摘要：我国社会经济的发展在近些年取得了长足的进步，而今人们在面对河流治理问题时堤出了一些新的要求，例如广东提出的“河畅、水清、堤固、岸绿、景美、生态”的目标，不仅仅需要河道在设计治理的过程中实现传统的防洪减排功能，而且越来越注重改善河流水域内的生态及环境，希望以河流为基础进行人文、景观建设，实现人与自然的和谐相处。本文针对于堤防工程在建设过程中一些问题，通过参考与学习堤防工程建设领域已经取得的经验与成果，切实的结合现今堤防工程建设过程中面临的一些实际问题与亟待改善环节，简要的分析并总结相应的改进方法、措施，希望为今后堤防的现代化建设给出建议。
关键词：堤防工程 防洪 现代化 可持续性 信息技术
人们在不断提高生活水平的同时越来越追求更加文明和谐的人与自然相处状态，极端恶劣天气与各种自然灾害频频发生，环境污染、资源枯竭越来越成为社会问题的焦点，意识到环境问题关乎未来的生存与发展，建设人与自然和谐相处的生态环境成为共识。堤防工程是人类改造自然并服务于经济社会发展的重要基建设施，具有重要的防洪减排效能，是保证人类生存环境稳定的重要设施，在此基础上实现堤防工程的现代化建设是现阶段和谐社会的必然要求，逐渐成为未来堤防工程建设的重要思想。
1、堤防工程简述
堤防工程是沿着江河、湖泊、渠道、海岸或行洪区、分洪区、 蓄洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物，是世界上最早广泛采用的一种重要防洪工程。修筑堤防工程的目的是防御泛滥，保护沿岸线城镇乡村、居民生命财产和工农业生产。
自古以来，我国劳动人民傍水而居，为防范江河洪水的自由泛流成灾和波浪冲击之患，依江河两侧修筑堤防，把洪水约束限制在设定的流路和水域范围之内，以保障江河中、下游沿岸人民生命财产安全。随着现代社会的迅速发展，沿着江河湖海地区新建和加固堤防在国民经济中日趋重要，堤防工程现代化建设显得更加迫切。
据有关资料显示，我国在 20 世纪 80 年代末期有各类堤防 20 万千米，保护了耕地 320 万平方千米，约占全国总耕地面积的 30％以上。到 2010 年已修建江河湖海堤防长度达 29.91km，其中多数是大江大河的干流、主要支流、海堤、重点圩垸、湖堤，这充分表明在堤防建设迅速发展的同时，也促进了堤防工程技术的发展堤防建设关键的问题是确保其安全，堤防安全首先必须确定工程的等级标准、选线类型及堤防结构设计等；在堤防工程修筑后的安全，急需现代科学进行监测与检测，遇到洪水侵袭等险情时，要采取正确的方法进行抢险加固，以保证堤防工程能抵御洪涝灾害。
堤防工程的设计、施工和抢险加固，不宜用统一的指标作为硬性的规范限制，必须紧密结合地区经济发展速度和堤防的前景规划，根据不同河流的特点，着眼于流域为单元的防洪减灾、生态环境保护体系，结合区域实际，因地制宜，拟定治理的重点任务，选取经济合理的工程措施和非工程措施，达到现代化多目标的堤防体系。
在确保河道行洪能力、保持河势稳定和堤防安全的情况下，根据各河道余缺水量确定可调水量；通过开发水系连通，推动内河清淤截污、绿化美化，真正实现河畅其流、碧水环绕、景色怡人的宜居现代化城市。
2、堤防工程现代化建设存在的问题
近年来，在防洪建设和河道整治等工程中已尝试一些新的技术和新材料，如生态型护坡、堤防绿化措施等，但存在对理念认识程度不够、信息技术面临困境等诸多问题。现如今堤防工程的规划，对于传统防洪排涝的基本功能得到保障的同时，也要利用好现代化的先进理念和信息技术进行优化与改善，可以提升堤防整体治理效果，发挥最大化效益。堤防工程现代化建设除了解放思想、改进堤防工程建设观念，应与现代化建设理念相结合。
