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

背景技術(shù)：

1、河道灘槽的演變過程中，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)是相對的，長期處于不穩(wěn)定的灘槽分布形態(tài)是絕對的。

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

技術(shù)實現(xiàn)思路

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

2、為實現(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)字孿生的長河段灘槽演變預(yù)測方法，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)域個數(shù)；

7、步驟s20，獲取河道各區(qū)域的過流面積值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進行整合分析處理，據(jù)此生成無風(fēng)險信號、提示信號與不穩(wěn)定信號。

11、在一個優(yōu)選地實施方式中，在步驟s30后，還包括步驟s40；

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

13、若大于則生成長期風(fēng)險信號，反之則不生成。

14、在一個優(yōu)選地實施方式中，在步驟s40后，還包括步驟s50；

15、判斷是否生成長期風(fēng)險信號，若生成了長期風(fēng)險信號則對河道需要調(diào)節(jié)部分進行分析標(biāo)記，并將標(biāo)記結(jié)果顯示。

16、在一個優(yōu)選地實施方式中，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進行比對分析：

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

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，則生成風(fēng)險等級含沙量信號；

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

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中進行比對分析：

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

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，則生成風(fēng)險等級水流量信號；

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

25、在一個優(yōu)選地實施方式中，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)險等級信號，生成無風(fēng)險信號；

27、當(dāng)含沙量分析單元與水流量分析單元其中一個為風(fēng)險等級信號，另一個為零風(fēng)險等級時，生成提示信號；

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)險等級以上的信號，生成不穩(wěn)定信號；

29、其他情況下，進行梯度參照值調(diào)節(jié)。

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

31、當(dāng)水流量與含沙量任意一方過大時，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，此時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，反正則輸出不穩(wěn)定信號；

35、當(dāng)主干道河道含沙量影響系數(shù)為cs0大于rv1時，此時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，反之則是提示信號。

36、一種基于數(shù)字孿生的長河段灘槽演變預(yù)測系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述權(quán)利要求上述基于數(shù)字孿生的長河段灘槽演變預(yù)測方法，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行定向評估分析處理，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行定向評估分析處理，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)果并將其進行結(jié)合分析處理，據(jù)此生成灘槽無風(fēng)險信號、提示信號與不穩(wěn)定信號，再將該信號發(fā)送給時間推演單元與反饋單元；

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

42、所述反饋單元，用于當(dāng)灘槽具有長期性風(fēng)險時，將河道每個風(fēng)險區(qū)域進行針對性標(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)險區(qū)域。

44、本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：

45、1、本發(fā)明通過采集河道各區(qū)域的周邊環(huán)境信息并進行選地定向評估分析，利用公式化的處理、歸一化的分析以及信號整合輸出的方式，對水河道的輸沙量情況進行準(zhǔn)確的分析，據(jù)此輸出灘槽演變的風(fēng)險等級，從而在實現(xiàn)灘槽風(fēng)險等級明確劃分的同時，也為根據(jù)河道附近土壤與河流狀態(tài)進行高效且科學(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區(qū)域，能夠準(zhǔn)確摸清河道各個區(qū)域的含沙量與水流量狀態(tài)，從而當(dāng)灘槽具有長期性風(fēng)險時，能夠根據(jù)整體的評估分析，對河道的每個風(fēng)險區(qū)域進行針對性標(biāo)記，從而便于后續(xù)整體或單獨修復(fù)加固。