CN112504357B - 一种河道过流能力动态分析方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种河道过流能力动态分析方法，包括：采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；绘制河道典型断面图，绘制滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；从所述曲线图读取S_i和S_平滩，则平滩水位下剩余过流面积S_剩余＝S_平滩‑S_i，得到S_剩余min；选用河段实测流量、实测流速数据进行拟合，获取拟合关系式；根据拟合关系式计算得到实时实测水位H_i下的相应流速V_i和滩唇高程H_滩唇下平滩流速V_平滩；基于V_平滩和V_i计算河段河槽剩余过流能力；基于河槽剩余过流能力和实时实测流量计算河段河槽过流能力。本发明根据平滩河槽以下剩余过流面积，预估平滩河槽下过流能力的分析方法，实现动态分析河槽安全过流能力。

Description

一种河道过流能力动态分析方法和系统

技术领域

本发明涉及工程水文领域，具体涉及一种河道过流能力动态分析方法和系统。

背景技术

河槽的过洪能力是指河槽滩唇高程以下的过流能力，是评价河道行洪承载能力的重要指标，是防汛方案制定、防汛抢险的重要决策依据。对于具有明显滩槽划分的复式河道断面，当洪水位超过滩唇高程时，洪水漫滩致灾，大部分有防洪任务的河段如黄河下游，将滩唇高程对应的水位即平滩水位作为警戒水位，当洪水位接近平滩水位可能发生漫滩风险时，启动相应的应急响应措施。因此，分析预估河槽过流能力是支持防汛决策的重要工作内容。

河段河槽的过流能力由该河段最小过流断面决定，由于洪水期间河槽冲淤变幅大且发展迅速，河段最小过流断面位置、过流能力随河道冲淤处于动态变化之中，因此，动态预估河段过流能力，实时判断河段最易漫滩位置一直是困扰防汛决策的技术难题。目前一般的解决方法是对典型水文站、水位站断面进行监测，以水文站、水位站断面的过流能力代替河段过流能力，这种方法受水文站、水位站数量限制，计算的河段过流能力代表性差，且无法预判河段漫滩出险位置。

发明内容

本发明提供一种河道过流能力动态分析方法及系统，为动态分析河槽安全过流能力提供了一种技术解决方案，能够为防汛预案制定和防汛决策提供技术支撑。

一种河道过流能力动态分析方法，包括：

步骤1：采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；

步骤2：基于所述实测典型断面信息绘制河道典型断面图，找出各个河道断面的滩唇高程H_滩唇，绘制滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；

步骤3：根据断面实时实测水位H_i和平滩水位H_滩唇，从典型断面水位～河道断面面积曲线图读取对应的S_i和S_平滩，则平滩水位下剩余过流面积S_剩余＝S_平滩-S_i，得到S_剩余最小断面，即S_剩余min，所述平滩水位即是洪水达到滩唇高程时的水位，S_i为典型断面水位～河道断面面积曲线图中实时实测水位H_i对应的断面面积，S_平滩为典型断面水位～河道断面面积曲线图中平摊水位H_滩唇对应的断面面积；

步骤4：选用河段实测流量、实测流速数据进行拟合，获取拟合关系式；

步骤5：根据所述拟合关系式，及断面实时实测流量和汛前预估的平滩流量计算得到实时实测水位H_i下的相应流速V_i和滩唇高程H_滩唇下平滩流速V_平滩；

步骤6：基于步骤3、步骤5计算河段河槽剩余过流能力；

步骤7：基于步骤6和实时实测流量计算河段河槽过流能力。

优选的，所述步骤1中，所述河道为汛期冲淤变化剧烈的多沙河流冲积性河道，所述典型断面信息为河段当年汛前实测的河道大断面信息，所述实测流量和实测流速分别为河段典型断面附近水文站近期实测流量、实测流速数据。

优选的，所述步骤4中，选用幂指数关系式对实测流速和实测流量点据进行拟合，幂指数关系式形式为V＝a*Q^b，其中V为流速，Q为流量，a和b均为系数。

优选的，基于拟合关系式V＝a*Q^b，由河段典型断面附近水文站实时实测流量Q_i，计算出断面实时流速V_i＝a*(Q_i)^b；由河段汛前预估的平滩流量Q_平滩，计算出断面平滩流速V_平滩＝a*(Q_平滩)^b。

优选的，所述河段河槽剩余过流能力Q_剩余＝S_剩余min*(V_i+V_平滩)/2；

所述河段河槽过流能力Q_河槽＝Q_剩余+Q_i，所述Q_i为实时实测流量。

优选的，还包括：

将河段河道典型断面分成多个互不重叠的目标检测区，将每个目标检测区的边缘向外扩展目标距离，形成目标检测区外的延伸检测区，每一目标检测区和对应的延伸检测区组成一检测模块，所述目标检测区和延伸检测区均设置若干检测单元；

基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测，得到多个检测模块的检测结果；

对所述多个检测结果进行汇总和去重，根据汇总和去重后的检测结果对实测典型断面信息和/或实测流量、实测流速、实测水位数据进行修正；

所述基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测包括：

步骤A1：构建并行检测任务执行表，所述并行检测任务执行表中包括每个检测模块的名称、检测类型和每个检测任务的执行状态，所述检测模块的检测任务的初始执行状态为未执行；

