(長(zhǎng)江水利委員會(huì) 水文局， 湖北 武漢 430010)

荊江河道險(xiǎn)工險(xiǎn)段崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)與預(yù)警方法探討

周建紅

(長(zhǎng)江水利委員會(huì) 水文局， 湖北 武漢 430010)

近年來(lái)，隨著長(zhǎng)江上游來(lái)水來(lái)沙條件改變，荊江局部河段河勢(shì)調(diào)整加劇，致使岸坡變陡，崩岸險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生，已嚴(yán)重威脅防洪、航道安全。鑒于此，分析了國(guó)內(nèi)外河道岸坡穩(wěn)定性預(yù)測(cè)和崩岸預(yù)測(cè)研究現(xiàn)狀，初步探索了荊江河段崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)與預(yù)警方法，可為堤防安全、崩岸治理研究和河道管理等提供技術(shù)支撐。

崩岸監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)預(yù)警；崩岸治理；河道管理；荊江

隨著長(zhǎng)江上游水庫(kù)群的投入運(yùn)行，清水下泄、沙量大幅減少，長(zhǎng)江中下游河道總體河勢(shì)基本穩(wěn)定，但局部河段沖淤幅度較大，其中荊江河段將長(zhǎng)時(shí)期處于沖刷狀態(tài)，河床下切，灘槽沖淤與主支汊分流格局可能會(huì)發(fā)生新的變化。受兩岸護(hù)岸工程的制約，荊江河段深泓以縱向下切為主，2002年10月～2015年10月，深泓平均沖深2.14 m，最大沖刷深度14.4 m。由于水流頂沖點(diǎn)上提或下移，引起大堤岸坡變陡，在一定程度上加劇了崩岸險(xiǎn)情的發(fā)生。部分未護(hù)段河岸可能因迎流頂沖而發(fā)生崩岸；已實(shí)施護(hù)岸的工程又可能因脫溜而失去其防護(hù)作用進(jìn)而加劇崩岸的發(fā)生；同時(shí)因長(zhǎng)江中下游河段二元結(jié)構(gòu)河岸中的非粘性土層抗沖性很弱，在漲水期和退水期極易發(fā)生崩塌。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003～2015年長(zhǎng)江中下游干流河道共發(fā)生崩岸825處，累計(jì)崩岸總長(zhǎng)度約 643.6 km[1]，崩岸已嚴(yán)重影響和威脅長(zhǎng)江中下游防洪安全，同時(shí)對(duì)河勢(shì)控制、已建岸坡防護(hù)工程以及岸線開(kāi)發(fā)利用等都造成不利影響。由于崩岸的發(fā)生具有隱蔽性和突發(fā)性，對(duì)崩岸的監(jiān)測(cè)技術(shù)與預(yù)警方法研究一直是該領(lǐng)域的研究難題，也制約著長(zhǎng)江河道的崩岸預(yù)防及河道治理的成功實(shí)施。因多方面原因，目前對(duì)荊江河道崩岸現(xiàn)場(chǎng)缺乏系統(tǒng)有效的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段和技術(shù)，崩塌地段難以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和預(yù)測(cè)，給長(zhǎng)江荊江防洪安全帶來(lái)了十分嚴(yán)重影響。

從2002年開(kāi)始，長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局根據(jù)長(zhǎng)江河勢(shì)調(diào)整變化，水文荊江局對(duì)重點(diǎn)險(xiǎn)工險(xiǎn)段進(jìn)行了定期巡查和近岸地形觀測(cè)與分析，對(duì)掌握險(xiǎn)工段岸坡、岸線變化，初步判斷發(fā)生崩岸可能性，對(duì)避免崩岸險(xiǎn)情發(fā)生起到了重要作用。近期黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視長(zhǎng)江崩岸治理與應(yīng)急度汛工作，現(xiàn)有觀測(cè)資料及研究成果已不能滿足當(dāng)前防洪安全及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展需求，須及早對(duì)崩岸險(xiǎn)情作出預(yù)警預(yù)報(bào)，提早采取工程措施，避免重大崩岸的發(fā)生。因此，亟需在新的來(lái)水來(lái)沙條件下加強(qiáng)對(duì)荊江險(xiǎn)工段河道崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)與預(yù)警方法的研究。

