本發(fā)明涉及河流水環(huán)境，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種基于數(shù)字孿生的長(zhǎng)河段灘槽演變預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、河道灘槽的演變過(guò)程中，隨著水沙條件和邊界條件的變化，河道灘槽的形態(tài)往往也跟著變化，從而導(dǎo)致保持某種穩(wěn)定的灘槽分布形態(tài)是相對(duì)的，長(zhǎng)期處于不穩(wěn)定的灘槽分布形態(tài)是絕對(duì)的。

2、現(xiàn)有的灘槽演變預(yù)測(cè)系統(tǒng)常常僅利用單一的監(jiān)測(cè)儀器對(duì)河道附近水流量進(jìn)行分析，對(duì)灘槽的演變預(yù)測(cè)存在不準(zhǔn)確性和表面性，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)灘槽演變的精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)和調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于數(shù)字孿生的長(zhǎng)河段灘槽演變預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，通過(guò)采集河道各區(qū)域的周邊環(huán)境信息并進(jìn)行選地定向評(píng)估分析，利用公式化的處理、歸一化的分析以及信號(hào)整合輸出的方式，對(duì)水河道的輸沙量情況進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，據(jù)此輸出灘槽演變的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而在實(shí)現(xiàn)灘槽風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)明確劃分的同時(shí)，也為根據(jù)河道附近土壤與河流狀態(tài)進(jìn)行高效且科學(xué)的管理奠定了基礎(chǔ)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于數(shù)字孿生的長(zhǎng)河段灘槽演變預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

4、步驟s10，獲取河道各區(qū)域的土壤板結(jié)量值sh、降雨量值p、河床高度值rb以及植被覆蓋值gar，依據(jù)公式：

5、

6、獲取河道含沙量影響系數(shù)cs，式中，a1、a2、a3、a4分別為土壤板結(jié)量值、降雨量值、河床高度值以及植被覆蓋值的預(yù)設(shè)比例系數(shù)，i＝{1，2，3……n}，且i表示區(qū)域個(gè)數(shù)；

7、步驟s20，獲取河道各區(qū)域的過(guò)流面積值s、風(fēng)力值c以及溫度值t，依據(jù)公式：

8、

9、獲取河道水流量影響系數(shù)q，式中，b1、b2、b3、b4分別為降雨量、過(guò)流面積值、風(fēng)力值以及溫度值的預(yù)設(shè)比例系數(shù)；

10、步驟s30，將河道含沙量影響系數(shù)cs與河道水流量影響系數(shù)q進(jìn)行整合分析處理，據(jù)此生成無(wú)風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)、提示信號(hào)與不穩(wěn)定信號(hào)。

11、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，在步驟s30后，還包括步驟s40；

12、判斷提示信號(hào)與不穩(wěn)定信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)占比是否大于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)閾值；

13、若大于則生成長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)，反之則不生成。

14、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，在步驟s40后，還包括步驟s50；

15、判斷是否生成長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)，若生成了長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)則對(duì)河道需要調(diào)節(jié)部分進(jìn)行分析標(biāo)記，并將標(biāo)記結(jié)果顯示。

16、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，在步驟s30中，設(shè)置主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0的梯度參照值rv1與rv2以及設(shè)置主干道河道水流量影響系數(shù)為q0的梯度參照值rv3與rv4，其中，rv1>rv2，rv3>rv4；

17、將主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0帶入梯度參照值rv1與rv2中1進(jìn)行比對(duì)分析：

18、當(dāng)主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0大于rv1時(shí)，則生成高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)含沙量信號(hào)；

19、當(dāng)主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0大于rv2小于rv1時(shí)，則生成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)含沙量信號(hào)；

20、當(dāng)主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0小于rv2時(shí)，則生成零風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)含沙量信號(hào)；

21、將主干道河道水流量影響系數(shù)為q0帶入梯度參照值rv3與rv4中進(jìn)行比對(duì)分析：

22、當(dāng)主干道河道水流量影響系數(shù)為q0大于rv3時(shí)，則生成高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水流量信號(hào)；

23、當(dāng)主干道河道水流量影響系數(shù)為q0大于rv4小于rv3時(shí)，則生成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水流量信號(hào)；

24、當(dāng)主干道河道水流量影響系數(shù)為q0小于rv4時(shí)，則生成零風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)水流量信號(hào)。

25、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，在步驟s30中；

26、當(dāng)含沙量分析單元與水流量分析單元均為零風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)信號(hào)，生成無(wú)風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)；

