聚焦监测岸段：近岸河床演变的精准探寻

聚焦监测岸段：近岸河床演变的精准探寻

孙秋雨

荆州市河道管理技术中心 湖北荆州  434000

摘要：本文阐述传统与现代测绘方法在近岸河床演变监测中的应用，包括水准测量、全站仪测量、GPS技术、多波束测深系统及机载LiDAR技术等。介绍测绘数据处理与河床演变分析方法，以蚂峪监测岸段为例，其2006-2023年多呈冲刷，特定时段微淤，还对其岸坡状态特征进行评价，为相关水利工程、航道管理等提供数据支撑与决策依据。

关键词：监测岸段；近岸；河床演变

前言：近岸河床演变是一个复杂的自然过程，受到水流、泥沙、潮汐、波浪等多种因素的综合影响。对近岸河床演变进行精准监测具有极其重要的意义，它不仅关系到水利枢纽工程的安全运行、航道的畅通无阻，还对海岸带生态环境的保护以及沿海地区的经济发展有着深远的影响。测绘技术作为获取河床信息的重要手段，在近岸河床演变监测中发挥着不可或缺的作用。

1传统测绘方法在近岸河床演变监测中的应用

1.1水准测量

水准测量是一种传统且精确的高程测量方法。在近岸河床演变监测中，通过在河岸设立水准基点，利用水准仪和水准尺测量河床不同位置相对于水准基点的高程变化。测量人员沿着预先设定的测量路线，在河床特征点上安置水准尺，逐点测量高程。这种方法精度较高，能够准确反映河床垂直方向上的变化，但作业效率相对较低，且受地形限制较大，在一些复杂地形或水域较宽的区域实施难度较大。

1.2全站仪测量

全站仪集测角、测距、测高差功能于一体。在近岸河床测量时，可以在河岸或船上设置测站，对河床的地形特征点进行观测。通过测量水平角、垂直角和距离，计算出特征点的三维坐标。全站仪测量具有较高的精度和灵活性，可以快速获取河床局部区域的地形数据。然而，其测量范围有限，在大面积的河床监测中需要频繁迁站，增加了测量工作量和误差累积的可能性。

2现代测绘技术在近岸河床演变监测中的创新应用

2.1GPS技术

全球定位系统（GPS）在近岸河床演变监测中得到了广泛应用。通过在测量船上或河床监测点上安置GPS接收机，可以实时获取测量点的三维坐标。差分GPS技术进一步提高了测量精度，能够满足高精度河床演变监测的需求。利用GPS技术可以进行大范围、高效率的河床地形测量，尤其适用于开阔水域的测量作业。例如，在河口地区的河床演变监测中，GPS测量船可以沿着预定航线快速采集河床地形数据，为研究河口地区河床在潮汐、径流等因素作用下的演变规律提供了丰富的数据支持。

2.2多波束测深系统

多波束测深系统是一种高精度的水下地形测量设备。它通过发射多个声波波束，同时接收反射信号，能够一次性测量大面积的水下地形。在近岸河床演变监测中，多波束测深系统安装在测量船上，随着船的航行，实时获取河床的水深数据，并生成高精度的水下地形地貌图。该系统测量精度高、覆盖范围广，可以详细地反映河床的微小地形变化，如冲刷坑、淤积丘等的分布情况。例如，在港口航道的定期监测中，多波束测深系统能够快速准确地检测出航道内的水深变化和海底障碍物的位置变化，为航道维护提供精确的数据依据。

2.3机载LiDAR技术

机载激光雷达（LiDAR）技术是一种新兴的测绘技术。它通过飞机搭载激光扫描仪，向地面发射激光脉冲，根据反射脉冲的时间差计算地面点的高程。在近岸河床演变监测中，机载LiDAR可以快速获取大面积的河床及周边地形数据，包括陆地部分和水下部分（通过一定的水深测量原理扩展）。这种技术具有高效、高精度、大面积测量的优势，可以快速获取整个监测岸段及其周边区域的地形地貌信息，为宏观分析河床演变与周边环境的相互关系提供了有力手段。例如，在海岸带综合管理中，机载LiDAR技术可以全面掌握近岸河床、海滩、沙丘等地形的演变情况，为制定海岸带防护、开发规划提供全面的数据基础。

