胡優(yōu) 李清平

摘 要：淺灘航道水深是保證船舶安全和正常通航的重要指標(biāo)，本文通過收集整理2015～2020年湘江岳陽城陵磯至株洲一橋航道各淺灘觀測點(diǎn)水深觀測數(shù)據(jù)，建立分析模型，利用GIS在處理空間數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，分析得出各淺灘水深變化的時空分布特征，找出問題較為突出的淺灘，提出應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：湘江航道;淺灘水深;時空特征;應(yīng)對措施

中圖分類號：U617? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0116-04

湘江航道是湖南“一江一湖四水”骨干航道網(wǎng)中重要的高等級航道。近年來，由于產(chǎn)業(yè)發(fā)展、興建水利工程和氣候條件等原因，湘江部分淺灘枯水期航道水深不足[1]，導(dǎo)致船舶擱淺、堵航事件時有發(fā)生，水運(yùn)優(yōu)勢難以發(fā)揮。為分析航道淺灘水深變化特征，周春煦[2]用多年實(shí)測水文數(shù)據(jù)分析淺灘成因，王利鋒[3]探索多波束測深系統(tǒng)在航道水位測量中的應(yīng)用，宮彥萍[4]研究基于GIS的內(nèi)河航道通航狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，本文通過收集整理2015年至2020年湘江岳陽城陵磯至株洲一橋航道各淺灘觀測點(diǎn)水深數(shù)據(jù)，建立分析模型，利用GIS在空間分析的優(yōu)勢，得出各淺灘水深變化時空分布特征，識別問題較為突出的淺灘分布水域，提出應(yīng)對措施。

1區(qū)域概況及數(shù)據(jù)說明

1.1區(qū)域航道概況

本文主要研究的湘江岳陽城陵磯至株洲一橋航段，總計(jì)通航里程為290公里，其中257公里為Ⅱ級航道，33公里為Ⅲ級航道。結(jié)合航道管理部門航道養(yǎng)護(hù)尺度，岳陽城陵磯至湘潭一橋220km按Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，湘潭一橋至株洲一橋37公里、湘陰西支33公里按Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

1.2數(shù)據(jù)來源

研究采用數(shù)據(jù)主要為航道部門發(fā)布的湘江岳陽城陵磯至株洲一橋航段淺灘日水深數(shù)據(jù)，共包含31處淺灘，2192天41890條數(shù)據(jù)。

1.3數(shù)據(jù)預(yù)處理

為形成可統(tǒng)計(jì)分析的淺灘水深數(shù)據(jù)集，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、序列化、空間化等方面的預(yù)處理。

標(biāo)準(zhǔn)化主要對水深數(shù)據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)屬性進(jìn)行處理。如文本值修正為數(shù)值，糾正格式錯誤，剔除數(shù)據(jù)異常值等，最終保留上報(bào)時間，淺灘水深，淺灘名稱，上報(bào)單位等字段。

序列化主要對原始數(shù)據(jù)中不連續(xù)數(shù)據(jù)進(jìn)行序列化處理。包括按日拆分?jǐn)?shù)據(jù)、缺失水深數(shù)據(jù)插值處理，形成水深序列數(shù)據(jù)。

空間化主要根據(jù)經(jīng)緯度對31處淺灘定位，疊加行政區(qū)劃、河流水系、路網(wǎng)，生成淺灘GIS一張圖。

2指標(biāo)分析計(jì)算方法

2.1統(tǒng)計(jì)分析法

2.2空間分析法

空間分析法主要用于分析航道淺灘區(qū)域空間分布特征，采用二維核密度分析函數(shù)，主要包括核函數(shù)和概率密度預(yù)測函數(shù)，核密度分析用于計(jì)算各輸出要素周圍的點(diǎn)要素的密度。

3分析結(jié)果

3.1時間特征

3.1.1年內(nèi)時間特征分析

根據(jù)1月至12月逐月淺灘平均水深情況來看，各淺灘3月至9月水深總體情況較好，其中7月水深最深，淺灘平均水深達(dá)3.99米，10月至次年2月水深下降較為明顯，其中12月水深最淺，淺灘平均水深3.31米，有10處淺灘水深低于3米，關(guān)門灘長益線和包公廟水深最淺，分別為2.33米和2.46米，接近Ⅲ級航道維護(hù)水深。

