刘海辉
（南昌市水利电力建设公司，江西 南昌 330000）
随着城区经济发展速度的加快，对河道岸线利用、河势稳定不断提出更高要求，在河道治理过程中应用GIS空间分析技术精准定位冲刷及淤积异常，尽早采取治理对策，保证工程安全运行的同时，全面掌握河段河势变化趋势，以便为防洪抢险、河道整治、险工护岸等提供科学依据。
江西省中小河流治理昌北城区乌沙河综合整治工程孔目湖段防洪工程施工2标段位于南昌市昌北城区，工程主要内容有土方开挖、清淤、护坡及新建孔目湖闸等河道整治工程，施工范围桩号K0+100～K3+100孔目湖段。乌沙河是赣江下游左岸一级支流，河长40 km，集水面积258.70 km2，为南昌市重要水源。当前乌沙河孔目湖段已经实施了三期整治，使河段河势得到进一步稳定和改善。
汛前或汛后通过分辨率1.25 cm 的R2SONIC2024 多波束探测系统进行河段全覆盖扫描，取得高精度点云数据后，通过GIS 空间数据处理功能进行数据分析，并生成直观、形象的水下地形格栅数据模型。对任意两期格栅数据模型实施代数运算，便可得到两时段冲淤图。借助GIS空间分析功能进行河段冲淤信息的多维度定量分析，得到冲淤面积、淤积方量及空间分布，达到对异常现象的精准探测和定位。
应用沙量平衡法进行乌沙河孔目湖段河道冲淤量分析，20世纪60年代该河段年泥沙淤积量平均为2.40万t，淤积较为严重，此后随着上游来沙量的减少及河道所建水利工程的拦沙作用，除极少丰沙年份出现淤积外，其余年份均以冲刷为主。结合类似分析，来水来沙条件是影响河道冲淤的主要因素，孔目湖段以上来水和以下来沙组合对河道冲淤存在较大影响。根据河段汛期含沙量均值沿程变化，孔目湖河段含沙量沿程大幅衰减，河道淤积严重，意味着孔目湖河段来水输送上游来沙较为富余，孔目湖以下河段冲淤情况主要取决于河段来水富余携沙能力和下游区间加沙量。
乌沙河孔目湖段河道冲淤量和来水来沙量之间的关系可表示如下：
式中：ΔWs—乌沙河孔目湖段河道冲淤量（m3）；
Ws—孔目湖段加沙量（m3）；
Ws孔—孔目湖段以上来沙量（m3）；
W孔—孔目湖段以上来水量（m3）。通过式（1）可以看出，乌沙河孔目湖段以下加沙对河道冲淤影响的权重较大。乌沙河孔目湖段以下河道单位水量冲淤量和来沙系数之间的关系曲线具体见图1，结合河段运行实际，当来沙系数取0.01 kg·s/m6时，河道基本处于冲淤平衡状态，如果来沙系数超出此值将发生淤积，相反，则表现为冲刷。
图1 乌沙河孔目湖段冲淤量和来沙系数的关系曲线图
在分析乌沙河综合整治工程孔目湖段防洪工程施工2 标段完工检测数据的基础上对完工后的标段进行了多波束系统定期监测，其中K0+100～K1+100段、K1+100～K2+100段和K2+100～K3+100 段完工时间分别为2017 年5 月，2018 年1 月和2018年6月，监测时间分别为2019年10月和2020年10月，2020年10月、2021年10月。
3.1 多波束水下地形图
通过Caris 软件进行多波束点运数据处理，保证多波束水下地形图例和精度每期一致，通过分析水下地形图，对工程运行情况进行一定程度了解。通过与历年水下地形图的比较以及对颜色和纹理变化情况的分析，判断河道冲淤情况。根据K0+100～K1+100 段持续监测多波束水下地形图可以看出，上游部分区域存在抛石痕迹，中下游抛石痕迹基本消失，沙波现象明显，表明K0+100～K1+100 段河道治理后仍存在一定淤积迹象；
K1+100～K2+100段多波束水下地形数据显示，深水侧左岸工程边界清晰可见，右岸边界存在明显冲刷，工程结构完整性不良。根据K2+100～K3+100 段多波束水下地形图，局部河段内抛石痕迹明显，部分区域抛石痕迹较弱，沙波纹理清晰，意味着该河段河势控制应以淤积为主。
3.2 GIS空间分析
通过GIS 空间数据处理功能生成乌沙河综合整治工程孔目湖段防洪工程施工2标段任意两期冲淤图，并借助GIS空间分析功能进行冲淤结果空间分析，对河段冲淤变化进行定量描述，精确提取河段冲刷范围、冲刷方量等工程数据，为河段治理提供基础数据。
3.2.1 K0+100～K1+100段
该河段2019-2020年冲淤图具体见图2，从图中可以看出，该河段工程区以淤积为主，淤积幅度最大达2.76 m，CS6～CS7近岸区域局部表现为冲刷，冲刷幅度最大达1.21 m。根据所提取的河段冲淤数据表（表1），该河段2019-2020 年淤积变幅明显高于2018-2019 年，且冲刷面积明显减小，表明河段内淤积明显，但整体稳定性较好。
表1 K0+100～K1+100段冲淤变化表
图2 K0+100～K1+100段冲淤图
3.2.2 K1+100～K2+100段
根据监测结果绘制冲淤图，由图3可以看出，K1+100～K2+100段工程断面CS8～CS12以内河槽左岸存在局部冲刷，冲深最大达到9.75 m，其余区域主要表现为淤积，淤积最大为4.45 m。根据表2 中该河段冲淤变化趋势，2019 年10 月以后河段淤积幅度减小，冲刷幅度增大。
表2 K1+100～K2+100段冲淤变化表
图3 K1+100～K2+100段冲淤图
3.2.3 K2+100～K3+100段
根据2018年5月至2020年10月的河段监测数据进行河段冲淤分析，由图4冲淤图可以看出，该河段冲淤平衡，冲深最大达2.98 m，淤积深度最大为2.64 m。根据河段冲淤变化表（表3），2019年10月至2020年10月期间河段淤积幅度增大而冲刷幅度减小，河段冲淤趋于稳定。
图4 K2+100～K3+100段冲淤图
以上对乌沙河综合整治工程孔目湖段防洪工程施工2标段河道的冲淤分析，能准确反映河道冲淤幅度、冲淤面积等基本信息，对于冲刷威胁河道及工程稳定的河段，应进行标段冲刷范围和空间位置等的精准定位和进一步分析，为后续补充治理提供基础资料。分析结果表明，乌沙河综合整治工程孔目湖段防洪工程施工2 标段局部河段深水区冲刷较为严重，河岸及工程边界发生垮塌的可能性非常大，其余河段则以淤积为主，冲淤相对平衡，工程河段基本处于稳定状态，可暂不治理。
表3 K2+100～K3+100段冲淤变化表
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