長江中游典型河段岸灘穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究

熊海濱 譚政 胡小龍 孫昭華

摘要：

岸灘穩(wěn)定是岸線開發(fā)利用的前提。針對(duì)局部岸灘穩(wěn)定性缺乏系統(tǒng)量化評(píng)估方法的問題，引入層次分析法-綜合指數(shù)法，分析了來水來沙、邊界條件對(duì)岸灘穩(wěn)定的影響，構(gòu)造了以近岸泥沙輸移、主流擺動(dòng)、邊坡形態(tài)、河道形態(tài)及近岸泥沙組成（各因子權(quán)重占比分別為34.3%，25.7%，23.0%，9.9%，7.1%）為評(píng)價(jià)因子的岸灘穩(wěn)定性評(píng)估層次模型，明確了各因子對(duì)應(yīng)量化指標(biāo)及穩(wěn)定性綜合指數(shù)的計(jì)算方法。模型在長江中游典型河段——武漢河段中下段的應(yīng)用結(jié)果表明：該河段內(nèi)順直河道與分汊河道交界附近岸段穩(wěn)定性相對(duì)較差，河道進(jìn)出口、節(jié)點(diǎn)位置岸段穩(wěn)定性相對(duì)較好，且右岸總體穩(wěn)定程度大于左岸。提出的綜合指數(shù)能較好地識(shí)別河道兩岸不同位置的穩(wěn)定程度，評(píng)估方法簡單、可靠，可供其他類似河段評(píng)估應(yīng)用。

關(guān) 鍵 詞：

岸線利用； 岸灘穩(wěn)定性； 評(píng)價(jià)體系； 武漢河段

中圖法分類號(hào)： TV223

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2023.08.007

0 引 言

作為岸線資源自然屬性的關(guān)鍵因子，岸灘穩(wěn)定性（亦稱岸線穩(wěn)定性）是所有沿岸工程均需關(guān)注的基本問題。岸線開發(fā)利用中的穩(wěn)定岸線是指長期處于基本沖淤平衡狀態(tài)的岸線，強(qiáng)烈侵蝕、淤積岸線均為不穩(wěn)定岸線［1-3］。長江岸線是珍貴資源，合理而高效地利用這些岸線的前提是對(duì)岸線穩(wěn)定性有充分認(rèn)識(shí)。但作為大型沖積河流，長江中下游許多河段存在主泓不穩(wěn)定現(xiàn)象，一旦主泓近岸頂沖則會(huì)導(dǎo)致岸坡崩退，而主泓擺離岸線則會(huì)導(dǎo)致近岸淤積。經(jīng)過近10 a來的岸線治理，許多岸段實(shí)施了守護(hù)工程，但這些工程僅可防止岸線崩退，并不能防止近岸淤積。尤其是三峽水庫建庫后，水沙條件變化導(dǎo)致許多河段出現(xiàn)新的河勢調(diào)整，將可能在局部位置使原本穩(wěn)定的岸線變得不穩(wěn)定，亟需綜合水沙條件、河勢條件等量化指標(biāo)，提出一套評(píng)估和預(yù)判岸線穩(wěn)定性的方法體系。由于岸灘穩(wěn)定性受諸多因素影響，如何定量評(píng)估進(jìn)而預(yù)測岸灘穩(wěn)定性存在一定難度。

目前不同學(xué)科學(xué)者對(duì)此展開了大量研究。

資源利用、地理學(xué)方面對(duì)于岸線穩(wěn)定性的判斷大都直接從岸線的沖淤結(jié)果出發(fā)。例如程久苗［4］根據(jù)遙感航片中岸線形狀的特征及其位于河道位置情況，目視解譯出沖刷岸線和淤積岸線；王傳勝等［1］和秦麗云［3］引入了河演分析的一些方法，結(jié)合不同河型的穩(wěn)定程度、主流線擺動(dòng)、江岸頂沖部位以及沖淤變化等相關(guān)描述，進(jìn)而評(píng)價(jià)了岸線的穩(wěn)定性。不難發(fā)現(xiàn)，以上評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)均為定性判斷，雖然簡便可行，但存在較大的主觀臆斷性。盡管有研究以沖淤特征值的大小來量化岸線的穩(wěn)定程度［4-5］，但僅以河岸處的沖淤結(jié)果來反映岸線穩(wěn)定程度，而忽略了整個(gè)河勢的穩(wěn)定程度，顯然不夠全面。

