一种水利规划建设综合评估方法

技术领域

本发明涉及水利工程的技术领域，具体为一种水利规划建设综合评估方法。

背景技术

在当今社会，水利规划建设作为关系到国家水资源安全、防洪减灾、生态环境保护等重要领域，对于实现可持续发展目标具有重要意义；具体而言，水利规划建设涉及到诸多方面，其中水闸作为水利工程中的关键组成部分，不仅关系到水域的流量控制，还直接影响到周边地区的水文环境和水利设施的安全性。

因此，对水利规划建设中的水闸进行综合评估，既包括了地理信息、水文特征的考虑，也涉及到水闸结构的安全性和运行稳定性的综合分析，然而在传统的水利规划建设中，在考虑门闸的建设管控时，往往仅依据当地的地势情况对门闸进行规划管控，但对于液压冲击、结构受力等关键数据的获取和分析，还相对滞后，难以及时获取并应用于实际工程决策中。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种水利规划建设综合评估方法，解决了上述背景技术中提到的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种水利规划建设综合评估方法，包括以下步骤，步骤一、预先获取待规划的水利建闸区域的电子地图，并将水利建闸区域划分为若干组分支区域并做标记，再以随机采样的形式获取n组分支区域内相关地势地貌数据信息，以锁定水闸建设位置，并监测水闸开启或关闭时由于液体运动惯性而产生的相关液压冲击数据信息以及水闸结构受力数据信息；

步骤二、设定水位监测点并实时监测液位变化幅度，结合预先设置的变化阈值K，确定水闸的开启和关闭条件；

步骤三、将步骤一中相关地势地貌数据信息、相关液压冲击数据信息以及水闸结构受力数据信息均进行数据预处理，并利用无量纲处理技术对预处理后的数据信息进行单位的标准化处理；

步骤四、将步骤三中处理后的数据信息进行统一特征提取，分别获得：水位差值Swc、地面斜度Dxdz、闸门平整度Pzdz、闸门运行速度Yxsd以及水压力值Sylz，并通过学习计算，获取分布影响系数Fbxs和结构受力系数Jgxs，将所述闸门平整度Pzdz与所述闸门运行速度Yxsd相关联，获取液压冲击因子Yyyz，并结合以往的相关液压冲击数据信息，利用统计学算法，计算获取平均液压冲击值Pjcj，将所述分布影响系数Fbxs与所述结构受力系数Jgxs相关联，并经过无量纲处理后，获取水闸管控指数Gkzs，所述水闸管控指数Gkzs通过以下公式获取：

；

式中，Jxcs表示为检修次数，f

步骤五、预先设置管控阈值Q，并将所述水闸管控指数Gkzs与所述管控阈值Q进行对比分析，获取相应的综合管理报表。

优选的，利用图像采集设备，拍摄获取待规划的水利建闸区域的电子地图，并对水利建闸区域划分为若干组分支区域并做标记，分别标记为第一分支区域q1、第二分支区域q2、...、第x分支区域qx，并且x≥n；

其中，相关地势地貌数据信息包括地下水位、地下水流方向、地下水脉络变化、河道宽度、地势的起伏、山脊、沟谷、水位变化以及地面斜度数据信息；

相关液压冲击数据信息包括流体流速、液体流量、水体的高度、液压力、流体密度、闸门的开启速度、闸门的关闭速度、闸门的开启时间节点以及水温数据信息；

水闸结构受力数据信息包括水闸基座和地基承受的压力和承载能力、流体动压以及风载荷数据信息。

优选的，根据水利建闸区域的电子地图，选取水位监测点，并在时间轴上观测液位幅度Ywfd，将所述液位幅度Ywfd与所述变化阈值K进行对比分析，判定水闸的开启和关闭条件；

将所述液位幅度Ywfd大于或等于所述变化阈值K时，此时水闸将处于开启状态；

将所述液位幅度Ywfd小于所述变化阈值K时，此时水闸将处于关闭状态。

优选的，利用数据预处理技术，将相关地势地貌数据信息、相关液压冲击数据信息以及水闸结构受力数据信息进行识别和消除错误、异常值或噪音数据信息，并对数据进行归一化和标准化处理，从其中提取有用的特征数据；