1 崩岸研究現(xiàn)狀

1.1 河岸穩(wěn)定性預(yù)測(cè)

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)長(zhǎng)江河道崩岸機(jī)理、岸坡穩(wěn)定預(yù)測(cè)及治理措施進(jìn)行了大量研究，并取得了顯著成效[2-6], 同時(shí)針對(duì)長(zhǎng)江河勢(shì)變化采取了系列工程措施，對(duì)穩(wěn)定河勢(shì)發(fā)揮了關(guān)鍵性作用[7]，還采取非工程措施如崩岸預(yù)警方法探索等[8]。其中河岸穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方面的研究主要包括傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)方法、極值假說(shuō)方法和水動(dòng)力學(xué)-土力學(xué)方法，以及人工智能方法如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[9-11]。各方法分述如下：

(1) 經(jīng)驗(yàn)方法模擬河道橫向展寬及穩(wěn)定性是建立在分析實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式來(lái)估計(jì)河寬變化的大小。經(jīng)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，但局限性較大，僅能在資料來(lái)源的范圍內(nèi)適用，且未考慮到河岸的幾何形態(tài)對(duì)河道展寬的影響，更為重要的是，這類方法未能考慮河岸沖刷、崩塌的內(nèi)在力學(xué)機(jī)理。

(2) 極值假說(shuō)方法為模擬河道的橫向展寬過(guò)程，在泥沙數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，引入附加方程式來(lái)預(yù)測(cè)河寬的變化。這個(gè)方程式通常依據(jù)某一參數(shù)的最大值或最小值來(lái)表示，例如水流功率最小、水流能耗率最小、臨界切應(yīng)力和輸沙率最大等。這些方法統(tǒng)稱為極值假說(shuō)方法。當(dāng)前借助于極值假說(shuō)方法模擬河道橫向變形，兩個(gè)最為典型的模型是張海燕的FLUVIAL.12模型和楊志達(dá)的GSTARS模型。極值假說(shuō)方法模擬河道展寬過(guò)程亦具有很大的局限性：它們僅適用于預(yù)測(cè)河道由不平衡狀態(tài)向平衡狀態(tài)的河寬調(diào)整，無(wú)法預(yù)測(cè)河道處于不平衡狀態(tài)下河寬的調(diào)整過(guò)程。其次，只能估計(jì)河寬變化的總量，無(wú)法確切估計(jì)左右岸的變化情況。另外，這些方法一般僅適用于非粘性河岸的展寬模擬。

(3) 水動(dòng)力學(xué)-土力學(xué)方法考慮了河道崩塌的力學(xué)機(jī)理，采用水動(dòng)力學(xué)模型計(jì)算河床沖淤變形，然后用土力學(xué)模型分析河岸的穩(wěn)定性，并計(jì)算河岸的崩塌量，適用于非粘性河岸和粘性河岸。武漢大學(xué)宗全利、夏軍強(qiáng)等人對(duì)上荊江4個(gè)典型斷面的崩岸土體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)取樣與室內(nèi)土工試驗(yàn)[12]，考慮水壓力對(duì)崩岸的影響以及土體力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)隨含水率的變化，提出上荊江二元結(jié)構(gòu)的河岸崩塌計(jì)算模式。該種方法克服了經(jīng)驗(yàn)方法及極值假說(shuō)方法的局限性，能夠體現(xiàn)河道崩塌的內(nèi)在力學(xué)機(jī)制，但由于對(duì)水動(dòng)力參數(shù)與土體參數(shù)的相互作用機(jī)制、土體參數(shù)的確定與檢驗(yàn)等均研究較少，該方法在今后仍需進(jìn)一步完善。