河流動(dòng)力學(xué)中關(guān)于河岸穩(wěn)定性的研究主要有兩個(gè)方面成果。① 將河岸穩(wěn)定性與河床穩(wěn)定性統(tǒng)一起來，從河段整體的角度去考慮，從河型的判別、轉(zhuǎn)化目的出發(fā)，與河型穩(wěn)定性研究密切相關(guān)。例如單獨(dú)反映河岸穩(wěn)定程度的橫向穩(wěn)定系數(shù)［6］以及同時(shí)考慮橫向穩(wěn)定性和縱向穩(wěn)定性的綜合穩(wěn)定系數(shù)或指標(biāo)，且后者更為多見。這些反映河床綜合穩(wěn)定性的指標(biāo)或基于天然河道、模型試驗(yàn)得出［7-8］，或基于相關(guān)公式及理論推導(dǎo)而來［9-10］，也有采用層次分析法的多因素分析建立的［11］。盡管這些指標(biāo)公式為描述河岸、河勢穩(wěn)定性提供了量化判據(jù)（各種指標(biāo)公式雖然形式各異，其考慮因素概括而言無外乎來水來沙條件、河床周界條件等），但它們僅能用于不同河流或同一河流長河段中不同河型的特征參數(shù)對(duì)比［12］，這種長河段的整體穩(wěn)定性顯然不等同于岸線利用所關(guān)注的局部岸段穩(wěn)定性。② 崩岸作為河道橫向變形、岸段失穩(wěn)破壞的典型現(xiàn)象，學(xué)者對(duì)其影響因素及臨界指標(biāo)亦有較多研究［13-14］。例如唐金武等［15］提出了用穩(wěn)定岸坡作為崩岸判別指標(biāo)；鄧彩云等［16］構(gòu)建了較為全面的河岸穩(wěn)定性評(píng)估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)；孫啟航等［17］提出了河岸崩塌評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)模型。不少指標(biāo)在天然河道崩岸段的檢驗(yàn)中都取得了良好效果，但崩岸本質(zhì)上是沖刷導(dǎo)致的失穩(wěn)，因此以上關(guān)于崩岸影響因子的指標(biāo)也均是考慮沖刷性質(zhì)方面。而岸線資源利用評(píng)價(jià)中，淤積和沖刷均為不穩(wěn)定因素［18］。若沿用崩岸指標(biāo)，淤積岸線則會(huì)被視為穩(wěn)定岸線，這顯然也是有問題的。

總體而言，過去的河勢穩(wěn)定研究，其定位是以主泓位置為代表的平面形態(tài)總體穩(wěn)定性，空間尺度較大，不能準(zhǔn)確刻畫出局部岸線穩(wěn)定；過去的岸線穩(wěn)定研究，以侵蝕崩岸區(qū)為對(duì)象，其目的是篩選需要實(shí)施防護(hù)工程的位置，而對(duì)可能淤積的位置重視不夠，不能為生態(tài)、取水、港口碼頭等岸線利用類型提供足夠支撐。有鑒于此，本文通過引入河演分析中河勢穩(wěn)定性的影響認(rèn)識(shí)成果，建立了一套量化評(píng)估局部岸線穩(wěn)定性的指標(biāo)體系，提出并計(jì)算了岸灘穩(wěn)定性綜合指數(shù)，并對(duì)典型河道岸線開展初步應(yīng)用。

1 評(píng)估方法與岸灘穩(wěn)定性影響因素分析

1.1 評(píng)估方法

岸線穩(wěn)定性評(píng)估采用層次分析法（AHP）-綜合指數(shù)評(píng)價(jià)方法，其中層次分析法是最為常用的一種權(quán)重賦值分析方法，綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法屬于常規(guī)的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法，二者有機(jī)結(jié)合，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和有效性［19］。這類量化評(píng)估方法在生態(tài)系統(tǒng)健康、水資源承載力評(píng)價(jià)等領(lǐng)域內(nèi)被廣泛采用［20-21］。

本文評(píng)估方法的流程見圖1，其步驟主要如下：

（1） 劃分岸段評(píng)價(jià)單元，劃分過程中需考慮區(qū)段內(nèi)一致性和區(qū)間差異性原則［22］。

（2） 基于相關(guān)理論分析（本文為河流動(dòng)力學(xué)、資源利用學(xué)及河道自身演變特征分析），建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并最終以目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)（分別對(duì)應(yīng)第一、二、三層）等多層次結(jié)構(gòu)展現(xiàn)。

