一种智慧水文分析应用系统

摘要

本发明公开了一种智慧水文分析应用系统，涉及水利分析技术领域，所述智慧水文分析应用系统通过设置流域特征参数统计模块、水文分析模块、计算成果合理性分析模块、水文监测数据收录模块，详细分析流域特性，通过建立区域水文资料数据库，根据流域特点、统计方法编制计算程序软件，形成界面友好的水利行业分析软件，使水文分析朝向更加智慧化方向发展，在满足水利、水环境工程设计行业需要基础上，通过监测数据收录单元预留标准数据库接口，可纳入防洪预警系统和智慧水利政务系统。

说明书

技术领域

本发明涉及水利分析技术领域，尤其是涉及一种智慧水文分析应用系统。

背景技术

水文是水利工程勘测设计行业的主要专业之一，主要任务是对水利工程的水文、水利进行分析计算，涉及到流域特性、气象、径流、洪水、泥沙等内容。其中，大量的工作发生在数理统计、水文系列资料统计和水量平衡等方面，繁琐的分析计算工作是水文专业的主要特点。现状水文分析工作依旧采用手动摘录数据、excel数据表进行分析，或者采用单一小计算程序分析其中一步数据，从而导致存在以下问题：

(1)数据处理工作量大：现状水利行业中水文分析专业需要处理大量数据及绘图，现状处理工具多为excel表，人工读取选择数据，应用excel编制公式进行水文分析计算，处理速度较慢；

(2)人工读取数据有误差，成果无法标准化：人工操作，处理数据中容易存在误差，虽然对工程设计影响不大，但不利于水文成果数据标准化；

(3)辅助插件实用性差：水文分析辅助插件品类多，但是不综合，且无行业认证，目前辅助插件属于参照应用工具。

(4)工具缺乏：现状水文测站多分布在较大河流水系，中小河流多属于无水文资料地区。无资料地区水文分析主要依靠各省水文手册(行业统计资料)，存在资料地域封闭性，缺少公开化、标准化工具。

发明内容

本发明的目的在于提供一种智慧水文分析应用系统，通过建立区域水文资料数据库，根据流域特点、统计方法编制计算程序软件，形成界面友好的水利行业分析软件，使水文分析朝向更加智慧化方向发展。

本发明实施例提供了一种智慧水文分析应用系统，包括：流域特征参数统计模块、水文分析模块、计算成果合理性分析模块、监测数据收录模块；

所述流域特征参数统计模块，用于录入、存储和展示流域的基本数据，并基于基本数据分析流域的特征参数输出特征参数统计结果；

水文分析模块，用于基于所述特征参数对流域进行水文分析；

监测数据收录模块，用于收录实测监测数据；

计算成果合理性分析模块，用于根据实测监测数据分析计算成果合理性，进行参数率定及展示水文分析结果。

进一步地，所述流域特征参数统计模块包括：

地理空间数据下载单元，用于获取DEM高程数据及Landsat TM遥感数据；

特征参数统计单元，用于利用GIS地理信息技术处理所述Dem数据及Landsat TM遥感数据，统计水系特征参数并绘制统计图；

数据显示单元，用于以文字和/或图片形式展示流域的所述基本数据和特征参数。

进一步地，特征参数包括河道长度、坡度、土地类型及地类性质以及汇流面积；其中，土地类型分为水体、建设用地、农田、林地、山地、未利用地；地类性质分为土石山区、丘陵阶地、灌丛山地、森林山地四类。

