“张家港市沿江河势分析信息系统”的探索与实践
1、引言
长江在张家港段位于长江澄通河段中部，沿江陆地基本是在近代淤积成陆的，河床抗冲性、稳定性差。近年来，随着沿江经济的快速发展，一批大型企业陆续在张家港江沿线落户，这些企业在享受到水运便利的同时，也在受到长江水下冲刷、堤岸随时有可能崩塌等潜在危险的困扰。张家港江治理工程管理处为保障沿江码头、江堤运行安全，抑制坍江险情的发生，定期对沿江水下地形进行勘测、对涉水工程进行巡查，积累了丰富的资料。为充分发挥历年来水文勘测和巡查资料的使用价值，研究开发张家港市沿江河势分析信息系统，实时调用以上资料进行分析和辅助决策，以便掌握长江河床的变化规律、及时发现潜在险情。
2、资料入库
为及时掌握河床变化的动向、对水文勘测资料进行统一管理和实时调用，对上述水文勘测资料和巡查照片等具有参考价值的资料按统一的格式进行存储，构建“张家港市沿江水文勘测资料库”，该资料库的设计结构如下图：
水文勘测资料库以文件系统的形式进行设计、管理和维护。资料库的根目录文件夹以“长江水文勘测”命名，存储于系统安装目录下的“资料库”文件夹内。
水文勘测资料库文件夹下包括一个“其它资料” 文件夹和各个分析区域的文件夹（以区域名命名），分析区域可任意添加（只需添加相应名称的文件夹即可），充分考虑了本资料库的可扩展性。
在每个分析区域的文件夹内存储了根据该区历次水文勘测所得的数据建立
的水下数字地面模型文件，作为河床动态监测的主要依据资料。该数字模型文件以日期作为文件名命名，便于系统按地点和时间实时调用。 3、分析软件开发
以Microsoft .Net Framework 2.0为系统支持平台，采用面向对象的编程语言VB.NET开发的“张家港市沿江河势分析信息系统”，其具备的空间分析算法和绘图算法均为自主开发，既适应了我单位的特殊用途，又便于系统扩展和完善，不受第三方软件的制约，可随客户的要求增加实用的功能。
分析软件主要用于检索、调用“张家港市沿江水文勘测资料库”中的水文勘测、巡查照片等资料，进行长江河床变化动态监测分析、河床冲淤分析、长江河势辅助分析、险工段分析等工作，并将分析成果以分色图、断面比较图、变形曲线、等值线图等多种可视化形式显示，从而达到综合评估沿江河床边坡安全状态的目的。
与传统手段相比较，使用本系统进行河势辅助分析，具有效率高、信息查询及时、信息丰富、成果显示直观等优点，能较为方便的与历史测得的数据进行比对，掌握河床的历史变化规律。 4、系统应用示例
沙钢集团是江苏省重点企业集团，世界500强之一，拥有8公里长江沿江岸线。由于主流长期顶冲，深泓逼岸，土质抗冲性差等原因，深槽部位长期处于冲刷状态。对其监测和治理，一直是张家港水利局十分重视的首要工作之一。现以该段一干河至九龙港段为例，应用本系统对该段的河床冲淤情况进行分析。
通过分析系统调用该段2009年12月和2009年4月的勘测资料进行简要分
析，查看其冲淤分色图如下（红色表示刷深，绿色表示淤积）：
由上分析图可见该段码头前沿河床刷深较为严重，最大刷深达12米。通过系统相应菜单在图面上任意选择合适的典型点或典型断面进行多期数据分析比较，可查看该段河床变化的规律和特点，以确定该区河床的大量刷深是否对码头的安全运行带来影响。以最大刷深处作为典型点，该处河床历年的变化曲线及多期勘测的断面比较图分别如下：
海力8号码头前沿典型点的变形曲线
海力8号码头前沿典型断面的比较
通过上述例图可直观看出，该段的河床在20米的范围内往复冲淤，变化幅度较大，说明河床较为不稳定。至2009年12月河床高程达到05年来的最低，且从变形曲线的总趋势看，该处仍有继续刷深的趋势。再由断面比较图可看出，该处河床由L型冲刷变为了V型。
通过上述的简要分析，可以初步判断该处河床的变化较有可能影响附近码头的安全运行。
通过典型点处的变形曲线也可看出，长江部分河床复杂多变，且变化幅度较大，因此对长江河势的分析需通过长期的水文勘测资料比对才能找出其变化规律。本系统可以通过下拉列表任意选择勘测日期，加载相应的勘测数据进行比对，较好地解决了资料调用的繁琐过程，方便快捷地进行河势辅助分析。
5、河床安全评估
张家港市沿江河床冲淤较为普遍，较大的刷深（导致河床边坡变大，引起江堤或码头崩塌）和淤积（导致船只搁浅，无法靠岸）都会对码头或江堤的安全运行带来影响。因此，本系统应具备对这两种情况进行河床地形安全评估的功能。
对于淤积的情况，可通过等高线图、高程分色图方便查看码头前沿地形。或通过本系统设定船只安全运行的临界高程值，将高于该值的区域醒目的标示出，并计算土方量对清淤施工提供参考依据。
对于刷深的情况，由于河床地质情况不尽相同，冲淤积情况复杂多变、难以预测，是河床安全评估的重点。本系统主要通过对河床边坡的坡比、刷深值、历史最低值等多个参数综合分析，得出较有可能存在潜在危险的区域标识出来，如下图示例（不同颜色代表不同的危险级别）：
边坡的坡比是导致险情发生的直接相关参数，其对河床安全评估的权重较大。河床的刷深又是引起边坡变化的原因，但由于刷深不一定导致边坡变陡，其对河床安全评估的权重较小。通过对边坡坡比、边坡变化、刷深量、河床历年高程最低值等四项基本参数及其组合的综合分析，可达到对河床的危险状态进行分
级评估标识并预警的目的。根据分析区域的地质情况和实验分析，可设定合适的坡比临界值（默认为1:2的坡比）和刷深量临界值，以提高分析、预警的准确性。 6、意义
近几年来长江局部的崩岸险情时有发生，2007年12月芜湖长江段发生崩岸、2008年11月南京龙潭发生塌江、2009年10月安徽无为县发生崩岸，以上案例时时为我们敲响了警钟，沿江岸线安全问题仍十分严峻。张家港沿江陆地基本是近代淤积成陆的，河床抗冲性、稳定性差，局部段深泓逼岸、边坡较陡，严重威胁我市沿江码头、企业、人民群众的安全。
长江岸线的稳定关系国计民生，通过定期监测沿江河床的变化过程，掌握其变化的规律，可以有效地评估沿江岸线的安全运行状态、及时地发现潜在的险情、科学地分析成因，以便采取合理的工程措施，准确预测河床变化趋势。
本信息系统的开发和投入使用，便利了对长江河势的辅助分析，使分析成果直观易懂、表现形式多样化，摆脱了以往枯燥、单一的等高线对比工作模式，对长江河床的监测工作起到了积极的作用，成功地运用科学技术推动了本行业的进步，对张家港市水文勘测事业的发展有深远的意义。
7、结论
张家港市沿江经济发达，沿江河床的稳定是沿江经济可持续发展的前提，沿江水文勘测、巡查工作较为重要。对勘测资料的管理和及时分析，可掌握河床变化的规律和变化趋势，排查潜在的险情及时治理。在此背景下，本系统的实用价值、社会推广价值较为明显，分析简便，成果直观可视，弥补了水文勘测资料管理和分析传统手段的不足，不仅可在长江下游的河势变化分析中应用，还可推广至大江湖泊或内河的边坡稳定监测工作中。
