CN115866037A - 多技术融合的水文站实时推流平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多技术融合的水文站实时推流平台，包括步骤：S1集成水文多要素监测数据并存储；S2确立各水文站推流误差评定指标及范围；S3构建不同平台推流模块；生成各推流模块实时推流数据；S4分析确定各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件；S5构建最优组合推流方案,生成最终实时推流数据；S6满足步骤S2，推流平台推送实时推流数据；S7不满足步骤S2，推流平台发出提醒告警，并返回步骤S3，进行推流模块修正。本发明的优点是：该实时推流方法优选最佳实时流量推求方法，组成综合推流方案，并自动向水情、水资源业务部门推送实时流量，为精准预报、水资源管理、生态流量测报做好数据支撑。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程领域，具体为一种多技术融合的水文站实时推流平台。
背景技术
随着水利工程不断增加，水文测站特性发生了较大改变，加上人类活动、洪水涨落及下游顶托等多种因素影响，水文站的水位流量关系曲线变得复杂，当前实时流量推求主要以水位流量关系曲线法或代表流速等单一方法为主，其时效性和准确性不高，难以满足精准预报、水资源管理和生态流量监测预警等需求。为提高实时流量推求实效性，迫切需要融合多种推流技术，研发综合实时推流方法，为防汛抗旱、水资源管理和生态环境修复提供支撑。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多技术融合的水文站实时推流平台，该实时推流方法是基于“测”和“算”等多种技术，优选最佳实时流量推求方法，组成综合推流方案，并自动向水情、水资源业务部门推送实时流量，打通水文测、报、整、算数据流程，为精准预报、水资源管理、生态流量测报做好数据支撑。
本发明采用的技术方案如下：多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于包括以下步骤：
S1，集成水文多要素监测数据并存储，水文多要素监测数据包括水位、代表流速、断面数据、实测流量成果数据、整编成果数据；
S2，确立各水文站推流误差评定指标及范围；推流误差评定指标及范围包括推流流量与实测流量标准差和系统误差、流量阈值范围；
S3，构建不同平台推流模块；利用集成水文多要素监测数据，构建临时曲线、水位后移法、校正因素法、综合落差指数法、等落差法、比降面积法、代表流速法和上游站流量合成法推流模块，并生成各推流模块实时推流数据；
S4，分析确定各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件；
S5，构建最优组合推流方案,生成最终实时推流数据，并判断最终实时推流数据是否满足步骤S2中设置的流量阈值范围；
S6，如果满足步骤S2，推流平台推送实时推流数据；
S7，如果不满足步骤S2，推流平台发出提醒告警，并返回步骤S3，进行推流模块修正；
S8，将推送的实时推流数据与实测流量成果数据进行比较，是否满足步骤S2中推流误差评定指标及范围；
S9，如果满足步骤S2，推流平台继续生成最终实时推流数据；
S10，如果继续不满足步骤S2，推流平台发出提醒告警，并返回步骤S3，进行推流模块修正。
进一步的，还包括步骤：S11，将推送的实时推流数据与实测流量成果数据进行比较，是否满足步骤S2中推流误差评定指标及范围，如果推算的数据始终无法满足时，可以采用人工干预方式，修改推送数据。
进一步的，步骤S2中的推流误差评定指标及范围，根据水文站测站特性及测验情况设置误差值，以满足业务应用需求，如采用ADCP测流的随机不确定度可增大2%。
进一步的，步骤S3中构建不同平台推流模块，构建方法如下：
临时曲线推流模块构建，依据实测流量成果数据，按定单一曲线要求，分别定出各稳定时段的水位流量关系曲线，为满足实时推流的时效性与准确性，在已定的水位流量关系曲线中，通过最新实测流量点自动内插曲线计算流量，或指定单一曲线计算流量；
水位后移法推流模块构建，受洪水涨落影响的水文站根据整编成果数据和实测流量成果数据确定一条稳定水位流量关系曲线
和后移时段△T，推求T时刻流量时引进前移时间量t，推流平台计算T时刻之前t时段内的平均涨落率△Z/t，其中△Z = ZT-Zt，t时段取/>
分钟，后移时段△T后的受洪水涨落影响的水文站水位计算公式如（1）所示；
ZT+△T=ZT+（△T·△Z/t） （1）
