黄河滩岸坍塌预警新思路与实践
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【摘要】 黄河下游滩区，尤其是河口地区，河槽不稳定、主流摆动频繁，滩岸坍塌时有发生，对滩区人民的生命和财产安全造成了严重影响，甚至威胁整个地区防洪安全，及时、准确、高效、节约的测报滩岸坍塌，为防汛抢险争取时间是困扰治黄工作者的一个难题。通过对滩岸坍塌险情的宏观特征进行分析，设计研制了黄河滩岸坍塌预警系统，降低了维修养护人员的工作强度，提高了防汛抢险的时效性。
【关键词】 黄河 滩岸坍塌 测报预警 防汛抢险
一、引言
黄河滩区主要是指黄河下游主河槽与防汛大堤之间的区域。由于历史原因，这里既是黄河行洪、滞洪、沉沙的重要区域，也是百万群众赖以生存的场所，据统计， 黄河下游河道总面积为4647km2， 其中滩地面积 3956km2， 占河道总面积的 85%。按滩区面积大小区分： 滩区面积大于 100km2的 有6个， 50～100km2的有 9 个， 30～50km2的有 12 个， 30km2以下的有 90 多个，滩区在平时既可以用来进行生产生活，又可以充当防护小洪水的第一道屏障，避免了洪水直接冲刷大堤，对提高滩区人民收入，降低人民群众生命财产损失起着重要作用。目前，对黄河滩区滩岸坍塌的测报与预警手段主要是人工巡查观测，这种方法，占用了基层维修养护人员的大部分时间，且受客观条件影响较大，不够及时高效，已经不适应当前科学治河、科技兴河的要求；还有一些地方尝试地理信息系统（GIS）、遥感、探地雷达、视频远程监控、埋设光纤光栅测量等方法进行测报，上述监测技术在一定程度上实现了滩岸坍塌的监测与预警。然而光栅等测量安装复杂、施工不便，遥感、雷达成本较高、设备昂贵且不便于维护，视频监控必须有人值守，上述监测技术手段都在存在着一定的局限性。治黄一线迫切的需要一种可以长时间脱离人员的监管，及时对滩岸坍塌进行测报与预警的手段方法，从而节省人力物力，实现长距离、大范围的有效管护，为防汛抢险提供准确及时的信息支持。为此黄河河口管理局成立了专题科研小组，通过查阅大量文献资料、认真进行现场调查分析，研制完成了黄河滩岸坍塌自动测报预警仪，这将大幅度降低维修养护人员的工作强度，全面提高防洪减灾能力。
二、功能设计
滩岸土体的基本物理力学特性指标能够直接影响滩岸的稳定性，河岸土质不同，其相关的基本物理力学特性指标差别较大。这些土的特性会互相影响，通常一项参数的改变会引起其他几项参数的变化，进而影响滩岸的稳定性以及滩岸后的土压力。而环境的改变也会对土体的性质有影响，尤其是含水量，当含水量增加时会使土体内摩擦角、内聚力减小。
宏观上，滩岸坍塌出险的时候，坍塌部位主要变化为相对位置移动、相对高度发生改变。比较而言，从宏观上判断滩岸坍塌更容易。因此，基于对坍塌部位相对位移变化、加速度变化的监测，利用计算机编程和无线通信技术，研发了黄河滩岸坍塌自动测报预警仪。根据功能要求，仪器需对地理位置进行监测，应能独立运行而无需外部条件输入，监测设备能够自主探测信息而不用外接设备，仪器应当自动向指挥中心发出警报信息，供管理单位及时了解情况制定应对措施，并考虑使用安装条件，及黄河野外影响等因素，仪器设备应采用内置电源并能长期工作。
三、系统设计与实现
根据功能需求，选取传感器并编写程序，确定阈值。当前常用的有振动、磁场、陀螺、加速度计、光敏等传感器，结合地势的缓慢变化特点和区域特性分析，采用加速度传感器、土压力传感器、测斜传感器联合测量数据，加速度计敏感垂直方向上的重力加速度，若滩岸发生坍塌，则倾斜角增大，敏感的加速度值减小，控制器采集加速度值，判断加速度范围；滩岸坍塌后，土体各项性质发生变化，使土压力传感器上压力发生变化，采集变化数值，同时利用对测斜管的变形反向逆推得土压力，验证土压力传感器的数据，记录数据并与微型计算模块中阈值比较、判断各项指标是否需超过阈值，若达到或超过阈值，则计算模块进行数据通讯，通过GPRS指挥中心号码发送警报信息，显示各项数值，通过计算和实践，可同时设定多个阈值，分别作为预警和报警的阈值，实现报警与预警双功能，提高利用效率，为防汛抢险提供更充分的时间。根据这一思路，经过前期设计与制作，目前已经完成了滩岸坍塌预警系统V1.0的软件开发，并形成专利，硬件组装和调试也在进行中，该仪器无需外接电源，安装便捷、内置电源保守测算可以提供2年电力，可以根据情况进行合适密度的布置，并形成系统，更好的监测滩岸状态，提供险情信息。
结论：根据滩岸坍塌的出险特点与形成原理测报预警仪器的使用需求和使用环境等分析，明确了仪器各功能要求，针对功能要求进行了详细的需求分析与模块设计说明，从而形成了完整的体系，并提出了解决方案。及时对滩岸坍塌进行测报与预警，从而节省人力物力，实现长距离、大范围的有效管护，能够为防汛抢险提供准确及时的信息支持。
参 考 文 献
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