（3） 確定指標(biāo)因子權(quán)重及量化指標(biāo)，采用實(shí)測數(shù)據(jù)計(jì)算各量化指標(biāo)的現(xiàn)狀值，通過相關(guān)方法（本文采用五等分法）換算為無量綱的“量化值”。其中權(quán)重值確定過程中根據(jù)常用的1～9標(biāo)度法來分層次對(duì)不同因子進(jìn)行兩兩比較以構(gòu)造判斷矩陣，當(dāng)矩陣的一致性指標(biāo)CR<0.1時(shí)，認(rèn)為滿足一致性檢驗(yàn)，計(jì)算方法參考文獻(xiàn)［23］。

（4） 最后根據(jù)指標(biāo)因子權(quán)重和“量化值”加權(quán)得到綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，評(píng)估結(jié)果是一個(gè)具體的數(shù)值，評(píng)價(jià)過程較簡單、易于操作和使用。

1.2 岸灘穩(wěn)定性影響因素

岸灘穩(wěn)定本質(zhì)是河道穩(wěn)定的一部分，其影響因素?zé)o外乎來水來沙條件和河道邊界條件。

1.2.1 水沙條件

（1） 河道來流量的影響。通常采用水文統(tǒng)計(jì)中的變差（離勢）系數(shù)Cv表征流量變化程度（為進(jìn)一步突出汛期洪峰過程的作用，亦可采用洪峰變差系數(shù)Cvf或汛期流量變幅來表征），來流系列中Cv值（或Cvf）越大，表明流量相對(duì)于均值越離散，河勢、岸灘穩(wěn)定性越差。但這僅能反映流量變化對(duì)長河段演變的影響，是一個(gè)河段整體穩(wěn)定性指標(biāo)，無法反映河段內(nèi)局部岸段穩(wěn)定性的差異。

河道主流線是河道水流運(yùn)動(dòng)的重要特征之一，水動(dòng)力軸線因流量不同而產(chǎn)生擺動(dòng)，理論上流量分配越不均勻，主流擺幅越大，岸灘越不穩(wěn)定。因此，選取河段內(nèi)區(qū)間主流擺動(dòng)情況作為間接反映流量變化對(duì)岸灘穩(wěn)定性影響的衡量指標(biāo)。

（2） 河道來沙量的影響：沖積河流一般是懸沙參與造床［7］，通常以水流中泥沙含量（S）與其攜帶泥沙的能力（S*，常采用張瑞瑾公式）相對(duì)大小來反映來沙對(duì)河道的影響。例如姚愛峰等［11］將S/S*作為評(píng)估河流穩(wěn)定性的一個(gè)指標(biāo)，并認(rèn)為比值越大，越穩(wěn)定。但S/S*本質(zhì)上應(yīng)該是一個(gè)抗沖性指標(biāo)，認(rèn)為淤積中的河流也是穩(wěn)定的。對(duì)于岸線開發(fā)利用來說，近岸處河床的強(qiáng)烈侵蝕和淤積均對(duì)岸線開發(fā)利用不利，應(yīng)是二者偏離程度越大，越不利于局部岸線的穩(wěn)定。

但一方面，泥沙觀測難度和工作量很大，岸灘沖淤由連續(xù)水沙作用所決定，只有大的水文站會(huì)開展逐日泥沙數(shù)據(jù)的觀測，故此指標(biāo)也只適用于長河段或不同河流的整體穩(wěn)定性判別；另一方面，泥沙輸移運(yùn)動(dòng)過程中不同粒徑泥沙存在粗細(xì)交換現(xiàn)象，運(yùn)動(dòng)規(guī)律尚未完全明晰。有鑒于數(shù)據(jù)獲取的困難性及泥沙河道輸移過程中微觀機(jī)理的復(fù)雜性，有學(xué)者直接以河岸附近的沖淤結(jié)果作為衡量指標(biāo)［24］，這在岸線資源評(píng)估領(lǐng)域也被廣泛采用［3-4］。故采用沖淤結(jié)果作為間接衡量指標(biāo)。

1.2.2 河道邊界條件

（1） 河道縱比降的影響。該值反映的是河道縱向地形情況。尹學(xué)良［25］認(rèn)為，來水來沙一定時(shí)，比降過小，挾沙力較弱，河槽發(fā)生嚴(yán)重淤積時(shí)將導(dǎo)致河槽改道不定而多汊散亂；比降過大，水流強(qiáng)度越大，容易發(fā)生切灘改道而變?yōu)槎嚆馍y。錢寧等［7］認(rèn)為游蕩型河流具有更大的比降，致使水流有更大的動(dòng)能，加大了河道的沖淤變幅，不利于河床穩(wěn)定。彎曲型河流盡管坡降緩，但始終保持著能高效輸沙的窄深河槽。天然河道常用希爾茲數(shù)的倒數(shù)φv=（ρs-ρ）d/（ρhJ）反映河床在縱深方向的穩(wěn)定性，并認(rèn)為該值越小，河道越不穩(wěn)定。

