长江中下游崩岸监测及分析研究

崩岸严重影响长江堤防安全,直接制约着长江经济带发展战略的推进。系统总结了长江中下游崩岸的观测及调查工作成果,对已有崩岸监测实施情况、崩岸类型、特点和主要影响因素加以分析,并介绍了多波束测深系统、三维激光扫描仪等先进崩岸监测技术。研究成果可为进一步完善长江中下游崩岸监测体系和监测手段提供参考。     

一种基于水-雨-工情的新型堤防崩岸综合监测技术应用及探讨

构建的船载水陆立体测量系统可开展岸坡工情监测,直接面对崩岸,同时对岸坡陆上及水下地形开展监测;构建的崩岸水、雨情自动采集系统实现了水位和雨量测、报、控一体化,能在野外环境中快速开展工作。利用两个系统组成的新型堤防崩岸综合监测技术,在荆江河段典型崩岸段开展基于水-雨-工情的堤防崩岸综合监测技术试验性观测工作,证明该技术能够达到崩岸监测的精度及可靠性要求。     

现代高时空分辨率崩岸应急监测技术研究进展与展望

由于崩岸具有隐蔽性、突发性强、危害性大等特点,及时开展崩岸应急监测可掌握险情发展动态,便于开展崩岸灾害应急处理及抢护准备工作。随着无人机、多波束、三维激光扫描、孔径雷达等技术的发展,提出了从船载水陆一体化崩岸高分辨率地形获取、无人机广域崩岸岸线巡查与险情监视、真实孔径雷达岸坡稳定性监测与预警的现代高时空分辨率崩岸应急监测技术体系,重点介绍该技术体系中各监测手段的系统构成、系统特点,总结其应用现状及前景。高时空分辨率崩岸应急监测技术体系的构建使得险工险段快速、精准的监测及深入感知险情的发展及演变成为了可能,从而逐渐为崩岸预警、险情处置及后续河道整治提供可靠的技术支撑。     

崩岸整治工程的监测与分析

崩岸整治工程的监测工作包括施工质量监督与工程稳定性判断两方面。结合崩岸整治工程实例,着重讨论了护岸工程的位移、孔隙水压力、岸脚水下地形的监测与分析,可为崩岸整治工程的稳定性判断及工程运行、维护管理等提供重要依据。     

长江中下游崩岸监测技术应用研究

长江中下游干流河道为冲积平原河流,河岸地质构造多呈二元结构,河岸抗冲性较差,时有崩岸发生。为了及时掌握崩岸险情的变化情况,为长江中下游防洪减灾提供基础资料,在总结多年长江中下游河段崩岸监测工作经验的基础上,对长江中下游崩岸监测技术进行了概述和探讨,并以长江某险工险段监测为例,介绍了当前应用较为广泛的几种崩岸监测技术以及对地形测量成果的简要分析方法,同时对未来崩岸监测技术进行了展望。     

基于GNSS/INS紧耦合的水陆地形三维一体化崩岸监测技术

为解决崩岸地形监测中水陆地形分别测绘及水陆地形三维监测系统时空配准技术难题,提出利用GNSS(Global Navigation Satellite System)与INS(Inertial Navigation System)组合导航系统后处理的紧耦合数据,进行崩岸水陆地形三维监测数据时间匹配、空间归算。经误差分析,GNSS与INS紧耦合导航定位精度均<2 cm,经实例数据精度评定,陆域测点三维分量的误差<10 cm,水域测点测深的误差<15 cm,满足崩岸监测精度要求。基于GNSS/INS紧耦合水陆地形三维一体化崩岸监测系统可获得精准、高效、安全的崩岸监测数据,可广泛用于通航河段崩岸监测,为崩岸监测提供新的技术方案。     

安徽省长江崩岸预警技术研究与应用

近年来,长江安徽段水沙条件、河床边界变化明显,部分河段局部近岸河床冲刷下切,河岸崩退,威胁防洪和群众生命财产安全。为此,采用河道演变分析、近岸断面套绘、岸坡稳定计算等方法,结合已护岸工程、岸坡抗冲能力等情况,开展了长江崩岸预警工作。通过分析预测各崩岸段发展态势及崩岸发生可能性,结合崩岸可能造成的危害程度,向社会公开发布长江崩岸预警。该项工作开展以来,取得了良好的经济和社会效益,其经验可供长江其他河段开展崩岸监测分析与预警工作参考。     

