長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)研究進(jìn)展及展望

長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)研究進(jìn)展及展望

Progress and future prospects of bank collapse monitoring and early warning technologies in the middle and lower reaches of the Yangtze River

陳柯兵

水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局長(zhǎng)江河道崩岸監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，430010，武漢）

摘要：長(zhǎng)江中下游干流水沙條件發(fā)生重大變化，河床處于高強(qiáng)度沖刷狀態(tài)，河道崩岸險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生。為有效應(yīng)對(duì)崩岸對(duì)防洪、航運(yùn)、岸線利用等方面的威脅，水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局基于多年監(jiān)測(cè)實(shí)踐和科研項(xiàng)目成果，形成一套“傳統(tǒng)與先進(jìn)監(jiān)測(cè)手段融合、定性與定量預(yù)警相結(jié)合、信息化平臺(tái)支撐”的崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)體系。監(jiān)測(cè)層面，從早期的人工巡查、河道地形測(cè)繪逐步拓展到激光雷達(dá)、多波束測(cè)深、衛(wèi)星遙感和無(wú)人機(jī)巡航等多源信息綜合監(jiān)測(cè)；預(yù)警層面，經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)判識(shí)到基于機(jī)理理論與指標(biāo)體系的量化模型，再到信息化預(yù)警平臺(tái)的建立與推廣應(yīng)用。未來(lái)，崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警將與數(shù)字孿生水利、大數(shù)據(jù)、人工智能等最新信息技術(shù)深度融合，在孿生數(shù)據(jù)底板構(gòu)建、險(xiǎn)情實(shí)時(shí)識(shí)別與快速處置、長(zhǎng)時(shí)段河勢(shì)模擬與情景預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮更大作用，為保障長(zhǎng)江安瀾與沿江經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展提供有力的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江中下游；崩岸；監(jiān)測(cè)技術(shù)；預(yù)警平臺(tái)；數(shù)字孿生水利；人工智能

作者簡(jiǎn)介：陳柯兵，高級(jí)工程師，主要從事河道崩岸預(yù)警、水資源規(guī)劃與管理方面研究。

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2023YFC3209502）。

DOI：10.3969/j.issn.1000-1123.2025.07.006

引言

長(zhǎng)江上游以三峽水庫(kù)為核心的梯級(jí)水庫(kù)群及中下游主要支流水庫(kù)的陸續(xù)建成運(yùn)行，使得長(zhǎng)江中下游干流河道的泥沙銳減了七成到九成，河床進(jìn)入長(zhǎng)歷時(shí)、長(zhǎng)距離和高強(qiáng)度的沖刷狀態(tài)。2002年10月—2021年4月，宜昌至湖口河段平灘河槽沖刷量達(dá)26.244億m3，年均沖刷量1.35億m3，明顯大于水庫(kù)蓄水前1966—2002年的0.011億m3。長(zhǎng)江中下游大部分河岸由疏松沉積物組成，抗沖性差，受近岸河床沖深、局部河勢(shì)調(diào)整及其他因素綜合影響，長(zhǎng)江中下游崩岸險(xiǎn)情時(shí)有發(fā)生。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2003—2021年長(zhǎng)江中下游干流河道共發(fā)生崩岸1046處，累計(jì)總崩岸長(zhǎng)度約757.3km。

2003—2021年長(zhǎng)江中下游崩岸長(zhǎng)度及處數(shù)變化

崩岸險(xiǎn)情嚴(yán)重影響了沿江設(shè)施安全，威脅防洪安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)因局部河勢(shì)改變引起的水沙輸移特性驟變，還可能對(duì)河道治理等造成影響。其中部分崩岸位于長(zhǎng)江干堤堤腳附近，如洪湖燕窩蝦子溝崩岸段距干堤堤腳僅20～30m，嚴(yán)重影響干堤度汛安全。部分崩岸位于重要節(jié)點(diǎn)河段，如下荊江尾閭連續(xù)急彎段崩岸發(fā)生自上而下連鎖反應(yīng)，關(guān)系到長(zhǎng)江-洞庭湖江湖關(guān)系穩(wěn)定和重要防洪地帶安全等重大問題。還有部分崩岸發(fā)生在岸線利用程度較高的河段，對(duì)沿江岸線工廠企業(yè)和臨江設(shè)施的正常運(yùn)行造成影響。