并依据无量纲处理技术，将预处理后的相关数据信息进行标准化，并使用标准化方法使其具有统一的尺度，其中，标准化方法包括Z-score标准化，将预处理后的相关数据信息转化为均值为0和标准差为1的标准正态分布。

优选的，将所述水位差值Swc与所述地面斜度Dxdz相关联，并经过无量纲处理后，获取分布影响系数Fbxs，所述分布影响系数Fbxs通过以下公式获取：

；

式中，Hlkd表示为河道宽度，i表示为水位差值Swc的比例系数，h表示为地面斜度Dxdz的比例系数，k表示为河道宽度Hlkd的比例系数，其中，0.10≤i≤0.22，0.12≤h≤0.35，0.23≤k≤0.42，且0.50≤i+h+k≤0.85，V表示为常数修正系数。

优选的，将所述闸门平整度Pzdz与所述闸门运行速度Yxsd相关联，并经过无量纲处理后，获取液压冲击因子Yyyz，所述液压冲击因子Yyyz通过以下公式获取：

；

式中，Laxz表示为流速差值，a

优选的，通过抽取历史时间轴内的每周、每月或者每季度内相关液压冲击数据信息，获取第一液压冲击因子Yyyz

将所述液压冲击因子Yyyz与所述平均液压冲击值Pjcj进行对比，判断当前河道内部的液压冲击是否正常：

若所述液压冲击因子Yyyz大于或等于所述平均液压冲击值Pjcj时，表示为当前河道内部的液压冲击处于正常状态；

若所述液压冲击因子Yyyz小于所述平均液压冲击值Pjcj时，表示为当前河道内部的液压冲击处于非正常状态。

优选的，将所述液压冲击因子Yyyz与所述水压力值Sylz，并经过无量纲处理后，获取结构受力系数Jgxs，所述结构受力系数Jgxs通过以下公式获取：

；

式中，Slsz表示为水流速度，

优选的，将所述水闸管控指数Gkzs与所述管控阈值Q进行对比分析，获取相应的综合管理报表：

若所述水闸管控指数Gkzs大于所述管控阈值Q时，即Gkzs＞Q时，表示为当前水利建设处于非正常状态，此时将加强监测，同时调节水闸的开度，以增加泄洪流量；

若所述水闸管控指数Gkzs等于所述管控阈值Q时，即Gkzs＝Q时，表示为当前水利建设的管控处于正常工作状态，但仍需要系统保持持续监测、优化水流调度、每周定期例行检查和维护状态；

若所述水闸管控指数Gkzs小于所述管控阈值Q时，即Gkzs＜Q时，表示为当前水利建设的管控处于安全的状态，每月进行两次的定期维护。

优选的，通过相应的综合管理报表进行实时跟踪和记录，对整改过程进行监控和记录，包括整改过程中的具体时间点、相应策略的调整进展和实际实施情况，并生成整改日志。

本发明提供了一种水利规划建设综合评估方法，具备以下有益效果：

（1）该一种水利规划建设综合评估方法，通过无人机低空慢行捕获待规划水利建闸区域，并生产电子地图，获取地形地貌数据信息，采用随机采样方式获取多组分支区域数据，能够更精准地锁定水闸建设位置，进一步确保规划的水利建闸位置符合地理和地质条件；设定水位监测点，结合变化阈值K，实时监测液位变化，进一步判定水闸的开启和关闭条件可以在流量控制的稳定和安全范围内进行；通过对比分析水闸管控指数Gkzs和管控阈值Q，生成相应的综合管理报表，为水利规划建设提供了清晰的指导意见和决策支持。总之，该方法相对于现有技术来说，水闸作为水利工程中的关键组成部分，综合考虑到了门闸的地理信息、自身结构以及水体对门闸结构的预影响，为水利规划建设综合评估又献出了一份力。