(4) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法通過(guò)引入人工智能領(lǐng)域的數(shù)學(xué)方法，建立的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的河道崩岸預(yù)測(cè)方法，考慮因素較為全面。許全喜等2004年建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的河道崩岸預(yù)測(cè)模型[11]，利用此模型對(duì)荊江石首彎道1965～2003年的崩岸情況進(jìn)行了模擬和預(yù)測(cè)。該模型能較準(zhǔn)確地模擬和預(yù)測(cè)河道崩岸變化，該模型的建立為河道崩岸的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供了一個(gè)新途徑。但值得指出的是，河道崩岸BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型中訓(xùn)練樣本易受實(shí)測(cè)資料的限制，特別是在河道變化比較劇烈的地方，河道地形等水文資料的長(zhǎng)期性與代表性都將直接影響模型的學(xué)習(xí)精度，進(jìn)而也影響模型的預(yù)測(cè)效果。

1.2 崩岸預(yù)測(cè)

關(guān)于崩岸預(yù)測(cè)問(wèn)題，目前許多研究者分別采用臨界崩塌高度、崩塌臨界坡度、粘土層與砂土層崩塌臨界厚度比(二元結(jié)構(gòu)河岸)、臨界起動(dòng)流速公式、安全系數(shù)等各個(gè)臨界指標(biāo)預(yù)測(cè)崩岸的發(fā)生。

(1) 臨界崩塌高度[13]。王延貴利用河岸穩(wěn)定分析的辦法，就一般折線邊坡河岸的崩塌高度進(jìn)行分析，同時(shí)考慮高水位浸泡及滲流作用的影響，提出了河岸臨界崩塌高度的概念，導(dǎo)出了折線河岸臨界崩塌高度的一般表達(dá)式。在河床沖刷下切或側(cè)向沖刷過(guò)程中，河岸發(fā)生挫落崩塌時(shí)的河岸高度稱為河岸臨界崩塌高度Hc。實(shí)際上該高度代表了一種河岸崩塌的臨界狀態(tài)，相當(dāng)于河岸崩體的下滑力等于阻滑力，表明河岸臨界崩塌高度可以用于衡量河岸的穩(wěn)定性。河床沖刷后，河岸高度增大，當(dāng)沖刷后的河岸高度大于臨界崩塌高度時(shí)，河岸將會(huì)發(fā)生崩塌。河岸臨界崩塌高度主要影響因素包括河岸強(qiáng)度系數(shù) (含內(nèi)摩擦角)、河床沖刷(河岸高度H及岸坡沖刷坡度)、河岸形態(tài)參數(shù)、浸泡和滲流參數(shù)等，且河岸臨界崩塌高度隨著河岸強(qiáng)度系數(shù)(含內(nèi)摩擦角)增大而增加，隨沖刷坡度、河岸坡度及滲流參數(shù)的增大而減小。

河岸臨界崩塌高度可用于河床演變數(shù)模計(jì)算中的河岸穩(wěn)定性判別指標(biāo)，當(dāng)沖刷后的河岸高度等于或大于臨界崩塌高度時(shí)，需要運(yùn)用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行河岸的崩塌計(jì)算。

(2) 崩塌臨界坡度[14]。窩崩或條崩均多發(fā)生于二元結(jié)構(gòu)河岸，且其崩塌過(guò)程首先表現(xiàn)為近岸河床沖刷，隨后下部砂土層受到水流掏刷，岸坡變陡從而失穩(wěn)坍塌。在岸坡變陡的過(guò)程中，存在崩塌臨界坡度，當(dāng)砂土層的實(shí)際坡度達(dá)到崩塌臨界坡度時(shí)，下層砂土層坡度失去穩(wěn)定，上層粘土層隨之懸空而發(fā)生崩塌；而當(dāng)下層砂性土層實(shí)際坡度小于崩塌臨界坡度時(shí)，河岸則將維持穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生崩塌。