水利部長(zhǎng)江水利委員會(huì)水文局（以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)江水文）自2016年起組建了長(zhǎng)江河道崩岸監(jiān)測(cè)預(yù)警中心，持續(xù)每年汛前向長(zhǎng)江水利委員會(huì)水旱災(zāi)害防御局及沿江各?。ㄖ陛犑校┌l(fā)布崩岸預(yù)警簡(jiǎn)報(bào)。通過承擔(dān)“長(zhǎng)江中游荊江河段崩岸巡查、監(jiān)測(cè)及崩岸預(yù)警技術(shù)研究”“三峽后續(xù)工作長(zhǎng)江中下游影響處理河道觀測(cè)分析”“多源信息融合的崩岸險(xiǎn)情智能篩查技術(shù)研發(fā)與示范”等國(guó)家級(jí)及水利部科研、生產(chǎn)項(xiàng)目，逐步構(gòu)建起完善的長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)體系，為維系長(zhǎng)江安瀾作出了積極貢獻(xiàn)。

本文總結(jié)了長(zhǎng)江中下游河道崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)的研究進(jìn)展，從監(jiān)測(cè)技術(shù)的類型、崩岸預(yù)警的發(fā)展階段等多個(gè)方面進(jìn)行綜合闡述。在此基礎(chǔ)上，對(duì)未來(lái)在大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等最新信息技術(shù)和水利業(yè)務(wù)深度融合下的崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)發(fā)展進(jìn)行展望。

崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展

1.傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)手段

傳統(tǒng)上，河道崩岸的監(jiān)測(cè)主要依賴人工巡查和定期地形測(cè)繪。人工巡查是由各沿江河道管理部門依據(jù)《堤防工程養(yǎng)護(hù)修理規(guī)程》，在汛期（5—9月）及汛后（10—11月）組織技術(shù)班組開展周期性巡查。巡查重點(diǎn)聚焦于岸坡表觀特征（縱向裂縫、塊體滑移、坡頂塌陷）及崩岸后地形突變區(qū)，采用人工記錄結(jié)合影像存檔方式形成巡查日志。以長(zhǎng)江中下游為例，年均投入巡查人力超1.2萬(wàn)人次，單次巡查岸線覆蓋密度為3人/km。但由于崩岸具有突發(fā)性與隱蔽性特點(diǎn)，而人工巡查存在時(shí)效性和人員覆蓋不足的問題，往往難以及時(shí)捕捉到水下沖刷等隱患。

定期地形測(cè)繪包括定期測(cè)量河岸、水下地形，之后通過對(duì)比分析岸坡地形變化與岸坡穩(wěn)定性。傳統(tǒng)上，陸上地形測(cè)量采用水準(zhǔn)儀、全站儀或GPS-RTK等方法獲取岸坡高程，水下地形測(cè)量則利用單波束回聲測(cè)深儀沿河岸掃描獲取水下岸坡坡面形態(tài)。這些手段能夠提供一定精度崩岸演變資料，但受制于測(cè)次（通常汛前汛后各一次）、測(cè)驗(yàn)精度限制，無(wú)法精準(zhǔn)掌握岸坡三維形變和近岸地形演變。

總體而言，傳統(tǒng)崩岸監(jiān)測(cè)存在時(shí)空分辨率不足、信息化程度不高的問題，人工巡查記錄（定性描述）、陸上測(cè)繪（離散點(diǎn)云）、水下數(shù)據(jù)（二維剖面）缺乏統(tǒng)一時(shí)空基準(zhǔn)，無(wú)法及時(shí)反映崩岸的突發(fā)變化，常使得崩岸預(yù)警滯后或無(wú)法實(shí)施有效預(yù)防。

2.現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段

近年來(lái)，一些先進(jìn)監(jiān)測(cè)手段在長(zhǎng)江崩岸監(jiān)測(cè)中逐步得到應(yīng)用，提高了監(jiān)測(cè)精度和效率。如通過引入高分辨率激光雷達(dá)（LiDAR）技術(shù)，實(shí)施陸域地形三維激光掃描，實(shí)現(xiàn)了崩岸前后岸坡形態(tài)的高精度比對(duì)；針對(duì)水下地形監(jiān)測(cè)需求，應(yīng)用多波束測(cè)深系統(tǒng)對(duì)近岸河床開展高分辨率掃描，實(shí)現(xiàn)了水下地形圖高效生成與坡腳沖刷特征識(shí)別。