冲积河流崩岸机理、数值模拟及预警技术研究进展

冲积河流崩岸不仅影响河势稳定,而且威胁两岸堤防等重要涉水工程安全。近年来由于上游来水来沙变化及水库运用等影响,长江中下游及黄河下游河段河床冲刷,崩岸现象突出,增大了河道防洪压力。从崩岸机理、数值模拟及监测预警技术3个方面总结了冲积河流崩岸的研究进展,指出了仍待解决的几个关键问题。在崩岸机理方面,阐明了崩岸发生的力学条件及影响因素,但需深化研究各因素之间的相互作用。崩岸数值模拟方法的快速发展为崩岸预测提供了有效的技术手段,但需更为全面地考虑崩岸机理,并有效刻画河岸边界条件的沿程变化。在监测预警技术方面,通常以局部岸段的地形及水沙条件监测为主,崩岸预警等级划分指标及方法多以经验法为主,需建立统一的、完善的评估体系。     

荆江河段崩岸预测

三峡工程建成后极大地提高了荆江的防洪能力,但由于河势演变及冲淤规律发生了变化,给荆江河段现有河势控制工程、堤防及护岸工程的安全带来不利的影响,从而影响防洪安全。介绍了荆江河道演变监测分析的监测范围、监测方法、分析手段以及岸坡稳定评估法对崩岸的预测结果,比较了预测崩岸与实际崩岸情况,并对结果进行了解析和思考。     

基于数字孪生技术的长江崩岸预警平台设计

受三峡水库运行影响，长江中下游河床冲刷加剧。为提高长江崩岸监测预警水平，建立了基于数字孪生技术的长江崩岸预警平台，并以长江中游荆江崩岸预警系统为例进行实例分析。提出了三级尺度的数字孪生崩岸数据模型与按时间顺序组织的数据切片模型方案，使崩岸各类数据通过构建统一的数据模型聚焦于崩岸物理实体，结合优化崩岸地形组织的算法与模型，驱动平台可视化、分析、预测等各功能高效实现，使静态的崩岸现象有变化过程的属性，提高了崩岸预测的信息化与智能化程度，有助于实现对长江崩岸险情的深度分析与预警抢险的高效决策。     

荆江河段崩岸机理及多尺度模拟方法

三峡工程运用后,进入荆江河段的水沙条件大幅度改变,导致近期崩岸频繁发生,影响局部河段的河势稳定及河道防洪安全。荆江段河岸组成一般为上层黏性土、下层沙土的二元结构,在近岸水流冲刷及河道水位涨落过程中受多种因素作用而发生崩塌。以往崩岸模拟考虑因素少,且相关参数难以量化确定。将河流动力学与土力学结合,提出了荆江段河岸土体物理特性与抗剪、抗冲及抗拉强度三大力学特性的量化指标,建立了上、下荆江二元结构河岸稳定性的计算方法,揭示了坡脚冲刷、潜水位变化等因素对岸坡稳定性的影响;提出了河岸崩退过程的多尺度模拟方法,将崩岸力学模型与水沙数学模型耦合,不仅能模拟河道内水沙输移及床面冲淤过程,而且还能模拟不同二元结构河岸的崩退过程。将建立的模型应用于荆江河段典型断面、长河段及局部河段的崩岸过程模拟,计算结果与实测值总体符合较好。提出的多尺度模拟方法为荆江崩岸预测提供了理论与技术基础。     

