一种感潮河段的水环境预警系统及方法与流程

本发明涉及洪水预警，具体而言，涉及一种感潮河段的水环境预警系统及方法。

背景技术：

1、感潮河段是指容易受到潮汐影响的河段。在此类河段中，由于潮汐的作用，水位和流量会呈现周期性的变化，从而增加了洪灾发生的风险和复杂性。因此，对感潮河段进行洪灾预警至关重要。

2、现有的洪灾预警手段大多采用水文观测站预警、数学模型计算以及遥感技术，其中水文观测站需要工作人员实时值守，数学模型计算方法往往对现实洪灾问题简化，无法考虑诸多因素的影响，遥感技术容易受到恶劣天气的影响而导致数据不准确。因此亟需进一步改进和完善预警方法和技术手段，提高洪灾预警的准确性和及时性，为感潮河段的防洪减灾工作提供有力支持。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种感潮河段的水环境预警系统及方法，以解决上述现有技术存在的问题。

2、一方面为实现上述目的，本发明提出了一种感潮河段的水环境预警系统，包括依次连接的区域建模子系统、水流模拟子系统、河段预警子系统；

3、所述区域建模子系统用于根据感潮河段区域的水系分布图进行河道区域的划分以及概化，生成感潮河段概化图；

4、所述水流模拟子系统用于对感潮河段各划分区域河流的水流状态进行模拟以及水位数值的更新；

5、所述河段预警子系统用于对所述生成感潮河段概化图和所述水位数值进行显示与预警。

6、可选地，所述区域建模子系统包括地图输入模块、区域划分模块、区域模拟模块；所述地图输入模块用于输入感潮河段整体的水系分布图，所述区域划分模块用于采用特征点分布算法，对所述水系分布图进行不同河流、水闸以及泵站的标注，生成感潮河段的水系划分图；所述区域模拟模块用于对所述水系划分图中的河流、水闸以及泵站进行概化，生成所述感潮河段概化图。

7、可选地，所述区域模拟模块获取每段河流的河床糙率以及时间步长和空间步长，并确定边界控制条件，根据工程资料设置水闸和泵站的位置、结构以及调度方式，采用时间序列的方式对每个闸门和泵站的参数进行赋值；将主河道以外具备输水作用的河道合并为一条河道，将不具备输水条件的河道视为陆地面；分别将天然河道断面和人工河道断面以不同形状的图形进行概化，并在两个突变的汊点断面之间以两个断面底高程均值插值出一个断面作为过渡。

8、可选地，所述水流模拟子系统包括参数设置模块、水流模拟模块、降雨计算模块；所述参数设置模块用于输入感潮河段各划分区域的植被土层储水量统计数据，所述水流模拟模块用于根据所述植被土层储水量统计数据，并采用mike模型的水动力模块，基于质量守恒原理和动量守恒原理，对所述感潮河段概化图进行河流河口的水流状态模拟；所述降雨计算模块用于输入感潮河段各划分区域的降雨统计数据，根据所述降雨统计数据计算感潮河段各划分区域在不同时刻的降雨量均值、偏态系数和变差系数，并结合所述水流状态模拟计算各划分区域的水位数值。

9、可选地，所述河段预警子系统包括水位监测模块与水位预警模块，所述水位监测模块对所述感潮河段概化图通过显示器或移动端进行实时显示，并将所述水流模拟子系统中降雨计算模块的水位数值分别显示到对应的河流区域；所述水位预警模块获取各划分区域河道的河槽高度，当所述降雨计算模块的水位数值超出所述河槽高度时，则控制所述水位监测模块将超出高度的水位数值进行闪烁提示。

10、另一方面为实现上述目的，本发明提出了一种感潮河段的水环境预警方法，包括以下步骤：

11、获取感潮河段区域的水系分布图，基于所述水系分布图进行河道区域的划分以及概化，生成感潮河段概化图；

12、基于mike模型对感潮河段各划分区域河流的水流状态进行模拟以及水位数值更新；

13、对所述生成感潮河段概化图和所述水位数值进行实时显示与预警。

14、可选地，基于所述水系分布图进行河道区域的划分以及概化的过程包括：

15、采用特征点分布算法，对所述水系分布图进行不同河流、水闸以及泵站的标注，获取每段河流的河床糙率以及时间步长和空间步长，并确定边界控制条件，根据工程资料设置水闸和泵站的位置、结构以及调度方式，采用时间序列的方式对每个闸门和泵站的参数进行赋值；

16、将主河道以外具备输水作用的河道合并为一条河道，将不具备输水条件的河道视为陆地面；

17、分别将天然河道断面和人工河道断面以不同形状的图形进行概化，并在两个突变的汊点断面之间以两个断面底高程均值插值出一个断面作为过渡。

18、可选地，基于mike模型对感潮河段各划分区域河流的水流状态进行模拟以及水位数值更新的过程包括：

19、输入感潮河段各划分区域的植被土层储水量统计数据，基于所述植被土层储水量统计数据，采用mike模型的水动力模块，基于质量守恒原理和动量守恒原理，对所述感潮河段概化图进行河流河口的水流状态模拟。