通過在船載平臺(tái)、無(wú)人機(jī)或岸上基站搭載激光雷達(dá)系統(tǒng)，結(jié)合高精度定位和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)岸坡三維點(diǎn)云的快速掃描，在短時(shí)間內(nèi)完成連續(xù)岸線數(shù)據(jù)采集，便于后續(xù)開展岸坡形變分析、岸坡位移監(jiān)測(cè)及崩岸體積估算等。同時(shí)，激光雷達(dá)掃描還可與高分辨率攝像機(jī)結(jié)合，生成真實(shí)紋理的三維模型，為崩岸監(jiān)測(cè)評(píng)估提供可視化的結(jié)果展示。在石首河段等多個(gè)典型河段的崩岸險(xiǎn)情觀測(cè)實(shí)踐中，船載三維激光雷達(dá)已展現(xiàn)出快速、高效、精細(xì)的優(yōu)勢(shì)。然而，激光雷達(dá)對(duì)于水下地形穿透效果差，需要與多波束測(cè)深技術(shù)相互結(jié)合，以獲取水上-水下一體化岸坡完整地形。

崩岸很大程度上源自坡腳處的水下沖刷，傳統(tǒng)單波束測(cè)深難以準(zhǔn)確捕捉局部凹陷或陡坎信息，而多波束測(cè)深技術(shù)可顯著提高觀測(cè)分辨率與覆蓋度。通過配置合適的多波束聲吶系統(tǒng)，并在船載或無(wú)人船測(cè)量平臺(tái)上進(jìn)行作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)河道斷面和沿程水下地形的高精度掃描，直觀展現(xiàn)坡腳處可能出現(xiàn)的深槽或陡坎。

船載三維激光雷達(dá)及多波束測(cè)深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的崩岸地形

2019年10月、2020年11月長(zhǎng)江水文先后兩次在荊江河段青安二圣洲崩岸段開展崩岸綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)試驗(yàn)性觀測(cè)工作。試驗(yàn)區(qū)域長(zhǎng)度1.2km，分為水下監(jiān)測(cè)區(qū)、崩岸監(jiān)測(cè)區(qū)、岸灘監(jiān)測(cè)區(qū)3個(gè)部分，為分析并評(píng)定崩岸觀測(cè)的精度與可靠性，在崩岸區(qū)域設(shè)置了30塊標(biāo)靶，采用精確的標(biāo)靶中心點(diǎn)位置作為參考。同時(shí)在整個(gè)測(cè)區(qū)，按照40m的間距布設(shè)，并采用常規(guī)方法觀測(cè)了31個(gè)1：2000的崩岸半江橫斷面，作為分析評(píng)定崩岸觀測(cè)精度與可靠性的依據(jù)。結(jié)果表明，崩岸綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)平面誤差范圍為0.067~0.268m，高程誤差范圍為0.002~0.228m，技術(shù)具備較高的時(shí)空分辨率，能夠客觀反映險(xiǎn)情的真實(shí)情況，滿足崩岸多發(fā)、突發(fā)性強(qiáng)，觀測(cè)時(shí)空分辨率高的要求。

3.新興監(jiān)測(cè)手段

（1）衛(wèi)星影像篩查

在廣域尺度上，衛(wèi)星遙感影像解譯是快速排查可能存在隱患岸段的重要手段?？梢栽谳^短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)長(zhǎng)江中下游干流及重點(diǎn)支流的岸線篩查，發(fā)現(xiàn)河岸線發(fā)生的顯著退縮、崩塌裸露面等崩岸險(xiǎn)情相關(guān)信息。

①光學(xué)衛(wèi)星影像

利用高分辨率光學(xué)衛(wèi)星影像對(duì)不同時(shí)期岸線位置進(jìn)行提取對(duì)比，可在宏觀尺度上分析河岸崩退的動(dòng)態(tài)變化。例如，通過不同時(shí)期的影像對(duì)比，可量算某河段多年間岸線崩退的面積和長(zhǎng)度，在分析崩岸總體態(tài)勢(shì)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。受衛(wèi)星遙感影像獲取時(shí)效限制，該手段對(duì)實(shí)時(shí)預(yù)警作用有限，但可為岸線長(zhǎng)期演變研究和重點(diǎn)隱患區(qū)篩查提供寶貴信息。