3、堤防工程现代化建设的方法
3.1 可持续性建设
以可持续发展的思路、市场经济的规律和系统发展的理论为指导是现代化建设的重中之重，用现代的理性思维和理念转变人类传统的治水思路，用先进的科学技术改造传统的科技，通过合理开发、高效利用、综合治理、优化配置、有效节约、积极保护和有效管理，从而使堤防现代化建设得以实现。可持续性建设理念经历了较长的时期发展，得到了各个层次人民的共识与认可，在社会发展中起到不可替代的作用，并在 21 世纪产生了划时代的意义。
堤防工程建设应注意河道的自然走向，一般的河流的走向都是经过多年的各种自然环境变化考验而形成的，不可片面的强调排泄速度、减少投资而改变河流的原本走向，应从长远、可持续的角度考虑，杜绝“截弯取直”的建设方式。
随着现代化建设的推进，人们对防洪工程的认识在不断深化，单纯的工程堤防正在逐步包含环境堤防、资源堤防等新的内容，从传统堤防向现代堤防转变。对于受洪水威胁的城市来说，防洪设施的首要功能是防洪抗灾。但随着人们的环境意识日益增强，对生态环境的要求越来越高，过去那种单一的防洪功能的堤防建设远远不能满足现代人的需求。在城市堤防建设中，如何把防洪工程与城市的现代化建设有机地结合起来，怎样结合城市特点，发挥防洪设施的多种功能，为美化城市发挥作用，是建设者们必须考虑的问题。
在加强堤防建设，提高抗洪能力的同时，积极探索绿化城市、美化城市、造福于民的多方位堤防功能，成为一条结合城市建设、完善堤防功能的新思路。堤防景观带现阶段在实际应用中取得很好的成果，如上海市的黄埔江外滩堤防、广州珠江堤防和其他许多城市堤防建设中已经逐步融入这样的新概念。
在条件允许的情况下，结合堤防沿岸的实际情况，科学引导人们发展休闲娱乐和生态农场等项目，以发展相关服务业为平台，以堤防建设为依托，实现生态和可持续发展的有机结合。特别在考虑堤防工程的景观时，最重要的是要把堤防作为河流周围生活空间的要素之一看待，处理成让人容易接近的结构，使防洪堤两侧形成和谐的空间关系。
3.2 新型技术及材料的应用
1）GPS 在堤防工程测量中的应用
堤防工程野外测量条件比较差，传统工具需要多次校验来确保其精准度。随着 GPS 测量技术的高速发展，其在堤防工程测量中得到了广泛的应用。GPS 系统由 24 颗卫星、地面接收装置和用户接收仪器构成，全天候地连续提供高度精确的三维速度、三维坐标以及时间信息等重要的技术参数。GPS 在堤防工程测量中的应用，其发挥的主要是静态功能和动态功能，通过接收到的卫星信息，来确定地面某点的三维坐标，通过动态功能将已经知道的三维坐标点位，实地放样地面上。堤防工程测量中 GPS 的应用，大大提高了堤防工程施工测量数据的精确度，在减少外业工作量的同时提高了内业数据处理的工作效率。GPS 测量技术在堤防工程中的应用，能够对工程施工进行实时、精准、有效的测量，为工程的顺利完成建设提供技术保障。
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2）碳纤维复合材料—土工膜
