一种河道型水库安全预警方法、装置、设备及介质与流程

1.本发明涉及水利安全领域，具体涉及一种河道型水库安全预警方法、装置、设备及介质。


背景技术：

2.水库调度过程是根据来流、当前水位和下游需求判断下泄流量，对水位变化有着高要求，通常采用水动力模拟结果作为判断依据。糙率反应了河道对水流的阻碍作用，是水动力模拟的重要参数。现阶段随着上下游经济的快速发展，航运越来越频繁，对水库的日常调度提出了更高的要求，需要保证上下游的生产生活用水和航道安全，实现经济、社会和生态效益的最大化现有的糙率率定方法多采用历史洪水率定出数值，其优点是有代表性，可以直接用于水位计算，但是数值准确度较低，影响水库调度时风险预测的可靠性。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例提供了一种河道型水库安全预警方法、装置、设备及介质，以解决现有技术中基于现有糙率值进行风险预测的精度低、可靠性差的问题。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.本发明实施例提供了一种河道型水库安全预警方法，包括：
6.获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位；
7.按照预设距离对所述目标水库进行分段得到多个河段；
8.根据所述正常蓄水位、防洪限制水位、所述历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值；
9.通过所述流量变化值、当前水位和每个河段在不同高度对应的糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位；
10.将所述目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息。
11.可选的，所述根据所述正常蓄水位、防洪限制水位、所述历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值，包括：
12.根据所述正常蓄水位和防洪限制水位对所述河段进行分层处理；
13.基于所述历史水位流量数据和所述河道断面数据分析每个河段在不同层高水位的糙率值。
14.可选的，所述基于所述历史水位流量数据和所述河道断面数据分析每个河段在不同层高水位的糙率值，包括：
15.从所述历史水位流量数据中提取每个河段在不同水位高度对应的流量数据；
16.根据不同水位高度对应的流量数据、河道断面数据对预设水动力模型进行数据反演，得到每个河段在不同层高水位的糙率值。
17.可选的，所述根据所述正常蓄水位和防洪限制水位对所述河段进行分层处理，包
括：
18.通过所述正常蓄水位和所述防洪限制水位得到水位差值；
19.基于所述水位差值和预设分层高度得到分层数量；
20.根据所述预设分层高度、分层数量和所述防洪限制水位对所述河段进行分层。
21.可选的，所述通过所述流量变化值、当前水位和每个河段在不同高度对应的糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位，包括：
22.从不同高度对应的糙率值中提取与所述当前水位对应的当前糙率值；
23.将所述流量变化值、当前水位和所述当前糙率值输入预设水动力模型得到目标水位。
24.可选的，所述将所述目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息，包括：
25.将所述目标水位与预设安全预警值进行对比，判断所述目标水位是否超出预设安全预警值；
26.当所述目标水位超出预设安全预警值时，将所述目标水位对应的河段标注为危险河段，并将所述危险河段进行上报。
27.可选的，所述方法还包括：
28.从所述河道断面数据中提取每个河段对应断面两端的第一高程和第二高程；
29.将所述目标水位分别与所述第一高程和第二高程进行对比；
30.当所述目标水位大于第一高程和/或第二高程时，根据对比结果判断水面溢出位置，并将所述溢出位置进行上报。
31.本发明实施例还提供了一种河道型水库安全预警装置，包括：
32.获取模块，用于获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位；
33.分段模块，用于按照预设距离对所述目标水库进行分段得到多个河段；
34.分析模块，用于根据所述正常蓄水位、防洪限制水位、所述历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值；
35.计算模块，用于通过所述流量变化值、当前水位和所述糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位；
36.对比模块，用于将所述目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息。
37.本发明实施例还提供了一种电子设备，包括：
38.存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明实施例提供的河道型水库安全预警方法。
39.本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行本发明实施例提供的河道型水库安全预警方法。
40.本发明技术方案，具有如下优点：
41.本发明提供了一种河道型水库安全预警方法，通过获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位；按照预设距离
