本发明涉及水文监测，特别涉及一种用于水文工程的水文情势变化分析方法及系统。
背景技术：
1、传统的水文情势分析方法多依赖于经验和简单的统计模型，难以适应复杂的水文环境变化，监测设备的空间和时间分辨率通常较低，难以实现对水文要素的实时监测和全面覆盖。在处理大规模水文数据时，表现出计算能力不足，地面监测数据与遥感数据整合存在障碍，限制了对水文情势的全面分析，难以提供多维度的信息支持。随着数据量的增加，传统系统出现处理延迟或崩溃，无法及时完成水文情势的分析和预测，由于缺乏实时监测和动态更新机制，导致在极端事件发生时，无法提供及时有效的预警和应对措施。
技术实现思路
1、基于此，本发明有必要提供一种用于水文工程的水文情势变化分析方法及系统，以解决至少一个上述技术问题。
2、为实现上述目的，一种用于水文工程的水文情势变化分析方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：获取水文监测区域遥感数据，并根据水文监测区域遥感数据进行河道形态变化分析，从而获得河道形态变化数据；
4、步骤s2：获取水文设备测量信息数据，并根据水文设备测量信息数据进行水体断面特征提取以及水流流速特征提取，从而获得水体断面数据以及水流流速数据；根据水体断面数据以及水流流速数据进行水流流量分析，从而获得水流流量数据；
5、步骤s3：根据水文设备测量信息数据进行断面方位分类，从而获得左断面水文设备测量信息数据以及右断面水文设备测量信息数据；根据左断面水文设备测量信息数据以及右断面水文设备测量信息数据进行断面形态分析，从而获得断面形态数据；根据断面形态数据进行水动力模型构建，从而获得水动力模型数据；
6、步骤s4：根据水体断面数据以及水流流量数据进行流速关系线计算，从而获得流速关系线数据；根据河道形态变化数据以及断面形态数据对流速关系线数据进行动态校正，从而获得流速关系线动态校正数据；
7、步骤s5：根据水动力模型数据以及流速关系线动态校正数据进行水文情势预测，从而获得水文情势预测数据，并上传至水文工程管理平台，以执行水文情势预测任务。
8、本发明通过遥感技术获取的河道数据能够覆盖较大区域，提供高分辨率的地形信息，有助于识别和分析河道的形态变化，遥感数据可以快速更新，及时反映河道在不同时间段的变化，支持动态监测，河道形态变化数据为水资源管理、生态恢复和防洪规划提供科学依据，提升决策的准确性。通过水文设备的实时测量，可以准确获取水体断面特征和流速数据，增强数据的可靠性，综合水体断面和流速数据进行流量分析，有助于深入理解水流动态，为水资源调配和洪水预警提供支持。通过断面方位分类，将水文数据分为左断面和右断面，便于系统化分析，增强数据处理的有效性，基于断面形态数据构建水动力模型，为后续的水文情势预测提供模拟基础，提升预测的科学性和可靠性。通过动态校正流速关系线，能够适应河道形态的变化，提高流速预测的准确性，增强模型的适应性，这种校正机制有助于及时反映水文情势变化，为管理部门提供最新的水流状态信息。综合水动力模型数据和流速关系线动态校正数据，实现全面的水文情势预测，为管理部门提供科学依据，将预测数据上传至水文工程管理平台，促进信息的实时共享，提高各级管理部门的协同工作效率，通过实时监测和动态更新，能够在极端天气事件发生时，及时发出预警，增强防洪抗灾能力。
9、可选地，步骤s1具体为：
10、步骤s11：获取水文监测区域遥感数据，并根据水文监测区域遥感数据进行波段类型划分，从而获得绿色波段数据以及近红外波段数据；
11、步骤s12：根据绿色波段数据以及近红外波段数据进行波段反射率统计，从而获得高反射率绿色波段数据以及低反射率近红外波段数据；
12、步骤s13：根据高反射率绿色波段数据以及低反射率近红外波段数据进行水体遥感指数计算，从而获得水体遥感指数数据；
