湘江航道淺灘水深時空特征分析及應對措施研究

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，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，提出應對措施。

關鍵詞：湘江航道;淺灘水深;時空特征;應對措施

中圖分類號：U617? ? ? ? ? 文獻標識碼：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]，導致船舶擱淺、堵航事件時有發(fā)生，水運優(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)護尺度，岳陽城陵磯至湘潭一橋220km按Ⅱ級標準養(yǎng)護，湘潭一橋至株洲一橋37公里、湘陰西支33公里按Ⅲ級標準養(yǎng)護。

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)預處理

為形成可統(tǒng)計分析的淺灘水深數(shù)據(jù)集，對原始數(shù)據(jù)進行標準化、序列化、空間化等方面的預處理。

標準化主要對水深數(shù)據(jù)非標準屬性進行處理。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，最終保留上報時間，淺灘水深，淺灘名稱，上報單位等字段。

序列化主要對原始數(shù)據(jù)中不連續(xù)數(shù)據(jù)進行序列化處理。包括按日拆分數(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指標分析計算方法

2.1統(tǒng)計分析法

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)和概率密度預測函數(shù)，核密度分析用于計算各輸出要素周圍的點要素的密度。

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，其中關門灘長益線、包公廟、關門灘益岳線、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重，各年12月水深明顯偏低，關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)不同航道等級維護水深標準對水深頻次分組，統(tǒng)計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)達到232天，占比達到10.6%。Ⅲ級航道2米以下水深較多的淺灘主要有關門灘長益線、包公廟、關門灘益岳線等，其中關門灘長益線2米以下水深天數(shù)達到219天，占比達到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)計數(shù)據(jù)，通過Arcgis軟件進行空間核密度分析，其中像元設置30米，搜索半徑5千米，形成航道淺灘水深空間強度特征，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、減少下泄流量也導致該區(qū)域枯水期水位下降;關門灘水域位于資水與湘江西支水流交匯影響處，導致泥沙在交匯處淤積;株洲一橋水域由于長沙樞紐未達到設計正常蓄水位，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，針對各淺灘實際情況，采取應對措施，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，開展淺灘整治專項研究，包括開展通航水位、維護水深研究，優(yōu)化航道邊界線、航道養(yǎng)護標準，結(jié)合養(yǎng)護技術(shù)指標與資金預算，確定航道整治原則，綜合經(jīng)濟、防洪、環(huán)境等各方面要求，制定航道整治近期規(guī)劃和年度計劃。

4.2建立淺灘航道尺度預測預警機制

做好淺灘航道水位、水深、航寬等航道尺度數(shù)據(jù)的整理和核實工作，收集整理相關樞紐、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系，預測水深變化趨勢，為戰(zhàn)枯保暢提供預警服務和養(yǎng)護技術(shù)指導。

4.3加強淺灘航道日常養(yǎng)護

從航道尺度管理、標志管理、整治建筑物管理、水情預報等方面加強淺灘航道的日常養(yǎng)護。利用航道CCTV、航標遙測遙控等監(jiān)控系統(tǒng)，加強對淺灘航道和航標的實時監(jiān)控，根據(jù)水位變化合理配布航標和調(diào)標改槽，同時對重點淺灘水域進行聲吶和多波束測掃，對達不到航道技術(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，淺灘整治經(jīng)驗不斷積累。但對文經(jīng)灘、關門灘、株洲一橋等“老大難”灘群仍需進行定期觀測，利用科技手段，結(jié)合模型試驗，開展淺灘整治科研工作，為科學制定工程整治方案提供詳實的數(shù)據(jù)支撐。

4.5建立聯(lián)動協(xié)調(diào)機制

建立聯(lián)動協(xié)調(diào)工作機制，形成航道管理部門與地方政府、船閘運營部門、相關企業(yè)的溝通協(xié)調(diào)機制，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)船閘運營部門進行水量調(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行分析，明確主要淺灘水位時空分布情況和應對措施，對于進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，實現(xiàn)水深報送智能化和水情預警。

（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，把痛點轉(zhuǎn)為亮點。

（3）探索航道養(yǎng)護長效保暢工作機制，持續(xù)保障航道安全運行。

（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治理，加強航道、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)對航道科學決策支撐能力。

參考文獻：

[1]尹斌勇，文躍凌，莫雄，等.湘江枯水期通航保障應對措施[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].長沙交通學院學報，1994，10（4）：70-75.