对目标水库进行分段得到多个河段；根据正常蓄水位、防洪限制水位、历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值；通过流量变化值、当前水位和每个河段在不同高度对应的糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位；将目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息。本发明通过对整个河道进行分段，并对不同河段进行垂向分层方式，利用对应的历史水位流量数据率定不同河段在不同层高的糙率参数，提高流量变化后的水位高度的模拟精度和效率，使基于水位高度进行风险预测的结果具有更高的可靠性。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
43.图1为本发明实施例中的河道型水库安全预警方法的流程图；
44.图2为根据本发明实施例中分析每个河段在不同高度对应的糙率值的流程图；
45.图3为根据本发明实施例中分析每个河段在不同层高水位的糙率值的流程图；
46.图4为根据本发明实施例中对河段进行分层处理的流程图；
47.图5为根据本发明实施例中对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位的流程图；
48.图6为根据本发明实施例中生成安全预警信息的流程图；
49.图7为根据本发明实施例中判断水面溢出位置的流程图；
50.图8为本发明实施例中的河道型水库安全预警装置的结构示意图；
51.图9为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
52.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.根据本发明实施例，提供了一种河道型水库安全预警方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
54.在本实施例中提供了一种河道型水库安全预警方法，可用于上述的终端设备，如电脑等，如图1所示，该河道型水库安全预警方法包括如下步骤：
55.步骤s1：获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位。具体的，防洪限制水位是水库在汛期允许蓄水的上限水位，也是水库在汛期防洪运用时的起调水位；正常蓄水位是水库在正常运用情况下允许蓄到的最高水位。
56.步骤s2：按照预设距离对目标水库进行分段得到多个河段。具体的，划分河段是为了在后续分析时，更具有针对性，便于定位具体位置。划分河段的方式还可以根据具体的地形或地理资料进行具体分析划分，在此不做具体限制。
57.步骤s3：根据正常蓄水位、防洪限制水位、历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值。具体的，糙率值可以反映河道表面粗糙程度，从而推断河道内部水流。分析每个河段在不同高度对应的糙率值，便于后续根据流量变化快速推断水位变化，提高效率。
58.步骤s4：通过流量变化值、当前水位和每个河段在不同高度对应的糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位。具体的，基于上述分析的糙率值可以快速基于当前水位和流量变化计算各河段流量变化后的水位，
59.步骤s5：将目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息。具体的，当目标水位超出预设安全预警值时，说明河道可能存在溢出风险，及时生成安全预警信息，便于调度人员提前进行调整。
60.通过上述步骤s1至步骤s5，本发明实施例提供的河道型水库安全预警方法，通过对整个河道进行分段，并对不同河段进行垂向分层方式，利用对应的历史水位流量数据率定不同河段在不同层高的糙率参数，提高流量变化后的水位高度的模拟精度和效率，使基于水位高度进行风险预测的结果具有更高的可靠性。
61.具体地，在一实施例中，上述的步骤s3，如图2所示，具体包括如下步骤：
62.步骤s31：根据正常蓄水位和防洪限制水位对河段进行分层处理。具体的，依据坝前水位的变动范围(正常蓄水位至防洪限制水位之间的范围)对河段进行分层，例如：每层宽0.25m，具体实际分层距离可以以水库实际需求进行调整，若对水位波动要求严格，可以减小每层宽度，提高计算精度。
63.步骤s32：基于历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同层高水位的糙率值。具体的，通过对历史水位流量数据进行分析，可以得到每个河段在不同层高水位的糙率值，可以通过建立数据库的方式对糙率值进行存储，便于后续查找。
64.具体地，在一实施例中，上述的步骤s31，如图3所示，具体包括如下步骤：
65.步骤s311：通过正常蓄水位和防洪限制水位得到水位差值。
66.步骤s312：基于水位差值和预设分层高度得到分层数量。
67.步骤s313：根据预设分层高度、分层数量和防洪限制水位对河段进行分层。具体的，通常防洪限制水位处于正常蓄水位下方，日常水位基本处于防洪限制水位位于正常蓄水位之间，通过对此范围进行分层，符合大多数水库的实际应用情况，且通过分层，使数据分析更加精准，在后续分析过程中，可以根据当前水位高度直接匹配，提高分析速度。
68.具体地，在一实施例中，上述的步骤s32，如图4所示，具体包括如下步骤：
69.步骤s321：从历史水位流量数据中提取每个河段在不同水位高度对应的流量数据。