其中，ZT+△T表述为T时刻加上后移时段△T的水位，ZT表述为T时刻的水位，△T表述为后移时段，△Z/t表述为平均涨落率；
采用计算得出的受洪水涨落影响的水文站水位ZT+△T查算稳定水位流量关系曲线
得出的流量Q即为推求的T时刻相应流量。
校正因素法推流模块构建，受洪水涨落影响的水文站采用校正因素法定线推流；
综合落差指数法推流模块构建，根据整编成果数据计算一个或多个水文站水位的落差
，并选定落差指数/>
，落差指数/>
取值一般在0.5，使/>
呈稳定关系曲线；
根据水文站水位数据计算落差
，再通过水文站水位/>
在/>
关系线上查算得到/>
；
通过公式（2）推求流量，为确保推流精度，落差大于
，水文站基面不统一时，在综合落差指数法推流模块构建时通过水文站基面换算关系设置基面差；
其中，Z表述为水位，Q表述为流量，△Z表述为落差。
等落差法推流模块构建，对于受变动回水影响且断面基本稳定的水文站，采用等落差法定线推流；
比降面积法推流模块构建，建立水位糙率关系曲线，依据水文站水位在水位糙率关系曲线中查算糙率，并由水位数据和断面数据算得平均水深和面积，再通过曼宁公式计算流量；
代表流速法推流模块构建，依据代表流速、实测流量成果数据，建立代表流速与实测断面平均流速相关关系，用代表流速、水位数据和断面数据计算流量；
上游站流量合成法推流模块构建,通过建立水位与传播时间确定上游的水文站合成时间，并结合上游的水文站权重系数计算合成流量。
进一步的，S4中分析确定各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件，具体为临时曲线推流模块、水位后移法推流模块、比降面积法推流模块、上游站流量合成法推流模块适用条件为水位级，校正因素法推流模块适用条件为涨落率，综合落差指数法推流模块、等落差法推流模块适用条件为水位级和落差值，代表流速法推流模块适用条件为代表流速。
进一步的，S5中构建最优组合推流方案时，整合各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件，确保所有条件组合是个闭环状态，根据“多种方法推求流量都满足步骤S2中设置的误差值，且标准差相差<2%时，按照临时曲线、水位后移法、校正因素法、综合落差指数法、等落差法、比降面积法、代表流速法和上游站流量合成法顺序进行优选；如果都不满足时，误差较小优先”的原则，构建最优组合推流方案，方案存储并推送实时推流数据。
本发明的有益效果是：
（1）实时推流方法将以往水情库由综合水位流量关系线推求的实时流量的单一方案，转换为按水文站建立多种推流方案，着重处理水位关系复杂的重要水文站，实现水文站流量100%自动推求报送，提高实时流量的数据质量，为水情的精准预报提供数据支撑。
（2）实时推流方案是基于“测”和“算”相结合，融合多种方法，优选最佳方法，从而实现水文站流量实时在线监测一个综合方案。该平台融合了8种典型方案，其中：
“测”的方面主要为指标流速法，其最重要是通过固定式ADCP、时差法、雷达波表面流速法等测定指标流速，建立指标流速（流量）与断面平均流速（流量），从而推求断面平均流速（流量）。
“算”的方面主要是采用临时曲线法（多簇曲线）、综合落差指数法、等落差法、校正因素法、水位后移法、比降面积法、流量合成法等，由水位、涨落率、落差（比降）、上游站合成流量等推求断面流量。
（3）“融合优选”方面主要根据各站特性和各种推流方法的误差评定情况，综合考虑设备运行稳定性、数据完整性，组成最佳推流方案，按照不同优先条件推送实时流量，也是本实时推流方法的核心和创新。 打通了测、报、整、算以及水情、水资源服务数据和业流程，准确推送实时流量，为精准预报、水资源管理、生态流量测报做好数据支撑。
附图说明
图1为本发明的水文站实时推流方法流程图。
具体实施方式
本发明是这样来工作和实施的，多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于包括以下步骤：
S1，集成水文多要素监测数据并存储，水文多要素监测数据包括水位、代表流速、断面数据、实测流量成果数据、整编成果数据；
S2，确立各水文站推流误差评定指标及范围；推流误差评定指标及范围包括推流流量与实测流量标准差和系统误差、流量阈值范围；
S3，构建不同平台推流模块；利用集成水文多要素监测数据，构建临时曲线、水位后移法、校正因素法、综合落差指数法、等落差法、比降面积法、代表流速法和上游站流量合成法推流模块，并生成各推流模块实时推流数据；
S4，分析确定各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件；