無論是比降還是考慮比降的穩(wěn)定系數(shù)，均是作為大尺度范圍內(nèi)不同河型的穩(wěn)定性對(duì)比，對(duì)于局部岸段的穩(wěn)定或許就不適用了，這是因?yàn)楹哟部v比降一般較小，局部縱比降則不然，可能達(dá)到比較大的數(shù)值［7］。說明比降大小除與河道本身形態(tài)有關(guān)外，還受選取的河段長度影響較大。對(duì)于河段內(nèi)不同岸段縱比降變化不大的河流而言，由于計(jì)算岸段長度不同帶來的誤差影響，使得不同岸段比降的對(duì)比分析意義不大，在進(jìn)行局部岸段穩(wěn)定性分析時(shí)可不考慮縱比降因子。

（2） 河道寬深關(guān)系的影響。該值反映的是河道平面形態(tài)。寬深差異更多的是由于河岸抗沖性不同所造成的結(jié)果，相對(duì)于河床組成，岸邊組成抗沖強(qiáng)度越大，就易形成窄深斷面，不然就會(huì)向?qū)挏\方向發(fā)展［11］。此外，河演分析中應(yīng)用較為廣泛的橫向穩(wěn)定系數(shù)φh=Q0.5/（J0.2B），亦包含了河寬的參數(shù)［12］，認(rèn)為河道越寬淺，穩(wěn)定程度越低；反之，河道越窄深，其越穩(wěn)定。以河寬或?qū)捝畋葋碜鳛楹影斗€(wěn)定性指標(biāo)，本質(zhì)上是間接用河岸變化的結(jié)果來描述其穩(wěn)定性。

通常而言，河道束窄處一般由天然磯頭節(jié)點(diǎn)控制；而河道放寬處，河道為了與水流條件相互適應(yīng)，常生成邊（心）灘，岸灘活動(dòng)性強(qiáng)。顯然，束窄段的岸灘穩(wěn)定程度大于放寬段。因此，本項(xiàng)研究采用寬深比B/h作為岸灘穩(wěn)定性指標(biāo)之一。

（3） 邊坡形態(tài)的影響。該值反映的是岸灘坡度情況。唐金武等［15］結(jié)合長江中下游河岸崩塌特征，提出了以穩(wěn)定坡比來識(shí)別岸坡的穩(wěn)定程度，并考慮了不同河型、不同地質(zhì)組成及護(hù)岸工程對(duì)穩(wěn)定坡比閾值的影響。相關(guān)研究表明，岸灘坡度越陡，越容易崩塌和沖刷，越不穩(wěn)定；反之，則越穩(wěn)定。因此，選取近岸岸坡坡度作為岸灘穩(wěn)定性指標(biāo)之一。

（4） 床沙組成的影響。河床表層泥沙直接受到水流的作用力，決定了河床的可動(dòng)性，其抵抗水流作用力的大小與泥沙粒徑密切相關(guān)。研究表明，無論室內(nèi)試驗(yàn)還是天然河道觀測［26-27］，在特定水深條件下均存在泥沙臨界粒徑，當(dāng)泥沙顆粒大于該值時(shí)，其受重力作用占主導(dǎo)，粒徑越大愈難以起動(dòng)；泥沙粒徑小于臨界值時(shí)（通常為黏性土），顆粒間黏結(jié)力占主導(dǎo)地位，粒徑越小愈不易起動(dòng)。由于天然河流床沙組成的非均勻性，常用中值粒徑D50代表，故近岸帶床沙D50可作為衡量岸灘穩(wěn)定性指標(biāo)之一。需注意的是，長江中下游在枝城以上存在局部基巖出露或者膠結(jié)卵石層等特殊邊界，河岸抗沖性強(qiáng)。本文主要考慮枝城以下的沙質(zhì)沖積河段，其岸坡多為沙質(zhì)。

2 岸灘穩(wěn)定性評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)以上分析，岸灘穩(wěn)定性評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，岸灘穩(wěn)定性作為目標(biāo)，列為第一層，水沙條件、邊界條件為第二層。水沙條件包括主流擺動(dòng)、近岸泥沙輸移2個(gè)因素；邊界條件包括河道形態(tài)、邊坡形態(tài)和近岸泥沙組成3個(gè)因素，共計(jì)5個(gè)影響因子。其中，考慮到深泓擺動(dòng)與主流擺動(dòng)有較好的一致（跟隨）性，且一般河道內(nèi)深泓觀測資料較為豐富，因此本文采用深泓擺動(dòng)幅度作為量化指標(biāo)。最終確定分別以深泓平均擺幅、近岸沖淤厚度、寬深比、坡比和中值粒徑作為具體量化指標(biāo)。需要說明的是，本文并未在指標(biāo)中單獨(dú)設(shè)置工程影響，但岸坡形態(tài)（坡比）分析中一定程度上間接考慮了護(hù)岸影響。

