水利工程管理信息技术-河道堤防信息化管理

项目六水利工程管理信息技术主讲人：张峰2014.09任务五河道堤防信息化管理

河道堤防管理的信息化是水利信息化的重要组成部分，本讲将简要介绍与河道堤防管理密切相关的国家防汛指挥系统、全国水利工程管理信息系统中涉及的堤防监测预警系统以及安徽数字长江信息系统。任务五河道堤防信息化管理一、国家防汛指挥系统

国家防汛指挥系统，是在全国防洪调度系统研究的基础上，根据我国防汛工作的迫切需要，正在建设的一项多学科、高技术、跨地区、跨部门、投资大、建设周期长的决策指挥系统工程。该系统覆盖7个流域机构、24个重点防洪省(市),224个地级水情分中心、228个地级工情分中心、与水情分中心相连的3002个中央报汛站、与工情分中心相连的927个重点防洪县的工情采集点以及中央直管的7个工程单位、9个大型水库、12个蓄滞洪区。此外，还包括黄河、淮河流域设立的6部新一代天气雷达、120个自动气象站和208个雨量站。

该系统建成后，能高效、可靠地为我国各级防汛指挥机构及时、准确地监测和收集所管辖区域内的雨情、水情、工情、灾情，并能根据防洪工程现状和调度规则快速提供调度方案，从而为决策者提供全面支持，使之做出正确决策，达到最有效运用防洪工程体系，将洪涝灾害损失减到最低的目的。根据国家防汛指挥系统的总体设计，该系统可划分为5个分系统，即信息采集系统、通信系统、计算机网络系统，决策支持系统和天气雷达系统。其总体结构由两个网络组成:一个是分中心以下的星型报汛网，另一个是分中心以上的互联互通的计算机网络。两个网在分中心汇接。在信息处理速度上，力争在半小时内收集完3002个中央报汛站信息及信息共享，对工程险情及突发事件能测得到、报得及时、处理快速(包括图形、图像、声音和分析结果)。任务五河道堤防信息化管理图6-31安徽省防汛抗旱决策支持系统任务五河道堤防信息化管理二、堤防监测预警系统

堤防工程是我国重要的工程性防洪措施，其安危关乎我国的社会和经济的发展，因此，加强堤防经常性的监测，确保其安全具有重要意义。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。自动监测系统按数据采集方式可分为集中式、分布式和混合式三种。早期的自动监测系统多为集中式，其特点是测量装置只有一台(如自动巡回检测仪)安装在远离测点现场的监测室(机房)内，通过现场安装的切换装置，与被检测的监测仪器相连通，按顺序逐一检测或点测监测仪器的数据，设备之间传输的是电模拟量。任务五河道堤防信息化管理

20世纪80年代后期发展的分布式系统，其特点是将测量多台装置小型化，并和切换装置一起放在测点现场，称之为测量控制装置，测量的监测数据多变为数字量，由“数据总线”直接传送到监控室的微机上，它比集中式系统可靠性更高，抗干扰能力更强，测量速度更快，且便于扩展。随后就有将两者结合的混合式系统。在自动化监测的基础上，通过科学的分析，对堤防的安全状态进行评价和预报，可以及早发现险情并进行处理，以维护堤防安全。这种将堤防的自动化监测、安全评价和预报组成一个整体的系统，就是堤防监测预警系统。下面以安装在武汉市湛家矶堤防的监测预警系统为例，说明系统的组成和功能。任务五河道堤防信息化管理

(一)监测预警系统的组成

谌家矶监测预警系统是一个利用现代科技手段建立的国内第一个堤防安全监测预警系统。该系统采用分布式结构，如图6-28所示。系统分为采集站、监控主站和远程信息管理中心3级，如图6-28所示。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用网传输到武汉市内或其他任何地方。该系统的量测传感器，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。任务五河道堤防信息化管理图6-28谌家矶监测预警系统结构框图任务五河道堤防信息化管理