（2）该一种水利规划建设综合评估方法，通过流速计、水平仪以及加速度传感器等多种监测仪器采集水闸结构受力数据信息，计算结构受力系数Jgxs，能够及时了解水流对水闸结构的影响，有助于预防潜在的结构受力问题；结合水闸管控指数Gkzs与管控阈值Q的比对，生成综合管理报表，该报表能够清晰呈现水利建设的当前状态，便于管理者实时跟踪和监控水闸运行状况，及时发现非正常状态；通过对地形、水位、液体运动、液压冲击和结构等多方面数据的综合分析，为水利规划建设提供全面评估，有助于优化工程设计和提高水利工程的安全性和效益。

附图说明

图1为本发明一种水利规划建设综合评估方法框图流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

实施例1：请参阅图1，本发明提供一种水利规划建设综合评估方法，包括以下步骤，步骤一、预先获取待规划的水利建闸区域的电子地图，并将水利建闸区域划分为若干组分支区域并做标记，再以随机采样的形式获取n组分支区域内相关地势地貌数据信息，以锁定水闸建设位置，并监测水闸开启或关闭时由于液体运动惯性而产生的相关液压冲击数据信息以及水闸结构受力数据信息；

步骤二、设定水位监测点并实时监测液位变化幅度，结合预先设置的变化阈值K，确定水闸的开启和关闭条件，以保证流量控制的稳定和安全；

步骤三、将步骤一中相关地势地貌数据信息、相关液压冲击数据信息以及水闸结构受力数据信息均进行数据预处理，并利用无量纲处理技术对预处理后的数据信息进行单位的标准化处理；

步骤四、将步骤三中处理后的数据信息进行统一特征提取，分别获得：水位差值Swc、地面斜度Dxdz、闸门平整度Pzdz、闸门运行速度Yxsd以及水压力值Sylz，并通过学习计算，获取分布影响系数Fbxs和结构受力系数Jgxs，将所述闸门平整度Pzdz与所述闸门运行速度Yxsd相关联，获取液压冲击因子Yyyz，并结合以往的相关液压冲击数据信息，利用统计学算法，计算获取平均液压冲击值Pjcj，将所述分布影响系数Fbxs与所述结构受力系数Jgxs相关联，并经过无量纲处理后，获取水闸管控指数Gkzs，所述水闸管控指数Gkzs通过以下公式获取：

；

式中，Jxcs表示为检修次数，f

步骤五、预先设置管控阈值Q，并将所述水闸管控指数Gkzs与所述管控阈值Q进行对比分析，获取相应的综合管理报表。

本实施例中，通过获取待规划水利建闸区域的地形地貌数据信息，采用随机采样方式获取多组分支区域数据；设定水位监测点，结合变化阈值K，实时监测液位变化，进一步判定水闸的开启和关闭条件可以在流量控制的稳定和安全范围内进行；同时，监测液压冲击数据，可以进一步提高对液体运动惯性产生的冲击力的实时感知能力，以便后期对门闸的精准管控；通过统一特征提取和学习计算，获取了多个特征参数，如水位差值Swc、地面斜度Dxdz、闸门平整度Pzdz、闸门运行速度Yxsd和水压力值Sylz等，综合考虑了地理、水文和结构等多方面因素，进一步提高了评估的全面性和综合性。通过对比分析水闸管控指数Gkzs和管控阈值Q，生成相应的综合管理报表，为水利规划建设提供了清晰的指导意见和决策支持。

实施例2：请参照图1，具体的：利用图像采集设备，此处的图像采集设备包括无人机设备，通过低空慢行的拍摄获取待规划的水利建闸区域的电子地图，并对水利建闸区域划分为若干组分支区域并做标记，分别标记为第一分支区域q1、第二分支区域q2、...、第x分支区域qx，并且x≥n；