13、步骤s14：根据水体遥感指数数据对水文监测区域遥感数据进行河道区域特征提取，从而获得河道区域数据；
14、步骤s15：根据河道区域数据进行河道形态变化分析，从而获得河道形态变化数据。
15、本发明通过遥感技术获取的波段数据可以覆盖大面积区域，快速收集水文信息，尤其适合监测难以到达的区域，将波段细分为绿色波段和近红外波段，有助于针对性地分析水体及其周边环境，提升数据的专业性和适用性。对绿色波段和近红外波段进行反射率统计，有助于量化水体的特性，提供水体健康状况的参考指标，高反射率绿色波段和低反射率近红外波段的数据可为后续分析提供更准确的基础，提高数据的可信度。通过计算水体遥感指数，能够有效区分水体和其他地表物质，提高水体提取的准确性，水体遥感指数为水体变化、污染监测和生态评估提供了重要指标，有助于实现实时环境监控。基于水体遥感指数进行河道区域特征提取，有助于识别河道的空间特征、宽度、深度等重要参数，为进一步分析奠定基础，通过提取河道区域数据，能够将遥感信息与地面数据相结合，解决传统方法在数据整合方面的不足。通过对河道形态变化进行分析，可以及时识别河道演变趋势，支持河道管理和防洪措施的制定，河道形态变化数据为水资源管理提供了科学依据，有助于评估河道对气候变化的响应，提升防灾减灾能力。
16、可选地，步骤s15具体为：
17、步骤s151：根据河道区域数据进行遥感点云生成，从而获得河道区域点云数据；
18、步骤s152：根据河道区域点云数据进行河道数字高程模型构建，从而获得河道数字高程模型；
19、步骤s153：根据河道数字高程模型进行河床高程特征提取，从而获得河床高程数据；
20、步骤s154：根据河床高程数据进行河床坡度计算，从而获得河床坡度数据；
21、步骤s155：根据河床坡度数据进行坡度变化分析，从而获得河床坡度增加数据以及河床坡度减少数据；
22、步骤s156：根据河床坡度增加数据以及河床坡度减少数据对河道区域数据进行河道形态分类，从而获得河道侵蚀区域数据和河道沉积区域数据；
23、步骤s157：根据河道侵蚀区域数据和河道沉积区域数据进行河道形态变化区域整合，从而获得河道形态变化数据。
24、本发明通过生成河道区域的点云数据，可以获得高精度的三维地形信息，提升对河道特征的识别能力，点云数据能够覆盖大范围区域，为后续分析提供全面的基础数据。河道数字高程模型（dem）提供了河道地形的三维表示，有助于更直观地理解河道形态及其变化，通过数字高程模型，能够快速进行各种地形分析，减少手动处理的复杂性。从数字高程模型中提取河床高程数据，能够更精确地反映河床的真实状况，为后续分析奠定基础，河床高程特征的获取有助于评估河道的生态环境变化，支持生态保护措施的制定。通过计算河床坡度，能够提供关于水流方向、流速及水动力学的重要信息，增强对河道行为的理解，坡度数据为河道工程设计、治理措施提供科学依据，帮助优化水资源管理。通过分析坡度的增加和减少，可以识别出河床的侵蚀和沉积现象，帮助监测河道稳定性，坡度变化分析能够为水文情势的变化提供预警，支持防灾减灾措施的提前制定。根据坡度数据进行河道侵蚀和沉积区域的分类，能够明确不同区域的特征，有助于针对性治理，河道形态分类结果为生态管理和保护措施提供重要依据，促进水资源的可持续利用。整合侵蚀和沉积区域的数据，能够全面评估河道形态变化，为政策制定提供科学支持，通过持续的形态变化数据整合，有助于建立长期的河道监测体系，提高对水文情势变化的应对能力。
25、可选地，步骤s2具体为：
26、步骤s21：获取水文设备测量信息数据，并根据水文设备测量信息数据进行水体断面特征提取以及水流流速特征提取，从而获得水体断面数据以及水流流速数据；
27、步骤s22：根据水体断面数据进行断面宽度特征提取以及断面深度特征提取，从而获得断面宽度数据以及断面深度数据；
28、步骤s23：根据断面宽度数据以及断面深度数据进行水体断面面积计算，从而获得水体断面面积数据；