S5，构建最优组合推流方案,生成最终实时推流数据，并判断最终实时推流数据是否满足步骤S2中设置的流量阈值范围；
S6，如果满足步骤S2，推流平台推送实时推流数据；
S7，如果不满足步骤S2，推流平台发出提醒告警，并返回步骤S3，进行推流模块修正；
S8，将推送的实时推流数据与实测流量成果数据进行比较，是否满足步骤S2中推流误差评定指标及范围；
S9，如果满足步骤S2，推流平台继续生成最终实时推流数据；
S10，如果继续不满足步骤S2，推流平台发出提醒告警，并返回步骤S3，进行推流模块修正。
本发明技术核心为：将水位后移法进行了改进，采用当前一定时段的涨落率，解决了如何获取后移水位问题，使其能更好地应用于实时流量推求。
将合成流量法进行了改进，采用水位与传播时间关系确立传播时间，采用时段平均流量作为合成流量等，有效提高了合成流量法推流精度，更好地解决了部分水文站低流速小流量测不准的瓶颈。
根据不同站点测站功能和推流精度要求，利用历史资料分析确立不同推流方法的适用条件，并综合考虑实时流量推求精度误差情况、设备运维保障难易程度和相关数据的完整性，优选最佳组合推流方法，大大提高了实时流量推求的实效性。
根据当前实测资料和推求流量进行误差分析，并进行实时校正，优化各推流方法精度。
实时推流方法实现步骤：
1.集成水文多要素水文监测数据，主要数据以水位、指标流速、在线流量、断面数据、实测流量成果；
2.根据水文监测数据构建多种推流模块，包括临时曲线、指标流速、综合落差指数法、等落差法、水位后移法、校正因素法、比降面积法；
3.基于水文资料整编规范，调整相应推流方法，使推流数据满足实时性，难免推流精度达不到资料整编规范要求，但可以适当提高水情预报的数据质量；
如临时曲线和综合落差指数法中，通过多簇线和最近实测流量数据插值计算推求流量；水位后移法中通过涨落率计算后移水位再计算推求流量；
4.通过资料整编成果的历史数据，检验推流模块有效性和可靠性；
5.通过短期和中长期数据（实测流量、实时推流流量），对各个推流模块数据进行误差分析计算，自动判断误差较小的方案数据，作为最终实时推求流量数据。
“融合优选”方面主要根据各站特性和各种推流方法的误差评定情况，综合考虑设备运行稳定性、数据完整性，组成最佳推流方案，按照不同优先条件推送实时流量，也是本实时推流方法的核心和创新。
通过实时推流模块，江西省251处水文站中245处已经构建了推流方案，97站实时推流误差在±5%以内，150站误差在±10%以内，主要取得了以下成效：
1.提高了实时流量实效性和准确性，为精准预报和水资源管理，生态流量监控提供有力支撑。
2.解决了受水利工程影响水位流量关系复杂站点的综合曲线推流不准的问题。
3.大量减少了测站测验任务，减轻基层负担，具有较好的经济效益。
4.有力推进了水文现代化进程。
如图1所示，为本发明的水文站实时推流方法流程图，具体为：
集成水文多要素水文监测数据并存储，包括水位、指标流速、在线流量、端面数据、实测流量、整编成果数据；
确立各站推流误差评定指标及范围；
构建不同方法推流模块；临时曲线、水位后移法、校正因素法、综合落差指数法、等落差法、比降面积法、代表流速法、上游站流量合成；
生成各推流模块实时推流数据；
分析确定各推流模块满足推流误差范围的适用条件；
构建最优组合推流方案；
生成最终实时推流数据；
是否满足阈值范围；
是就进行下一步推送实时推流数据；否就提醒告警，进行回到构建不同方法推流模块步骤；
是否满足允许误差，是就生成最终实时推流数据；否就提醒告警，进行回到构建不同方法推流模块步骤。
Claims (6)
1.多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于包括以下步骤：
S1，集成水文多要素监测数据并存储，水文多要素监测数据包括水位、代表流速、断面数据、实测流量成果数据、整编成果数据；
S2，确立各水文站推流误差评定指标及范围；推流误差评定指标及范围包括推流流量与实测流量标准差和系统误差、流量阈值范围；
S3，构建不同平台推流模块；利用集成水文多要素监测数据，构建临时曲线、水位后移法、校正因素法、综合落差指数法、等落差法、比降面积法、代表流速法和上游站流量合成法推流模块，并生成各推流模块实时推流数据；
S4，分析确定各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件；
S5，构建最优组合推流方案,生成最终实时推流数据，并判断最终实时推流数据是否满足步骤S2中设置的流量阈值范围；