2.2 影響因子權(quán)重的確定

采用1～9標(biāo)度法對(duì)以上影響因子進(jìn)行兩兩比較，得到權(quán)重大小的量化值。在岸灘演變分析中，無論是河床綜合穩(wěn)定判斷還是崩岸的研究，水沙條件均被認(rèn)為是影響岸線穩(wěn)定性的主導(dǎo)因子［11，17］。對(duì)于沖積平原河流而言，主流變化貫穿于岸線、灘槽演變之中，其擺動(dòng)頻繁常導(dǎo)致航槽位置多變［28］，尤其是對(duì)河岸崩塌和淤積的影響，在某種意義上講是起決定性作用的。而來沙量的多寡則決定了泥沙的沖淤幅度［29］。因此確定水沙條件比河床周界重要，B1比B2的標(biāo)度為1.5（見表1）。

水沙條件中，主流擺動(dòng)幅度越大對(duì)岸線穩(wěn)定性越不利，主流近岸則頂沖岸邊，遠(yuǎn)岸則易于淤積，某種程度上甚至對(duì)岸灘形態(tài)變化起決定性作用。近岸泥沙凈輸移在宏觀上表現(xiàn)的即是近岸沖淤情況，其絕對(duì)值越大，說明岸線越不穩(wěn)定；除泥沙的絕對(duì)來量以外，來沙中床沙質(zhì)占比亦有重要影響：盡管它一般只占運(yùn)動(dòng)泥沙的少數(shù)，粗顆粒的床沙質(zhì)卻是與河床中泥沙交換并對(duì)河床起塑造作用的主體。錢寧等［7］認(rèn)為，來沙中粗顆粒泥沙或床沙質(zhì)占比越大，河道越容易游蕩擺動(dòng)，對(duì)其穩(wěn)定性越不利。反之，一定程度的沖瀉質(zhì)可使河流向穩(wěn)定的河型發(fā)展。因此，兩者都是極其重要的單項(xiàng)因子，考慮到地理學(xué)中對(duì)岸線穩(wěn)定性評(píng)估均采用近岸沖淤作為重要甚至是唯一指標(biāo)［1，4-5］，因此確定后者相對(duì)于前者略重要，重要程度在同等重要和稍微重要之間，C2比C1的標(biāo)度取1.33（見表2）。

考慮到邊坡坡度在某些文獻(xiàn)中是岸灘失穩(wěn)的主要判別指標(biāo)，如唐金武等［15］利用穩(wěn)定岸坡來衡量河岸的穩(wěn)定性，能較好地預(yù)測天然河道具體失穩(wěn)位置。因此首先確定邊坡坡度比河道形態(tài)和近岸泥沙組成均更重要。河道形態(tài)反映的更多是河勢情況，格魯什科夫早在1924年就提出了用寬深關(guān)系表征河相系數(shù)ζ=B/h，河岸越穩(wěn)定和不易沖刷，ζ值越??；竇國仁［30］提出的最小活動(dòng)性假說中認(rèn)為，河岸土壤越穩(wěn)定，寬深比B/h就比較小。反之河岸越穩(wěn)定其寬深比就比較大，如河床及河岸易沖的游蕩型河流河槽斷面均為寬淺型［31］。

相比于河道形態(tài)，近岸泥沙組成比局部岸灘邊界重要，確定C4相對(duì)于C3標(biāo)度為2.5，C3相對(duì)于C5標(biāo)度為1.5（見表3）。

經(jīng)分析，各判斷矩陣均滿足一致性檢驗(yàn)。綜合各判斷矩陣，得到岸灘穩(wěn)定性影響因子的權(quán)重值最終計(jì)算結(jié)果見表4。

3 實(shí)例應(yīng)用

3.1 典型河段選取

武漢河段中下段由順直（微彎）單一河道和分汊河道組成，是長江中游典型河道形態(tài)。此外，學(xué)者們對(duì)于該河段兩岸邊灘演變機(jī)理的研究較多，相關(guān)結(jié)論可對(duì)模型評(píng)估結(jié)果準(zhǔn)確性提供支撐，故選取該河段為典型河段開展研究。