從各月份水深不均勻系數(shù)來看，總體不均衡系數(shù)0.06，其中關(guān)門灘長益線、包公廟、關(guān)門灘益岳線、元潭、株洲一橋、文經(jīng)灘不均衡系數(shù)較大，分別為0.16、0.15、0.13、0.12、0.11、0.1 ，水深波動明顯，樞紐上引航道口、楊梅洲、扁山等淺灘不均衡系數(shù)較小，接近于0，水深波動不明顯。

3.1.2年際時間特征分析

根據(jù)主要淺灘逐年水深統(tǒng)計(jì)情況來看，枯水期特征年際變化較大，其中2016年、2017年和2019年各淺灘枯水情況較為嚴(yán)重，各年12月水深明顯偏低，關(guān)門灘長益線月均水深降至1.5米，降至V級航道水平，文經(jīng)灘月均降至2.1米，降至Ⅲ級航道水平，戰(zhàn)枯保暢壓力較大。2015年、2018年枯水期較短，航道水深平穩(wěn)，各淺灘12月平均水深基本超過3米，航道運(yùn)行基本正常。

從各站變差系數(shù)來看，總體變差系數(shù)為0.03，其中蔡家港、關(guān)門灘長益線、南門港、株洲一橋、楊林賽灘變差系數(shù)較大，分別為0.16、0.15、0.14、0.12、0.12，年水深波動明顯，樞紐上引航道口、楊梅洲、扁山等淺灘變差系數(shù)較小，接近于0，年水深波動不明顯。

3.2空間特征

3.2.1淺灘水深頻次分析

根據(jù)不同航道等級維護(hù)水深標(biāo)準(zhǔn)對水深頻次分組，統(tǒng)計(jì)6年內(nèi)各淺灘水深頻次如下表。研究時段內(nèi)Ⅱ級航道2.8米以下水深較多的淺灘主要有文經(jīng)灘、新康灘、德興渡口等，其中文經(jīng)灘2.8米以下水深天數(shù)達(dá)到232天，占比達(dá)到10.6%。Ⅲ級航道2米以下水深較多的淺灘主要有關(guān)門灘長益線、包公廟、關(guān)門灘益岳線等，其中關(guān)門灘長益線2米以下水深天數(shù)達(dá)到219天，占比達(dá)到9.9%。

3.2.2空間特征分析

根據(jù)各等級航道內(nèi)淺灘水深的頻次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，通過Arcgis軟件進(jìn)行空間核密度分析，其中像元設(shè)置30米，搜索半徑5千米，形成航道淺灘水深空間強(qiáng)度特征，結(jié)果如圖所示。分析可知，主要淺灘發(fā)生區(qū)域分布在湘陰文經(jīng)灘、關(guān)門灘、湘陰大橋上首和樞紐下引航道口，其次是株洲一橋附近，其他區(qū)域淺水深發(fā)生頻度和積聚性較弱。

分析主要淺灘成因，長沙樞紐下游文經(jīng)灘、湘陰大橋上首淺灘主要因過度采砂導(dǎo)致河床下切、水位下降，其次三峽水庫9月開始蓄水、減少下泄流量也導(dǎo)致該區(qū)域枯水期水位下降;關(guān)門灘水域位于資水與湘江西支水流交匯影響處，導(dǎo)致泥沙在交匯處淤積;株洲一橋水域由于長沙樞紐未達(dá)到設(shè)計(jì)正常蓄水位，庫區(qū)航道枯水期水位降低，且該灘部分水域石質(zhì)河床上淤有砂卵石，造成水深不足。

4對策分析

通航水深是航運(yùn)通暢安全發(fā)展的重要保障，通過分析研究航段內(nèi)淺灘水深時空分布特征，針對各淺灘實(shí)際情況，采取應(yīng)對措施，主要包括：

4.1統(tǒng)籌編制淺灘整治規(guī)劃

針對各淺灘所處位置及水文情況，開展淺灘整治專項(xiàng)研究，包括開展通航水位、維護(hù)水深研究，優(yōu)化航道邊界線、航道養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合養(yǎng)護(hù)技術(shù)指標(biāo)與資金預(yù)算，確定航道整治原則，綜合經(jīng)濟(jì)、防洪、環(huán)境等各方面要求，制定航道整治近期規(guī)劃和年度計(jì)劃。