S6，如果满足步骤S2，推流平台推送实时推流数据；
S7，如果不满足步骤S2，推流平台发出提醒告警，并返回步骤S3，进行推流模块修正；
S8，将推送的实时推流数据与实测流量成果数据进行比较，是否满足步骤S2中推流误差评定指标及范围；
S9，如果满足步骤S2，推流平台继续生成最终实时推流数据；
S10，如果继续不满足步骤S2，推流平台发出提醒告警，并返回步骤S3，进行推流模块修正。
2.根据权利要求1所述的多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于，还包括步骤：
S11，将推送的实时推流数据与实测流量成果数据进行比较，是否满足步骤S2中推流误差评定指标及范围，如果推算的数据始终无法满足时，可以采用人工干预方式，修改推送数据。
3.根据权利要求1所述的多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于：
步骤S2中的推流误差评定指标及范围，根据水文站测站特性及测验情况设置误差值，以满足业务应用需求。
4.根据权利要求1所述的多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于：步骤S3中构建不同平台推流模块，构建方法如下：
临时曲线推流模块构建，依据实测流量成果数据，按定单一曲线要求，分别定出各稳定时段的水位流量关系曲线，为满足实时推流的时效性与准确性，在已定的水位流量关系曲线中，通过最新实测流量点自动内插曲线计算流量，或指定单一曲线计算流量；
水位后移法推流模块构建，受洪水涨落影响的水文站根据整编成果数据和实测流量成果数据确定一条稳定水位流量关系曲线
和后移时段△T，推求T时刻流量时引进前移时间量t，推流平台计算T时刻之前t时段内的平均涨落率△Z/t，其中△Z = ZT-Zt，t时段取
分钟，后移时段△T后的受洪水涨落影响的水文站水位计算公式如（1）所示；
ZT+△T=ZT+（△T·△Z/t） （1）
其中，ZT+△T表述为T时刻加上后移时段△T的水位，ZT表述为T时刻的水位，△T表述为后移时段，△Z/t表述为平均涨落率；
采用计算得出的受洪水涨落影响的水文站水位ZT+△T查算稳定水位流量关系曲线
得出的流量Q即为推求的T时刻相应流量；
校正因素法推流模块构建，受洪水涨落影响的水文站采用校正因素法定线推流；
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通过公式（2）推求流量，为确保推流精度，落差大于
，水文站基面不统一时，在综合落差指数法推流模块构建时通过水文基面换算关系设置基面差；
其中，Z表述为水位，Q表述为流量，△Z表述为落差；
等落差法推流模块构建，对于受变动回水影响且断面基本稳定的水文站，采用等落差法定线推流；
比降面积法推流模块构建，建立水位糙率关系曲线，依据水文站水位在水位糙率关系曲线中查算糙率，并由水位数据和断面数据算得平均水深和面积，再通过曼宁公式计算流量；
代表流速法推流模块构建，依据代表流速、实测流量成果数据，建立代表流速与实测断面平均流速相关关系，用代表流速、水位数据和断面数据计算流量；
上游站流量合成法推流模块构建,通过建立水位与传播时间确定上游的水文站合成时间，并结合上游的水文站权重系数计算合成流量。
5.根据权利要求1所述的多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于：
S4中分析确定各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件，具体为临时曲线推流模块、水位后移法推流模块、比降面积法推流模块、上游站流量合成法推流模块适用条件为水位级，校正因素法推流模块适用条件为涨落率，综合落差指数法推流模块、等落差法推流模块适用条件为水位级和落差值，代表流速法推流模块适用条件为代表流速。
6.根据权利要求1所述的多技术融合的水文站实时推流平台，其特征在于：
S5中构建最优组合推流方案时，整合各推流模块满足推流误差评定指标及范围的适用条件，确保所有条件组合是个闭环状态，根据“多种方法推求流量都满足步骤S2中设置的误差值，且标准差相差<2%时，按照临时曲线、水位后移法、校正因素法、综合落差指数法、等落差法、比降面积法、代表流速法和上游站流量合成法顺序进行优选；如果都不满足时，误差较小优先”的原则，构建最优组合推流方案，方案存储并推送实时推流数据。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20230328 |