不同的河型和土質(zhì)條件下，河道主流流路、頂沖位置及角度、沿程流量過(guò)程及大小均存在差異，因此造成了不同的岸坡形態(tài)。每個(gè)河段、每個(gè)斷面都有自己不同的岸坡變化范圍，即每個(gè)斷面都有自己的最陡坡度。雖然并非每個(gè)斷面的最陡坡度都非常接近臨界岸坡(如深泓貼岸情況下，其坡度可能較陡；而深泓離岸較遠(yuǎn)時(shí)，其坡度可能較緩)，但如果把一定條件下各個(gè)斷面砂層最大坡度中的最大值作為臨界坡度的逼近值，將其作為崩岸判別指標(biāo)則是可以接受的，也是較為合理的。李義天等[16]通過(guò)穩(wěn)定岸坡來(lái)逼近臨界坡度，用穩(wěn)定岸坡代替臨界坡度作為評(píng)判是否發(fā)生崩岸的臨界條件。其中穩(wěn)定岸坡的概念具體定義為，一定條件下(流量、河型、土質(zhì)等)各個(gè)斷面中砂層最大坡度中的最大值。如果資料系列較長(zhǎng)，包含了不同水沙系列條件下的各河段坡度變化，則由此確定的穩(wěn)定岸坡就會(huì)更逼近于臨界坡度。

由于缺乏崩岸河段在河岸坍塌時(shí)的原型實(shí)測(cè)資料，因此雖然用上述臨界坡度來(lái)衡量河岸的穩(wěn)定性較為合理，但其確定卻存在很大困難。

(3) 粘土層與砂土層崩塌臨界厚度比(二元結(jié)構(gòu)河岸)。我國(guó)長(zhǎng)江中下游彭澤縣馬湖堤崩岸處的上覆粘土與下層砂土的厚度比為 0.67～1.0；江西省九江市城區(qū)防洪堤崩岸處的對(duì)應(yīng)的厚度比為0.6～1.3。美國(guó)密西西比河流域的岸坡也呈二元結(jié)構(gòu)，上覆為粘土層，下臥為砂土層。Viotor.H.T等人通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，上覆粘土層Hc和下臥砂土層的厚度Hs比值R大于1.4時(shí)坡體保持穩(wěn)定[17]。因此，長(zhǎng)江上粘土層與砂土層崩塌時(shí)厚度比與密西西比河流域得到的結(jié)論基本吻合。

(4) 窩崩邊坡臨界起動(dòng)流速公式。冷魁認(rèn)為窩崩大多數(shù)發(fā)生在汛后或枯季，并且提出了邊坡臨界起動(dòng)流速公式，指出當(dāng)河道邊坡某處垂線平均流速大于起動(dòng)流速且某一高程的深槽向岸邊楔入時(shí)，此處土體開(kāi)始出現(xiàn)坍塌，窩崩隨之發(fā)生[15]。

由于崩岸問(wèn)題的復(fù)雜性，這些臨界指標(biāo)在預(yù)測(cè)實(shí)際崩岸現(xiàn)象時(shí)都有一定的局限性。除此之外，在土工研究領(lǐng)域，一直采用安全系數(shù)作為評(píng)價(jià)岸坡或建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的成熟指標(biāo)。對(duì)于自然河岸及已護(hù)岸線的崩塌過(guò)程，在水流動(dòng)力等外部因素作用下，將導(dǎo)致土體內(nèi)部因素的變化，最終導(dǎo)致的結(jié)果是河岸土體安全系數(shù)的變化，進(jìn)而發(fā)生坍塌。因此，采用安全系數(shù)作為岸坡崩塌的臨界指標(biāo)具有其合理性，也是目前易于操作和可行的方法。

