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水是生命之源，它不仅关系着人民群众的基本生产生活，也是社会经济发展不可替代的基础支撑。水利工程是国民经济的重要基础设施，只有在安全运行的状态下才能有效发挥防洪除涝、灌溉抗旱和生产生活供水的作用。近年来，我国在水利工程上的投入越来越大，水利工程建设越来越受重视。与此同时，事关人民群众生命财产安全和社会稳定的水利工程安全运行问题也越来越受到关注。水利工程的安全运行是水利工程建设的必要前提条件，其安全控制主要体现在工程设计建造和运行管理两阶段。所以，本文将从设计和运行两阶段进行水利工程的安全管理与优化控制研究。在设计阶段，将以长距离输水管道空气阀的优化布置为例，通过相应的计算找到一个最优的空气阀特性参数及其布置方案;在运行阶段，本文将以土石坝渗流监测模型即测压管水位的预测为例，通过优化算法提高模型的预测精度，而后对监测数据信息进行处理分析，及时了解坝体的运行状态和渗流变化情况，以防止土石坝因渗流破坏而产生溃坝的严重危害。
为此，本文主要在以下几个方面进行了研究:
(1)在分析比较几种常用的土石坝安全监测预报模型基础上，建立土石坝渗流安全监测的支持向量机模型。
(2)在研究单纯形粒子群算法的基本原理基础上，提出基于单纯形粒子群优化算法优化支持向量机模型相关参数的土石坝渗流监测模型，并将该算法应用于土石坝渗流监测的实例。通过该土石坝实例，又在模型影响因子选择方面对引入与不引入影响因子非线性项的模型预测结果进行对比分析。
(3)综述输水管道水力瞬变的基本原理及水锤防护措施，并藉此建立长距离自流输水管道水力瞬变计算模型。在比较分析几种常用的空气阀基础上，采用复合式空气阀对管道水锤负压进行控制。本文还利用正交试验设计法，拟通过方差分析得到输水管道上空气阀的最优进排气孔径及其布置方案，以保障输水管道的安全运行。