29、步骤s24：根据水文监测区域遥感数据进行水体沙土分布分析，从而获得水体沙土分布数据；
30、步骤s25：根据水体沙土分布数据进行沙土糙率系数计算，从而获得水体沙土糙率系数数据；
31、步骤s26：根据水体沙土糙率系数数据以及水流流速数据进行水流流速分布图绘制，从而获得水流流速分布图；
32、步骤s27：根据水流流速分布图以及水体断面面积数据进行水流流量计算，从而获得水流流量数据。
33、本发明通过水文设备的实时测量，可以获取高质量的水体断面和流速特征数据，为后续分析奠定坚实基础，实时数据的获取有助于捕捉水文要素的变化，支持及时的水资源管理和应急响应。提取断面宽度和深度特征，有助于全面了解水体的形态特征，为水流行为分析提供必要参数，宽度和深度特征的整合使得水体的几何特性得到量化，有助于提高模型的准确性。水体断面面积是水流分析的重要参数，有助于进一步的流量计算和水动力学研究，准确的断面面积计算为水动力模型提供必要的输入，提高流量和流速预测的可靠性。分析水体沙土分布能够揭示河床特性，支持对生态环境变化的评估，帮助保护水生生态系统，沙土分布数据为河道治理、岸线管理和水资源优化利用提供科学依据。计算沙土糙率系数有助于理解水流与河床之间的相互作用，为流速和流量模型提供重要参数，糙率系数的变化反映了河床的动态特性，有助于制定相应的生态管理措施。水流流速分布图为水流行为提供直观展示，有助于更好地理解水流的空间变化特征，流速分布图为水资源管理、洪水预警和生态修复提供重要的视觉信息支持。水流流量数据是水文分析的核心指标，为水资源调配、防洪抗灾和生态管理提供科学依据，通过流量计算与实时数据相结合，能够提升水文监测系统的响应速度和准确性。
34、可选地，步骤s24具体为：
35、步骤s241：根据水文监测区域遥感数据进行水文监测区域像素光谱特征提取，从而获得水文监测区域像素光谱数据；
36、步骤s242：根据水文监测区域像素光谱进行植被指数计算，从而获得植被指数数据；
37、步骤s243：根据植被指数数据以及河道区域数据对水文监测区域遥感数据进行沙土分布划分，从而获得沙土分布数据；
38、步骤s244：获取沙土粒径地面采集数据；
39、步骤s245：根据沙土分布数据以及沙土粒径地面采集数据进行沙土粒径分布计算，从而获得沙土粒径分布数据；
40、步骤s246：根据沙土粒径分布数据对河道区域数据进行水体沙土分布分析，从而获得水体沙土分布数据。
41、本发明通过提取像素光谱特征，可以全面了解水文监测区域的光谱特性，为后续分析提供基础数据，光谱特征有助于区分不同地物类型，提升对水体和土壤特征的识别能力。植被指数能够反映植被生长状况，提供生态环境变化的重要指标，支持生态保护与恢复策略，通过快速计算植被指数，可实现对水文监测区域生态状况的实时监控，帮助评估人类活动的影响。根据植被指数和河道区域数据进行沙土分布划分，可以量化不同区域的沙土特征，为土地管理提供数据支持，沙土分布数据可用于评估水文监测区域的土壤稳定性，帮助制定防洪和生态恢复措施。通过实际采集的沙土粒径数据，可以为遥感分析提供重要的地面真值数据，增强模型的准确性，地面采集的数据补充了遥感数据的不足，提升了整体分析的全面性。计算沙土粒径分布能够揭示土壤物理特性的变化，为流体动力学研究提供基础数据。通过分析水体沙土分布，可以全面掌握水体的沉积特征和水质状况，为水资源管理提供重要信息，水体沙土分布数据有助于实现对水文要素的动态监测和变化分析，提升对极端事件的预警能力。
42、可选地，步骤s246具体为：
43、根据沙土粒径分布数据进行沙土粒径统计，从而获得粗沙粒径分布数据以及细沙粒径分布数据；
44、根据水流流速数据对粗沙粒径分布数据以及细沙粒径分布数据进行沙土搬运模拟，从而获得沙土搬运数据；
45、根据沙土搬运数据进行沙土沉积分析，从而获得沙土沉积数据；