70.步骤s322：根据不同水位高度对应的流量数据、河道断面数据对预设水动力模型进行数据反演，得到每个河段在不同层高水位的糙率值。
71.具体的，预设水动力模型为一维水动力模型，预设共有n个河段，其中
72.第i个河段的水动力方程为
73.水流连续方程：
74.水流运动方程：
75.其中，t表示时间，x表示空间，b为水面宽，z为水位，q为流量，q
l
为该河段上的旁侧入流流量，u为断面平均流速，g为重力加速度，a为过水断面面积，ni为第i个河段的糙率值，需要根据水位进行选取，r为水力半径。
76.通过每个河段的在不同水位下的水位流量数据对上述模型进行参数反演，即可得到该河段在不同水位下的糙率值，数值准确度高，可以提高后续水东模拟精度。可以将每个河段的在不同水位下糙率值建立数据库，便于后续分析时进行数据提取，有效提高分析效率。
77.具体地，在一实施例中，上述的步骤s4，如图5所示，具体包括如下步骤：
78.步骤s41：从不同高度对应的糙率值中提取与当前水位对应的当前糙率值。
79.步骤s42：将流量变化值、当前水位和当前糙率值输入预设水动力模型得到目标水位。具体的，根据流量变化值、当前水位和当前糙率值采用有限差分方法求解预设水动力模型，得到流量变化后的目标水位。
80.具体地，在一实施例中，上述的步骤s5，如图6所示，具体包括如下步骤：
81.步骤s51：将目标水位与预设安全预警值进行对比，判断目标水位是否超出预设安全预警值。具体的，例如：防洪限制水位是水库在汛期允许蓄水的上限水位；正常蓄水位是水库在正常运用情况下允许蓄到的最高水位。当在不同时期超出水位要求值时，可能出现水面溢出河道的情况，一旦溢出可能会淹没河道周围的生活生产设施，造成破坏性影响。预设安全预警值可以根据不同水库的要求进行设定。
82.步骤s52：当目标水位超出预设安全预警值时，将目标水位对应的河段标注为危险河段，并将危险河段进行上报。具体的，通过标注危险河段，可以为调度人员提供安全警示；同时还可以对糙率值较大(河道对水流阻碍作用较强)的河段位置进行单独标注，提醒调度人员关注该河段的水位变化，判断是否影响航道安全
83.具体地，在一实施例中，上述的步骤s5，如图7所示，具体还包括如下步骤：
84.步骤s531：从河道断面数据中提取每个河段对应断面两端的第一高程和第二高程。
85.步骤s532：将目标水位分别与第一高程和第二高程进行对比。
86.步骤s533：当目标水位大于第一高程和/或第二高程时，根据对比结果判断水面溢出位置，并将溢出位置进行上报。
87.具体的，通过判断具体溢出位置(左岸或者右岸溢出)，为调度人员提供更为具体的调度依据。
88.在本实施例中还提供了一种河道型水库安全预警装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
89.本实施例提供一种河道型水库安全预警装置，如图8所示，包括：
90.获取模块101，用于获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位，详细内容参见上述方法实施例中步骤s1的相关描述，在此不再进行赘述。
91.分段模块102，用于按照预设距离对目标水库进行分段得到多个河段，详细内容参见上述方法实施例中步骤s2的相关描述，在此不再进行赘述。
92.分析模块103，用于根据正常蓄水位、防洪限制水位、历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值，详细内容参见上述方法实施例中步骤s3的相关描述，在此不再进行赘述。
93.计算模块104，用于通过流量变化值、当前水位和糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位，详细内容参见上述方法实施例中步骤s4的相关描述，在此不再进行赘述。
94.对比模块105，用于将目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息，详细内容参见上述方法实施例中步骤s5的相关描述，在此不再进行赘述。
95.本实施例中的河道型水库安全预警装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指asic电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。
96.上述各个模块的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。
97.根据本发明实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，该电子设备可以包括处理器901和存储器902，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。
98.处理器901可以为中央处理器(central processing unit，cpu)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
99.存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
100.存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
101.一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。
102.上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
