摘要：多年來，荊江河段崩岸頻繁，給長江保護與治理帶來了不利影響，為此開展荊江河段河道崩岸預警十分必要和迫切。結合河道及水文泥沙信息系統開發實踐，研究了河道崩岸預警系統的總體框架、系統結構、數據庫設計、數據分析處理及入庫和功能設計，探討建立荊江河段河道崩岸預警系統，以提供崩岸數據采集、管理、分析、預警、表現、發布等多元化信息服務，為崩岸預警和應急搶險提供技術支持，從而為荊江河段的科學治理提供決策依據。

　　關鍵詞：河道崩岸;預警系統;水文泥沙;信息系統;荊江河段

　　推薦閱讀：《紅水河》(雙月刊)創刊于1982年，由廣西電力有限公司主管，廣西水力發電工程學會和廣西電力工業勘察設計研究院共同主辦，季刊，國內外公開發行。

　　崩岸是存在于江河海岸中的一種自然現象，歐美河流歷史上曾發生過多次崩岸，我國大江大河也存在崩岸現象[1]，尤其是汛期和汛后，以長江中下游河段最為典型[2]。河道崩岸會破壞岸坡穩定，威脅防洪工程安全，影響河勢穩定，阻礙岸線開發利用，不利于維持良好的航道條件，對充分發揮河流綜合服務功能造成不利影響。崩岸受水動力條件、泥沙輸移條件、河床邊界條件以及河道形態等多種因素影響，其成因和機理十分復雜這[3-5]。多年來，荊江河段崩岸頻繁，影響荊江防洪與河勢穩定，給長江航運、兩岸經濟建設和人民生命財產安全帶來嚴重威脅[6]。

　　為確保荊江大堤和長江干堤的安全，服務荊江防洪、河道整治、航道整治和地方經濟建設，保障長江經濟帶發展的水安全，建立河道崩岸預警系統具有重要的現實意義。目前，河道崩岸預警尚處于起步階段，沒有成熟的崩岸預警信息系統。本文結合河道及水文泥沙信息系統開發實踐，基于數據庫技術、網絡技術和地理信息系統技術，通過對崩岸綜合監測數據的采集、存儲、管理和分析，結合理論分析，綜合現場監測、崩岸巡查和遠程視頻監控，分析崩岸發生的機理及初步演變規律，構建崩岸預測模型，探討建立崩岸數據采集、管理、分析、預警、表現、發布為一體的人機交互式的荊江河段河道崩岸預警系統。

　　1 系統總體設計

　　人機交互式的河道崩岸預警系統框架見圖1。主要包括：

　　(1)收集整理崩岸的水流條件、河流邊界、河床組成、地下水及滲流、環境要素及人類活動調查資料，將數據整理成規范格式，遙測和實時監測設備的監測數據則通過數據處理終端接人系統提供的入庫接口。

　　(2)利用綜合監測成果，結合理論分析荊江段河岸土體的組成與力學特性，開展崩岸機理的定量分析，研究崩岸發生的機理及演變規律，建立崩岸預測模型，對崩岸發生的時間、形式、范圍進行初步預測預警。

　　(3)應用系統開發。按照軟件工程的要求，將整個系統的開發過程分為需求分析、系統設計、系統編碼和測試、系統運行和維護4個階段進行。

　　(4)完成系統集成，將硬件平臺、網絡設備、操作系統和開發的應用軟件，集成為功能和信息相互關聯、統一和協調的系統之中，使資源達到充分共享，實現集中、高效、便利的管理，并部署安裝，進行系統運行。

　　系統收集、整理、存儲、管理相關崩岸監測數據，并提供崩岸信息的多條件多組合查詢，在分析水文泥沙和河道演變、岸坡變形崩岸等基礎上，利用崩岸預測預報模型，結合現場監測、巡查、遠程監測和視頻監控情況，以人機交互的方式，對崩岸發生的時間、形式、范圍進行初步預測預報，并提供崩岸段不同時期地形變化的直觀、逼真的三維成果，提供基于互聯網的各種崩岸監測信息、信息分析成果和預警成果的查詢及發布。系統總體上分為5個子系統：數據庫管理子系統、信息查詢子系統、崩岸分析預警子系統、三維可視化子系統和崩岸信息服務子系統，見圖2。

　　2 數據庫設計與數據處理

　　2.1 數據庫設計

　　系統數據庫由空間數據庫、業務數據庫和崩岸模型庫組成。

　　按照業務數據實際需求，以現有崩岸相關資料為依據進行整理入庫和實時入庫;空間數據中矢量數據采取分幅和分要素組織的混合形式，將數據分為不同的要素圖層分幅，并存儲在系統空間數據庫中，DEM和影像數據則按照測量項目的不同，分批次分塊組織存儲;崩岸模型庫管理組織崩岸預警的數學模型和相關參數、預測岸坡的穩定系數和分級評價指標，以二維表的形式物理存儲在數據庫中。

　　2.2 數據分析

　　系統數據按更新頻率高低可劃分為：①實時監測數據，如實時雨情數據、現場預埋的安全監測傳感器數據和攝像頭等遠程在線監測數據等，其更新頻率可為數天、數小時、數分鐘或數秒。②歷史監測成果，包括水文整編資料、河道地形數據、河床組成等，其更新頻率不等。水文整編資料數據一般按年整編，主要由相關水文部門負責整編。長江中下游長程河道地形5a測一次，局部重點河段la數次，河道應急測量時數天就測量一次，河道斷面數據la更新數次，河道地形及斷面數據主要由長江水利委員會水文局下屬河道勘測局測量。其他數據更新頻率一般為數月或數年。③基礎地理數據、檔案數據和模型數據等其他數據。基礎地理數據主要有衛星遙感獲取的影像數據或地理信息系統生成的基礎地理信息，如行政邊界、流域邊界、河流等矢量數據或生成的DEM數據等，更新頻率一般為數月或數年。檔案數據和模型數據的更新頻率一般為數月或數年。

　　按數據的內容可劃分為來水來沙條件數據、河道邊界條件數據、河床組成數據，地下水及滲流數據、環境要素數據以及人類活動調查數據等。

　　按數據屬性可分為屬性數據和空間數據：①屬性數據，主要是按關系型數據庫表結構格式存儲的數據，如斷面實測數據、水位、流量、降水、含沙量、波浪、風速風向、河床組成、地下水位、滲流(壓)、孔隙水壓力、岸邊植被狀況、視頻、照片以及崩岸巡查報告和人類活動調查報告等分析報告。②空間數據，包括矢量型和光柵型兩類。前者是指以矢量格式儲存的地形圖，如水下地形圖、流態圖等;后者是指以光柵格式儲存的各種圖形，例如遙感圖像、DEM等。