岸段評(píng)價(jià)單元?jiǎng)澐质前稙┓€(wěn)定性評(píng)估的前提和基礎(chǔ)，本文參考航道部門在河段內(nèi)施測的水文斷面數(shù)據(jù)，結(jié)合河流入?yún)R流位置，將研究河段左、右岸地區(qū)共劃分為22個(gè)評(píng)價(jià)單元（見圖3）。劃分依據(jù)是：一方面這些水文斷面已能較好反映河型、灘槽轉(zhuǎn)換等特點(diǎn)，確保劃分后的評(píng)價(jià)單元能較好地反映岸線自然屬性的空間分異特征［2］；另一方面也可充分利用斷面上豐富的水文泥沙觀測數(shù)據(jù)對(duì)岸段進(jìn)行評(píng)估。

3.2 數(shù)據(jù)情況和指標(biāo)分析

結(jié)合實(shí)測資料對(duì)22個(gè)岸段評(píng)價(jià)單元對(duì)應(yīng)的5項(xiàng)指標(biāo)分別展開計(jì)算，研究中所采用的數(shù)據(jù)見表5。其中斷面水沙數(shù)據(jù)主要用于計(jì)算寬深比、中值粒徑；地形數(shù)據(jù)則用于計(jì)算深泓擺幅、沖淤速率和坡比。

研究河段內(nèi)不同斷面流速觀測表明，河道主流隨流量變化存在左右、上下擺動(dòng)特性，沿岸大流速區(qū)和緩流區(qū)的位置也隨之變化，不同岸段內(nèi)主流擺動(dòng)幅度有顯著差異，主流過渡區(qū)、分匯流區(qū)（汊道進(jìn)出口）段的主流擺幅明顯大于其他區(qū)段。對(duì)應(yīng)地，這些位置的岸灘穩(wěn)定性相對(duì)較差［32］，即主流擺動(dòng)幅度越小，越利于岸灘的穩(wěn)定。岸灘沖淤速率可根據(jù)包含有典型水文年區(qū)間（包含有大、小水沙年）的兩套不同年份地形CAD測圖散點(diǎn)數(shù)據(jù)通過作差計(jì)算得出，沖淤速率值越小，說明岸灘越穩(wěn)定。由河段內(nèi)各斷面沿岸縱比降統(tǒng)計(jì)可知，各斷面間縱比降在2.5×10-3上下波動(dòng)，變化相對(duì)不大［33］；加之由于計(jì)算岸段長度不同帶來的影響，本次研究中不考慮縱比降因子。對(duì)于武漢河段來說，河寬最窄深處由山-蛇山磯頭節(jié)點(diǎn)控制，穩(wěn)定程度明顯大于放寬段，也即寬深比B/h越小，岸灘越穩(wěn)定。武漢河段由沙質(zhì)河床組成，近岸帶床沙D50越大，河床的可動(dòng)性越低，其穩(wěn)定性越好。綜上，除中值粒徑是正向指標(biāo)外，其余均為負(fù)向指標(biāo)，也即前者數(shù)值越大對(duì)應(yīng)評(píng)級(jí)越高，后者則相反。

3.3 計(jì)算方法

以下按權(quán)重值大小降序?qū)Σ煌笜?biāo)的計(jì)算方法和過程進(jìn)行簡要介紹。

（1） 由于坡面和坡腳沖淤均不利于岸坡穩(wěn)定，且近岸涉水建筑物大都侵占一定陸域和水域面積，故沖淤厚度計(jì)算范圍考慮為多年平均流量下水邊線向內(nèi)陸和水邊平行延展一定距離。計(jì)算步驟為：將包含有典型水文年區(qū)間（本文以1996～2011年為例）的兩套不同年份地形CAD測圖散點(diǎn)數(shù)據(jù)插值在同一套細(xì)密網(wǎng)格上，再與水邊線及左右延展范圍線進(jìn)行圖層疊加，如圖4所示（以L2、R2岸段評(píng)價(jià)單元為例）；統(tǒng)計(jì)各岸段評(píng)價(jià)單元兩條延展線范圍內(nèi)的網(wǎng)格，則平均沖淤幅度Z可用下式計(jì)算：

