CN117760499A - 中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，包括安装板，所述安装板上四个角落分别设有压力孔，在压力孔周围分布有若干个小孔，在安装板中部设有左大流量孔和右大流量孔，在左大流量孔和右大流量孔中均设有转盘，转盘设有两个旋摆体，在旋摆体上设有若干个摆叶微振腔，在左大流量孔周向分布有通导块、左光栅感知槽、左光纤感温槽和第一内层储存器；在右大流量孔周向分布有隔振板、右光栅感知槽、右光纤感温槽和第二内层储存器。本发明提高了中小流域洪水预报精度和效能，对周遭环境几乎没有要求、其适用性非常强，尤其是面对无资料区域洪水预报问题，极好地满足了当前中小说流域洪水预报领域的需求。

Description

中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统及方法

技术领域

本发明涉及中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统及方法，属于水利工程中洪水预报领域。

背景技术

我国中小河流河道分布广泛，数量众多，近年来，极端天气造成的洪水危害频发，已成为影响中小河流沿线人民生命和财产的重要因素。为有效预防洪水灾害，减少社会突发事件发生危险，需要进行洪水预报预警。水灾不仅影响受灾地区的居民，还可能影响整个国家甚至全球范围内的经济、社会和生态环境。水灾可能导致粮食短缺、物价上涨、疾病传播等问题，给人们的生活带来巨大压力。我国有5万多条中小河流(流域面积100km2以上)，分布广泛且地理条件复杂。洪水预警预报是及时采取防洪抢险措施，力求使洪灾损失限制到最低程度的重要非工程措施。一直以来，国内外学者主要关注江河防汛工作，大江大河无论在防洪工程设施建设，还是洪水监测预报系统方面都有了较大的发展，而数量众多、分布范围广泛的中小河流却仍有“大雨大灾,小雨小灾”的灾害问题。

许多中小河流主要是20世纪50～80年代进行过治理，后期有的进行了阶段性的疏浚治理，各河道的实施情况不尽相同，多数河流从未进行过系统、全面的疏浚治理，普遍存在河床淤积严重、防洪排涝能力明显减弱等情况，进一步加剧了区域防洪排涝压力。尤其是无资料区域，其洪水数据资料无法及时采集、传输，影响了洪水预报的时效性和准确性。同时，由于中小河流的洪水预报未形成相关的技术标准，相关方案的精度及时效性难以得到保证。发生在中小河流流域的洪水具有季节性，汛期来临时洪水汇流快，成灾快，破坏性强。由于中小流域存在水文资料匮乏，历史洪水资料缺测，不完整等问题，因此对于中小河流洪水预报，如何提高预报预警的精度和延长洪水预报的预见期是亟待解决的关键问题。

要实现对多区域多历时洪水的动态感知与预报，需要感知与预报系统具有实时在线、多尺度等特性，基于当前最新技术下洪水感知与预报系统的相关理论研究还明显不足，急切地需要研制一种能够高效感知与预报的系统及成套技术

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统及方法，提高了中小流域洪水预报精度和效能，对周遭环境几乎没有要求、其适用性非常强，尤其是面对无资料区域洪水预报问题，极好地满足了当前中小流域洪水预报领域的需求。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，包括安装板，所述安装板上四个角落分别设有压力孔，在压力孔周围分布有若干个小孔，在安装板中部设有左大流量孔和右大流量孔，在左大流量孔和右大流量孔中均设有转盘，转盘设有两个旋摆体，在旋摆体上设有若干个摆叶微振腔，在左大流量孔周向分布有通导块、左光栅感知槽、左光纤感温槽和第一内层储存器；在右大流量孔周向分布有隔振板、右光栅感知槽、右光纤感温槽和第二内层储存器；左光栅感知槽和右光栅感知槽内埋设有光纤光栅，在左光纤感温槽和右光纤感温槽内埋设有铠装温度光纤，左侧的光纤光栅和铠装温度光纤与第一内层储存器连接，右侧的光纤光栅和铠装温度光纤与第二内层储存器连接；在所述安装板上下两端均设有洪水过流盘，所述洪水过流盘包含过流孔以及沿过流孔对称分布上弧形孔和下弧形孔，在过流孔中安装有光纤振动桶，光纤振动桶中设有若干个晶子光纤，晶子光纤与光纤数据存储处理器连接，第一内层储存器、第二内层储存器和光纤数据存储处理器均与多数据接收处理器连接。

作为优选，所述安装板与推杆连接，推杆固定在连接杆上。

作为优选，所述连接杆下端设有下锁向端，连接杆下端设有下锁连杆，在连接杆上端设有上锁连杆，通过下锁连杆和上锁连杆将连接杆固定。

作为优选，所述光纤振动桶内设有第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤，所述光纤数据存储处理器位于光纤振动桶中心，在光纤振动桶上还设有贯穿的水流孔，第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤均与光纤数据存储处理器连接。

