长江河口的地貌演变关乎到沿岸城市的生产建设安全与经济航运发展,一直是地理学界、工程界和企业、政府管理者们的关注热点。自20世纪中后期以来,大量工程活动在受到自然地貌限制的同时,又反过来影响自然地貌的演变,进而产生岸坡淘刷和崩岸等灾害性影响,因此,亟待开展针对性的地貌特征观测和地貌演变研究。但是,限于工程水域较差的观测环境与复杂的动力条件,传统的观测手段难以对其开展高精度高分辨率的地形地貌调查;另一方面,水陆地形测量原理的不同也增加了陆上水下地形数据无缝融合的难度。随着测量技术的进步革新,更加高效的测量仪器投入到地形地貌测量中,小型无人船逐渐用于复杂、敏感和危险极浅水工程水域的观测,使得工程地貌特征及其风险评估的定量研究成为可能。在此背景下,本文2018年将多波束测深系统、三维激光扫描仪、声学多普勒流速剖面仪、定姿定位系统与智能无人船集成为水陆一体化地形智能移动测量系统,对近期长江河口区工程活动密集的江苏口岸直水道落成洲河段、鳗鱼沙河段与上海北港水道横沙北侧河段三个临水岸段进行地形地貌、水动力、表层沉积物同步智能移动观测,结合1998~2019年间历史水下地形数据,分析探讨典型河段工程地貌形态特征与形成机制,评估潜在的地貌风险。主要研究成果如下:(1)解决了构建水陆一体化地形同步测量系统时遇到的时间同步与空间配准两个问题。即通过GPS输出$GPGGA数据,配合1PPS信号对三维激光扫描仪与多波束测深系统进行统一授时,完成各传感器的时间同步;量取各传感器安置位置间的相对空间距离,经过多次旋转矩阵模型计算,将测量结果归算至WGS-84大地坐标系下,完成空间配准,从而实现水陆地形的一体化测量。这种快速智能移动测量系统极大地提高了工程河段的地形测量工作效率和精度,并为涉水工程地貌演变机制研究提供了更为准确的数据支撑。(2)落成洲河段属潮控弯曲型河道,该河段自1998年来呈冲刷态势,至2019年净冲刷量达到1.27×10~8 m~3,落成洲左汊表现为冲淤交替,右汊则持续冲刷。在洲头丁坝群整治工程范围内,河道右汊发育两个大型冲刷坑。1号冲刷坑位于右汊第1(LR1)和第2丁坝(LR2)间,最深处水深达32 m;2号冲刷坑位于LR2后方,最深处水深达36 m,且距离江岸仅100 m,岸坡处坡度高达40°。对整治建筑物和右岸堤防威胁风险较大。(3)鳗鱼沙河段属潮控顺直型河道,该河段自1998年以来持续冲刷,至2019年净冲刷量达到1.06×10~8 m~3。鳗鱼沙心滩在中部守护工程作用下持续淤高,心滩两侧河道则持续冲深,尤其是右汊冲刷强烈,由原-10m冲深至-15 m以深;在守护工程范围内局部淤积,发育中小尺度沙波,沙波波长介于5.22-42.46 m间,波高介于0.25-2.44 m间,沙波指数(波长/波高)介于6.96-47.18间,沙脊线呈弯曲状,两侧倾角不对称,背流侧明显陡于迎流侧。(4)长江入海河口北港中部横沙岛北侧河道属潮控分汊型河道,发育近岸冲刷坑,最大冲深约7 m;2002年-2018年期间,冲刷坑附近河床经历冲-淤-冲的演变模式,整体呈冲刷状态;2007年后冲刷坑开始形成,并向下游延伸。这主要是因为青草沙水库工程的建设导致北港上段束窄,下段主流南移贴岸,使得近岸河床冲刷加剧。另外,横沙东滩促淤圈围工程抑制了北港与北槽间的水量交换,横沙岛近岸水域水动力进一步增强,也是岸坡冲刷的原因之一。分析表明大潮期间水流处于次饱和状态,岸坡表层泥沙起动流速略小于落急时刻水流流速,横沙北侧岸坡的冲刷可能会继续发展。(5)水陆一体化地形测量岸坡坡度计算分析结果显示,潮控弯曲、顺直和分汊型河道整治工程均导致邻近河道岸坡冲刷显著,失稳风险较大。