步骤A2：利用多个控制节点对所述并行检测任务执行表中未检测的检测模块进行并行检测，每一控制节点控制一检测模块进行检测；

步骤A3：在检测完成后存储检测模块的检测结果，并将所述并行检测任务执行表中对应检测模块的任务状态更新为已检测；

步骤A4：判定并行检测任务执行表中是否存在未检测的检测模块，在存在未检测的检测模块时，转向步骤A2；在不存在未检测的检测模块时，判断所有未检测的检测完成。

优选的，每一检测模块均包含不同类型的检测单元，所述检测结果至少包括检测模块的名称、检测单元的类型标识、检测单元的位置标识，所述对实测典型断面信息和/或实测流量、实测流速、实测水位数据进行修正包括：根据目标检测单元的位置标识的名称查找所述检测单元的所在典型断面的位置及检测单元位于该典型断面的位置，再根据目标检测单元位置标识查找到相邻的同一检测类型的检测数据；

比较所述目标检测单元的检测数据与相邻的同一检测类型的检测数据，获取第一比较结果；及比较所述目标检测单元的检测数据与所述目标检测单元所在的检测模块的其他检测单元的检测数据，获取第二比较结果，并且比较第二比较结果与预设的标准结果范围，获取第三比较结果，根据所述第一比较结果、第二比较结果和第三比较结果，采用对应的预设的修正方案对所述检测数据进行修正。

优选的，所述方法还包括：通过若干检测单元分别获取所述实测流量、实测流速、实测水位数据，并通过与所述检测单元连接的数据传输终端传输数据至远程监控终端；

所述河道过流能力动态分析方法还包括：

服务器采集所述数据传输终端的第一异常信息，所述第一异常信息包括：静态异常信息及动态执行异常信息；

所述服务器基于所述动态执行异常信息，匹配大于等于一个与所述异常数据信息相关的远程监控终端及检测单元；

所述服务器发送检测指令至所述检测单元，所述检测单元基于所述检测指令，收集与所述第一异常信息相关的动态信息；同时，如所述检测单元产生与所述第一异常信息相关的异常，则所述检测单元将所述与所述第一异常信息相关的动态信息发送至所述服务器；

所述服务器采集所述数据传输终端的第一异常信息包括：

获取数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的异常相关关系，和历史异常信息；

基于所述异常相关关系构建所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的异常树，同时基于所述历史异常信息计算所述异常树的每个节点的稳定性；

获取所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的多个潜在异常模式，分别对所述多个潜在异常模式构建对应的潜在异常模型，获取多个潜在异常模型；

将所述异常树的多个节点进行分割，分割成多个异常单元，构建所述多个潜在异常模型与所述多个异常单元之间的映射关系；

当所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间存在异常时，检测当前异常模式，并基于当前异常模式对应的当前异常模型与所述异常树的相关关系，获得所述当前异常模式的检测结果，包括：根据所述多个潜在异常模型采用多模型辨识算法确定当前潜在异常模型；从所述异常树的顶节点开始、并从上到下推理出异常路径，在遇到所述相关的节点时，根据相关关系，实时更新所述当前异常模型对应的节点的异常概率；并基于多模型的辨识算法中，当得到所述当前异常模式但不能确定异常器件时，通过当前异常模型与所述异常树的相关节点交互异常信息以得到异常检测信息，包括：获取当前异常模型与所述异常树的相关节点，根据相关关系转换到异常树的对应的相关节点，从所述相关节点推测发生所述当前异常模式的异常器件；

所述将所述异常树的多个节点进行分割，分割成多个异常单元包括：步骤B1：查找所述异常树与每个潜在异常模型的相关节点，将所述相关节点及与所述相关节点的子节点设置为当前潜在异常模型对应的异常单元；步骤B2：获得与多个潜在异常模型分别对应的多个异常单元；步骤B3：将经步骤B1和22分割后的所述异常树的剩余节点作为一个异常单元。

优选的，所述方法还包括：汛前通过报警器进行压力报警；通过加固装置对典型断面加固；

将所述典型断面划分成若干检测区域，所述报警器包括：每个检测区域设置的若干第一压力传感器、若干第二压力传感器和若干流速传感器和若干流量传感器，所述第一压力传感器用于检测其所在处的水平向水压，所述第二压力传感器用于检测其所在处的纵向水压，所述流量传感器用于检测其所在处流量，所述流速传感器用于检测其所在处流速；控制装置、报警器，所述控制装置与所述第一压力传感器、第二压力传感器、流速传感器、流量传感器电连接，所述控制装置基于所述第一压力传感器、第二压力传感器、流速传感器、流量传感器控制所述报警器报警，包括：

基于公式(1)计算典型断面的每个检测区域的综合受力：

其中，F_i为第i个检测区域的综合受力，W_imax为第i个检测区域的若干第一压力传感器最大检测值，h_i为第i个检测区域的平均埋深，

为第i个检测区域的平均水位高度，tan表示正切，π表示π弧度，α_i表示第i个检测区域的中心与水平方向夹角，F_imax为i个检测区域的若干第二压力传感器最大检测值，sin为正弦，β_i为第i个检测区域内的摩擦角，D_i为第i个检测区域的过水宽度，S_i为第i个检测区域的面积；

基于公式(2)计算每个检测区域的失稳系数；

其中，λ_i为第i个检测区域的失稳系数，

为在预设时间内第i个检测区域的所有流量传感器检测值的平均值，S_i为第i个检测区域的面积，η_i为第i个检测区域的表面损伤系数，H_imax为第i个检测区域的最大水位高度，H_imin为第i个检测区域的最小水位高度，V_imax为第i个检测区域的最大流速，t为预设时间，K_i为第i个检测区域的重要性系数，E_i为第i个检测区域的抗压强度,l n为自然对数；

