位于南昌市昌北城區，工程主要內容有土方開挖、清淤、護坡及新建孔目湖閘等河道整治工程，施工范圍樁號K0+100～K3+100孔目湖段。烏沙河是贛江下游左岸一級支流，河長40 km，集水面積258.70 km2，為南昌市重要水源。當前烏沙河孔目湖段已經實施了三期整治，使河段河勢得到進一步穩定和改善。

汛前或汛后通過分辨率1.25 cm 的R2SONIC2024 多波束探測系統進行河段全覆蓋掃描，取得高精度點云數據后，通過GIS 空間數據處理功能進行數據分析，并生成直觀、形象的水下地形格柵數據模型。對任意兩期格柵數據模型實施代數運算，便可得到兩時段沖淤圖。借助GIS空間分析功能進行河段沖淤信息的多維度定量分析，得到沖淤面積、淤積方量及空間分布，達到對異常現象的精準探測和定位。

2 河道沖淤變化

應用沙量平衡法進行烏沙河孔目湖段河道沖淤量分析，20世紀60年代該河段年泥沙淤積量平均為2.40萬t，淤積較為嚴重，此后隨著上游來沙量的減少及河道所建水利工程的攔沙作用，除極少豐沙年份出現淤積外，其余年份均以沖刷為主。結合類似分析，來水來沙條件是影響河道沖淤的主要因素，孔目湖段以上來水和以下來沙組合對河道沖淤存在較大影響。根據河段汛期含沙量均值沿程變化，孔目湖河段含沙量沿程大幅衰減，河道淤積嚴重，意味著孔目湖河段來水輸送上游來沙較為富余，孔目湖以下河段沖淤情況主要取決于河段來水富余攜沙能力和下游區間加沙量。

烏沙河孔目湖段河道沖淤量和來水來沙量之間的關系可表示如下：

式中：ΔWs—烏沙河孔目湖段河道沖淤量（m3）；Ws—孔目湖段加沙量（m3）；Ws孔—孔目湖段以上來沙量（m3）；W孔—孔目湖段以上來水量（m3）。通過式（1）可以看出，烏沙河孔目湖段以下加沙對河道沖淤影響的權重較大。烏沙河孔目湖段以下河道單位水量沖淤量和來沙系數之間的關系曲線具體見圖1，結合河段運行實際，當來沙系數取0.01 kg·s/m6時，河道基本處于沖淤平衡狀態，如果來沙系數超出此值將發生淤積，相反，則表現為沖刷。

圖1 烏沙河孔目湖段沖淤量和來沙系數的關系曲線圖

3 河道沖淤監測

在分析烏沙河綜合整治工程孔目湖段防洪工程施工2 標段完工檢測數據的基礎上對完工后的標段進行了多波束系統定期監測，其中K0+100～K1+100段、K1+100～K2+100段和K2+100～K3+100 段完工時間分別為2017 年5 月，2018 年1 月和2018年6月，監測時間分別為2019年10月和2020年10月，2020年10月、2021年10月。

3.1 多波束水下地形圖

通過Caris 軟件進行多波束點運數據處理，保證多波束水下地形圖例和精度每期一致，通過分析水下地形圖，對工程運行情況進行一定程度了解。通過與歷年水下地形圖的比較以及對顏色和紋理變化情況的分析，判斷河道沖淤情況。根據K0+100～K1+100 段持續監測多波束水下地形圖可以看出，上游部分區域存在拋石痕跡，中下游拋石痕跡基本消失，沙波現象明顯，表明K0+100～K1+100 段河道治理后仍存在一定淤積跡象；K1+100～K2+100段多波束水下地形數據顯示，深水側左岸工程邊界清晰可見，右岸邊界存在明顯沖刷，工程結構完整性不良。根據K2+100～K3+100 段多波束水下地形圖，局部河段內拋石痕跡明顯，部分區域拋石痕跡較弱，沙波紋理清晰，意味著該河段河勢控制應以淤積為主。

3.2 GIS空間分析

通過GIS 空間數據處理功能生成烏沙河綜合整治工程孔目湖段防洪工程施工2標段任意兩期沖淤圖，并借助GIS空間分析功能進行沖淤結果空間分析，對河段沖淤變化進行定量描述，精確提取河段沖刷范圍、沖刷方量等工程數據，為河段治理提供基礎數據。

3.2.1 K0+100～K1+100段

該河段2019-2020年沖淤圖具體見圖2，從圖中可以看出，該河段工程區以淤積為主，淤積幅度最大達2.76 m，CS6～CS7近岸區域局部表現為沖刷，沖刷幅度最大達1.21 m。根據所提取的河段沖淤數據表（表1），該河段2019-2020 年淤積變幅明顯高于2018-2019 年，且沖刷面積明顯減小，表明河段內淤積明顯，但整體穩定性較好。

表1 K0+100～K1+100段沖淤變化表

圖2 K0+100～K1+100段沖淤圖

3.2.2 K1+100～K2+100段

根據監測結果繪制沖淤圖，由圖3可以看出，K1+100～K2+100段工程斷面CS8～CS12以內河槽左岸存在局部沖刷，沖深最大達到9.75 m，其余區域主要表現為淤積，淤積最大為4.45 m。根據表2 中該河段沖淤變化趨勢，2019 年10 月以后河段淤積幅度減小，沖刷幅度增大。

表2 K1+100～K2+100段沖淤變化表

圖3 K1+100～K2+100段沖淤圖

3.2.3 K2+100～K3+100段

根據2018年5月至2020年10月的河段監測數據進行河段沖淤分析，由圖4沖淤圖可以看出，該河段沖淤平衡，沖深最大達2.98 m，淤積深度最大為2.64 m。根據河段沖淤變化表（表3），2019年10月至2020年10月期間河段淤積幅度增大而沖刷幅度減小，河段沖淤趨于穩定。

圖4 K2+100～K3+100段沖淤圖

4 結論

以上對烏沙河綜合整治工程孔目湖段防洪工程施工2標段河道的沖淤分析，能準確反映河道沖淤幅度、沖淤面積等基本信息，對于沖刷威脅河道及工程穩定的河段，應進行標段沖刷范圍和空間位置等的精準定位和進一步分析，為后續補充治理提供基礎資料。分析結果表明，烏沙河綜合整治工程孔目湖段防洪工程施工2 標段局部河段深水區沖刷較為嚴重，河岸及工程邊界發生垮塌的可能性非常大，其余河段則以淤積為主，沖淤相對平衡，工程河段基本處于穩定狀態，可暫不治理。

表3 K2+100～K3+100段沖淤變化表