多波束测深系统在长江沉排护岸工程运行状况监测中的应用

陈 辉，吴 杰，赵 钢，王冬梅

（1.南京市长江河道管理处，南京 210011；2.江苏省水利科学研究院，南京 210017）

多波束测深系统在长江沉排护岸工程运行状况监测中的应用

陈 辉1，吴 杰1，赵 钢2，王冬梅2

（1.南京市长江河道管理处，南京 210011；2.江苏省水利科学研究院，南京 210017）

常用单波束对水下工程进行测量，且建成后的整体运行情况很少受到关注。应用多波束测深系统对建成后4年的长江铰链沉排护岸工程运行状况进行扫测，通过与建成时地形进行对比，观察工程经历多个汛期后的稳定情况。对比结果是断面形状比较稳定，达到了设计的效果。

多波束；铰链沉排；工程运行状况

1 概述

长江中下游干流河道虽然整体河势基本稳定，但局部河段的河势仍处于演变和调整过程中，如主流摆动与岸线崩退情况时有发生，严重影响两岸洲滩岸线及水土资源综合开发利用。预制混凝土板铰链排是一种新型柔性的平顺护岸结构。它是由预制砼板用铰链接成排体，并与其下的土工布共同抗冲反滤，具有整体性好、适应河床变形能力强、取材容易、施工简单、维护管理方便、经济实用等特点。上世纪80年代起，先后在长江武汉天兴洲、湖南澧水津市河段、镇扬人民滩、汉口龙王庙险段等整治工程中采用；进入本世纪，铰链沉排护岸形式在长江重要堤防隐蔽工程及长江南京河段二期整治工程中推广运用。

但是铰链沉排护岸工程在经历多个汛期后，工程运行情况及整体稳定性究竟如何？目前，工程建成后的运行状况主要采用单波束测深系统进行断面测量，很难准确全面反映工程情况，且工程一旦建成，运行状况就很少被人关注。本文介绍应用多波束测深系统，对建成后4年的长江南京河段二期整治工程铜井河口段铰链沉排护岸工程运行状况进行扫测；并通过与建成时地形进行对比，观察工程经历多个汛期后的稳定情况。

2 多波束系统

本次使用的是英国GeoSwath Plus多波束条带测深系统，由换能器、DSP数据处理系统、高精度的运动传感器、GPS卫星定位系统、声速剖面仪及数据处理软件构成。GeoSwath多波束条带测深系统（125 k Hz），其深度量程可达200 m，最大覆盖可达12倍水深，分辨率为6 mm，每次扫描的取样数在20 m水深时，可达2 500个，在100 m水深时，可达12 500个。因此，多波束测深系统能够对水下地形进行全覆盖测量，具有同步测深点多、测量快捷、全覆盖等特点，能完成常规方法难以胜任的测量任务，尤其适用于大比例尺的测绘和特殊要求的水道地形测量等。由于多波束系统具有实时监测功能，可以现场监视水下地物地貌的细微变化，因而在堤防安全、溃口、崩岸、抛石护岸、水下工程施工、港口及疏浚工程监测，水下物体摸探及打捞等方面具有其它方法不可替代的作用。

3 工程概况

长江南京河段全长约92.3 km。该河段二期整治工程以稳定南京已有河势和河道平面形态为主要目标，以防御长江1954年型洪水作为防御标准。2003年度在长江南京河段新济洲、铜井河口、梅子洲和八卦洲等岸段实施工程，其中铜井河口段护岸工程铰链排护岸长度为4.61 km。工程于2003年10月开工建设，2004年4月竣工。

铰链沉排护岸布置如图1所示，由系排梁、预制砼板铰链排和岸上干砌块石护坡三部分组成。排体宽度由整体性、搭接量、沉排施工设备和施工条件综合决定。排体长度主要根据河势分析和河床地形情况，并考虑该护岸段最大可能冲刷坑高程、稳定计算的最陡稳定边坡确定。

图1 铰链沉排护岸布置Fig.1 Arrangement of bank protection to adopt precast concrete slabs connected with hinges

铜井河口段沉排护岸工程水上护坡由系排梁、浆砌块石脚槽、坡身、排水沟及滩顶截水沟组成。其中：坡身采用砼六边形预制块护坡护砌，系排梁为现浇砼，排水沟和截水沟用浆砌石砌筑；水下采用铰链砼沉排护脚，排体宽度69.3～95.9 m。