所述控制装置比较每个检测区域的失稳系数与预设的失稳系数允许范围，若任一个检测区域的失稳系数大于预设的失稳系数允许范围，所述控制装置控制报警器进行报警；

所述加固装置还基于所有检测区域的失稳系数、及相邻检测区域的失稳系数的差值采取不同的加固措施对对应的检测区域进行加固。

一种采用如上述任一项河道过流能力动态分析方法的系统，包括：

采集模块，用于采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；

制图模块，用于绘制河道典型断面图及滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；

读取模块，用于根据断面实时实测水位H_i和平滩水位H_滩唇，从典型断面水位～河道断面面积曲线图读取对应的S_i和S_平滩，S_i为典型断面水位～河道断面面积曲线图中实时实测水位H_i对应的断面面积，S_平滩为典型断面水位～河道断面面积曲线图中平摊水位H_滩唇对应的断面面积；

第一计算模块，用于基于所述S_平滩和S_i计算平滩水位下剩余过流面积S_剩余。

拟合模块，用于对河段实测流量、实测流速数据进行拟合，获取拟合关系式；

第二计算模块，用于根据所述拟合关系式，及断面实时实测流量和汛前预估的平滩流量计算得到实时实测水位H_i下的相应流速V_i和滩唇高程H_滩唇下平滩流速V_平滩；

第三计算模块，用于计算河段河槽剩余过流能力及计算河段河槽过流能力。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明利用冲积性河段实测断面资料，基于洪水漫滩前，河道冲淤调整都发生在已过水的河槽面积内这一特点，通过计算河段河道实测断面平滩水位下剩余过流面积，得到河段最小过流断面，建立河段流量与流速相关关系，计算最小过流断面的过流能力，即为该河段河槽过流能力。该方法计算的河段过流能力代表性好，由所述最小过流断面可以预判河段漫滩出险位置，该方法适用于河道冲淤变幅大，漫滩后产生河道淹没损失的有防洪任务的河段，能够为防汛预案制定和防汛决策提供技术支撑。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的河道过流能力动态分析方法和系统的流程图；

图2为本发明绘制的典型断面水位～河道断面面积曲线图；

图3为本发明点绘的分析河段实测流速、实测流量点据和拟合的关系线；

图4为本发明绘制的典型河道断面图；

图5为本发明的系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供了一种河道过流能力动态分析方法，包括：

步骤1：采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；

步骤2：基于所述实测典型断面信息绘制河道典型断面图，找出各个河道断面的滩唇高程H_滩唇，绘制滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；其中，滩唇是指河道主槽两侧较高的岸滩边缘部位；一般认为滩唇以下的河槽面积为平滩河槽面积，相应的过流量就是平滩流量，平滩水位即是洪水达到滩唇高程时的水位；

步骤3：根据断面实时实测水位H_i和平滩水位H_滩唇，从典型断面水位～河道断面面积曲线图读取对应的S_i和S_平滩，则平滩水位下剩余过流面积S_剩余＝S_平滩-S_i，得到S_剩余最小断面，即S_剩余min，所述平滩水位即是洪水达到滩唇高程时的水位，S_i为典型断面水位～河道断面面积曲线图中实时实测水位H_i对应的断面面积，S_平滩为典型断面水位～河道断面面积曲线图中平摊水位H_滩唇对应的断面面积；

步骤4：选用河段实测流量、实测流速数据进行拟合，获取拟合关系式；

步骤5：根据所述拟合关系式，计算得到实时实测水位H_i下的相应流速V_i和滩唇高程H_滩唇下平滩流速V_平滩；

步骤6：计算河段河槽剩余过流能力Q_剩余＝S_剩余min*(V_i+V_平滩)/2

步骤7：计算河段河槽过流能力Q_河槽＝Q_剩余+Q_i，所述Q_i为实时实测流量。

优选的，所述步骤1中，所述河道为汛期冲淤变化剧烈的多沙河流冲积性河道，所述典型断面信息为河段当年汛前实测的河道大断面信息，所述实测流量和实测流速分别为河段典型断面附近水文站近期实测流量(m³/s)、实测流速(m/s)数据。

优选的，所述步骤4中，选用幂指数关系式对实测流速和实测流量点据进行拟合，幂指数关系式形式为V＝a*Q^b，其中V为流速，Q为流量，a和b均为系数。

优选的，基于拟合关系式V＝a*Q^b，由河段典型断面附近水文站实时实测流量Q_i，计算出断面实时流速V_i＝a*(Q_i)^b；由河段汛前预估的平滩流量Q_平滩，计算出断面平滩流速V_平滩＝a*(Q_平滩)^b。

上述技术方案的有益效果为：本发明基于多沙河流冲淤变化大，过流能力受河道冲淤变化影响大，而洪水漫滩前，河道冲淤调整都发生在已过水的河槽面积内这一特点，利用冲积性河段实测断面资料，通过计算河段河道实测断面平滩水位下剩余过流面积，得到河段最小过流断面，建立河段流量与流速相关关系，计算最小过流断面的过流能力，即为该河段河槽过流能力。该方法计算的河段过流能力代表性好，由所述最小过流断面可以预判河段漫滩出险位置，该方法适用于河道冲淤变幅大，漫滩后产生河道淹没损失的有防洪任务的河段，为动态分析河槽安全过流能力提供了一种技术解决方案，能够为防汛预案制定和防汛决策提供技术支撑。