作为优选，所述第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤绕光纤数据存储处理器圆周均布。

作为优选，所述第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤与光纤数据存储处理器通过T型导线连接。

作为优选，所述压力孔的直径至少为小孔直径的两倍。

作为优选，所述光纤振动桶与导锁杆连接，导锁杆通过支架固定在安装板上。

作为优选，所述导锁杆通过轴承与光纤振动桶连接，所述支架与导锁杆固定连接。

一种中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统的使用方法，包括以下步骤：

首先，通过外铠装线缆、内铠装线缆、T型导线将洪水全过程实时精准感测器进行内外元器件的连接，上下方向配置洪水过流盘、左右方向配置旋摆体与转盘，光纤光栅与铠装温度光纤形成对旋摆体与转盘的周向环绕；

其次，确定洪水全过程实时精准感测器在中小流域区域需要安放的空间位置，通过下锁向端将底部位置进行锁定，调整下锁连杆位置，将洪水全过程实时精准感测器进行稳固锁定；

第三，调整上锁连杆水平向的位置，待角度确定后，调节推杆，控制洪水全过程实时精准感测器空间水平位置；

第四，对左光栅感知槽、左光纤感温槽、右光栅感知槽、右光纤感温槽的传感光纤及第一光晶子光纤、第二光晶子光纤、第三光晶子光纤、第四光晶子光纤进行初期的感测与标定，实现多模式感知；

第五，转动旋摆体、洪水过流盘，测试其可以正常运行，并测试旋摆体、洪水过流盘转动下传感光纤数据信息；

第六，将洪水全过程实时精准感测器配置于待测洪水区域内，进行实时感测，并且利用多数据接收处理器、内层储存器、光纤数据存储处理器将获取的各级数据信息进行融合，实现多信息融合感知与预报。

在本发明中，地卡端与下锁连杆形成的方向与下锁向端方向相互垂直，通过下锁向端所深入的垂直方向的深度与地卡端所深入的水平方向的深度联合咬合。上锁连杆与上卡端连接，通过控制上锁连杆水平向的走向，来控制洪水全过程实时精准感测器在水平向的位置，上锁连杆与上卡端形成的方向与上锚定端的方向相互垂直。上锚定端与下锁向端通过四级推杆进行连接，四级推杆内配置了外铠装线缆，四级推杆可进行四级杆件的稳定水平向变化，外铠装线缆将蓄能块与洪水全过程实时精准感测器进行有效连接。外铠装线缆依次与通导块、内铠装线缆、T型导线进行连接，将光纤数据存储处理器、内层储存器、多数据接收处理器进行有效组网。

在本发明中，左上平衡压力孔、右上平衡压力孔联合使用，其孔径大于左周向散孔、右周向散孔，对过流洪水压力冲击时进行左右侧平衡，且通过左周向散孔、右周向散孔为多孔环形设置，将过流的洪水进行压力分散。过流洪水在经过洪水过流盘时，其会出现二级洪水过流，第一级洪水过流是洪水过流盘外缘与光纤振动桶之间的区域，第二级洪水过流是通过二级洪水过流云孔实现，实现分级感知。通过开度锁帽控制导锁杆进出，来控制洪水过流盘开合度，进行控制第一级洪水过流流量。过流洪水在经过洪水过流盘时产生的二级洪水过流会振动会通过光纤振动桶影响到第一光晶子光纤、第二光晶子光纤、第三光晶子光纤、第四光晶子光纤内的不同排列形式的气孔的变化。

在本发明中，四个旋摆体绕着转盘为对称布设，且旋摆体内配置了数个摆叶微振腔，过流洪水会冲击到旋摆体，旋摆体的周向转动方向及快慢会影响摆叶微振腔产生不同频率的振动。隔振板可以将左光栅感知槽、右光栅感知槽、左光纤感温槽、右光纤感温槽与外界的关联阻断，降低因外界环境干扰所导致的影响。左光栅感知槽、右光栅感知槽内配置了光纤光栅，左光纤感温槽、右光纤感温槽内配置了铠装温度光纤，光纤光栅与铠装温度光纤联合使用，独立感测、相互矫正，实现精准感知。