九畹溪崩塌堆积体塌岸预测及对涌浪的影响分析

三峡水库蓄水后库区涉水崩塌堆积体前缘会产生新的塌岸,进而对崩塌堆积体涌浪产生影响。为科学预测塌岸对崩塌堆积体涌浪灾害的影响,以三峡库区九畹溪崩塌堆积体为研究对象,通过工程地质调查,查明了其塌岸类型及其特征;运用岸坡结构法预测了崩塌堆积体的塌岸范围;采用改进条分法计算了塌岸前后崩塌堆积体运动速度;运用潘家铮法预测了塌岸前后九畹溪崩塌堆积体产生涌浪的初始高度,并对崩塌堆积体涌浪对岸点爬高进行了计算和对比。研究表明,三峡水库蓄水会导致九畹溪崩塌堆积体塌岸加剧,塌岸后崩塌堆积体初始涌浪高度及对岸点涌浪爬高会大幅度降低,表明塌岸减小了涌浪灾害的危害。     

河岸临界崩塌高度的研究

从河床冲刷下切与河岸应力的变化关系出发,分析了陡坡和垂直岸滩的崩塌挫落机制。在河床冲刷下切或者岸滩淘刷的过程中,黏性岸滩会出现纵向裂隙,促使河流岸滩崩塌。通过河岸崩塌体的稳定分析,导出折线河岸初次崩塌及二次崩塌的临界崩塌高度公式。河岸崩塌高度主要取决于河岸边界、水流因子、渗流强度、河道冲淤和岸坡土质等方面的因素。当河岸高度大于临界崩塌高度时,河岸发生崩塌。利用天然河岸崩塌高度的研究成果与模型沙崩塌高度的试验资料检验岸滩崩塌高度公式的合理性,证实了计算结果与实际基本相符。     

三峡库区兴山县平邑口库岸塌岸预测

在岸坡工程地质特征及稳定性分析的前提下，对平邑口库岸塌岸进行预测，并提出了库岸防护措施建议．研究表明，在三峡库水作用下，平邑口库岸的塌岸灾害是较严重的，需进行系统完善的工程防护处理．     

新水沙情势下长江中下游干流岸线保护研究——以扬中市2017年江堤崩岸治理为例

近十几年来随着水沙情势的显著变化,长江中下游干流崩岸险情频发,加强崩岸治理和岸线保护是沿江防洪安全和经济发展的重要保障。在梳理三峡水库蓄水以来坝下游水沙情势变化、河道冲刷和崩岸情况的基础上,以2017年11月江苏省扬中市江堤崩岸为例,分析崩岸段近期河道演变特征和地勘资料,认为河槽持续冲刷下切贴岸及二元土质结构河岸是崩塌的主要原因,而2016~2017年连续大洪水加了快崩岸的发生。崩岸发生后立即实施了窝塘抢护并修筑临时挡水子堤,随后实施完成干堤复建和窝塘上下游岸线守护工程,实现了2018年成功度汛。此次崩岸的特点和原因在长江中下游较为典型,对崩岸治理与岸线保护具有启示作用。     

岸坡崩塌条件下弯道环流与水流剪切力的变化特征

河岸崩塌(又称为崩岸或塌岸)是水动力作用下岸坡失稳的一种主要形式,属于一种典型的水力与重力的复合侵蚀。本文采用黄河上游宁蒙河段的磴口黏性河岸沙为实验用沙,通过实施8组弯道水槽实验模拟塌岸过程与河道冲淤演变过程,重点观测并分析崩塌近岸水位、流速、颗粒粒径及河床冲淤形态等水力-泥沙-河床三方面因子变化特点,揭示黏性岸坡崩塌过程水流剪切力分布特征及其对河道冲淤形态影响机制,结果显示崩塌体头尾部的剪切力突增,形成较大剪切力区,尾部剪切力大于头部剪切力,尾部形成涡流,流速分布混乱,加快崩塌体的分解和崩塌进程。实验进一步揭示了崩塌过程河床形态对水流剪切力的响应关系,为建立崩塌河段泥沙输移模型提供了基础依据,并可供河道整治工程规划设计参考。     

水库塌岸预测的运用原则

在10多座已蓄水运行的大型水库塌岸现场调查统计的基础上,总结了塌岸分布规律,发现了土体塌岸具有的水敏性特征,提出了水库塌岸预测的运用原则,使塌岸预测更具科学性和合理性,提高了塌岸预测的准确性,可较好地指导水库塌岸的预测工作。