2 崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)與方法

2.1 等級(jí)劃分與確定

根據(jù)河段的險(xiǎn)要地位和大堤外灘寬度不同，將險(xiǎn)工段劃分為重點(diǎn)險(xiǎn)工險(xiǎn)段和一般險(xiǎn)工段兩種類型。重點(diǎn)險(xiǎn)工險(xiǎn)段一般為灘寬小于50 m、一級(jí)堤防段或?qū)煌?、廠礦、港口、重要工程或城市等產(chǎn)生重大影響的堤段，分1、2級(jí)；其余次重的險(xiǎn)工險(xiǎn)段為一般險(xiǎn)工段，為3、4級(jí)。等級(jí)越高，監(jiān)測(cè)頻次就越多。根據(jù)歷年險(xiǎn)工護(hù)岸巡查統(tǒng)計(jì)與河道演變分析，2017年后續(xù)可能發(fā)生崩岸的河段有：

(1) 上荊江。① 枝江河段的同勤垸、洋溪鎮(zhèn)(右岸)、昌門溪至董市(左岸)、七星臺(tái)至大埠街(左岸)，崩岸監(jiān)測(cè)初定為4級(jí)，松滋口口門附近的偏洲高灘(右岸)，監(jiān)測(cè)初定3級(jí)；② 沙市河段的學(xué)堂洲(左岸，初定2級(jí))、臘林洲(右岸，初定2級(jí))；③ 公安河段的文村夾(左岸，初定3級(jí))，青安二圣洲(左岸，初定3級(jí))、南五洲(右岸，初定2級(jí))，茅林口(左岸，初定3級(jí))。

(2) 下荊江。① 石首河段：左岸的古丈堤、合作垸、向家洲、北碾子灣未護(hù)段、金魚溝下游未護(hù)段、中洲子下游未護(hù)段，崩岸監(jiān)測(cè)初定2級(jí)；右岸的北門口、寡婦夾、鵝公凹至塔市驛段，處于迎流頂沖段，崩岸易發(fā)多發(fā)，監(jiān)測(cè)初定3級(jí)；其他如淵子口、柴碼頭、調(diào)關(guān)等，雖處于迎流頂沖，但已進(jìn)行多次守護(hù)，近年來(lái)岸坡較為穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)初定3級(jí)；② 監(jiān)利河段：左岸的太和嶺至鋪?zhàn)訛?、沙夾邊、天星閣、鹽船套至團(tuán)結(jié)閘、反咀、姜介子、八姓洲、荊河垴等處，近年來(lái)崩岸多發(fā)，監(jiān)測(cè)初定2級(jí)；③右岸的新沙洲、天字一號(hào)、洪水港、荊江門、張家墩、七弓嶺等均為主流貼岸段、水流頂沖段和近岸河床沖刷劇烈的岸段，都有可能發(fā)生新的崩岸，監(jiān)測(cè)初定2級(jí)。

由于局部河段河勢(shì)不斷變化調(diào)整，迎流頂沖點(diǎn)可能上提或下移，崩岸范圍隨時(shí)可能發(fā)生變化，因此在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，須根據(jù)河勢(shì)變化情況，對(duì)崩岸監(jiān)測(cè)范圍和測(cè)量時(shí)機(jī)及時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.2 常規(guī)監(jiān)測(cè)方法

采用以護(hù)岸巡查為面，以重點(diǎn)險(xiǎn)工段水下地形監(jiān)測(cè)為點(diǎn)，以點(diǎn)帶面，點(diǎn)面結(jié)合。護(hù)岸巡查主要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查看河道主流線、水流頂沖點(diǎn)、漩渦等變化情況，了解迎水護(hù)坡面是否有裂縫、剝落、滑動(dòng)、隆起、松動(dòng)、坍塌、沖刷等變化情況，查看背水坡及堤內(nèi)腳是否有散滲、滲水坑、管涌等發(fā)生，初步判定潛在崩岸險(xiǎn)情發(fā)生的可能性。對(duì)有潛在崩岸險(xiǎn)情的，則及時(shí)進(jìn)行水下地形監(jiān)測(cè)。為提高水下測(cè)量工作效率和保障成果質(zhì)量，高水期時(shí)多采用多波束測(cè)深系統(tǒng)，中枯水期宜采用單波束測(cè)深，水下橫向測(cè)量寬度宜過(guò)河道主流深泓線。

