深圳河清淤工程跟踪测量与回淤特征分析

孙罗庆，王政君，李中洲，周贻港

(1.深圳市勘察测绘院(集团)有限公司，广东 深圳 518028； 2.深圳市治理深圳河办公室，广东 深圳 518052)

1 引 言

为贯彻落实《中华人民共和国环境保护法》《水污染防治行动计划》，全国各地开展了众多的黑臭水体治理及河道整治工程。清淤疏浚作为河道整治工程中的一种常用手段，在国内外得到了广泛的应用[1，2]。众多工程案例表明，清淤疏浚工程的实施将影响河道输沙平衡，导致不同程度的回淤[3，4]。

深圳河一度被河道污染、泄洪能力不足等问题困扰。经深港两地的共同努力，自20世纪90年代起，先后完成了治理深圳河一、二、三、四期工程，以及清淤工程、水面保洁工作、污染底泥治理等系列项目，改善了深圳河生态和水质，防洪标准从2年～5年一遇提升至50年一遇[5，6]。

随着时间的推移，深圳河一、二、三期河道出现了较严重的回淤，淤积问题日益严重。深圳河设定的防洪标准为200年一遇，现状50年一遇防洪标准不达标[7]。随着粤港澳大湾区和社会主义先行示范区建设的相继实施，未来深圳河防洪要求将进一步提高。

通过对清淤工程进行回淤跟踪测量，掌握回淤特性与规律，将对深圳河及其他河道清淤工程以及长期运行管理具有重要意义。

2 深圳河清淤工程

2.1 深圳河概况

深圳河是深圳市五大河流之一，是深港界河，从罗芳自东向西流入深圳湾，其流域面积约为 312.5 km2，深圳河一、二、三、四期河道长度共约 17.9 km。深圳河含3条主要支流：梧桐河、沙湾河和布吉河，深圳河河口南侧为香港米埔国际湿地保护区，北侧为深圳福田红树林国家自然保护区[8]。

深圳河为潮汐河，其潮汐为典型的不规则半日潮，深圳河口测得最大潮差为 1.5 m。深圳河流域属于亚热带海洋性季风气候，年平均降雨量为 1 664 mm。降水年内分配不均，每年4月～10月为汛期，降雨量约占年降雨量90%。降雨以锋面雨、台风雨及地形雨为主，强度大且暴雨多[9]。

2.2 清淤工程概况

深圳河河口断面为国家河道水质达标考核的国控断面。为了削减污染底泥对水质的污染影响，提高防洪排涝能力，改善河道水质环境，深圳市治理深圳河办公室于2018年开展“深圳河梧桐河口至上步立交河段(9+400～6+900)清淤工程”。清淤河段共计 2.5 km，面积约 0.3 km2，工程时间为2018年7月～2018年12月，共计清淤量为49.76万m3。清淤河段位置分布情况如图1所示。

图1 清淤河段位置分布及清淤概况

3 河道地形测量

深圳河两侧沿岸区域低潮位时存在较大面积滩涂，河道中线常年水深大于 1 m。河道地形测量方法主要采用RTK配合测深仪无验潮测深法、三维激光扫描技术，辅以GPS RTK技术，测量比例尺为 1∶500。

3.1 RTK配合测深仪无验潮测量

(1)技术原理

水下地形测量的目的是采集水下地形点的平面坐标和高程。GPS RTK配合测深仪无验潮测深法，通过GPS RTK技术获取水面点的平面坐标及水面高程，结合测深仪采集的水深数据，即可完成水下地形数据采集工作。其原理如图2所示，水底高程如公式(1)。

h=hG-L-(△h1+△h2)

(1)

式中，h为水底高程，hG为GPS接收机相位中心正常高，L为相位中心至水面高，△h1为换能器吃水深度，△h2为换能器至水底深度。

图2 RTK配合测深仪无验潮测深示意图

(2)作业步骤

①布测覆盖测区的GPS等级控制网，并联测等级水准高程；

②确定测区WGS84坐标系与项目采用工程坐标系之间的转换关系，并进行高程拟合；

③布设测深线方向为垂直于河道两岸方向，测深线间距为图上 ≤1.5 cm；布设测深检查线方向为垂直于测深线方向，检查线长度占测深线长度比例≥5%；测深点采样间距为 5 m。