有益效果：本发明的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，结构完整，可以实现流程化、自动化应用，在降低感测与预报成本、提高感测与预报精度及提升工程实用化能力等方面具有较大优势；本发明的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，包括了洪水全过程实时精准感测器、上锚定端、蓄能块、上锁连杆、上卡端、下锁连杆、地卡端、下锁向端、四级推杆、外铠装线缆，洪水全过程实时精准感测器又包括了左上平衡压力孔、右上平衡压力孔、左周向散孔、右周向散孔、洪水过流盘、多数据接收处理器、左光栅感知槽、右光栅感知槽、左光纤感温槽、右光纤感温槽、内层储存器、内铠装线缆、摆叶微振腔、隔振板、转盘、通导块等核心组件，进而实现了分级感知、多模式感知、多信息融合感知、精准感知等联合模式，从而研发了面上中小流域、在数据驱动下、洪水全过程实时精准预报系统，大大提高了感测与预报的范围，极大提升了该技术在中小流域洪水预报精度和效能。

附图说明

图1为本发明的结构图；

图2为洪水全过程实时精准感测器的结构图；

图3为光纤振动桶的结构图；

图4为光纤振动桶的截面示意图；

其中；02-下锁向端；03-上锁连杆；04-下锁连杆；07-四级推杆；08-外铠装线缆；09-多数据接收处理器；10-左上平衡压力孔；11-左周向散孔；12-右上平衡压力孔；13-右周向散孔；14-洪水过流盘；15-导锁杆；17-光纤振动桶；18-第一光晶子光纤；19-第二光晶子光纤；20-第三光晶子光纤；21-第四光晶子光纤；22-二级洪水过流云孔；23-光纤数据存储处理器；24-T型导线；40-左光栅感知槽；41-右光栅感知槽；42-左光纤感温槽；43-第一内层储存器；44-内铠装线缆；45-摆叶微振腔；46-转盘；47-隔振板；48-右光纤感温槽；49-通导块；50-旋摆体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1至图4所示，本发明的一种中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，包括安装板，所述安装板上四个角落分别设有压力孔，分为左上平衡压力孔10和右上平衡压力孔12，在左上平衡压力孔10周围分布有若干个左周向散孔11，在右上平衡压力孔12周围分布有若干个右周向散孔13，在安装板中部设有左大流量孔和右大流量孔，在左大流量孔和右大流量孔中均设有转盘46，转盘46设有两个旋摆体50，在旋摆体50上设有若干个摆叶微振腔45，在左大流量孔周向分布有通导块49、左光栅感知槽40、左光纤感温槽42和第一内层储存器43；在右大流量孔周向分布有隔振板47、右光栅感知槽41、右光纤感温槽48和第二内层储存器；左光栅感知槽40和右光栅感知槽41内埋设有光纤光栅，在左光纤感温槽42和右光纤感温槽48内埋设有铠装温度光纤，左侧的光纤光栅和铠装温度光纤与第一内层储存器连接，右侧的光纤光栅和铠装温度光纤与第二内层储存器连接；在所述安装板上下两端均设有洪水过流盘14，所述洪水过流盘14包含过流孔以及沿过流孔对称分布上弧形孔和下弧形孔，在过流孔中安装有光纤振动桶17，光纤振动桶17中设有若干个晶子光纤，晶子光纤与光纤数据存储处理器23连接，第一内层储存器、第二内层储存器和光纤数据存储处理器23均与多数据接收处理器9连接。

在本发明中，所述安装板与推杆连接，推杆固定在连接杆上，推杆优选四级推杆7。所述连接杆下端设有下锁向端2，连接杆下端设有下锁连杆4，在连接杆上端设有上锁连杆3，通过下锁连杆4和上锁连杆3将连接杆固定。

在本发明中，所述光纤振动桶17内设有第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤，所述光纤数据存储处理器23位于光纤振动桶17中心，在光纤振动桶17上还设有贯穿的二级洪水过流云孔22，第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤均与光纤数据存储处理器23连接。所述第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤绕光纤数据存储处理器23圆周均布。所述第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤与光纤数据存储处理器23通过T型导线24连接。

在本发明中，所述压力孔的直径至少为小孔直径的两倍。所述光纤振动桶17与导锁杆15连接，导锁杆15通过支架固定在安装板上。所述导锁杆15通过轴承与光纤振动桶17连接，光纤振动桶17可相对导锁杆15相对转动，所述支架与导锁杆15固定连接，支架通过紧固件安装在安装板上。

一种中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统的使用方法，包括以下步骤：

首先，通过外铠装线缆8、内铠装线缆44、T型导线24将洪水全过程实时精准感测器进行内外元器件的连接，上下方向配置洪水过流盘14、左右方向配置旋摆体50与转盘46，光纤光栅与铠装温度光纤形成对旋摆体50与转盘46的周向环绕；

其次，确定洪水全过程实时精准感测器在中小流域区域需要安放的空间位置，通过下锁向端2将底部位置进行锁定，调整下锁连杆4位置，将洪水全过程实时精准感测器进行稳固锁定；