基于衛(wèi)星影像的肖潘段崩岸監(jiān)測(cè)示意

基于衛(wèi)星影像的肖潘段崩岸長(zhǎng)期監(jiān)管示意

②SAR衛(wèi)星影像

光學(xué)衛(wèi)星影像分辨率高，顏色信息豐富，能直觀觀察到植被、土壤、護(hù)岸工程等，幫助判斷崩岸原因，但長(zhǎng)江中下游為多云多雨地區(qū)，光學(xué)衛(wèi)星影像依賴光照和天氣，無(wú)法穿透云層，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取不連續(xù)。合成孔徑雷達(dá)SAR（Synthetic Aperture Radar）是一種主動(dòng)式的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，發(fā)射的微波具有一定地表穿透能力。SAR影像的優(yōu)勢(shì)在于可以穿透云雨，做到全天時(shí)、全天候觀測(cè)，彌補(bǔ)光學(xué)影像易受多云多雨天氣影響的不足。

SAR可以通過干涉測(cè)量（InSAR）來(lái)檢測(cè)地表形變，比如通過D-InSAR監(jiān)測(cè)微小位移，識(shí)別崩岸前的形變跡象。SAR還可進(jìn)行強(qiáng)度變化檢測(cè)，若SAR圖像中河岸的反射強(qiáng)度突然變化，則表明可能發(fā)生崩塌。此外，開展多時(shí)相分析，通過不同時(shí)間的SAR影像對(duì)比，也可直接觀察河岸線的變化。

基于SAR衛(wèi)星影像的肖潘段崩岸識(shí)別示意

（2）無(wú)人機(jī)低空智能遙測(cè)

在當(dāng)前實(shí)踐中，無(wú)人機(jī)主要被應(yīng)用于人工操控下險(xiǎn)工河段的巡查和崩岸發(fā)生后的應(yīng)急航拍，以獲取現(xiàn)場(chǎng)高清影像和構(gòu)建三維模型。隨著自動(dòng)化無(wú)人機(jī)場(chǎng)的逐漸成熟，已實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)自動(dòng)起降、自動(dòng)巡航、自動(dòng)充電，以自動(dòng)機(jī)場(chǎng)為基礎(chǔ)的全自動(dòng)飛行系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)作業(yè)的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程化，提高崩岸監(jiān)測(cè)任務(wù)的即時(shí)響應(yīng)能力。在汛期或重要時(shí)段，可安排無(wú)人機(jī)按預(yù)設(shè)航線對(duì)重點(diǎn)河段進(jìn)行常態(tài)化巡航，將影像傳回分析中心后借助計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對(duì)實(shí)時(shí)視頻進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)，自動(dòng)識(shí)別崩岸跡象（如新出現(xiàn)的塌陷、裂縫等異常變化），實(shí)現(xiàn)對(duì)崩岸的智能感知和快速報(bào)警。

此外，無(wú)人機(jī)還可以作為物探和監(jiān)測(cè)設(shè)備的載體。如搭載非接觸式探地系統(tǒng)，利用電磁波在地下介質(zhì)中的傳播特性，通過發(fā)射天線向地下發(fā)射高頻電磁波，并利用天線接收反射的電磁波信號(hào)。通過對(duì)信號(hào)的處理分析，可以形成地下介質(zhì)的雷達(dá)圖像。

當(dāng)前，長(zhǎng)江水文正著力開展非接觸式堤防滲水、空蝕、蟻害自動(dòng)探測(cè)實(shí)驗(yàn)，為崩岸隱患智能巡查提供新型解決方案?？梢灶A(yù)見，隨著無(wú)人機(jī)自主飛行、群智協(xié)同等技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)以更低成本實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)江岸線的全天候巡查和現(xiàn)場(chǎng)感知，為崩岸預(yù)警提供更加及時(shí)準(zhǔn)確的一手資料。

總體而言，長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)正逐步從以傳統(tǒng)人工為主向“天空地”一體化多手段綜合監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變。

崩岸預(yù)警技術(shù)進(jìn)展

在深入理解崩岸機(jī)理和獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過建立預(yù)警模型對(duì)險(xiǎn)情作出預(yù)報(bào)，是崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警工作的最終目標(biāo)。對(duì)長(zhǎng)江中下游崩岸預(yù)警的研究經(jīng)歷了經(jīng)驗(yàn)判別、量化預(yù)警模型到信息化智能分析的過程。