20、可选地，基于mike模型对感潮河段各划分区域河流的水流状态进行模拟以及水位数值更新的过程还包括：

21、输入感潮河段各划分区域的降雨统计数据，根据所述降雨统计数据计算感潮河段各划分区域在不同时刻的降雨量均值、偏态系数和变差系数，并结合所述水流状态模拟计算各划分区域的水位数值。

22、可选地，对所述生成感潮河段概化图和所述水位数值进行实时显示与预警的过程包括：

23、对所述感潮河段概化图通过显示器或移动端进行实时显示，并将实时更新的水位数值分别显示到对应的河流区域；

24、获取各划分区域河道的河槽高度，当实时更新的所述水位数值超出所述河槽高度时，则控制所述水位监测模块将超出高度的水位数值进行闪烁提示。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

26、本发明首先对感潮河段的区域河流分布图进行划分以及标注，采用mike模型对感潮河段进行整体建模，并在建模过程中对小河道以及不具备输水功能的河道进行简化处理，减少了系统计算量，将高度差较大的断面区域额外添加断面，以提高模型稳定性；根据储水量对各区域的河流进行水流状态模拟，并通过结合降雨量数据以及模拟状态实时计算区域水位值，将实时水位值通过显示器或移动端进行显示，并结合各区域的河槽高度构建预警水位值，有效实现了感潮河段的高水位实时预警，避免洪灾发生。

技术特征：

1.一种感潮河段的水环境预警系统，其特征在于，包括依次连接的区域建模子系统、水流模拟子系统、河段预警子系统；

2.根据权利要求1所述的感潮河段的水环境预警系统，其特征在于，所述区域建模子系统包括地图输入模块、区域划分模块、区域模拟模块；所述地图输入模块用于输入感潮河段整体的水系分布图，所述区域划分模块用于采用特征点分布算法，对所述水系分布图进行不同河流、水闸以及泵站的标注，生成感潮河段的水系划分图；所述区域模拟模块用于对所述水系划分图中的河流、水闸以及泵站进行概化，生成所述感潮河段概化图。

3.根据权利要求2所述的感潮河段的水环境预警系统，其特征在于，所述区域模拟模块获取每段河流的河床糙率以及时间步长和空间步长，并确定边界控制条件，根据工程资料设置水闸和泵站的位置、结构以及调度方式，采用时间序列的方式对每个闸门和泵站的参数进行赋值，将主河道以外具备输水作用的河道合并为一条河道，将不具备输水条件的河道视为陆地面，分别将天然河道断面和人工河道断面以不同形状的图形进行概化，并在河道汊点处的两个突变的断面之间，以两个断面底的高程均值插值出一个断面作为过渡。

4.根据权利要求1所述的感潮河段的水环境预警系统，其特征在于，所述水流模拟子系统包括参数设置模块、水流模拟模块、降雨计算模块；所述参数设置模块用于输入感潮河段各划分区域的植被土层储水量统计数据，所述水流模拟模块用于根据所述植被土层储水量统计数据，并采用mike模型的水动力模块，基于质量守恒原理和动量守恒原理，对所述感潮河段概化图进行河流河口的水流状态模拟；所述降雨计算模块用于输入感潮河段各划分区域的降雨统计数据，根据所述降雨统计数据计算感潮河段各划分区域在不同时刻的降雨量均值、偏态系数和变差系数，并结合所述水流状态模拟计算各划分区域的水位数值。

5.根据权利要求1所述的感潮河段的水环境预警系统，其特征在于，所述河段预警子系统包括水位监测模块与水位预警模块，所述水位监测模块对所述感潮河段概化图通过显示器或移动端进行实时显示，并将所述水流模拟子系统中降雨计算模块的水位数值分别显示到对应的河流区域；所述水位预警模块获取各划分区域河道的河槽高度，当所述降雨计算模块的水位数值超出所述河槽高度时，则控制所述水位监测模块将超出高度的水位数值进行闪烁提示。

6.一种感潮河段的水环境预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的感潮河段的水环境预警方法，其特征在于，基于所述水系分布图进行河道区域的划分以及概化的过程包括：

8.根据权利要求6所述的感潮河段的水环境预警方法，其特征在于，基于mike模型对感潮河段各划分区域河流的水流状态进行模拟以及水位数值更新的过程包括：

9.根据权利要求6所述的感潮河段的水环境预警方法，其特征在于，基于mike模型对感潮河段各划分区域河流的水流状态进行模拟以及水位数值更新的过程还包括：

10.根据权利要求6所述的感潮河段的水环境预警方法，其特征在于，对所述生成感潮河段概化图和所述水位数值进行实时显示与预警的过程包括：

技术总结本发明提供了一种感潮河段的水环境预警系统及方法，其中预警系统包括区域建模子系统，用于根据感潮河段区域的水系分布图进行河道区域的划分以及概化，生成感潮河段概化图；水流模拟子系统，用于对感潮河段各划分区域河流的水流状态进行模拟以及水位数值的更新；河段预警子系统，用于对生成感潮河段概化图和水位数值进行显示与预警。本发明基于MIKE模型，根据储水量对各区域的河流进行水流状态模拟，并通过结合降雨量数据以及模拟状态实时计算区域水位值，将实时水位值通过显示器或移动端进行显示，并结合各区域的河槽高度构建预警水位值，有效实现了感潮河段的高水位实时预警，避免洪灾发生。技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名,请求不公布姓名受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/19