在堤防工程施工中，坝体裂缝是比较常见的施工问题，对堤防工程的施工质量将会产生直接的影响，因此，在施工中对加固坝体的材料要格外重视。在对坝体裂缝进行修复时利用新的技术能够对混凝土的防水功能进行提高，解决坝体裂缝问题。土工膜材料应用非常广泛，其利用高分子聚合物材料加工而成，对旧坝的防渗效果非常明显，不但具有很强的耐久性，在紫外线或者是臭氧作用下也不会出现质量受到影响的问题，而且具有很强的抗拉强度，质量也非常轻，在应用方面具有长时间使用的优点。土工膜在施工中能够进行冷施工，操作工序简单，环境污染小，是一种非常实用的施工材料，很好的解决混凝土浇筑中出现的病害。
3.3 信息技术的应用与存在问题
1）数据库技术
应用数据库（DB）技术是信息技术发展和应用的核心内容之一，是堤防信息化建设的基础，大多数的堤防信息系统建设都离不开数据库技术的应用。数据库技术的应用主要包括数据存贮和管理。目前，我国现阶段已经完成了国家级水情数据库建设，实现了降雨信息、水情监测信息和历史水情信息进行查询与管理，流域和省级水情数据库建设也在紧锣密鼓的进行，部分有条件的省市已率先完成了水情数据库建设，制定了国家防汛工情数据库建设规范，正在进行工情数据的入库工作；部分省市正在根据国家规范开展工情数据库建设工作；部分地区根据需要建立了洪灾灾情信息管理数据库，以及根据防汛指挥系统和防汛决策支持系统建设需要建立了系统专用数据库。数据库技术的运用和推广，进一步推动了防洪减灾信息管理的规范化，使信息存储、更新和查询更加方便，并且为数据挖掘奠定了基础。数据库技术在堤防信息建设与管理中应用较为成熟，为堤防防洪度汛的数据管理提供了强大的支持。随着堤防信息化建设中数据量的膨胀式增加，国产数据库产品对海量数据的管理依然存在不足。
2）网络技术
信息技术水平的主要标志之一是网络技术的运用水平，堤防信息技术建设亦是如此，网络技术为气象、水情、工情、旱情、水质、生态、灾情等信息，以及堤防管理信息的传输、共享、分析、管理和发布提供了强力的技术支撑。计算机网络技术作为基础设施已经成为我国堤防工作中信息采集、传输、处理和共享的重要手段。网络技术除了以通讯传输技术为主的计算机网络硬件技术以外，网络编程技术也是网络技术应用的重要内容之一，通常谈到的网络化技术是指网络化软件的开发和应用，即是指具有网络发布功能的 Web技术而不是广义的 IT 技术。Web 技术的应用起步于 2000 年前后，此后国家各级各部门编制的网络化软件系统主要采用 Web 技术。例如各级防汛指挥、水情测报、决策支持、信息服务、会商管理、办公自动化等系统中网络化软件系统部分都是基于 Web 技术的。计算机网络技术的发展为堤防工程现代化建设的信息共享和交换提供了条件，作用重大、效果显著，但是由于信息量逐步增加，网络容量有限，信息传输和交换速度往往难以满足实际应用的需求；再者，互联网稳定性不足，系统较为脆弱，可靠性不够强，如某一环节出现故障就会影响整个网络系统的正常运行。因此网络技术应用还应该全面考虑出现网络故障后的应急解决方案。
3）遥感技术
应用随着遥感技术（RS）的发展，影像识别精度的提高、数据处理能力的增强、影像获取成本的降低，遥感技术在堤防信息化建设中的作用日趋重要。遥感影像的来源渠道较多，有美国、日本、法国、印度等国外的遥感影像产品，也有我国自己的遥感影像产品或者航片，遥感技术的应用主要是通过接收或购置遥感影像数据，确定洪、旱灾害的位置、识别洪水淹没情况和受灾情况、分析旱灾影响范围和受灾面积、评估可能受到的灾情影响，以及根据遥感影像分析河流水质变化和水土保持状况，为防汛指挥、救灾活动、环境保护、生态建设提供信息支持。近年来，由于 7 大流域和部分省市已经建成一定精度的三维空间地理信息系统基础平台，将遥感影像成果与三维平台相结合，不仅直观展示堤防信息，还可以进一步分析可能的发展趋势，为堤防工程现代化建设与管理提供高水平的信息支持。