式中：n為選定范圍內(nèi)網(wǎng)格數(shù)量，zi為第i個(gè)網(wǎng)格沖淤值，Ai為網(wǎng)格單元面積。

（2） 20世紀(jì)90年代以后研究河段深泓平面擺動(dòng)趨向穩(wěn)定［34］，因此，深泓計(jì)算以1993年為起點(diǎn)，在CAD中將各測年的深泓擺動(dòng)最大點(diǎn)連接，形成兩條外包線（見圖5）。則深泓平均擺幅L=A/B（A為岸段內(nèi)外包線包圍面積，B為岸段長度，二者均通過CAD軟件獲取）。當(dāng)深泓為單一段時(shí)，對(duì)應(yīng)位置的左、右岸段評(píng)價(jià)單元對(duì)應(yīng)A相同；深泓分汊處岸段評(píng)價(jià)單元取對(duì)應(yīng)側(cè)的深泓擺動(dòng)面積。

（3） 岸坡計(jì)算參考了文獻(xiàn)［15］中的計(jì)算方法。圖6同樣以L2、R2岸段評(píng)價(jià)單元為例，選取評(píng)價(jià)單元內(nèi)上、中、下游3個(gè)典型橫斷面，分別計(jì)算各斷面的左、右側(cè)的坡比，如岸段評(píng)價(jià)單元上游斷面的坡比

為點(diǎn)AL2-上（枯水位線與橫斷面交點(diǎn)）與BL2-上（近岸區(qū)斷面最低點(diǎn)）連線對(duì)應(yīng)的坡度，即i=|YA-YB|/|XA-XB|，其中枯水位線采用枯期（2009年3月）實(shí)測水文斷面水位插值計(jì)算。岸段評(píng)價(jià)單元坡度由對(duì)應(yīng)側(cè)3個(gè)斷面坡比的均值確定。

（4） 寬深比采用漫灘流量下河道寬度與平均水深之比?？紤]到2011年8月洪水流量接近河道平灘流量，因此，采用該測次的斷面河寬和水深數(shù)據(jù)（航道部門提供水位數(shù)據(jù)，流速記載計(jì)算表中通常會(huì)附帶記錄對(duì)應(yīng)時(shí)刻的水面寬、平均水深等數(shù)據(jù)信息）計(jì)算斷面寬深比，將上、下游斷面寬深比均值視為岸段評(píng)價(jià)單元對(duì)應(yīng)寬深比。

（5） 岸段評(píng)價(jià)單元中值粒徑D50的計(jì)算采用有關(guān)部門在河段內(nèi)不同斷面開展的床沙觀測數(shù)據(jù)，并以各斷面左、右側(cè)第一條垂線代表左右岸床沙組成，取上、下游斷面中值粒徑的平均值。圖7為各斷面左、右岸床沙級(jí)配圖，從圖上不難發(fā)現(xiàn)，右岸床沙組成總體較左岸更粗。

3.4 結(jié)果與分析

基于上述計(jì)算方法，對(duì)所有岸段評(píng)價(jià)單元逐一進(jìn)行計(jì)算得到相應(yīng)的指標(biāo)具體值。為便于量化分析，統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)指標(biāo)全部計(jì)算值的最大值和最小值，組成最值區(qū)間，采用五等分法對(duì)最值區(qū)間進(jìn)行均勻劃分，5個(gè)區(qū)間分別對(duì)應(yīng)1，2，3，4，5個(gè)評(píng)級(jí)，評(píng)級(jí)越高越優(yōu)。由于沖淤均對(duì)穩(wěn)定性不利，評(píng)級(jí)分析前需將負(fù)值進(jìn)行絕對(duì)值化處理。正向指標(biāo)數(shù)值越大對(duì)應(yīng)評(píng)級(jí)越高，負(fù)向指標(biāo)則相反。需說明的是，考慮到部分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在最值突變問題，也就是最值與其他值相差過大，如中值粒徑指標(biāo)，故將所有岸段評(píng)價(jià)單元中值粒徑進(jìn)行升（降）排序繪制曲線，可發(fā)現(xiàn)曲線存在明顯拐點(diǎn)。若依然根據(jù)最值劃分區(qū)間，會(huì)導(dǎo)致岸段評(píng)價(jià)單元的評(píng)級(jí)差異不大。為此，區(qū)間劃分的臨界值采用拐點(diǎn)以下曲線適當(dāng)延展得到最值，再根據(jù)兩端最值大小均勻劃分為5個(gè)區(qū)間。計(jì)算結(jié)果見表6（以左、右岸前5個(gè)岸段評(píng)價(jià)單元為例）。