46、根据沙土搬运数据进行沙土悬浮分析，从而获得沙土悬浮数据；
47、根据沙土沉积数据以及沙土悬浮数据进行沙土粒径分布曲线绘制，从而获得沙土粒径分布曲线数据；
48、根据沙土粒径分布曲线数据进行流速分析以及沙土密度计算，从而获得沙土粒径分布流速曲线以及沙土密度数据；
49、根据沙土粒径分布流速曲线以及沙土密度数据进行水土沙土分布分析，从而获得水体沙土分布数据。
50、本发明通过统计粗沙和细沙粒径，可以更好地理解沙土特性，为后续的水土流失和沉积物搬运研究提供关键数据，对不同粒径的沙土进行分类，有助于制定针对性的土地管理和生态恢复策略。基于水流流速数据对沙土搬运的模拟可以揭示在不同流速条件下沙土的搬运特征，帮助预测水流对河道形态的影响，模拟结果为河流管理、岸线保护和水资源调配提供科学依据，有助于制定合理的防治措施。通过分析沙土沉积数据，可以了解河道沉积物的分布和特征，为河道治理和生态修复提供依据，沉积分析有助于判断沙土对水生生态的影响，促进生物多样性的保护。对沙土悬浮情况的分析能够揭示水体中悬浮物的浓度和分布，为水质监测和污染控制提供数据支持，悬浮物的动态变化与水质密切相关，有助于评估人类活动和自然因素对水生态环境的影响。通过绘制沙土粒径分布曲线，直观展示不同粒径的比例关系，便于分析和比较，曲线数据为科研交流提供清晰的图示，促进不同学科之间的合作与沟通。结合流速与沙土密度数据，可以深入理解沙土在水体中的动态行为，为水流与土壤相互作用研究提供基础，流速与密度的分析有助于在不同水文条件下进行沙土管理，提升水资源利用效率。通过水体沙土分布数据的综合分析，可以全面评估水体的沉积物特征及其对生态环境的影响，实时的沙土分布监测有助于提前识别潜在的水土流失风险，为应急管理提供支持。
51、可选地，步骤s3具体为：
52、步骤s31：根据水文设备测量信息数据进行断面方位分类，从而获得左断面水文设备测量信息数据以及右断面水文设备测量信息数据；
53、步骤s32：根据左断面水文设备测量信息数据进行左断面形态分析，从而获得左断面形态数据；
54、步骤s33：根据右断面水文设备测量信息数据进行右断面形态分析，从而获得右断面形态数据；
55、步骤s34：根据左断面形态数据以及右断面形态数据进行断面形态整合，从而获得断面形态数据；
56、步骤s35：根据断面形态数据进行水动力模型构建，从而获得水动力模型数据。
57、本发明通过分类获得左断面和右断面的测量信息，有助于组织和管理水文数据，提高后续分析的准确性和效率，能够为不同断面特征提供独立分析基础，便于比较左右岸的水文特征及其变化。对左断面进行深入的形态分析，提供具体的形态特征数据，有助于理解岸边特征及其对水流的影响，通过左岸的形态特征，有助于评估环境变化对岸边生态和结构的影响，为管理提供数据支持。类似于左断面分析，右断面的形态数据可用于对比左右岸的不同特征，揭示其在水文特性上的异同，为理解整体水流行为提供必要的形态参数，便于后续模型的构建和验证。将左、右断面数据进行整合，形成完整的断面形态数据，为整体河道形态的分析提供综合视角，整合后的数据可用于更复杂的水文模型，提高分析的深度和广度。基于整合后的断面形态数据构建水动力模型，能够模拟水流行为及其对河道形态的影响，为水资源管理提供重要依据，水动力模型为水文情势预测提供科学支撑，帮助制定防洪、灌溉及其他水管理决策，增强应对极端天气的能力。
58、可选地，步骤s32具体为：
59、步骤s321：根据左断面水文设备测量信息数据进行水文周期统计，从而获得左断面枯水期设备测量信息数据以及左断面洪水期设备测量信息数据；
60、步骤s322：根据水文监测区域遥感数据进行左断面堆砌石岸特征提取，从而获得左端面堆砌石岸数据；
61、步骤s323：根据左断面堆砌石岸对左断面枯水期设备测量信息数据进行水流摩擦力分析，从而获得左断面枯水期水流摩擦力数据；