2.2.1 監(jiān)測(cè)要素

(1) 近岸河床變化監(jiān)測(cè)：在監(jiān)測(cè)河段內(nèi)，進(jìn)行1∶2 000半江地形測(cè)量。水下地形由測(cè)時(shí)水邊至深泓外100 m，但最寬不超過(guò)400 m，最窄不小于350 m(測(cè)時(shí)水邊至江心)；陸上地形從水邊測(cè)至大堤內(nèi)腳。汛前、汛期和汛后各觀測(cè)1次，對(duì)特殊水情加密測(cè)次。

(2) 崩岸段局部流場(chǎng)觀測(cè)：采用ADCP走航式在監(jiān)測(cè)崩岸段中部斷面及上、下游 0.5 km斷面進(jìn)行半江流場(chǎng)觀測(cè)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)近岸水流。每年主汛期監(jiān)測(cè)3～4次，汛前汛后各監(jiān)測(cè)1次，較大洪峰漲落過(guò)程必須監(jiān)測(cè)1次，崩岸發(fā)生、發(fā)展期間適當(dāng)加測(cè)。宜與地形測(cè)量同步觀測(cè)。

(3) 懸移質(zhì)泥沙含沙量分布觀測(cè)：在流場(chǎng)斷面上，布置3～5線按6點(diǎn)法提取水樣，掌握近岸含沙量的分布及崩岸上下游含沙量特性的變化情況。

2.2.2 其他監(jiān)測(cè)

(1) 來(lái)水來(lái)沙條件監(jiān)測(cè)：利用上游河段水文、水位站監(jiān)測(cè)成果。包括水位漲落率、洪峰過(guò)程、沙峰過(guò)程及來(lái)量等。

(2) 河道邊界條件監(jiān)測(cè)：近岸河槽部分的床沙、河岸土壤成分結(jié)構(gòu)、級(jí)配、孔隙度及含水量監(jiān)測(cè)，可采用內(nèi)部形態(tài)觀測(cè)造孔的土柱樣品進(jìn)行分析。

(3) 波浪觀測(cè)：在布置監(jiān)測(cè)斷面上觀測(cè)波高、周期、波向、波型、水面情況等，輔助要素為風(fēng)速和風(fēng)向，采用目測(cè)或浮球式加速度型測(cè)波儀、聲學(xué)測(cè)波儀和重力測(cè)波儀等自記測(cè)波儀觀測(cè)。

(4) 地下水及滲流監(jiān)測(cè)：河岸地下水位、滲流(壓)、孔隙水壓力監(jiān)測(cè)，以及配套監(jiān)測(cè)河道水位。主要測(cè)量大堤中地下水水位和壓力，一般與沉降觀測(cè)配套測(cè)量。按照滲壓計(jì)埋設(shè)要求，將測(cè)量線引至地面?zhèn)溆?。?dāng)測(cè)量時(shí)將滲壓記錄儀連接計(jì)數(shù)，可用自動(dòng)記錄儀測(cè)量滲壓；利用電阻溫度計(jì)進(jìn)行地下水溫監(jiān)測(cè)。

(5) 人類活動(dòng)影響調(diào)查：近岸河床采沙、灘面取土、已建和正在興建的突出建筑物、近岸江灘上附加荷載等情況的調(diào)查，半月1次。

2.3 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

采用自動(dòng)安全監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)河岸近岸的變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要包括水平位移監(jiān)測(cè)、垂直位移監(jiān)測(cè)及裂縫監(jiān)測(cè)等。

2.3.1 外部變形監(jiān)測(cè)

