水利工程论文-现代化堤防安全监测与预警系统模式研究摘要：为了探讨建立长江堤防自动化监测和安全预警系统技术，以武汉市谌家矶地区堤防为试验基地，研制开发了分布式监测预警系统.本文对该系统的结构、量测仪器、通讯方式、安全评价模型、系统软件及实现的功能等作了介绍，并阐述了堤防自动化监测预警的方法和原理.关键词：长江堤防自动化监测预警系统1998年洪灾暴露出我国在防洪减灾方面的科技水平不高，尤其在堤防安全的经常性监控和管理方面很落后，长期以来靠群众性的抗洪抢险来维护汛期的安全，防汛投入很大但效果却不好，这种状况亟需改变.近年来，堤防建设力度加大，部分堤段的防洪能力得以提高.与此同时，如能进行堤防运行状态的经常性监测，及时发现和处理堤防的险情隐患，则能更好地保障堤防的安全.在监测手段方面，由于堤线漫长，地层条件沿程变化大，采用一般的人工监测方式不仅工作条件非常恶劣，工作量巨大，而且在汛期江水位猛涨的情况下，适时的监测与分析计算很难做到.所以，实现堤防监测的自动化是必然的要求和趋势.在自动化监测的基础上，根据科学的分析对堤防的安全状态进行评价和预报，可以及早发现险情和维护堤防安全.将堤防的自动化监测、安全评价和预报，组成一个整体，就是堤防监测预警系统.对于长江流域或中下游重要堤防而言，建立这样的监测预警系统是一项巨大的工程，其中必然会有很多的技术难题，如何合理规划、设计和实施监测预警系统，需要研究和探索.为此，有必要选择典型河段堤防进行自动化监测和预警系统模式的研究.武汉谌家矶堤防在1998年洪水期间发生了大量的散浸、管涌险情，汛后发生堤坡崩塌.该堤的堤身、堤基条件以及险情发生的特点，在长江中下游堤防中具有一定的代表性.笔者以谌家矶地区堤防为试验基地，研制开发了分布式自动监测预警系统DSEWS(Dikesafetyearly-warningsystem)，本文结合对该系统的介绍阐述堤防自动化监测预警的方法和原理.1监测预警系统组成、结构及功能系统组成包括以下5个主要部分：量测仪器、自动采集控制器、信息传输设备、安全评价理论模型和系统软件.1.1系统结构自动监测系统的分布形式有集中式、分布式和混合式3种.20世纪80年代初期最先发展出集中式数据采集系统，20世纪80年代中期开始出现了分布式系统，随后就有将两者结合的混合式系统.按照现代自动监控方式，谌家矶监测预警系统采用分布式结构，如图1所示.系统分为采集站(测控单元)、监控主站和远程信息管理中心(如洪指挥中心)3级，见图2.以堤防监测断面(或堤段)为测控单元设立采集站.多个采集站分别用微波将信号传输到监控主站，监控主站同时控制多个采集站，向各采集站发送传感器设置、采集参数、报警参数等指令.主站的数据通过电话公网传输到武汉市内或其它任何地方.1.2量测传感器一般来说，堤防监测项目包括变形监测(外部变形及内部变形)、渗压监测、渗流量监测、结构(涵闸、防渗墙或防洪墙等)应力应变量测、环境监测(包括江水位、地下水位、气温、雨量等)等.其中最主要的是水、土压力和位移监测.对于一个具体的堤防，应该根据该堤防的水文、地质、环境、堤身堤基隐患，选择确定适当的监测项目，在监测项目和布置上做优化设计.图1DSEWS结构框图图2DSEWS形象示意对于不同的监测项目，传感器类型及型号很多，监测方式各异.为使监测有效可靠，应从先进性、环境适应性、长期运行、能实现自动化数据采集等方面，对传感器进行比选.一般而言，可以将国外高精度但价格昂贵的传感器与国内精度稍低但价格低得多的传感器搭配使用.在谌家矶堤防监测预警系统中，主要选用了孔隙水压力传感器和自动倾斜计两种传感器，分别监测堤身堤基的孔隙水压力和堤坡的滑动位移，其中自动倾斜计系自行研制.1.3采集站采集站执行数据自动采集、存储、通信等功能，由以下部件组成：自动采集控制器、电源、微波天线(也可采用总线)及通信模块、防雷装置.监测断面的选择对于堤防安全状态的监控管理是非常关键的一步，需要根据土质、水文、环境条件和往年险情情况综合确定.堤防线路长，监测断面之间距离以百米或千米计.为避免电缆埋设过长，一般宜对每个监测断面设立1个采集站，因此采集...