62、步骤s324：根据左端面堆砌石岸对左断面洪水期设备测量信息数据进行水流流动模拟，从而获得左断面洪水期水流流动数据；
63、步骤s325：根据左端面堆砌石岸数据进行堆砌石硬度分析，从而获得堆砌石硬度数据；
64、步骤s326：根据堆砌石硬度数据对左断面洪水期水流流动数据进行水流集中流动分析，从而获得左断面洪水期水流集中流动数据；
65、步骤s327：根据左断面洪水期水流集中流动数据以及左断面枯水期水流摩擦力数据进行水流流速分析，从而获得左断面水流流速数据；
66、步骤s328：根据左断面水流流速数据对左断面堆砌石岸进行沉积物搬运分析，从而获得左断面沉积物搬运数据；
67、步骤s329：根据左断面沉积物搬运数据对左断面堆砌石岸数据进行左断面堆砌石岸形态分析，从而获得左断面形态数据。
68、本发明通过对枯水期和洪水期的设备测量信息进行统计，获得不同时期的水文特征数据，为后续分析奠定基础，准确掌握水文周期变化，有助于制定合理的水资源管理和防灾计划。提取堆砌石岸特征数据，有助于分析其对水流和河道形态的影响，为防护措施提供依据，对岸边特征的了解可促进生态环境的评估和保护。通过摩擦力分析，获得水流在枯水期的行为特征，有助于理解岸边对水流的影响，为水文设施的设计和维护提供重要参数，提升工程安全性。对洪水期水流的流动模拟能够预测潜在风险，帮助制定应急预案，模拟结果可用于动态调整水管理策略，提高应对洪水的能力。硬度数据为堆砌石的使用提供了科学依据，确保防护结构的稳定性，为未来的施工和维护提供指导，确保设计的合理性和可行性。分析洪水期水流的集中流动情况，有助于了解水流对岸边和底床的影响，为局部侵蚀和沉积风险的评估提供依据，帮助提前做好防范措施。流速数据为水流在不同阶段的变化提供清晰的图像，增强对水动力的理解，流速数据可用于制定流域管理和防洪策略，提升水资源利用效率。通过分析沉积物的搬运，有助于了解水流对河床形态和生态环境的影响，识别沉积区域，有助于生态保护和河道修复。通过堆砌石岸的形态分析，提供对整体河道形态的全面了解，为后续管理提供依据，为改善和增强堤岸设计提供数据支持，促进水域环境的可持续发展。
69、可选地，步骤s33具体为：
70、步骤s331：根据右断面水文设备测量信息数据进行右断面水文周期统计，从而获得右断面枯水期设备测量信息数据以及右断面洪水期设备测量信息数据；
71、步骤s332：根据水文监测区域遥感数据进行右断面水草漫滩特征提取，从而获得右断面水草漫滩数据；
72、步骤s333：根据右断面水草漫滩数据对右断面枯水期设备测量信息数据进行流水阻力分析，从而获得右断面流水阻力数据；
73、步骤s334：根据右断面流水阻力数据对右断面水草漫滩数据进行局部积水模拟，从而获得右断面水草漫局部积水数据；
74、步骤s335：根据右断面水草漫滩数据对右断面洪水期设备测量信息数据进行沉积物沉降分析，从而获得沉积物沉降数据；
75、步骤s336：根据右断面水草漫滩数据进行右断面水草漫滩位置特征提取，从而获得右断面水草漫滩位置数据；
76、步骤s337：根据沉积物沉降数据对右断面水草漫滩位置数据进行河床隆起分析，从而获得河床隆起数据；
77、步骤s338：根据河床隆起数据以及右断面水草漫局部积水数据进行断面形态整合，从而获得右断面形态数据。
78、本发明通过获取右断面的枯水期与洪水期的测量数据，为后续分析提供了基础，增强了对水文变化的理解，明确水文周期特征，有助于优化水资源管理策略和洪水应对措施。提取水草漫滩特征数据，增强对生态环境的理解，有助于保护和恢复水生生态系统，为水草漫滩的保护和管理提供科学依据，促进生态平衡。通过对枯水期的流水阻力分析，了解水草对水流的影响，为水流动力学研究提供数据支持，为河道管理提供优化措施，减少水流阻力，提升水流效率。模拟局部积水情况，可以预测在特定条件下出现的积水问题，帮助制定应对方案，为相关水利设施的设计提供参考，确保其在极端条件下的有效性。