第三，调整上锁连杆3水平向的位置，待角度确定后，调节推杆，控制洪水全过程实时精准感测器空间水平位置；

第四，对左光栅感知槽40、左光纤感温槽42、右光栅感知槽41、右光纤感温槽48的传感光纤及第一光晶子光纤18、第二光晶子光纤19、第三光晶子光纤20、第四光晶子光纤21进行初期的感测与标定，实现多模式感知；

第五，转动旋摆体50、洪水过流盘14，测试其可以正常运行，并测试旋摆体50、洪水过流盘14转动下传感光纤数据信息；

第六，将洪水全过程实时精准感测器配置于待测洪水区域内，进行实时感测，并且利用多数据接收处理器9、内层储存器、光纤数据存储处理器23将获取的各级数据信息进行融合，实现多信息融合感知与预报。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：包括安装板，所述安装板上四个角落分别设有压力孔，在压力孔周围分布有若干个小孔，在安装板中部设有左大流量孔和右大流量孔，在左大流量孔和右大流量孔中均设有转盘，转盘设有两个旋摆体，在旋摆体上设有若干个摆叶微振腔，在左大流量孔周向分布有通导块、左光栅感知槽、左光纤感温槽和第一内层储存器；在右大流量孔周向分布有隔振板、右光栅感知槽、右光纤感温槽和第二内层储存器；左光栅感知槽和右光栅感知槽内埋设有光纤光栅，在左光纤感温槽和右光纤感温槽内埋设有铠装温度光纤，左侧的光纤光栅和铠装温度光纤与第一内层储存器连接，右侧的光纤光栅和铠装温度光纤与第二内层储存器连接；在所述安装板上下两端均设有洪水过流盘，所述洪水过流盘包含过流孔以及沿过流孔对称分布上弧形孔和下弧形孔，在过流孔中安装有光纤振动桶，光纤振动桶中设有若干个晶子光纤，晶子光纤与光纤数据存储处理器连接，第一内层储存器、第二内层储存器和光纤数据存储处理器均与多数据接收处理器连接。

2.根据权利要求1所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述安装板与推杆连接，推杆固定在连接杆上。

3.根据权利要求1所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述连接杆下端设有下锁向端，连接杆下端设有下锁连杆，在连接杆上端设有上锁连杆，通过下锁连杆和上锁连杆将连接杆固定。

4.根据权利要求1所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述光纤振动桶内设有第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤，所述光纤数据存储处理器位于光纤振动桶中心，在光纤振动桶上还设有贯穿的水流孔，第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤均与光纤数据存储处理器连接。

5.根据权利要求4所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤绕光纤数据存储处理器圆周均布。

6.根据权利要求4所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述第一晶子光纤、第二晶子光纤、第三晶子光纤和第四晶子光纤与光纤数据存储处理器通过T型导线连接。

7.根据权利要求1所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述压力孔的直径至少为小孔直径的两倍。

8.根据权利要求1或4所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述光纤振动桶与导锁杆连接，导锁杆通过支架固定在安装板上。

9.根据权利要求8所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统，其特征在于：所述导锁杆通过轴承与光纤振动桶连接，所述支架与导锁杆固定连接。

10.一种如权利要求1至9任意一项所述的中小流域数据驱动洪水全过程实时精准预报系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，通过外铠装线缆、内铠装线缆、T型导线将洪水全过程实时精准感测器进行内外元器件的连接，上下方向配置洪水过流盘、左右方向配置旋摆体与转盘，光纤光栅与铠装温度光纤形成对旋摆体与转盘的周向环绕；

其次，确定洪水全过程实时精准感测器在中小流域区域需要安放的空间位置，通过下锁向端将底部位置进行锁定，调整下锁连杆位置，将洪水全过程实时精准感测器进行稳固锁定；

第三，调整上锁连杆水平向的位置，待角度确定后，调节推杆，控制洪水全过程实时精准感测器空间水平位置；

第四，对左光栅感知槽、左光纤感温槽、右光栅感知槽、右光纤感温槽的传感光纤及第一光晶子光纤、第二光晶子光纤、第三光晶子光纤、第四光晶子光纤进行初期的感测与标定，实现多模式感知；

第五，转动旋摆体、洪水过流盘，测试其可以正常运行，并测试旋摆体、洪水过流盘转动下传感光纤数据信息；

第六，将洪水全过程实时精准感测器配置于待测洪水区域内，进行实时感测，并且利用多数据接收处理器、内层储存器、光纤数据存储处理器将获取的各级数据信息进行融合，实现多信息融合感知与预报。