解决了目前河段过流能力动态预估难题，一般的解决方法是对典型水文站、水位站断面进行监测，以水文站、水位站断面的过流能力代替河段过流能力，这种方法受水文站、水位站数量限制，计算的河段过流能力代表性差，且无法预判河段漫滩出险位置。

实施例2

在实施例1的基础上；

步骤1：采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；

步骤2、基于所述实测典型断面信息绘制河道典型断面图，找出河道断面的滩唇高程H_滩唇＝47.96m(85高程系统)，绘制滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；

步骤3、根据断面实时实测水位(也可由断面附近水位站实测)H_i＝47.11m和平滩水位H_滩唇＝47.96m从典型断面水位～河道断面面积曲线图读取S_i＝2379m²和S_滩唇＝2986m²；则平滩水位下剩余过流面积S_剩余＝S_平滩-S_i＝517m²，假定该河段最小过流断面即为选定的典型断面，即S_剩余min＝517m²；

步骤4、选用河段实测流量Q、流速V点据进行拟合，即V＝0.03*Q^0.55；

步骤5、根据获取的典型断面附近水位站实测实时流量Q_i＝4100m³/s和汛前预估Q_平滩＝4350m³/s，根据拟合好的关系式，计算得到V_i＝2.91m/s和V_平滩＝3.01m/s；

步骤6、计算平滩水位下剩余过流能力，Q_剩余＝S_剩余*(V_i+V_平滩)/2＝1530m³/s。

步骤7、计算河段河槽过流能力，Q_河槽＝Q_剩余+Q_i＝4100m³/s+1530m³/s＝5630m³/s。

上述技术方案的有益效果为：本发明基于多沙河流冲淤变化大，过流能力受河道冲淤变化影响大，而洪水漫滩前，冲淤调整都发生在已经过水的河槽面积内，根据平滩河槽以下剩余过流面积，预估平滩河槽下过流能力的分析方法，为动态分析河槽安全过流能力提供了一种技术解决方案。且上述技术方案步骤简明、计算简便、易于操作。

实施例3

在实施例1或2的基础上，

还包括：

将河段河道典型断面分成多个互不重叠的目标检测区，将每个目标检测区的边缘向外扩展目标距离，形成目标检测区外的延伸检测区，每一目标检测区和对应的延伸检测区组成一检测模块，所述目标检测区和延伸检测区均设置若干检测单元；其中，目标检测区和延伸检测区的检测器件和检测类型可不同；

基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测，得到多个检测模块的检测结果；

对所述多个检测结果进行汇总和去重，根据汇总和去重后的检测结果对实测典型断面信息和/或实测流量、实测流速、实测水位数据进行修正；

所述基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测包括：

步骤A1：构建并行检测任务执行表，所述并行检测任务执行表中包括每个检测模块的名称、检测类型和每个检测任务的执行状态，所述检测模块的检测任务的初始执行状态为未执行；

步骤A2：利用多个控制节点对所述并行检测任务执行表中未检测的检测模块进行并行检测，每一控制节点控制一检测模块进行检测；

步骤A3：在检测完成后存储检测模块的检测结果，并将所述并行检测任务执行表中对应检测模块的任务状态更新为已检测；

步骤A4：判定并行检测任务执行表中是否存在未检测的检测模块，在存在未检测的检测模块时，转向步骤A2；在不存在未检测的检测模块时，判断所有未检测的检测完成。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：将河段河道典型断面分成多个互不重叠的目标检测区，将每个目标检测区的边缘向外扩展目标距离，形成目标检测区外的延伸检测区，每一目标检测区和对应的延伸检测区组成一检测模块，所述目标检测区和延伸检测区均设置若干检测单元；基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测，得到多个检测模块的检测结果；

其中，目标检测区和延伸检测区的检测器件和检测类型可不同，还可在延伸检测区设置用于检测断面环境检测的器件；通过设置上述多个检测模块，并基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测，得到多个检测模块的检测结果，可提高检测效率，以及分区域检测可获得多个检测数据，提高了可靠性，同时，实现并行检测，提高了数据的检测时段的一致性，使得检测数据的对应性更好。

实施例4

在实施例3的基础上，

每一检测模块均包含不同类型的检测单元，所述检测结果至少包括检测模块的名称、检测单元的类型标识、检测单元的位置标识，所述对实测典型断面信息和/或实测流量、实测流速、实测水位数据进行修正包括：根据目标检测单元的位置标识的名称查找所述检测单元的所在典型断面的位置及检测单元位于该典型断面的位置，再根据目标检测单元位置标识查找到相邻的同一检测类型的检测数据；

比较所述目标检测单元的检测数据与相邻的同一检测类型的检测数据，获取第一比较结果；及比较所述目标检测单元的检测数据与所述目标检测单元所在的检测模块的其他检测单元的检测数据，获取第二比较结果，并且比较第二比较结果与预设的标准结果范围，获取第三比较结果，根据所述第一比较结果、第二比较结果和第三比较结果，采用对应的预设的修正方案对所述检测数据进行修正。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：每一检测模块均包含不同类型的检测单元，所述检测结果至少包括检测模块的名称、检测单元的类型标识、检测单元的位置标识，实现多每个检测模块信息的可靠区分、标识，便于数据之间的查找、比较及存储；