通过沉积物沉降数据，分析水草漫滩对沉积过程的影响，帮助理解生态和水文交互作用，为流域管理提供沉积情况的动态数据，优化泥沙管理策略。提取漫滩位置特征数据，增强对区域水文特征的空间理解，有助于规划和管理，为水草漫滩的保护和合理利用提供位置数据支持。通过对河床隆起的分析，了解沉积物对河床形态的影响，为河道稳定性提供参考，为河道维护和改进措施提供数据支持，增强河道抵御自然灾害的能力。整合右断面形态数据，全面反映水文特征及其变化，为水利工程的设计和优化提供基础数据，为河道管理提供科学依据，提升应对水文变化的能力。
79、可选地，本说明书还提供一种用于水文工程的水文情势变化分析方法及系统，用于执行如上所述的一种用于水文工程的水文情势变化分析方法，该水文工程的水文情势预测系统包括：
80、河道形态分析模块：用于获取水文监测区域遥感数据，并根据水文监测区域遥感数据进行河道形态变化分析，从而获得河道形态变化数据；
81、水流流量分析模块：用于获取水文设备测量信息数据，并根据水文设备测量信息数据进行水体断面特征提取以及水流流速特征提取，从而获得水体断面数据以及水流流速数据；根据水体断面数据以及水流流速数据进行水流流量分析，从而获得水流流量数据；
82、断面形态分析模块：用于根据水文设备测量信息数据进行断面方位分类，从而获得左断面水文设备测量信息数据以及右断面水文设备测量信息数据；根据左断面水文设备测量信息数据以及右断面水文设备测量信息数据进行断面形态分析，从而获得断面形态数据；根据断面形态数据进行水动力模型构建，从而获得水动力模型数据；
83、流速关系线校正模块：用于根据水体断面数据以及水流流量数据进行流速关系线计算，从而获得流速关系线数据；根据河道形态变化数据以及断面形态数据对流速关系线数据进行动态校正，从而获得流速关系线动态校正数据；
84、水文情势预测模块：用于根据水动力模型数据以及流速关系线动态校正数据进行水文情势预测，从而获得水文情势预测数据，并上传至水文工程管理平台，以执行水文情势预测任务。
85、本发明的用于水文工程的水文情势变化分析系统，该系统能够实现本发明任意一种用于水文工程的水文情势变化分析方法，用于联合各个模块之间的操作与信号传输的媒介，以完成用于水文工程的水文情势变化分析方法，系统内部模块互相协作，从而完成水文情势预测任务。
1.一种用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s1具体为：
3.根据权利要求2所述的用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s15具体为：
4.根据权利要求1所述的用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s2具体为：
5.根据权利要求4所述的用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s24具体为：
6.根据权利要求5所述的用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s246具体为：
7.根据权利要求1所述的用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s3具体为：
8.根据权利要求7所述用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s32具体为：
9.根据权利要求7所述的用于水文工程的水文情势变化分析方法，其特征在于，步骤s33具体为：
10.一种用于水文工程的水文情势变化分析系统，其特征在于，用于执行如权利要求1所述的一种用于水文工程的水文情势变化分析方法，该用于水文工程的水文情势变化分析系统包括：