4.2建立淺灘航道尺度預(yù)測預(yù)警機(jī)制

做好淺灘航道水位、水深、航寬等航道尺度數(shù)據(jù)的整理和核實(shí)工作，收集整理相關(guān)樞紐、大壩等流量數(shù)據(jù)及水位數(shù)據(jù)，分析其與淺灘航道水深變化關(guān)系，預(yù)測水深變化趨勢，為戰(zhàn)枯保暢提供預(yù)警服務(wù)和養(yǎng)護(hù)技術(shù)指導(dǎo)。

4.3加強(qiáng)淺灘航道日常養(yǎng)護(hù)

從航道尺度管理、標(biāo)志管理、整治建筑物管理、水情預(yù)報(bào)等方面加強(qiáng)淺灘航道的日常養(yǎng)護(hù)。利用航道CCTV、航標(biāo)遙測遙控等監(jiān)控系統(tǒng)，加強(qiáng)對淺灘航道和航標(biāo)的實(shí)時監(jiān)控，根據(jù)水位變化合理配布航標(biāo)和調(diào)標(biāo)改槽，同時對重點(diǎn)淺灘水域進(jìn)行聲吶和多波束測掃，對達(dá)不到航道技術(shù)等級要求的區(qū)域采取淺灘航道整治工程措施。

4.4科學(xué)制定淺灘工程整治方案

航道整治工程是增大航道尺度、改善通航條件、促進(jìn)河道穩(wěn)定的重要工程技術(shù)手段[5]。隨著多年湘江航道的持續(xù)開發(fā)建設(shè)，淺灘整治經(jīng)驗(yàn)不斷積累。但對文經(jīng)灘、關(guān)門灘、株洲一橋等“老大難”灘群仍需進(jìn)行定期觀測，利用科技手段，結(jié)合模型試驗(yàn)，開展淺灘整治科研工作，為科學(xué)制定工程整治方案提供詳實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

4.5建立聯(lián)動協(xié)調(diào)機(jī)制

建立聯(lián)動協(xié)調(diào)工作機(jī)制，形成航道管理部門與地方政府、船閘運(yùn)營部門、相關(guān)企業(yè)的溝通協(xié)調(diào)機(jī)制，聯(lián)合開展船舶配載管理、現(xiàn)場執(zhí)法、水上交通管制、擱淺船舶的施救和助航助拖工作，協(xié)調(diào)船閘運(yùn)營部門進(jìn)行水量調(diào)蓄，適時調(diào)整航道通航水位。

5結(jié)語

本文主要就湘江岳陽城陵磯至株洲一橋航道淺灘水深時空特征進(jìn)行分析，明確主要淺灘水位時空分布情況和應(yīng)對措施，對于進(jìn)一步提高湘江航道通航安全，可開展以下方面工作：

（1）提升水深監(jiān)測信息化水平，實(shí)現(xiàn)水深報(bào)送智能化和水情預(yù)警。

（2）根據(jù)主要淺灘水深時空分布特征，有序、全面、因地制宜地確定工程整治方案，把痛點(diǎn)轉(zhuǎn)為亮點(diǎn)。

（3）探索航道養(yǎng)護(hù)長效保暢工作機(jī)制，持續(xù)保障航道安全運(yùn)行。

（4）建立航道“大數(shù)據(jù)”系統(tǒng)。開展航道通航全要素的精細(xì)治理，加強(qiáng)航道、港口、海事等交通信息融合和水利、氣象等部門的信息共享，提升大數(shù)據(jù)對航道科學(xué)決策支撐能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]尹斌勇，文躍凌，莫雄，等.湘江枯水期通航保障應(yīng)對措施[J].湖南交通科技，2020，46（4）：121-124.

[2]王利鋒，蔣新華，王冰，等.多波束測深系統(tǒng)在航道測量中的關(guān)鍵問題探討[J].海洋測繪，2014，34（5）：55-58.

[3]胡旭躍.淺灘整治航道的幾個問題[J].長沙交通學(xué)院學(xué)報(bào)，1994，10（4）：70-75.