4）虚拟现实技术
应用虚拟现实技术（VR）是利用计算机技术生成逼真的三维虚拟环境。虚拟现实技术最重要的特点就是“逼真感”与“交互性”。
虚拟现实技术可以创造形形色色的人造现实环境，其形象逼真，令人有身临其境的感觉，并且与虚拟的环境可进行交互作用。
现在虚拟现实技术在堤防信息化建设中的应用日渐广泛。（1）构建防洪工程的三维虚拟模型—堤防三维虚拟模型，能实现防洪工程三维空间示景；（2）洪水流动和淹没的三维动态模拟，实现了三维空间场景中的洪水演进动画过程，三维场景中洪水淹没情况的虚拟展示；（3）堤防工程规划三维虚拟模型，为工程规划提供直观三维视觉效果场景；（4）云层和降雨效果渲染三维虚拟模型，模拟云层流动、降雨过程等动态效果；等等。由于虚拟建模过程工作量较大，占用计算机空间较大，三维虚拟模型与地理信息系统和网络的耦合运用还不够完善，有关应用还处在局部范围，现阶段无法大规模推广应用。
5）卫星定位系统技术
应用卫星定位系统（GPS）应用是随着 GIS、Web 和 RS 等信息技术的应用而发展起来的。防洪决策、抢险救灾，都需要了解险情、灾情发生的准确位置，虽然拥有了地理信息系统平台和卫星遥感影像，但是灾情的位置仍然难以确定，“5.12”抗震救灾行动中就出现过类似的窘境，因此利用 GPS 技术将灾情发生的位置和 GIS 平台及 RS 影像有效连接起来，实现灾区和灾情的准确定位意义重大。另一方面，利用 GPS 和通讯网络技术结合，将堤防险情和灾情信息及时传达或通知到相关负责人，大大提高抢险救灾效率，有关应用在浙江、福建、广东等地区十分普遍。在堤防信息化建设中 GPS 对河流、工程等有关信息的定位与管理发挥了重要作用。由于卫星定位系统通讯容量有限，对于数据量较大的水情和灾情信息传输速度较慢，普及应用受到一定限制。
6）专业模型技术改进为信息技术应用提供技术支持
堤防信息技术建设的主要内容之一是决策支持系统建设，而决策支持系统建设的重要依据是水情、旱情、灾情等信息的分析成果，这些分析成果主要来源于气象预测预报、洪水预测预报、洪水演进分析模型系统、洪水调度模型系统、溃坝分析、旱情分析、水资源管理、水质、环境评估等专业模型系统。近年来，有关专业模型技术得到了逐步改进和完善并随着计算机技术的发展为复杂的模拟分析计算提供了条件。专业模型技术的发展为决策支持系统建设的实用性提供了强有力的技术支撑，是堤防信息技术建设与发展的坚强后盾。
3.4 长效化管理机制
堤防建设工程“重建设，疏管理”，造成工程设计使用期限大幅度降低，无法充分发挥其应有的经济效益。现代化建设对现有管理制度来说又是一项新的挑战，堤防工程的现代化建设靠“一兵一卒”是无法实现的，需要不同部门团结协作，共同制定长效化管理机制，统一责权，层层落实。
4、结论
现代化堤防工程现代化建设强调可持续性与信息化技术，是未来堤防工程功能的重要组成部分，将会对人类的水景观、水生态、水环境带来崭新的面貌，随着各项信息技术的发展，不仅给国家建设带来福音，更重要的是给人民带来理想、美好的生产生活保障。
论文作者:陈炜航
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第10期
论文发表时间:2018/11/27
标签：堤防论文; 工程论文; 技术论文; 现代化建设论文; 遥感论文; 信息技术论文; 水情论文; 《建筑细部》2018年第10期论文;