上述修正中：通过比较所述目标检测单元的检测数据与相邻的同一检测类型的检测数据，获取第一比较结果；及比较所述目标检测单元的检测数据与所述目标检测单元所在的检测模块的其他检测单元的检测数据，获取第二比较结果，并且比较第二比较结果与预设的标准结果范围，获取第三比较结果，根据所述第一比较结果、第二比较结果和第三比较结果，采用对应的预设的修正方案对所述检测数据进行修正；

通过对相邻同一检测类型的检测数据的比较，及所述目标检测单元的检测数据与所述目标检测单元所在的检测模块的其他检测单元的检测数据的比较、然后与标准结果范围的比较，来对目标检测单元的检测数据的修正，实现相邻同一类型参数相互比较，获取数据差异，及对应的整个检测模块的比较来判断整个检测模块的检测状态，来对所述检测数据进行修正，使得检测数据更加可靠，且可在检测数据较为异常时剔除及提醒检修。

实施例5

在实施例1-4中任一项的基础上，

所述方法还包括：通过若干检测单元分别获取所述实测流量、实测流速、实测水位数据，并通过与所述检测单元连接的数据传输终端传输数据至远程监控终端；

所述河道过流能力动态分析方法还包括：

服务器采集所述数据传输终端的第一异常信息，所述第一异常信息包括：静态异常信息及动态执行异常信息；

所述服务器基于所述动态执行异常信息，匹配大于等于一个与所述异常数据信息相关的远程监控终端及检测单元；

所述服务器发送检测指令至所述检测单元，所述检测单元基于所述检测指令，收集与所述第一异常信息相关的动态信息；同时，如所述检测单元产生与所述第一异常信息相关的异常，则所述检测单元将所述与所述第一异常信息相关的动态信息发送至所述服务器；

所述服务器采集所述数据传输终端的第一异常信息包括：

获取数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的异常相关关系，和历史异常信息；

基于所述异常相关关系构建所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的异常树，同时基于所述历史异常信息计算所述异常树的每个节点的稳定性(可靠性)；

获取所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的多个潜在异常模式，分别对所述多个潜在异常模式构建对应的潜在异常模型，获取多个潜在异常模型；

将所述异常树的多个节点进行分割，分割成多个异常单元，构建所述多个潜在异常模型与所述多个异常单元之间的映射关系；

当所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间存在异常时，检测当前异常模式，并基于当前异常模式对应的当前异常模型与所述异常树的相关关系，获得所述当前异常模式的检测结果，包括：根据所述多个潜在异常模型采用多模型辨识算法确定当前潜在异常模型；从所述异常树的顶节点开始、并从上到下推理出异常路径，在遇到所述相关的节点时，根据相关关系，实时更新所述当前异常模型对应的节点的异常概率(可获取异常概率大的器件)；并基于多模型的辨识算法中，当得到所述当前异常模式但不能确定异常器件时，通过当前异常模型与所述异常树的相关节点交互异常信息以得到异常检测信息，包括：获取当前异常模型与所述异常树的相关节点，根据相关关系转换到异常树的对应的相关节点，从所述相关节点推测发生所述当前异常模式的异常器件；

所述将所述异常树的多个节点进行分割，分割成多个异常单元包括：步骤B1：查找所述异常树与每个潜在异常模型的相关节点，将所述相关节点及与所述相关节点的子节点设置为当前潜在异常模型对应的异常单元；步骤B2：获得与多个潜在异常模型分别对应的多个异常单元；步骤B3：将经步骤B1和22分割后的所述异常树的剩余节点作为一个异常单元。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：本发明的服务器采集所述数据传输终端的第一异常信息，所述第一异常信息包括：静态异常信息及动态执行异常信息；解决了现有的数据检测无法对动态的上下相关联的异常进行判断的缺陷，从而无法对异常定位的缺陷；

且基于异常相关关系和历史异常信息，获取异常树，基于所述历史异常信息计算所述异常树的每个节点的稳定性；获取所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的多个潜在异常模式，获取多个潜在异常模型，将所述异常树的多个节点进行分割，分割成多个异常单元，构建所述多个潜在异常模型与所述多个异常单元之间的映射关系；通过上述设置实现对异常器件的定位，且综合考虑节点稳定性和历史异常信息，实现对节点状态(异常概率)的判定，最终实现对异常器件可靠定位。

实施例6

在实施例1-5再中任一项的基础上，9、根据权利要求1所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，

所述方法还包括：汛前通过报警器进行压力报警；通过加固装置对典型断面加固；

将所述典型断面划分成若干检测区域，所述报警器包括：每个检测区域设置的若干第一压力传感器、若干第二压力传感器和若干流速传感器和若干流量传感器，所述第一压力传感器用于检测其所在处的水平向水压，所述第二压力传感器用于检测其所在处的纵向水压，所述流量传感器用于检测其所在处流量，所述流速传感器用于检测其所在处流速；控制装置(可选的，所述控制装置包括主板和设置在主板上的处理器，所述上述传感器与主板连接，所述处理器通过主板接收所述上述传感器传输的信号，且所述处理器还与所述报警器连接)、报警器，所述控制装置与所述第一压力传感器、第二压力传感器、流速传感器、流量传感器电连接，所述控制装置基于所述第一压力传感器、第二压力传感器、流速传感器、流量传感器控制所述报警器报警，包括：