3测绘数据处理与河床演变分析

3.1数据预处理

无论是传统测绘方法还是现代测绘技术获取的河床数据，都需要进行预处理。对于原始测量数据中的异常值、误差数据进行识别和剔除。例如，在GPS测量数据中，由于卫星信号遮挡、多路径效应等原因可能产生个别异常点，通过数据预处理可以提高数据的质量和可靠性。同时，对不同来源、不同格式的数据进行统一整理和转换，使其能够在后续的分析处理中兼容。

3.2构建河床数字地形模型（DTM）

利用处理后的数据构建河床数字地形模型是河床演变分析的重要基础。通过将离散的测量点数据按照一定的算法和规则内插生成连续的地形表面模型。在构建DTM时，需要根据测量数据的特点和精度要求选择合适的内插方法，如线性内插、样条函数内插等。河床数字地形模型能够直观地反映河床的地形地貌特征，为分析河床的冲淤变化提供了可视化的平台。

3.3河床演变分析方法

3.3.1基于不同时期DTM的对比分析

通过对不同时期构建的河床数字地形模型进行差值运算，可以得到河床的冲淤变化量和变化区域。例如，将本年度的河床DTM与上一年度的进行对比，计算出每个网格点的高程差，正高差表示淤积，负高差表示冲刷。通过这种方法可以直观地了解河床在一定时间段内的演变趋势和幅度，为水利工程规划、航道整治等提供决策依据。

3.3.2水流泥沙数值模拟与测绘数据相结合

利用水流泥沙数值模型模拟近岸水流运动和泥沙输移过程，将模拟结果与测绘得到的河床地形数据进行对比验证和相互补充。通过数值模拟可以预测在不同水流条件和泥沙来源情况下河床的演变趋势，而测绘数据则为模型提供了初始地形条件和验证数据。这种结合方法能够更深入地理解河床演变的内在机制，提高对河床演变预测的准确性。

4案例分析

4.1蚂峪监测岸介绍

蚂峪监测岸段（Y0+000～Y2+600）位于长江洋溪弯道凹岸末端、松滋河进口口门右岸。其近岸河床冲淤变化与上游来水来沙及洋溪弯道关洲分汊段演变相关。2006年6月至2023年11月，该岸段呈冲刷特点，水下坡脚前沿平均冲深8.12m，主要冲刷时段为2011年11月至2016年10月。蚂峪段冲淤监测导线高程沿程变化图见图1所示。

图1蚂峪段冲淤监测导线高程沿程变化图

2022年11月至2023年10月期间，蚂峪监测岸段（桩号范围Y0+000～Y2+600）总的情况微淤，水下坡脚前沿平均淤积约0.13m。

4.2岸坡状态特征初步评价

蚂峪监测岸桩号Y0+000～Y1+560段（全长约1.56km）为已护岸工程段，水上护坡主要采用干砌石的材料结构型式，水下护岸工程采用抛石的材料结构型式，已护岸段未发现崩岸现象，水上护坡情况基本完好。蚂峪监测岸桩号Y1+560～Y2+600段（全长约1040m）为自然岸坡，蚂峪监测岸桩号Y1+560～Y2+600段（全长约1040m）为自然岸坡，2023年发生中量轻度崩岸，为历史老崩岸段。但从2022年12月至2023年12月期间的蚂峪监测岸段水下地形变化和2023年现场查勘情况（图2）来看，该岸段水下坡脚附近边坡基本未发生变化，情况较为稳定。

图2蚂峪监测岸段典型断面变化图

结束语：

概而言之，近岸河床演变监测对多领域意义重大。通过多种测绘技术的应用与数据处理分析，能精准掌握河床变化。如蚂峪监测岸段的研究，让我们更了解其冲淤特性与岸坡状态。未来，测绘技术将不断发展，有望进一步提升监测精度与效率，为保障水域安全稳定、促进可持续发展持续助力。

参考文献：

[1]徐秀枝,张芹,郭敏.兴隆枢纽下游河段近年河床演变分析[J].水运工程,2024,(07):150-156.

[2]文丽.珠三角网河区河床冲刷深度计算与演变趋势分析[J].吉林水利,2024,(07):41-46.

[3]杨桓.都江堰渠首枢纽河床近期演变及引水浅析[J].四川水利,2024,45(03):42-45.

[4]邹红梅,杨成刚,袁晶,董炳江.近10年长江中游重点险工段近岸河床冲淤演变特点分析[J].长江科学院院报,2024,41(06):187-192.

[5]卢文彬.黄浦江上游河床演变分析研究[J].水利水电快报,2024,45(08):21-27.