采用GNSS、垂線坐標(biāo)儀、電容式測(cè)讀儀等專用儀器監(jiān)測(cè)，其中水平位移和垂直位移是監(jiān)測(cè)護(hù)岸崩岸表面的位移情況，預(yù)埋監(jiān)測(cè)控制網(wǎng)點(diǎn)，以測(cè)量標(biāo)點(diǎn)的位置移動(dòng)量來(lái)判斷岸坡的穩(wěn)定性。護(hù)岸崩岸監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)應(yīng)能反映河岸變化特征。各監(jiān)點(diǎn)可采用視準(zhǔn)線法和大氣激光準(zhǔn)直線法進(jìn)行水平位移監(jiān)測(cè)，也可采用全站儀或靜態(tài)GNSS監(jiān)測(cè)；垂直位移觀測(cè)采用精密水準(zhǔn)測(cè)量(二等及以上水準(zhǔn)測(cè)量)方法進(jìn)行測(cè)量。裂縫監(jiān)測(cè)是對(duì)河岸裂縫進(jìn)行位置、長(zhǎng)度、寬度、深度和錯(cuò)距等監(jiān)測(cè)，以了解裂縫的發(fā)展變化情況。

2.3.2 內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)

對(duì)河岸內(nèi)部位移及變形進(jìn)行沉降、傾斜和土壓力等監(jiān)測(cè)。對(duì)有護(hù)岸的河岸，還進(jìn)行坡面蠕動(dòng)、滑移、接縫監(jiān)測(cè)，應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)。采用儀器主要有多點(diǎn)位移計(jì)、土地位移計(jì)、沉降儀、滑動(dòng)式測(cè)斜儀、測(cè)縫計(jì)、電測(cè)水位計(jì)、滲壓計(jì)、土地壓力計(jì)、混凝土應(yīng)變計(jì)、鋼筋測(cè)力計(jì)和電阻溫度計(jì)等。

(1) 沉降觀測(cè)：在監(jiān)測(cè)點(diǎn)用鉆機(jī)打孔，孔徑約100 mm，埋設(shè)專用塑管，塑管按上密下疏的原則，隔2～4 m固定1個(gè)磁環(huán)，填埋好后待7 d左右用沉降觀測(cè)儀測(cè)量各磁環(huán)的位置作為初始值，以后隔7 d、15 d、1個(gè)月(開(kāi)始間隔短，以后時(shí)間長(zhǎng))觀測(cè)1次，對(duì)磁環(huán)位置進(jìn)行對(duì)比，判斷沉降情況。若變化速率加大時(shí)加密觀測(cè)。

(2) 傾斜監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)內(nèi)部的位移變化，與沉降觀測(cè)布設(shè)在同一個(gè)斷面上，也是采用鉆孔測(cè)量的方法，鉆孔的要求同沉降觀測(cè)，只是塑管上無(wú)需固定磁環(huán)。測(cè)量時(shí)只需將探頭放入管底，往上拉動(dòng)探頭，每隔0.5 m記錄1個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)。第一次測(cè)量完后將探頭交換方向再接照上面的方法測(cè)量1次，取2次的平均值為最終的測(cè)量值。與初始值對(duì)比分析岸坡內(nèi)部位移改變情況。

(3)縫隙監(jiān)測(cè)：對(duì)地表已經(jīng)產(chǎn)生裂縫的河岸，監(jiān)測(cè)裂縫的發(fā)展變化情況。將測(cè)縫計(jì)安裝在裂縫或接縫處，引出電纜線，分別測(cè)量裂縫或接縫處前后、左右、上下的位移量，將各處接縫計(jì)的引出電纜線集成到一處接入集成箱，儀器可定時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳。

(4) 壓力監(jiān)測(cè)：在兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面上埋設(shè)土壓力計(jì)，進(jìn)行側(cè)向和垂向壓力監(jiān)測(cè)，了解壓力隨河流水位及河岸內(nèi)部變形的變化規(guī)律。儀器埋設(shè)后，引出電纜線，同測(cè)縫計(jì)、滲壓計(jì)引線一樣接入集成箱，定時(shí)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)傳。

(5) 應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)：在有護(hù)岸的監(jiān)測(cè)斷面上，進(jìn)行護(hù)岸應(yīng)力、應(yīng)變及溫度監(jiān)測(cè)，研究護(hù)岸河段在水流及河岸土壤壓力作用下的崩岸發(fā)生發(fā)展規(guī)律，為護(hù)岸工程技術(shù)研究積累基礎(chǔ)資料。