1.經(jīng)驗(yàn)判識(shí)與定性預(yù)警

早期的崩岸預(yù)警多依賴有經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)征兆和歷史經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性判斷。例如，通過觀察岸坡有無(wú)出現(xiàn)裂縫、滲水及掉塊等前兆來(lái)判斷岸坡穩(wěn)定性，通過預(yù)報(bào)水情信息來(lái)預(yù)估汛期洪水頂沖、水位漲落等是否會(huì)威脅岸坡安全。經(jīng)驗(yàn)判識(shí)方法具有很強(qiáng)的主觀性，難以系統(tǒng)推廣。但實(shí)踐中總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)判據(jù)，如坡腳沖刷深度超過岸高某比例時(shí)需高度警惕，洪水退水速率超過某閾值時(shí)易誘發(fā)崩岸等，為構(gòu)建定量預(yù)警模型提供了初始思路。

在長(zhǎng)江水文岸坡穩(wěn)定性評(píng)估工作實(shí)踐中，綜合考慮近年岸線變化、斷面沖刷及坡比變化情況、歷史崩岸分布等因素，對(duì)所管轄河段的岸坡崩岸風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)預(yù)判。這種預(yù)警通過專家經(jīng)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，在缺乏成熟定量模型的情況下發(fā)揮了積極作用。江蘇省和安徽省水利部門曾組織開展對(duì)沿江岸段危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)分析的工作，劃定紅色（高危險(xiǎn)）、黃色（中等）和藍(lán)色（一般）等預(yù)警等級(jí)，并納入防汛預(yù)案。

河段崩岸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定示意

2.量化預(yù)警模型

為提高崩岸預(yù)警的科學(xué)性和客觀性，可量化的崩岸預(yù)警模型近年來(lái)不斷涌現(xiàn)。如：層次分析模型采用層次分析法（AHP）確定各險(xiǎn)情相關(guān)指標(biāo)權(quán)重，對(duì)岸坡穩(wěn)定狀況進(jìn)行綜合評(píng)分，通過理論推導(dǎo)、數(shù)值計(jì)算和實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)相結(jié)合，確定了近岸流速、水位變幅及汊道分流比變化率等指標(biāo)，針對(duì)不同崩岸風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃定閾值范圍；利用歷史崩岸發(fā)生數(shù)據(jù)與同期水文氣象數(shù)據(jù)，采用多元回歸或數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，尋找統(tǒng)計(jì)相關(guān)性；基于長(zhǎng)江中下游多年實(shí)測(cè)崩岸資料，進(jìn)行判別分析，建立岸段失穩(wěn)的判別函數(shù)，以概率形式給出預(yù)警；使用決策樹算法，根據(jù)歷年崩岸數(shù)據(jù)歸納出一組判別規(guī)則（如滿足若干條件，則崩岸風(fēng)險(xiǎn)高）；采用支持向量機(jī)（SVM）等作為分類器將河段劃分為穩(wěn)定或不穩(wěn)定類別。

受限于崩岸樣本數(shù)據(jù)相對(duì)有限及崩岸機(jī)理的復(fù)雜性，量化預(yù)警模型的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率和可解釋性有待進(jìn)一步提高。但隨著數(shù)據(jù)的不斷積累和崩岸機(jī)理理論研究的不斷突破，這一方向具有很大發(fā)展?jié)摿Α?/span>

3.信息化預(yù)警平臺(tái)

目前，長(zhǎng)江中下游崩岸預(yù)警逐步向多源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)融合下的信息化和智能化發(fā)展。例如長(zhǎng)江水文崩岸預(yù)警巡查系統(tǒng)集成了幾十年來(lái)的長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和河道演變資料，形成了功能完善的崩岸大數(shù)據(jù)庫(kù)。通過該系統(tǒng)，相關(guān)工作人員能夠方便地調(diào)用歷史水文泥沙數(shù)據(jù)、岸線變化情況及整治工程措施等信息，對(duì)當(dāng)前岸段的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行綜合研判。系統(tǒng)移動(dòng)端App還具備崩岸巡查信息自動(dòng)識(shí)別、入庫(kù)功能，基于圖像識(shí)別和模式匹配算法，自動(dòng)獲取巡查影像中的重要信息，極大提高了崩岸巡查、預(yù)警工作的效率和準(zhǔn)確性。目前該系統(tǒng)已通過測(cè)試并在長(zhǎng)江河道崩岸監(jiān)測(cè)預(yù)警中心日常工作中得以應(yīng)用，未來(lái)將不斷完善功能并推廣至沿江各相關(guān)管理單位。