基于公式(1)计算典型断面的每个检测区域的综合受力：

其中，F_i为第i个检测区域的综合受力，W_imax为第i个检测区域的若干第一压力传感器最大检测值，h_i为第i个检测区域的平均埋深，

为第i个检测区域的平均水位高度，tan表示正切，π表示π弧度，α_i表示第i个检测区域的中心与水平方向夹角，F_imax为i个检测区域的若干第二压力传感器最大检测值，sin为正弦，β_i为第i个检测区域内的摩擦角，D_i为第i个检测区域的过水宽度，S_i为第i个检测区域的面积；

基于公式(2)计算每个检测区域的失稳系数；

其中，λ_i为第i个检测区域的失稳系数，

为在预设时间内第i个检测区域的所有流量传感器检测值的平均值，S_i为第i个检测区域的面积，η_i为第i个检测区域的表面损伤系数(取值为大于0小于1)，H_imax为第i个检测区域的最大水位高度，H_imin为第i个检测区域的最小水位高度，V_imax为第i个检测区域的最大流速，t为预设时间，K_i为第i个检测区域的重要性系数(取值为大于0小于1，考虑断面在河道中的重要性，及断面失稳附近的环境设置)，E_i为第i个检测区域的抗压强度,l n为自然对数；

所述控制装置比较每个检测区域的失稳系数与预设的失稳系数允许范围，若任一个检测区域的失稳系数大于预设的失稳系数允许范围，所述控制装置控制报警器进行报警；

所述加固装置还基于所有检测区域的失稳系数、及相邻检测区域的失稳系数的差值采取不同的加固措施对对应的检测区域进行加固。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：汛前以一定的压力和流速向所述断面进行注水，模拟断面的受力状态，通过报警器进行压力报警；

将所述典型断面划分成若干检测区域，每个检测区域均设置若干第一压力传感器、若干第二压力传感器和若干流速传感器和若干流量传感器，所述第一压力传感器用于检测其所在处的水平向水压，所述第二压力传感器用于检测其所在处的纵向水压，所述流量传感器用于检测其所在处流量，所述流速传感器用于检测其所在处流速；所述控制装置基于所述第一压力传感器、第二压力传感器、流速传感器、流量传感器控制所述报警器报警；

首先：基于公式(1)计算典型断面的每个检测区域的综合受力，通过公式(1)中考虑第i个检测区域的水力参数(第i个检测区域的若干第一压力传感器最大检测值、i个检测区域的若干第二压力传感器最大检测值、第i个检测区域的平均水位高度)、第i个检测区域的自身参数(i个检测区域的平均埋深、第i个检测区域的中心与水平方向夹角、第i个检测区域内的摩擦角，D_i为第i个检测区域的过水宽度，S_i为第i个检测区域的面积)，使得计算的水力参数可靠；

然后基于每个检测区域的综合受力及公式(2)计算每个检测区域的失稳系数，公式(2)中综合考虑在第i个检测区域的水力参数(预设时间内第i个检测区域的所有流量传感器检测值的平均值、第i个检测区域的最大流速)，第i个检测区域自身参数(第i个检测区域的面积、第i个检测区域的抗压强度)，这些参数来计算失稳系数，计算可靠，并考虑第i个检测区域的表面损伤系数、第i个检测区域的重要性系数来对失稳系数进行修正，实现失稳系数，与当前损伤状态和断面的重要性相适应；

所述加固装置还基于所有检测区域的失稳系数、及相邻检测区域的失稳系数的差值采取不同的加固措施对对应的检测区域进行加固，如根据失稳系数大于预设的失稳系数允许范围的检测区域的数目，及失稳系数大于预设的失稳系数允许范围的检测区域的分布情况、及相邻检测区域的失稳系数的差值采取不同的加固措施，以实现可靠加固，实现在汛前可靠加固可能存在不稳定的部位。

一种采用上述任一项河道过流能力动态分析方法的系统，如图5，包括：

采集模块，用于采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；

制图模块，用于绘制河道典型断面图及滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；

读取模块，用于根据断面实时实测水位H_i和平滩水位H_滩唇，从典型断面水位～河道断面面积曲线图读取对应的S_i和S_平滩，S_i为典型断面水位～河道断面面积曲线图中实时实测水位H_i对应的断面面积，S_平滩为典型断面水位～河道断面面积曲线图中平摊水位H_滩唇对应的断面面积；

第一计算模块，用于基于S_平滩和S_i计算平滩水位下剩余过流面积S_剩余。

拟合模块，用于对河段实测流量、实测流速数据进行拟合，获取拟合关系式；

第二计算模块，用于根据所述拟合关系式，计算得到实时实测水位H_i下的相应流速V_i和滩唇高程H_滩唇下平滩流速V_平滩；

第三计算模块，用于计算河段河槽剩余过流能力及计算河段河槽过流能力。

上述技术方案的有益效果为：本发明基于多沙河流冲淤变化大，过流能力受河道冲淤变化影响大，而洪水漫滩前，河道冲淤调整都发生在已过水的河槽面积内这一特点，利用冲积性河段实测断面资料，通过计算河段河道实测断面平滩水位下剩余过流面积，得到河段最小过流断面，建立河段流量与流速相关关系，计算最小过流断面的过流能力，即为该河段河槽过流能力。该系统计算的河段过流能力代表性好，由所述最小过流断面可以预判河段漫滩出险位置，该方法适用于河道冲淤变幅大，漫滩后产生河道淹没损失的有防洪任务的河段，为动态分析河槽安全过流能力提供了一种技术解决方案，能够为防汛预案制定和防汛决策提供技术支撑。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，包括：