④在等级控制点上架设基准站，将流动站在其他等级点检查平面和高程无误后，采用专用支架固定接收机和测深仪换能器在船首1/3～1/2处；

⑤量取GPS接收机相位中心至水面高和换能器吃水深度，采用声速仪测定声速并在测深仪进行相关参数设置，使用检查板检查水深无误后开始测量(检查较差 ≤5 cm)；

⑥测量结束后重复步骤⑤的检查工作，作为对测量过程的检查；

⑦比较测深点与检查点高程互差(平面间距图上 ≤1 mm的测量点，水深 ≤20 m时互差应 ≤0.4 m)，超限点数占参与比较的总点数比例应≤20%，否则重测。

(3)精度评估

通过比较测深点与检查点(平面间距图上 ≤1 mm的测量点)高程，经统计12次测量测深点高程中误差为 ±7.5 cm。

3.2 河道滩涂三维激光扫描测量

河道两侧近岸区域，受淤泥沉积及潮汐的影响，涨潮时水深较浅，落潮时为滩涂，淤积层较厚，承载能力较差，人工及船只均难以进行数据采集。

Trimble SX10集全站仪和扫描仪功能为一体，视场角为：360°×317°，坐标测量精度为 2 mm+1.5 ppm，扫描速度高达每秒 26 600点，测程可达 600 m。在低潮位时采用Trimble SX10在等级控制点上设站定向和检查，对深圳河河道滩涂进行测量。通过全站仪设站检查特征点来评定点云精度，其平面位置中误差为 ±3.1 cm，高程中误差为 ±3.9 cm。深圳河滩涂及三维激光点云如图3所示。

图3 深圳河滩涂及点云示意图

3.3 测量周期

清淤工程清淤前测量时间为2018年7月，清淤竣工测量时间为2018年12月。采用相同的方法及设备在清淤前后对清淤段进行回淤跟踪测量，共进行12次，时间为2019年2月、4月、6月、7月、8月、9月、10月、11月，2020年3月、11月。

3.4 河道断面生成

河道横断面成图比例尺横向按 1∶2 000，纵向按 1∶100，累计完成河道横断面测量12次，每次26条。将每次测量横断面与河道设计断面叠加，并计算横断面与设计断面形成横截面面积。7+000里程清淤前、清淤后及各次跟踪测量断面如图4所示。

图4 7+000里程跟踪测量断面图

3.5 淤积量计算

采用断面法计算淤积量，计算公式如式(2)。

(2)

式中：V为淤积量；n为总横断面数；Si为第i条实测横断面与相应设计断面所围成的截面积；di为第i条横断面与第i+1条横断面中心点间的距离。

由表1可知，清淤工程清淤量为49.76万m3，占河段总淤积量(62.19万m3)的80%。截至2020年11月20日，整个清淤段回淤量达到34.27万m3，占清淤量的69%，从下游至上游方向(6+900至9+400)，每 500 m河段回淤量占清淤量比例依次为90%、69%、64%、57%、59%。

清淤河段淤积量变化(万m3) 表1

4 回淤特征分析

4.1 上下游分段回淤变化

将该河段按里程分为5段(6+900～7+400、7+400～7+900、7+900～8+400、8+400～8+900、8+900～9+400)，结合表1，各分段淤积量变化情况如图5所示。整个清淤段淤积变化情况如图6所示。

图5 清淤段分段淤积量变化图

图6 清淤段整体淤积量变化图

从图5可知，清淤段回淤速度和回淤量从下游至上游方向由快变慢。从图6可知，清淤后2年内该河段呈持续回淤状态，次年回淤速度较首年略慢。

4.2 不同区域不同时间淤积变化

采用MATLAB平台，对每期原始观测数据进行 1 m×1 m方格网内插，并与上一期内插数据求差值，用不同颜色表征差值(回淤厚度)，以近期拍摄的遥感影像图作为底图，可直观表示各区域回淤态势。以2019年4月和6月观测数据为例，该时间段内各区域回淤变化如图7所示。清淤结束后至2020年11月回淤变化情况如图8所示。

图7 2019年4月至6月淤积厚度变化图

图8 清淤后约2年内淤积厚度变化图

从图7可知，2019年4月～6月期间，局部回淤达到 1.2 m，下游段回淤较上游段明显。结合图5及表1，该时间段内回淤速度较其他时间段明显更快，回淤量明显更大。根据收集的气象资料显示，该时间段内发生多次极端强降雨天气。

从图8可知，清淤后两年内，局部区域回淤厚度达 2 m，大部分区域回淤超过 1 m(注：局部区域因施工导致变深)。

5 结 论

综合采用RTK配合测深仪无验潮测量法、三维激光扫描测量和GPS RTK人工碎部点采集的方法，可以克服涨落潮及滩涂淤积导致的地形数据采集难题，并取得较高的测量精度，为类似项目的开展提供参考。

通过对清淤工程进行多次跟踪测量，获取了深圳河清淤段两年内较为丰富的回淤数据，包括各时间段的回淤量、回淤速率、回淤趋势和不同区域的回淤差异，在一定程度上掌握了清淤回淤规律，为深圳河长期运行管理及防洪调度积累了丰富的基础资料。

深圳河清淤工程实施后2年内回淤量已达清淤量的69%，下游段回淤量达清淤量的90%，并仍呈持续回淤态势。