長(zhǎng)江科學(xué)院聯(lián)合安徽省長(zhǎng)江河道管理局開展了長(zhǎng)江安徽段崩岸監(jiān)測(cè)、診斷與預(yù)警綜合系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)。通過運(yùn)用地理信息、河流模擬、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、水沙土實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和5G網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建集河道地理信息、河勢(shì)監(jiān)測(cè)成果、崩岸風(fēng)險(xiǎn)綜合診斷評(píng)估及預(yù)警成果于一體的監(jiān)測(cè)、診斷與預(yù)警綜合系統(tǒng)平臺(tái)。

南京水利科學(xué)研究院基于多指標(biāo)決策的模糊算法，構(gòu)建了適用于長(zhǎng)江下游河段的崩岸風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，集成崩岸監(jiān)測(cè)預(yù)警模型數(shù)據(jù)底板、模型平臺(tái)、可視化引擎，可實(shí)現(xiàn)全天候崩岸實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警，相關(guān)成果已在安徽省長(zhǎng)江崩岸應(yīng)急治理工程崩岸預(yù)警管理信息系統(tǒng)、江蘇省長(zhǎng)江崩岸監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)等重大工程項(xiàng)目中得到應(yīng)用。

江蘇省靖江市針對(duì)長(zhǎng)江堤防新橋段21m深坑隱患，在長(zhǎng)江堤防崩岸預(yù)警系統(tǒng)專題設(shè)計(jì)了邊坡數(shù)字樁，在21m隱患處植入多支數(shù)字樁，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤對(duì)邊坡數(shù)字樁產(chǎn)生的作用力，通過長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與分析，判斷測(cè)點(diǎn)位置土體是否存在失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，做到提前預(yù)警，高效助力防汛抗洪指揮決策。

上述實(shí)踐表明，崩岸預(yù)警模型和方法經(jīng)歷了從經(jīng)驗(yàn)到模型、從人工到系統(tǒng)的演進(jìn)。信息化技術(shù)正逐漸應(yīng)用到崩岸預(yù)警中，形成從數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)到分析、決策、預(yù)警的閉環(huán)，不僅提高了預(yù)警準(zhǔn)確率，也極大增強(qiáng)了預(yù)警發(fā)布時(shí)效性。

未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)與展望

隨著數(shù)字孿生水利的大力發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等最新信息技術(shù)和水利業(yè)務(wù)深度融合，長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)將迎來(lái)跨越式發(fā)展新機(jī)遇。在未來(lái)，可重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：

1.河道數(shù)字孿生仿真能力

針對(duì)崩岸監(jiān)測(cè)需求，研發(fā)岸上、水下地形數(shù)字孿生場(chǎng)景自動(dòng)構(gòu)建系統(tǒng)，開展重點(diǎn)崩岸河段、險(xiǎn)工段、岸坡不穩(wěn)定河段定期定時(shí)巡檢，支撐河道三維建模底層信息動(dòng)態(tài)更新。通過逐日、逐旬及滾動(dòng)綜合對(duì)比分析，明晰河湖庫(kù)岸線、洲灘動(dòng)態(tài)演變特征，提升河岸數(shù)字孿生仿真能力。同時(shí)，河道三維模型數(shù)據(jù)可為數(shù)字孿生流域提供河道空間數(shù)據(jù)底板。

2.崩岸預(yù)警智能決策能力

隨著崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷進(jìn)步，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)模和復(fù)雜性也在迅速增加，如何從這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中高效提取關(guān)鍵信息，發(fā)現(xiàn)崩岸前兆并進(jìn)行有效預(yù)警顯得意義重大。利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)有望在崩岸險(xiǎn)情快速識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估中發(fā)揮更大作用?？赏ㄟ^對(duì)歷史和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析和特征學(xué)習(xí)，構(gòu)建崩岸險(xiǎn)情的智能診斷模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)潛在險(xiǎn)情更早、更精確的識(shí)別。