27、當(dāng)含沙量分析單元與水流量分析單元其中一個(gè)為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)信號(hào)，另一個(gè)為零風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，生成提示信號(hào)；

28、當(dāng)含沙量分析單元與水流量分析單元均為發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)以上的信號(hào)，生成不穩(wěn)定信號(hào)；

29、其他情況下，進(jìn)行梯度參照值調(diào)節(jié)。

30、在一個(gè)優(yōu)選地實(shí)施方式中，在步驟s30中，梯度參照值調(diào)節(jié)具體過(guò)程如下：

31、當(dāng)水流量與含沙量任意一方過(guò)大時(shí)，另一方梯度參照值需要下降調(diào)整，即含沙量影響系數(shù)cs與水流量影響系數(shù)q成反比關(guān)系，得到公式如下：

32、

33、式中，c1、c2為含沙量影響系數(shù)cs的預(yù)設(shè)比例系數(shù)，且c1>c2；

34、當(dāng)主干道河道水流量影響系數(shù)為q0大于rv3時(shí)，此時(shí)判斷主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0與rv2的大小，若cs0小于rv2，則輸出提示信號(hào)，反正則輸出不穩(wěn)定信號(hào)；

35、當(dāng)主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0大于rv1時(shí)，此時(shí)判斷主干道河道水流量影響系數(shù)為q0與rv4的大小，若q0大于等于rv4則輸出不穩(wěn)定信號(hào)，反之則是提示信號(hào)。

36、一種基于數(shù)字孿生的長(zhǎng)河段灘槽演變預(yù)測(cè)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述權(quán)利要求上述基于數(shù)字孿生的長(zhǎng)河段灘槽演變預(yù)測(cè)方法，包括數(shù)據(jù)采集單元、含沙量分析單元、水流量分析單元、輸沙量分析單元、時(shí)間推演單元、反饋單元以及顯示終端；

37、所述數(shù)據(jù)采集單元用于采集河道自身所處的土地與天氣信息與河道自身的水流與天氣信息，并將其分別發(fā)送至含沙量分析單元與水流量分析單元；

38、所述含沙量分析單元，用于接收河道自身所處的土地與天氣信息進(jìn)行定向評(píng)估分析處理，并將分析結(jié)果發(fā)送至輸沙量分析單元；

39、所述水流量分析單元，用于接收河道自身的水流與天氣信息進(jìn)行定向評(píng)估分析處理，并將分析結(jié)果發(fā)送至輸沙量分析單元；

40、所述輸沙量分析單元，用于接收含沙量分析單元與水流量分析單元的分析結(jié)果并將其進(jìn)行結(jié)合分析處理，據(jù)此生成灘槽無(wú)風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)、提示信號(hào)與不穩(wěn)定信號(hào)，再將該信號(hào)發(fā)送給時(shí)間推演單元與反饋單元；

41、所述時(shí)間推演單元，用于接收輸沙量分析單元生成的灘槽無(wú)風(fēng)險(xiǎn)信號(hào)、提示信號(hào)與不穩(wěn)定信號(hào)，并計(jì)算其在單位時(shí)間內(nèi)是否超出設(shè)定閾值比例，判斷灘槽是否具有長(zhǎng)期性風(fēng)險(xiǎn)并將生成結(jié)果發(fā)送至反饋單元；

42、所述反饋單元，用于當(dāng)灘槽具有長(zhǎng)期性風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，將河道每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性標(biāo)記，并將標(biāo)記結(jié)果發(fā)送至顯示終端；

43、所述顯示終端，用于顯示反饋單元標(biāo)記的河道風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

44、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

45、1、本發(fā)明通過(guò)采集河道各區(qū)域的周邊環(huán)境信息并進(jìn)行選地定向評(píng)估分析，利用公式化的處理、歸一化的分析以及信號(hào)整合輸出的方式，對(duì)水河道的輸沙量情況進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，據(jù)此輸出灘槽演變的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，從而在實(shí)現(xiàn)灘槽風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)明確劃分的同時(shí)，也為根據(jù)河道附近土壤與河流狀態(tài)進(jìn)行高效且科學(xué)的管理奠定了基礎(chǔ)；

46、2、本發(fā)明將河道根據(jù)支流與干流劃分為若干個(gè)區(qū)域，能夠準(zhǔn)確摸清河道各個(gè)區(qū)域的含沙量與水流量狀態(tài)，從而當(dāng)灘槽具有長(zhǎng)期性風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，能夠根據(jù)整體的評(píng)估分析，對(duì)河道的每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性標(biāo)記，從而便于后續(xù)整體或單獨(dú)修復(fù)加固。