进一步地，所述水文分析模块包括：

降雨径流分析单元，用于根据所述地类性质及降雨分布，采用双曲正切模型以及图解法计算净雨深；

净雨过程分析单元，用于根据净雨分配图以及净雨深，采用预设算法计算时段净雨；

设计洪水计算单元，用于流域防洪治理工程、洪水预报中洪水淹没范围模拟输入条件；

水资源分析及预测单元，用于分析现状水资源及远期水资源短缺预测；

水面线计算单元，用于根据水流能量方程计算水面线；

洪淹没预报单元，用于形成淹没分析图及分洪/水库水位～流量调度表，根据预报降雨预测洪水过程、淹没范围，结果以图片、表格形式输出，为管理部分提供决策依据。

进一步地，根据水流能量方程计算水面线包括：

调用设计洪水计算单元的洪峰流量，输入河道主槽断面数据，根据水流能量方程计算水面线；明渠非恒定流方程采用水位-流量关系表示为：

其中，Z为水位；t为时间坐标；B为模化宽度；Q为流量；x为沿程断面坐标；q为旁侧出流单宽流量：g为重力加速度；A为过流面积；C为谢才系数；R水力半径。

进一步地，所述设计洪水计算单元包括，基本参数输入模块、计算模块、合理性分析模块，其中，

基本参数输入模块，调用所述流域特征参数统计结果；

计算模块中的内置计算程序及方法包括排涝模数法、瞬时单位线法、推理公式法或多点汇流法，用于生成对应的设计洪水洪峰流量计算结果；

合理性分析模块包括多方法成果对比分析与水文站实测值验证分析两部分，通过统计不同方法洪峰流量计算成果之间差值百分率，验证设计洪水计算成果是否正确、合理。

进一步地，所述水资源分析及预测单元包括：

水资源调查模块，用于分析水资源总量，包括降雨、地表水、地下水、外引水、海水、再生水厂尾水，所述水资源调查模块还用于用水调查，包括农业、工业、第三产业与生活用水；

水资源预测模块，用于用水预测及短缺风险综合评价。

进一步地，展示水文分析结果通过流域分析图、计算成果表及计算成果曲线图进行展示，并采用标准数据形式，接入智慧城市平台(如BIM\CIM等)为工程方案优化及城市管理提供数据。

进一步地，所述实测监测数据包括，水文测站坐标位置、水位与流量、水质信息。

进一步地，所述水文监测数据收录模块与水文分析模块进行信息交互，验证计算成果合理性。

本发明的技术方案通过设置流域特征参数分析单元、水文计算单元、成果可视化单元、水文监测数据收录单元，详细分析流域特性，通过建立区域水文资料数据库，根据流域特点、统计方法编制计算程序软件，形成界面友好的水利行业分析软件，使水文分析朝向更加智慧化方向发展，在满足水利、水环境工程设计行业需要基础上，通过监测数据收录单元预留标准数据库接口，可纳入防洪预警系统和智慧水利政务系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例一种智慧水文分析应用系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如，程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，有通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。本发明所称的内网为企业内部所使用的网络，本领域技术人员可根据企业自身业务实际情况建立符合自己实际需求的内网。

本发明实施例提供了一种智慧水文分析应用系统，包括：流域特征参数统计模块、水文分析模块、计算成果合理性分析模块、监测数据收录模块；

所述流域特征参数统计模块，用于录入、存储和展示流域的基本数据，并基于基本数据分析流域的特征参数输出特征参数统计结果；

水文分析模块，用于基于所述特征参数对流域进行水文分析；

监测数据收录模块，用于收录实测监测数据；

计算成果合理性分析模块，用于根据实测监测数据分析计算成果合理性，进行参数率定及展示水文分析结果。

需要说明的是，展示水文分析结果通过流域分析图、计算成果表及计算成果曲线图进行展示，并采用标准数据形式，接入智慧城市平台(如BIM\CIM等)为工程方案优化及城市管理提供数据。

本实施例的技术方案通过设置流域特征参数分析模块、水文计算模块、计算成果合理性分析模块、、水文监测数据收录模块，详细分析流域特性，通过建立区域水文资料数据库，根据流域特点、统计方法编制计算程序软件，形成界面友好的水利行业分析软件，使水文分析朝向更加智慧化方向发展，在满足水利、水环境工程设计行业需要基础上，通过监测数据收录单元预留标准数据库接口，可纳入防洪预警系统和智慧水利政务系统。

具体地，所述流域特征参数统计模块包括：

地理空间数据下载单元，用于获取DEM高程数据及Landsat TM遥感数据；

特征参数统计单元，用于利用GIS地理信息技术处理所述Dem数据及Landsat TM遥感数据，统计水系特征参数并绘制统计图；

数据显示单元，用于以文字和/或图片形式展示流域的所述基本数据和特征参数。

其具体表现形式为，通过“地理空间数据下载单元”选项直接连接至地理空间数据网站，下载研究范围内DEM高程数据、Landsat TM遥感数据。

通过“流域特征参数统计单元”,利用GIS地理信息技术处理Dem数据、Landsat TM遥感数据，统计水系特征参数并绘制统计图，自动生成特征参数统计表。统计参数包括河道长度、坡度、土地类型及地类性质以及汇流面积。土地类型分为水体、建设用地、农田、林地、山地、未利用地；地类性质分为土石山区、丘陵阶地、灌丛山地、森林山地四类。

通过“结果查询”可调用上述统计形成的图片及表等，并可以将结果另存为图片格式或EXCEL数据表格式。

具体地，所述水文分析模块包括：

降雨径流分析单元，用于根据所述地类性质及降雨分布，采用双曲正切模型以及图解法计算净雨深；

根据降雨统计资料，输入“各标准历史暴雨成果“，根据内置”降雨雨型“分布，形成降雨历史数据；根据统计的地类性质及降雨分布，采用双曲正切模型以及图解法计算净雨深，输出数据表。