3.長(zhǎng)期崩岸風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力

目前的崩岸預(yù)警多側(cè)重短期（季節(jié)內(nèi)或當(dāng)年）風(fēng)險(xiǎn)提示，而長(zhǎng)江中下游河道演變具有長(zhǎng)期性和累積效應(yīng)。如何具備5年、10年以上尺度的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力是難點(diǎn)所在。這需要將崩岸預(yù)警與河勢(shì)演變預(yù)測(cè)結(jié)合起來(lái)，考慮氣候變化導(dǎo)致的流域來(lái)水來(lái)沙變化、上游水庫(kù)群調(diào)度長(zhǎng)期效應(yīng)、河道采砂整治等多種因素對(duì)未來(lái)岸線穩(wěn)定格局的影響；需要發(fā)展基于數(shù)字孿生流域的情景模擬方法，設(shè)定若干未來(lái)情景模擬對(duì)應(yīng)的岸線變化，從而在規(guī)劃層面提出前瞻性的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，對(duì)于沿江崩岸防治相關(guān)措施及工程實(shí)施具有重要意義。

結(jié)論

①崩岸監(jiān)測(cè)技術(shù)趨于多源融合。由傳統(tǒng)的人工巡查與河道地形測(cè)繪，逐漸發(fā)展到采用激光雷達(dá)、多波束測(cè)深、衛(wèi)星影像與無(wú)人機(jī)巡航等“天空地”一體化綜合監(jiān)測(cè)方式，極大提升了崩岸監(jiān)測(cè)的時(shí)空分辨率與信息獲取效率。

②崩岸預(yù)警模式不斷完善。從早期基于經(jīng)驗(yàn)判別的定性預(yù)警，發(fā)展到應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析、層次分析法、數(shù)值模擬等構(gòu)建定量化的預(yù)警模型，實(shí)現(xiàn)了崩岸風(fēng)險(xiǎn)研判更精確。

③信息化平臺(tái)支撐體系初步形成。相關(guān)單位和部門已建成多套崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，為崩岸數(shù)據(jù)的采集、處理及風(fēng)險(xiǎn)診斷、預(yù)警提供了平臺(tái)化支撐，助力崩岸險(xiǎn)情的高效應(yīng)對(duì)與處置。

隨著河道泥沙、水庫(kù)調(diào)度及氣候變化影響的持續(xù)累積，長(zhǎng)江中下游崩岸風(fēng)險(xiǎn)具有長(zhǎng)期性和不確定性。通過構(gòu)建數(shù)字孿生流域，深化大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)險(xiǎn)情的動(dòng)態(tài)仿真和多情景預(yù)測(cè)，為流域綜合防災(zāi)減災(zāi)提供前瞻決策支持。長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)正由單一手段向多源融合、由局部分析向整體感知、由事后被動(dòng)應(yīng)對(duì)向事前主動(dòng)預(yù)防加速轉(zhuǎn)變，必將為長(zhǎng)江流域防洪安全及沿江經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供更加堅(jiān)實(shí)的保障。

Abstract: Water and sediment conditions in the middle and lower reaches of the Yangtze River have undergone significant changes, resulting in a state of high-intensity erosion of the riverbed and frequent occurrences of riverbank collapses. In order to respond to its threat to flood control, navigation and shoreline utilization, the Hydrological Bureau of Yangtze River Water Resources Commission of MWR has established a monitoring and early warning system with “integration of traditional and advanced monitoring methods, combination of qualitative and quantitative early warning, and support of information platform” based on years of practices and scientific research. Regarding monitoring, manual inspection and river terrain mapping adopted in the early days has been gradually updated to comprehensive ways such as laser radar, multi-beam depth measurement, satellite remote sensing and UAV cruising. Regarding early warning, empirical recognition and quantitative models based on mechanism theory and indicator system have been transformed to formation and extension of information warning platforms. In the future, it shall be deeply integrated with the latest information technology such as digital twin, big data and artificial intelligence to play a bigger role in establishment of twin data base, real-time identification and quick response to dangerous situations, long-term river simulation and scenario prediction and provide technical support for ensuring safety of the Yangtze River and sustainable development of regional economy and society.

Keywords: middle and lower reaches of the Yangtze River; bank collapse; monitoring technology; warning platform; digital twin water resources; artificial intelligence

本文引用格式：

陳柯兵.長(zhǎng)江中下游崩岸監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)研究進(jìn)展及展望[J].中國(guó)水利，2025（7）：48-54.

責(zé)編李盧祎

校對(duì)呂彩霞

審核王慧

監(jiān)制軒瑋

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