步骤1：采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；

步骤2：基于所述实测典型断面信息绘制河道典型断面图，找出各个河道断面的滩唇高程H_滩唇，绘制滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；

步骤3：根据断面实时实测水位H_i和平滩水位H_滩唇，从典型断面水位～河道断面面积曲线图读取对应的S_i和S_平滩，则平滩水位下剩余过流面积S_剩余＝S_平滩-S_i，得到S_剩余最小断面，即S_剩余min，所述平滩水位即是洪水达到滩唇高程时的水位，S_i为典型断面水位～河道断面面积曲线图中实时实测水位H_i对应的断面面积，S_平滩为典型断面水位～河道断面面积曲线图中平摊水位H_滩唇对应的断面面积；

步骤4：选用河段实测流量、实测流速数据进行拟合，获取拟合关系式；

步骤5：根据所述拟合关系式，及断面实时实测流量和汛前预估的平滩流量计算得到实时实测水位H_i下的相应流速V_i和滩唇高程H_滩唇下平滩流速V_平滩；

步骤6：基于步骤3、步骤5计算河段河槽剩余过流能力；

步骤7：基于步骤6和实时实测流量计算河段河槽过流能力。

2.根据权利要求1所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，所述步骤1中，所述河道为汛期冲淤变化剧烈的多沙河流冲积性河道，所述典型断面信息为河段当年汛前实测的河道大断面信息，所述实测流量和实测流速分别为河段典型断面附近水文站近期实测流量、实测流速数据。

3.根据权利要求1所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，所述步骤4中，选用幂指数关系式对实测流速和实测流量点据进行拟合，幂指数关系式形式为V＝a*Q^b，其中V为流速，Q为流量，a和b均为系数。

4.根据权利要求3所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，基于拟合关系式V＝a*Q^b，由河段典型断面附近水文站实时实测流量Q_i，计算出断面实时流速V_i＝a*(Q_i)^b；由河段汛前预估的平滩流量Q_平滩，计算出断面平滩流速V_平滩＝a*(Q_平滩)^b。

5.根据权利要求1所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，所述河段河槽剩余过流能力Q_剩余＝S_剩余min*(V_i+V_平滩)/2；

所述河段河槽过流能力Q_河槽＝Q_剩余+Q_i，所述Q_i为实时实测流量。

6.根据权利要求1所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，还包括：

将河段河道典型断面分成多个互不重叠的目标检测区，将每个目标检测区的边缘向外扩展目标距离，形成目标检测区外的延伸检测区，每一目标检测区和对应的延伸检测区组成一检测模块，所述目标检测区和延伸检测区均设置若干检测单元；

基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测，得到多个检测模块的检测结果；

对所述多个检测结果进行汇总和去重，根据汇总和去重后的检测结果对实测典型断面信息和/或实测流量、实测流速、实测水位数据进行修正；

所述基于预设的检测规则对多个检测模块进行并行检测包括：

步骤A1：构建并行检测任务执行表，所述并行检测任务执行表中包括每个检测模块的名称、检测类型和每个检测任务的执行状态，所述检测模块的检测任务的初始执行状态为未执行；

步骤A2：利用多个控制节点对所述并行检测任务执行表中未检测的检测模块进行并行检测，每一控制节点控制一检测模块进行检测；

步骤A3：在检测完成后存储检测模块的检测结果，并将所述并行检测任务执行表中对应检测模块的任务状态更新为已检测；

步骤A4：判定并行检测任务执行表中是否存在未检测的检测模块，在存在未检测的检测模块时，转向步骤A2；在不存在未检测的检测模块时，判断所有未检测的检测完成。

7.根据权利要求6所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，每一检测模块均包含不同类型的检测单元，所述检测结果至少包括检测模块的名称、检测单元的类型标识、检测单元的位置标识，所述对实测典型断面信息和/或实测流量、实测流速、实测水位数据进行修正包括：根据目标检测单元的位置标识的名称查找所述检测单元的所在典型断面的位置及检测单元位于该典型断面的位置，再根据目标检测单元位置标识查找到相邻的同一检测类型的检测数据；

比较所述目标检测单元的检测数据与相邻的同一检测类型的检测数据，获取第一比较结果；及比较所述目标检测单元的检测数据与所述目标检测单元所在的检测模块的其他检测单元的检测数据，获取第二比较结果，并且比较第二比较结果与预设的标准结果范围，获取第三比较结果，根据所述第一比较结果、第二比较结果和第三比较结果，采用对应的预设的修正方案对所述检测数据进行修正。

8.根据权利要求1所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，

所述方法还包括：通过若干检测单元分别获取所述实测流量、实测流速、实测水位数据，并通过与所述检测单元连接的数据传输终端传输数据至远程监控终端；

所述河道过流能力动态分析方法还包括：

服务器采集所述数据传输终端的第一异常信息，所述第一异常信息包括：静态异常信息及动态执行异常信息；

所述服务器基于所述动态执行异常信息，匹配大于等于一个与所述异常数据信息相关的远程监控终端及检测单元；

所述服务器发送检测指令至所述检测单元，所述检测单元基于所述检测指令，收集与所述第一异常信息相关的动态信息；同时，如所述检测单元产生与所述第一异常信息相关的异常，则所述检测单元将所述与所述第一异常信息相关的动态信息发送至所述服务器；