其中，相关地势地貌数据信息包括地下水位、地下水流方向、地下水脉络变化、河道宽度、地势的起伏、山脊、沟谷、水位变化以及地面斜度数据信息；

相关液压冲击数据信息包括流体流速、液体流量、水体的高度、液压力、流体密度、闸门的开启速度、闸门的关闭速度、闸门的开启时间节点以及水温数据信息；

其中，流体流速是指水流通过水闸时的速度；液体流量表示在单位时间内通过水闸的水量；液压力是指水体对水闸结构施加的压力；流体密度表示单位体积的液体质量；

水闸结构受力数据信息包括水闸基座和地基承受的压力和承载能力、流体动压以及风载荷数据信息。

其中，风载荷数据包括风对水闸的作用力和压力；流体动压是由于水流速度变化引起的动态压力，并且记录流体动压有助于理解水流在水闸结构上产生的动力效应。

根据水利建闸区域的电子地图，选取水位监测点，并在时间轴上观测液位幅度Ywfd，将所述液位幅度Ywfd与所述变化阈值K进行对比分析，判定水闸的开启和关闭条件；

将所述液位幅度Ywfd大于或等于所述变化阈值K时，此时水闸将处于开启状态；

将所述液位幅度Ywfd小于所述变化阈值K时，此时水闸将处于关闭状态。

本实施例中，通过图像采集设备，能够高效地获取水利建闸区域的电子地图，对该区域进行划分和标记，如第一分支区域q1和第二分支区域q2等，为后续的综合评估提供了具体区域的基础信息，这有益于更精准地了解水利建闸区域的地理分布和特征；通过选取水位监测点，我们能够实时监测液位变化，形成液位幅度Ywfd，将液位幅度Ywfd与设定的变化阈值K进行对比分析，可判定水闸的开启和关闭条件，这一步骤为流量控制的稳定和安全提供了实时的监测手段。

实施例3：请参照图1，具体的：利用数据预处理技术，将相关地势地貌数据信息、相关液压冲击数据信息以及水闸结构受力数据信息进行识别和消除错误、异常值或噪音数据信息，并对数据进行归一化和标准化处理，从其中提取有用的特征数据，以减少数据的维度和复杂性；

并依据无量纲处理技术，将预处理后的相关数据信息进行标准化，并使用标准化方法使其具有统一的尺度，其中，标准化方法包括Z-score标准化，将预处理后的相关数据信息转化为均值为0和标准差为1的标准正态分布，确保数据在相同的尺度上，便于后续分析和比较。

实施例4：请参照图1，具体的：将所述水位差值Swc与所述地面斜度Dxdz相关联，并经过无量纲处理后，获取分布影响系数Fbxs，所述分布影响系数Fbxs通过以下公式获取：

；

式中，Hlkd表示为河道宽度，i表示为水位差值Swc的比例系数，h表示为地面斜度Dxdz的比例系数，k表示为河道宽度Hlkd的比例系数，其中，0.10≤i≤0.22，0.12≤h≤0.35，0.23≤k≤0.42，且0.50≤i+h+k≤0.85，V表示为常数修正系数。

上述的河道宽度Hlkd通过测距仪进行采集获取；

水位差值Swc指的是在一段时间内河道中水位高低变化的差值，并通过红外线传感器进行采集获取；

地面斜度Dxdz指的是河道内河底内半剖面的斜度，并通过激光测距传感器进行采集获取，具体内容包括：LIDAR技术利用激光束对地面进行扫描，通过测量激光束的返回时间和方向，可以获取地面的高程信息，通过在河道内进行激光扫描，可以得到河底半剖面的高程数据，从而计算地面斜度Dxdz。

将所述闸门平整度Pzdz与所述闸门运行速度Yxsd相关联，并经过无量纲处理后，获取液压冲击因子Yyyz，所述液压冲击因子Yyyz通过以下公式获取：

；

式中，Laxz表示为流速差值，a

上述的流速差值Laxz指的是在闸门进行开启或关闭的前后，河道内水流的速度变化，并且通过流速计进行采集获取；

闸门平整度Pzdz指的是闸门表面的平整程度，并通过水平仪进行采集获取；

闸门运行速度Yxsd指的是闸门开启或关闭的过程中运行的速度，并且通过加速度传感器进行采集获取，其中加速度传感器可以测量门闸的加速度，通过对加速度的积分可以得到速度，安装加速度传感器在闸门上，可以实时监测运动状态，包括闸门运行速度Yxsd。