103.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成的，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
104.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

技术特征：
1.一种河道型水库安全预警方法，其特征在于，包括：获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位；按照预设距离对所述目标水库进行分段得到多个河段；根据所述正常蓄水位、防洪限制水位、所述历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值；通过所述流量变化值、当前水位和每个河段在不同高度对应的糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位；将所述目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息。2.根据权利要求1所述的河道型水库安全预警方法，其特征在于，所述根据所述正常蓄水位、防洪限制水位、所述历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值，包括：根据所述正常蓄水位和防洪限制水位对所述河段进行分层处理；基于所述历史水位流量数据和所述河道断面数据分析每个河段在不同层高水位的糙率值。3.根据权利要求2所述的河道型水库安全预警方法，其特征在于，所述基于所述历史水位流量数据和所述河道断面数据分析每个河段在不同层高水位的糙率值，包括：从所述历史水位流量数据中提取每个河段在不同水位高度对应的流量数据；根据不同水位高度对应的流量数据、河道断面数据对预设水动力模型进行数据反演，得到每个河段在不同层高水位的糙率值。4.根据权利要求2所述的河道型水库安全预警方法，其特征在于，所述根据所述正常蓄水位和防洪限制水位对所述河段进行分层处理，包括：通过所述正常蓄水位和所述防洪限制水位得到水位差值；基于所述水位差值和预设分层高度得到分层数量；根据所述预设分层高度、分层数量和所述防洪限制水位对所述河段进行分层。5.根据权利要求1所述的河道型水库安全预警方法，其特征在于，所述通过所述流量变化值、当前水位和每个河段在不同高度对应的糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位，包括：从不同高度对应的糙率值中提取与所述当前水位对应的当前糙率值；将所述流量变化值、当前水位和所述当前糙率值输入预设水动力模型得到目标水位。6.根据权利要求1所述的河道型水库安全预警方法，其特征在于，所述将所述目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息，包括：将所述目标水位与预设安全预警值进行对比，判断所述目标水位是否超出预设安全预警值；当所述目标水位超出预设安全预警值时，将所述目标水位对应的河段标注为危险河段，并将所述危险河段进行上报。7.根据权利要求6所述的河道型水库安全预警方法，其特征在于，所述方法还包括：从所述河道断面数据中提取每个河段对应断面两端的第一高程和第二高程；将所述目标水位分别与所述第一高程和第二高程进行对比；
当所述目标水位大于第一高程和/或第二高程时，根据对比结果判断水面溢出位置，并将所述溢出位置进行上报。8.一种河道型水库安全预警装置，其特征在于，包括：获取模块，用于获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位；分段模块，用于按照预设距离对所述目标水库进行分段得到多个河段；分析模块，用于根据所述正常蓄水位、防洪限制水位、所述历史水位流量数据和河道断面数据分析每个河段在不同高度对应的糙率值；计算模块，用于通过所述流量变化值、当前水位和所述糙率值对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位；对比模块，用于将所述目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息。9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行权利要求1-7中任一项所述的河道型水库安全预警方法。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1-7中任一项所述的河道型水库安全预警方法。

技术总结
本发明涉及水利安全领域，其目的在于提供一种河道型水库安全预警方法、装置、设备及介质，该方法包括：获取目标水库的流量变化值、当前水位、历史水位流量数据、河道断面数据、正常蓄水位和防洪限制水位；按照预设距离对目标水库进行分段得到多个河段；分析每个河段在不同高度对应的糙率值；对各河段流量变化后的水位进行计算得到目标水位；将目标水位与预设安全预警值进行对比生成安全预警信息。本发明通过对整个河道进行分段，并对不同河段进行垂向分层方式，利用对应的历史水位流量数据率定不同河段在不同层高的糙率参数，提高流量变化后的水位高度的模拟精度和效率，使基于水位高度进行风险预测的结果具有更高的可靠性。行风险预测的结果具有更高的可靠性。行风险预测的结果具有更高的可靠性。


技术研发人员：刘肖廷 戴会超 王超 刘志武 蒋定国 梁犁丽 赵汗青 张成潇
受保护的技术使用者：中国长江三峡集团有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/4