所述服务器采集所述数据传输终端的第一异常信息包括：

获取数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的异常相关关系，和历史异常信息；

基于所述异常相关关系构建所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的异常树，同时基于所述历史异常信息计算所述异常树的每个节点的稳定性；

获取所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间的多个潜在异常模式，分别对所述多个潜在异常模式构建对应的潜在异常模型，获取多个潜在异常模型；

将所述异常树的多个节点进行分割，分割成多个异常单元，构建所述多个潜在异常模型与所述多个异常单元之间的映射关系；

当所述数据传输终端、检测单元、远程监控终端之间存在异常时，检测当前异常模式，并基于当前异常模式对应的当前异常模型与所述异常树的相关关系，获得所述当前异常模式的检测结果，包括：根据所述多个潜在异常模型采用多模型辨识算法确定当前潜在异常模型；从所述异常树的顶节点开始、并从上到下推理出异常路径，在遇到所述相关的节点时，根据相关关系，实时更新所述当前异常模型对应的节点的异常概率；并基于多模型的辨识算法中，当得到所述当前异常模式但不能确定异常器件时，通过当前异常模型与所述异常树的相关节点交互异常信息以得到异常检测信息，包括：获取当前异常模型与所述异常树的相关节点，根据相关关系转换到异常树的对应的相关节点，从所述相关节点推测发生所述当前异常模式的异常器件；

所述将所述异常树的多个节点进行分割，分割成多个异常单元包括：

步骤B1：查找所述异常树与每个潜在异常模型的相关节点，将所述相关节点及与所述相关节点的子节点设置为当前潜在异常模型对应的异常单元；步骤B2：获得与多个潜在异常模型分别对应的多个异常单元；步骤B3：将经步骤B1和B2分割后的所述异常树的剩余节点作为一个异常单元。

9.根据权利要求1所述的一种河道过流能力动态分析方法，其特征在于，

所述方法还包括：汛前通过报警器进行压力报警；通过加固装置对典型断面加固；

将所述典型断面划分成若干检测区域，所述报警器包括：每个检测区域设置的若干第一压力传感器、若干第二压力传感器和若干流速传感器和若干流量传感器，所述第一压力传感器用于检测其所在处的水平向水压，所述第二压力传感器用于检测其所在处的纵向水压，所述流量传感器用于检测其所在处流量，所述流速传感器用于检测其所在处流速；控制装置、报警器，所述控制装置与所述第一压力传感器、第二压力传感器、流速传感器、流量传感器电连接，所述控制装置基于所述第一压力传感器、第二压力传感器、流速传感器、流量传感器控制所述报警器报警，包括：

基于公式(1)计算典型断面的每个检测区域的综合受力：

其中，F_i为第i个检测区域的综合受力，W_imax为第i个检测区域的若干第一压力传感器最大检测值，h_i为第i个检测区域的平均埋深，

为第i个检测区域的平均水位高度，tan表示正切，π表示π弧度，α_i表示第i个检测区域的中心与水平方向夹角，F_imax为i个检测区域的若干第二压力传感器最大检测值，sin为正弦，β_i为第i个检测区域内的摩擦角，D_i为第i个检测区域的过水宽度，S_i为第i个检测区域的面积；

基于公式(2)计算每个检测区域的失稳系数；

其中，λ_i为第i个检测区域的失稳系数，

为在预设时间内第i个检测区域的所有流量传感器检测值的平均值，S_i为第i个检测区域的面积，η_i为第i个检测区域的表面损伤系数，H_imax为第i个检测区域的最大水位高度，H_imin为第i个检测区域的最小水位高度，V_imax为第i个检测区域的最大流速，t为预设时间，K_i为第i个检测区域的重要性系数，E_i为第i个检测区域的抗压强度,ln为自然对数；

所述控制装置比较每个检测区域的失稳系数与预设的失稳系数允许范围，若任一个检测区域的失稳系数大于预设的失稳系数允许范围，所述控制装置控制报警器进行报警；

所述加固装置还基于所有检测区域的失稳系数、及相邻检测区域的失稳系数的差值采取不同的加固措施对对应的检测区域进行加固。

10.一种采用如权利要求1-9中任一项所述的河道过流能力动态分析方法的系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于采集河段河道的实测典型断面信息及实测流量、实测流速数据；

制图模块，用于绘制河道典型断面图及滩唇高程H_滩唇以下典型断面水位～河道断面面积曲线图；

读取模块，用于根据断面实时实测水位H_i和平滩水位H_滩唇，从典型断面水位～河道断面面积曲线图读取对应的S_i和S_平滩，S_i为典型断面水位～河道断面面积曲线图中实时实测水位H_i对应的断面面积，S_平滩为典型断面水位～河道断面面积曲线图中平摊水位H_滩唇对应的断面面积；

第一计算模块，用于基于S_平滩和S_i计算平滩水位下剩余过流面积S_剩余；

拟合模块，用于对河段实测流量、实测流速数据进行拟合，获取拟合关系式；

第二计算模块，用于根据所述拟合关系式，及断面实时实测流量和汛前预估的平滩流量计算得到实时实测水位H_i下的相应流速V_i和滩唇高程H_滩唇下平滩流速V_平滩；

第三计算模块，用于计算河段河槽剩余过流能力及河段河槽过流能力。

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