净雨过程分析单元，用于根据净雨分配图以及净雨深，采用预设算法计算时段净雨；输出时段净雨过程数据表。

设计洪水计算单元，用于流域防洪治理工程、洪水预报中洪水淹没范围模拟输入条件；

所述设计洪水计算单元可分别设置基本参数输入模块、计算模块、合理性分析模块三部分。基本参数输入模块可以直接调用流域特征参数如河长、坡度、流域面积等统计结果；计算模块中的内置计算程序及方法包括排涝模数法、瞬时单位线法、推理公式法、多点汇流法，选择一种方法既可以生产对应的设计洪水洪峰流量计算结果；合理性分析模块包括多方法成果对比分析与水文站实测值验证分析两部分。通过统计不同方法洪峰流量计算成果之间差值百分率(或者分析设计洪峰计算值与水文站实测值差值百分率)，验证设计洪水计算成果是否正确、合理。其中水文站实测时可以直接从“监测数据收录单元中”选择，设计洪水计算是流域防洪治理工程、洪水预报中洪水淹没范围模拟的关键基础数据。

水资源分析及预测单元，用于分析现状水资源及水资源短缺预测；

所述水资源分析及预测单元包括水资源调查与水资源预测两部分，旨在分析现状水资源及水资源短缺预测。水资源调查模块主要分析水资源总量(包括降雨、地表水、地下水、外引水、海水、再生水厂尾水)、用水调查(包括农业、工业、第三产业与生活用水)。水资源预测模块包括用水预测及短缺风险综合评价。用水预测模块在用水调查数据基础上，采用指数拟合法预测未来农业、工业及第三产业与生活用水。短缺综合评价采用模糊综合评价法选取水资源总量、降雨、农业、工业及第三产业与生活用水作为风险影响因子，分析水资源短缺风险等级与关键影响因子。

水面线计算单元，用于根据水流能量方程计算水面线；

洪淹没预报单元，用于形成淹没分析图及分洪/水库水位～流量调度表，根据预报降雨预测洪水过程、淹没范围，结果以图片、表格形式输出，为管理部分提供决策依据。调用设计洪水计算的流量过程，输入流域范围内地形图、入流边界条件、分洪/水库控制水位～流量条件，模拟不同重现期洪水过程淹没范围，形成淹没分析图及分洪/水库水位～流量调度表。在越来越精准的天气预报模式下，该模块可以根据预报降雨预测洪水过程、淹没范围，结果以图片、表格形式输出，结果直观，为管理部分提供决策依据。

具体地，根据水流能量方程计算水面线包括：

调用设计洪水计算单元的洪峰流量，输入河道主槽断面数据，根据水流能量方程计算水面线；明渠非恒定流方程采用水位-流量关系表示为：

其中，Z为水位；t为时间坐标；B为模化宽度；Q为流量；x为沿程断面坐标；q为旁侧出流单宽流量：g为重力加速度；A为过流面积；C为谢才系数；R水力半径。

作为一种优选的实施方式，所述设计洪水计算单元包括，基本参数输入模块、计算模块、合理性分析模块，其中，

基本参数输入模块，调用所述流域特征参数统计结果；

计算模块中的内置计算程序及方法包括排涝模数法、瞬时单位线法、推理公式法或多点汇流法，用于生成对应的设计洪水洪峰流量计算结果；

合理性分析模块包括多方法成果对比分析与水文站实测值验证分析两部分，通过统计不同方法洪峰流量计算成果之间差值百分率，验证设计洪水计算成果是否合理。

具体地，所述水资源分析及预测单元包括：

水资源调查模块，用于分析水资源总量，包括降雨、地表水、地下水、外引水、海水、再生水厂尾水，所述水资源调查模块还用于用水调查，包括农业、工业、第三产业与生活用水；

水资源预测模块，用于用水预测及短缺风险综合评价。

具体地，展示水文分析结果通过流域分析图、计算成果表及计算成果曲线图进行展示。

具体地，所述实测监测数据包括，水文测站坐标位置、水位与流量、水质信息。

具体地，所述水文监测数据收录模块与水文分析模块进行信息交互，验证计算成果合理性。目前采用水表、流量计、水位计、雨量计、水质计等测量设备监测水位、流量、地表水水量、以及地下水水量、水质(主要包括氨氮、BOD、COD、SS、总氮、总磷等指标)等参数，并传输至移动终端存储。该部分监测数据留存后作为水文统计年鉴修编基础资料，同时可以调用实测监测数据验证上述步骤计算过程，进行参数率定。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。