4 扫测情况及结果分析

2008年4月上旬进行工程区域水下地形扫测。

测量前对GeoSwath Plus多波束条带测深系统进行了姿态补偿、声速改正、吃水改正、GPS延时改正和后处理时的潮位改正，以减小测量误差。经过滤波和平滑处理，生成1／1 000地形图和三维场景图。每隔20 m取1个断面，共选取230个典型断面，与施工前后断面进行对比。

图2为整每公里处断面比较，图中点划线为施工前断面，虚线为施工后断面，实线为本次测量断面。表1为断面自系排梁向外每10 m一个测点的高程，工程区河床地形三维图见图3。

图2 本次测量断面与施工前后断面对比Fig.2 Comparison of cross sections among this time observation and before construction and after construction

表1 整公里处测点高程表Table 1 Measuring point elevations at integral kilometer location 单位：m

多波束扫测的断面与施工后测量断面相比，断面形状比较稳定，多数呈现淤积态势，工程区域整体稳定，达到了设计效果。由表1可知，工程抛护段河床基本稳定，排体部分冲淤在（-0.2 m，＋2.57 m）区间；排尾以下在工程竣工时呈冲刷态势，实测最大冲刷值-3.42 m，但经历4个汛期后，排尾以下逐渐回淤。

图3 工程区河床地形三维图Fig.3 3-D geomorphological map of the river bed in the engineering area

5 结论

长江南京河段铜井段铰链沉排护岸工程历经4个汛期，本次采用多波束对工程区域扫测，结果表明：

（1）护岸范围内岸坡总体上微淤，铰链沉排工程护岸效果良好，工程整体运行稳定。

（2）铰链沉排工程对水流阻力小，对近底水流结构影响小，局部淤积属于微调。

（3）铰链排排体下的土工编织布垫层能阻止岸坡泥沙被淘刷，排体稳定，搭接良好，整体护岸效果好。

与传统的测量方法相比，多波束测深系统具有高分辨率、高精度、全覆盖的特点，且精确、高效、快捷、实时直观的优势十分显著，能大大提高工作效率，为该技术在水下工程进一步开展工作，积累了工作经验，为其他水下工程的测量和运行状况监测提供参考。建议在其他水下工程和应用中进一步推广使用。

［1］ 李成刚，王伟伟，阎 军，等.传统多波束系统与具有相干特点的多波束系统的研究［J］.海洋测绘，2007，27（2）：77-80.

［2］ 李涛章，叶 松，廖小元，等.铰链混凝土板沉排新技术与施工实践［J］.人民长江，2002，33（8）：26-29.

Application of Multi-beam Echo Sounder in Monitoring Running Conditions of Precast Concrete Slab Connected with Hinges to Protect Yangtze River Embankment

CHEN Hui1，WU JIE1，ZHAO Gang2，WANG Dong-mei2

（1.Naijing Yangtze River Channels Administration，Nanjing 210011，China；2.Jiangsu Hydraulic Research Institute，Nanjing 210017，China）

Underwater engineering surveying is usually to use single-beam echo sounders and a little attention is paid to the engineering after completion.A multi-beam echo sounder is used to survey the engineering of precast concrete slabs connected with hinges to protect the Yangtze River embankment of Nanjing river stretch which has been built for four years.Through the contrast of the terrain of cross-sections among a recent observation and before construction and after construction，the form of cross-sections and the engineering area are stable，the design indexes reach the desired effects.

multi-beam；precast concrete slab connected with hinges；engineering running condition

TV853

A

1001-5485（2009）07-0014-03

2008-09-28

陈 辉（1975-），男，江苏海安人，硕士，工程师，主要从事水利工程管理工作，（电话）13305182983（电子信箱）chen.hwi＠163.com。

（编辑：刘运飞）

·简讯·

长江科学院水资源所对长江三峡干流消落区进行考察

受国务院三峡工程建设委员会办公室委托，长江科学院水资源综合利用研究所承担了“三峡水库消落区管理制度研究”项目。根据项目研究需要，水资源所于2009年6月4日至6月5日组织相关技术骨干，赴三峡水库消落区开展长江干流消落区考察工作。考察组对三峡水库干流消落区的分布特点、土地及植被类型、消落区的利用方式进行了全面考察。随后考察组人员对如何加强消落区管理以及消落区管理体制与制度建设等问题进行了深入讨论，为更加全面地制定符合实际的消落区管理制度奠定了现实基础。

（摘自《长江科学院网》）