采集站执行数据自动采集、存储、通信等功能，主要由自动采集控制器、电源、微波天线(也可采用总线)及通信模块、防雷装置组成，该系统暂设2个采集站，一个采集站以监测堤防渗透为主，另一个采集站以监测崩岸(滑坡)为主，各个采集站之间以及采集站和主站之间具有独立性，可以在主站停机的情况下自行采集和处理数据。监控主站的作用是对各个采集站进行管理和控制、发送和接收采集的信号、评价安全状况、报警、向远程信息管理中心(远程办公室或防汛指挥中心)发送数据。其设备主要由监测预警系统软件、工控微机(包括扫描、打印机等输入输出设备)、微波(或总线电缆)及通信模块、Modem(调制解调器)、电话线路、报警指示灯、防雷装置等组成。信息传输方式有3种:传感器与采集器之间用电缆线连接(电缆线以埋在地下较为恰当，要注意防水和防破坏)；采集站与监控主站之间用微波(无线)方式；主站信息可以通过电话网络传至任何一个地方。任务五河道堤防信息化管理二、堤防监测预警系统

该系统的安全评价模型包括以监测数据为基础的渗流安全评价模型和滑坡预测模型。前者系以土层实际承受的渗透水力坡降与土的临界水力坡降进行比较，分为安全、轻度危险、严重危险和即将破坏4级标准；后者采用灰色和突变理论对堤坡位移和滑坡与否进行预测。此外，为考虑各种土层厚度不均匀和土的抗渗强度的不均匀性，建立了渗流安全评价的概率模型。为了对下一时刻的渗流安全进行预测，建立了渗流安全灰色预测模型。

该系统的系统软件选用目前普遍使用Windows9x的32位操作系统的PC电脑平台作为开发平台，采用MS公司的VC++的VB6.0作为开发环境，能实现采集、检测、控制、存储、计算处理、安全评价及预测、通信等功能。任务五河道堤防信息化管理

(二)监测预警系统的功能

该系统能自动巡检和手动定点显示测量数据，可通过设立采集控制器报警限值，在测值超过报警限值时，自动报警提示，并能进行安全评价和远程信息管理。任务五河道堤防信息化管理

(三)研制监测预警系统的注意问题

监测预警系统研制要注意的问题简介如下。

(1)监测布置要合理。监测断面的选择以及断面上测点的布设对于堤防安全状态的监控是至关重要的，需要根据土质、水文、环境条件和往年险情情况综合确定。

(2)选择仪器要合理。要使监测有效可靠，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，选择最为合理的仪器。

(3)安全评价和预测的理论模型要合理。安全评价模型是监测预警系统中至关重要的部分，其设计的合理性直接影响安全评价的可靠性，因此，一定要建立针对堤防具体条件和运行环境的合理的安全评价和预测模型。

(4)信息传输方式选择要合理。此外，还应注意安装前的率定、系统没备的检查、仪器埋设、安装调试工作，并加强运行维护规程制定、人员培训及系统验收工作。任务五河道堤防信息化管理三、安徽数字长江信息系统

安徽数字长江信息系统是一套基于Windows平台的长江河道(安徽段)综合管理、河床演变分析及防洪工程安全监测的软件系统。该系统的运用为安徽省长江河道管理部门对堤防、涵闸、泵站、护坡护岸及险工险段等工程的管理提供了现代化的手段，也为沿江经济建设提供了更为有效的服务。任务五河道堤防信息化管理

(一)系统的结构

本系统GIS采用ESRI公司的产品，数据采集采用AutoCAD、ArcGIS，虚拟现实采用Varmap，开发软件主要为Delphi、VC++，数据库管理以Oralce+ArcSDE对空间与属性数据进行统一管理。系统的数据流程主要是以基础数字化测量为数据源，以DEM、专题图制作为主要加工方式；生产成果统一存放在关系数据库中；上层基于基础数据和各种计算模型，采用可视化界面进行分析计算.并能输出计算结果。系统采用B/S与C/S两种方式，B/S主要表现各种以文字、多媒体等形式出现的管理、工情、水情等一般性资料；C/S主要侧重三维图形的采集、制作、分析与表现。软件系统结构如图6-29所示。任务五河道堤防信息化管理图6-29软件系统结构任务五河道堤防信息化管理

(二)系统的功能

该系统可进行河道断面、深泓线、