3 預(yù)警方法

(1)指標(biāo)確定。以長(zhǎng)江崩岸發(fā)生的可能性、崩岸可能造成的危害程度為尺度，將崩岸預(yù)警劃分為1、2、3、4級(jí)[8]。其中，1級(jí)為最高級(jí)，發(fā)生崩岸可能性很大，造成的危害程度大，要求當(dāng)?shù)卣龊妙A(yù)警區(qū)宣傳和警示工作，落實(shí)每天不間斷巡查和每周1～2次地形監(jiān)測(cè)，轉(zhuǎn)移受崩岸威脅的群眾；2級(jí)為次高級(jí)，發(fā)生崩岸可能性很大，造成的危害程度較大，要求當(dāng)?shù)卣龊妙A(yù)警區(qū)宣傳和警示工作，落實(shí)每周不間斷巡查和每月1～2次地形監(jiān)測(cè)，必要時(shí)轉(zhuǎn)移受崩岸威脅區(qū)內(nèi)群眾； 3級(jí)為中級(jí)，有發(fā)生崩岸的可能性，需要做好預(yù)警區(qū)宣傳和警示工作，落實(shí)每月巡查1次；4級(jí)為低級(jí)，有發(fā)生崩岸的可能，落實(shí)每年巡查4次，主要安排在4、7、9、11月進(jìn)行。

(2)資料分析。分別利用多個(gè)測(cè)次河道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以及已有歷史資料，從河勢(shì)、近岸變化趨勢(shì)出發(fā)，分析評(píng)估各測(cè)次岸坡的穩(wěn)定性和崩岸發(fā)生的可能性，以及崩岸造成的危害程度，對(duì)荊江河道崩岸進(jìn)行初步預(yù)測(cè)預(yù)警。計(jì)算與分析的內(nèi)容包括岸線變化、深泓線變化、典型斷面變化及坡比等。

(3)預(yù)警發(fā)布。根據(jù)巡查、預(yù)警指標(biāo)和分析計(jì)算結(jié)果進(jìn)行崩岸預(yù)警預(yù)報(bào)，編制監(jiān)測(cè)預(yù)警簡(jiǎn)報(bào)，發(fā)送給相關(guān)單位及部門。崩岸預(yù)測(cè)方法與防治思路見(jiàn)圖1。

圖1 崩岸預(yù)測(cè)方法與防治思路

4 結(jié)論與建議

(1) 目前進(jìn)行的荊江重點(diǎn)險(xiǎn)工護(hù)岸觀測(cè)與巡查，監(jiān)測(cè)手段還不夠全面，其觀測(cè)方案仍具宏觀性，只能定性掌握荊江河段崩岸總體情況，難以及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)潛在重大崩岸險(xiǎn)情，更不能實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)警，提供資料和研究成果不具直觀性和可視性。

(2)通過(guò)15 a來(lái)的荊江險(xiǎn)工護(hù)岸巡查，為相關(guān)部門及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)送了荊江堤防現(xiàn)勢(shì)資料，為崩岸整治提供基礎(chǔ)信息。 但在崩岸監(jiān)測(cè)方面，尤其水下地形測(cè)量是間斷性的，而崩岸預(yù)警預(yù)報(bào)需要連續(xù)性，因此尚需建立崩岸預(yù)警預(yù)報(bào)模型加以實(shí)現(xiàn)。

(3) 隨著大量變形監(jiān)測(cè)設(shè)備的應(yīng)用，為崩岸監(jiān)測(cè)預(yù)警提供了良好的技術(shù)支撐，建議加大投入，并進(jìn)行相應(yīng)的專題研究，及時(shí)建立完整的崩岸監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

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2017-09-15

周建紅，男，長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局，高級(jí)工程師.

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(編輯：唐湘茜)