通过抽取历史时间轴内的每周、每月或者每季度内相关液压冲击数据信息，获取第一液压冲击因子Yyyz

将所述液压冲击因子Yyyz与所述平均液压冲击值Pjcj进行对比，判断当前河道内部的液压冲击是否正常：

若所述液压冲击因子Yyyz大于或等于所述平均液压冲击值Pjcj时，表示为当前河道内部的液压冲击处于正常状态；

若所述液压冲击因子Yyyz小于所述平均液压冲击值Pjcj时，表示为当前河道内部的液压冲击处于非正常状态。

本实施例中，利用激光测距传感器、流速计以及无人机等设备获取的地形地貌数据，包括河底半剖面的高程信息，提供了对水利建闸区域地势起伏和河流水位变化等细致的了解；通过红外线传感器、流速计和水位监测点，实时监测水位变化、水流速度Slsz和流量，为准确掌握水流状况提供了基础数据；并根据相关液压冲击数据信息，获取液压冲击因子Yyyz，进而计算平均液压冲击值Pjcj，有助于判断河道内的液压冲击是否正常，以及评估水闸运行中的压力和动力效应；通过水平仪、编码器等传感器，实时监测闸门平整度和运行速度，为评估水闸结构的稳定性和运动特性提供数据支持。

实施例5：请参照图1，具体的：将所述液压冲击因子Yyyz与所述水压力值Sylz，并经过无量纲处理后，获取结构受力系数Jgxs，所述结构受力系数Jgxs通过以下公式获取：

；

式中，Slsz表示为水流速度，

上述的水流速度Slsz通过加速度传感器进行采集获取；

将所述水闸管控指数Gkzs与所述管控阈值Q进行对比分析，获取相应的综合管理报表：

若所述水闸管控指数Gkzs大于所述管控阈值Q时，即Gkzs＞Q时，表示为当前水利建设处于非正常状态，水闸正在面临较大的压力或异常情况，此时将加强监测，同时调节水闸的开度，以增加泄洪流量；

若所述水闸管控指数Gkzs等于所述管控阈值Q时，即Gkzs＝Q时，表示为当前水利建设的管控处于正常工作状态，管控情况良好。在正常情况下，水流、水位等参数处于安全范围内，水闸管控指数与设定的阈值相匹配，但仍需要系统保持持续监测、优化水流调度、每周定期例行检查和维护状态；

若所述水闸管控指数Gkzs小于所述管控阈值Q时，即Gkzs＜Q时，表示为当前水利建设的管控处于安全的状态，每月进行两次的定期维护，确保水闸的正常工作并提高其响应能力。

通过相应的综合管理报表进行实时跟踪和记录，对整改过程进行监控和记录，包括整改过程中的具体时间点、相应策略的调整进展和实际实施情况，并生成整改日志。

本实施例中，通过采集水闸结构受力数据信息，计算结构受力系数Jgxs，能够及时了解水流对水闸结构的影响，有助于预防潜在的结构受力问题；结合水闸管控指数Gkzs与管控阈值Q的比对，生成综合管理报表，该报表能够清晰呈现水利建设的当前状态，便于管理者实时跟踪和监控水闸运行状况，及时发现非正常状态；通过生成整改日志，系统记录整改过程的具体时间点、策略调整进展和实际实施情况，为后续决策提供历史数据和经验教训。

示例：一个某某水利规划工程，该工程引入了一种水利规划建设综合评估方法，以下是为某某水利规划工程的示例：

数据采集：水位差值Swc为12；地面斜度Dxdz为21；河道宽度Hlkd为39；i为0.15；h为0.25；k为0.23；V为2；闸门平整度Pzdz为68%；闸门运行速度Yxsd为23.2；流速差值Laxz为12.3；a

通过以上数据，可以进行以下计算：

分布影响系数Fbxs=

液压冲击因子Yyyz=

结构受力系数

水闸管控指数Gkzs=

此时，平均液压冲击值Pjcj大于液压冲击因子Yyyz，表示为当前河道内部的液压冲击处于非正常状态；

若管控阈值Q为25时，则此时水闸管控指数Gkzs大于管控阈值Q，表示为当前水利建设处于非正常状态，此时将加强监测，同时调节水闸的开度，以增加泄洪流量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。