結(jié)合上表中各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)級(jí)分（也即量化值）及對(duì)應(yīng)的權(quán)重值（見表4）進(jìn)行加權(quán)平均［19］，即可得到岸灘穩(wěn)定性綜合指數(shù)，該值可反映以上5項(xiàng)因子影響下的岸灘穩(wěn)定程度。圖8為最終計(jì)算結(jié)果，由圖可知，河段內(nèi)岸灘穩(wěn)定性綜合指數(shù)沿程分布并不均勻，岸段評(píng)價(jià)單元L7、R7穩(wěn)定性綜合指數(shù)最小，分別為2.63、2.31，該處岸段位于順直河道與分汊河道相銜接的進(jìn)口位置。事實(shí)上，該區(qū)域河床沖淤交替頻繁，主流擺動(dòng)不定，岸灘極為不穩(wěn)定，屢屢發(fā)生礙航問題［32］。右岸R1、R2、R3、R6、R11及左岸L5、L9岸灘穩(wěn)定性相對(duì)較好，同等條件下岸線開發(fā)利用時(shí)可優(yōu)先考慮這些岸段?？梢园l(fā)現(xiàn)，河寬較窄處的岸灘穩(wěn)定程度相對(duì)較高，如河道進(jìn)口（L1、R1）、出口（L11、R11）及龜山-蛇山節(jié)點(diǎn)（L5、R5）處的穩(wěn)定性綜合指數(shù)均在對(duì)應(yīng)平均線之上?？傮w來看，右岸岸段穩(wěn)定性大于左岸，其中右岸的綜合指數(shù)平均值為3.61，而左岸為3.32。這與底沙輸移運(yùn)動(dòng)和岸灘頻繁沖淤變化主要位于河段左岸的認(rèn)識(shí)相一致［32，35］，反映了穩(wěn)定性綜合指數(shù)的合理性。

4 結(jié) 論

引入層次分析法-綜合指數(shù)法，基于理論分析建立了岸灘穩(wěn)定性評(píng)估層次模型，確定了各項(xiàng)指標(biāo)因子權(quán)重值，明確了各單項(xiàng)指標(biāo)及綜合指數(shù)的計(jì)算方法，并在典型河段開展應(yīng)用研究，主要結(jié)論如下：

（1） 岸灘穩(wěn)定性由構(gòu)造的穩(wěn)定性綜合指數(shù)反映，該指數(shù)可通過岸灘沖淤幅度、深泓平面擺動(dòng)幅度、岸灘邊坡坡度、河道寬深比及岸灘泥沙組成5項(xiàng)指標(biāo)的量化值加權(quán)計(jì)算確定，各指標(biāo)權(quán)重值分別為34.3%，25.7%，23%，9.9%，7.1%。

（2） 武漢河段兩岸不同位置岸灘穩(wěn)定程度差異較大，其中河段內(nèi)順直河道與分汊河道交界附近岸段穩(wěn)定性相對(duì)較差，河道進(jìn)出口、節(jié)點(diǎn)位置岸段穩(wěn)定性相對(duì)較好，且右岸總體穩(wěn)定程度大于左岸。

（3） 本文提出的岸灘穩(wěn)定性評(píng)估方法簡單、可靠，可在其他類似徑流沖積河段開展應(yīng)用。長江岸線距離長，不同河段內(nèi)影響因素多，限于問題復(fù)雜性，未考慮受下游潮汐影響的感潮河段，也未考慮江湖匯流點(diǎn)等局部頂托以及局部采砂坑或大規(guī)模崩退導(dǎo)致的溯源沖刷影響，還有待今后進(jìn)一步深入研究。此外，如何在指標(biāo)設(shè)置中考慮人為工程的影響，亦值得探討。

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（編輯：胡旭東）

Abstract：

Bank stability is the premise of shoreline resources utilization.Aiming at the problem of lacking comprehensive quantitative evaluation methods for bank stability，this paper introduced the Analytic Hierarchy Process （AHP）-comprehensive index method to analyze the influence of water，sediment，boundary conditions on bank stability.A bank stability evaluation hierarchical model which includes near-shore sediment transport，mainstream swing，bank slope，channel shape，and near-shore sediment composition （the weights of each factor were 343%，257%，23%，99% and 71% respectively） was constructed，and the quantitative index corresponding to each factor and the calculation method for the comprehensive stability index were clarified.The application results of the model in the typical reach （middle and lower reaches of the Wuhan Reach） showed that the stability of the bank near the junction of the straight river and the branched river was relatively poor，the stability of the bank at the entrance and narrowed section of the reach was relatively high，and the overall stability of the right bank was greater than that of the left bank.The comprehensive index can better reflect the stability degree of different bank sections，and the evaluation method was simple and reliable，which can be applied in other similar river reaches.

Key words：

shoreline resources utilization；bank stability；evaluation system；Wuhan Reach