一种水文要素与应用场景融合的实时监测系统的制作方法

本发明涉及水文监测，尤其涉及一种水文要素与应用场景融合的实时监测系统。

背景技术：

1、现有的流域水环境监测系统大多侧重于对水位、流量及单一水质指标的数值采集，通常采用固定的阈值报警机制。在自然降雨等复杂气象条件下，地表径流带来的非点源污染会引发水质指标的剧烈波动，导致现有监测系统难以从环境背景中剥离人为污染源的真实信号，极易造成污染监测误报或漏报。同时，现有技术在监测到水质异常后，往往缺乏有效的溯源手段，难以结合水动力特征与排污工况对污染源进行精准定位，导致环境治理工作滞后，无法及时切断污染输入路径。

2、此外，当前流域环境监管平台普遍呈现出“监测、溯源、治理”数据割裂的状态。在面对突发水环境事件时，缺乏与实际工程运行状态（如闸门调度、泵站排涝）深度耦合的模拟推演能力，难以直观评估治理措施对环境质量的改善贡献率。现有的可视化展示通常仅表现点位数据的空间分布，缺乏对污染演变过程、溯源证据链条及治理决策预演的逻辑整合，导致决策者难以迅速获取流域整体态势，无法支撑科学化、精细化的应急辅助决策。

技术实现思路

1、为了弥补以上不足，本发明提供了一种水文要素与应用场景融合的实时监测系统，旨在改善现有监测技术背景噪声识别精度低、污染来源溯源困难以及监测与治理决策之间缺乏有效逻辑整合的问题。

2、本发明提供了如下技术方案，一种水文要素与应用场景融合的实时监测系统，包括：

3、数据感知模块，用于实时获取目标流域内的多源监测数据，所述多源监测数据至少包括水文要素数据、环境气象数据及水工设施工况数据；

4、背景剥离模块，用于基于所述环境气象数据构建动态水质基准线模型，并对所述水文要素数据进行实时背景值剥离，输出环境背景残留值；

5、溯源计算模块，用于基于流域地理拓扑关系，利用所述水工设施工况数据修正水动力模型的边界参数，并结合水动力轨迹反演算法对所述环境背景残留值进行处理，计算目标污染源的因果置信度；

6、预演评估模块，用于基于所述因果置信度及水工设施工况数据构建多维治理干预场景，模拟预设治理措施及水工设施动作指令对水环境质量的响应效果，并输出治理方案的达标评估结果；

7、决策可视化模块，用于将背景值剥离后的水质演变过程、因果置信度及所述达标评估结果进行空间关联映射，通过时空动态图层渲染展示污染溯源与治理决策的证据链。

8、优选地，在所述背景剥离模块中，包括：

9、基线构建单元，用于基于历史时序数据与当前环境气象数据，建立不同降雨强度等级的水质波动动态基准线库；

10、背景剥离单元，用于将实时获取的所述水文要素数据与所述动态基准线库进行匹配，并通过差分算法计算环境背景残留值以实现背景值剥离。

11、优选地，在所述基线构建单元中，建立不同降雨强度等级的水质波动动态基准线库，包括：

12、获取流域历史监测周期的降雨强度数据、对应水位数据及水质指标数据，通过归一化处理构建训练样本集；

13、依据预设的降雨强度分级标准，将所述训练样本集划分为若干降雨强度区间，并对每个区间内的水质指标波动进行拟合，生成各区间对应的初步基准线模型；

14、将实时更新的降雨历时及流域汇流时间参数代入所述初步基准线模型，通过动态加权修正，构建出与实时流域水动力特征相适配的动态基准线库。

15、优选地，在所述背景剥离单元中，通过差分算法计算环境背景残留值以实现背景值剥离，包括：

16、实时提取所述数据感知模块采集的实测水质数据与对应时刻下由所述基线构建单元输出的理论背景值，计算两者间的瞬时残差；

17、引入基于当前流速与弥散系数的时间滞后补偿，对所述瞬时残差进行时延校正，以消除非点源污染在流域传输过程中的时空滞后效应；

18、对校正后的残差序列进行平滑去噪处理，过滤因传感器噪声或瞬时局部扰动产生的异常波动，输出表征人为污染源的真实背景残留值。

19、优选地，在所述溯源计算模块中，包括：

20、水动力模型修正单元，用于基于所述水工设施工况数据调整流域水力边界参数，实现对水动力模型的实时校准；

21、轨迹反演单元，用于基于校准后的水动力模型，结合反向扩散机理，对所述背景残留值进行空间反向追踪，锁定潜在的污染源区域；

22、置信度计算单元，用于基于时空关联性、物理路径连通性及污染物指纹特征，对锁定后的潜在污染源进行打分，输出目标污染源的因果置信度。

23、优选地，在所述水动力模型修正单元中，对水动力模型的实时校准，包括：

24、通过所述水工设施工况数据实时获取闸门开度、泵站流量及水库调度参数，并将上述参数作为动态边界条件代入水力学控制方程；

25、通过实测的水位流量数据对流域糙率系数进行实时动态修正，以使计算出的模拟流场与流域实际水力状态保持一致。

26、优选地，在所述轨迹反演单元中，锁定潜在的污染源区域包括：

27、以实时水质异常监测站点为起点，利用拉格朗日粒子追踪法，结合修正后的水动力场进行反向时间积分推演；

28、根据污染物在水体中的衰减系数与弥散特性，回溯生成污染物的溯源路径轨迹带，并基于流域拓扑结构对该轨迹带内的所有排污口进行关联匹配，确定潜在污染源的候选集合。

29、优选地，在所述置信度计算单元中，对锁定后的潜在污染源进行打分，包括：

30、构建多维加权评价模型，将时空关联性、物理路径连通性及污染物指纹特征分别赋予预设权重；其中，时空关联性依据污染峰值传播时间与水力滞后时间的吻合度计算，物理路径连通性依据各候选污染源与异常监测站点的最短路径连通度计算，污染物指纹特征依据排污特征因子与实测污染物组分的相似度计算；

31、通过加权求和得到各候选污染源的因果置信度数值。

32、优选地，在所述决策可视化模块中，包括：

33、干预场景构建单元，用于基于所述因果置信度及所述水工设施工况数据，构建包括排污截断、流量调度或应急曝气在内的多种治理干预场景，并将各场景下的工程边界参数作为仿真算子；

34、响应效果模拟单元，用于利用水动力模型对所述治理干预场景进行动态推演，计算各场景下下游目标区域的水质指标浓度及达标时间，并输出各治理方案对环境质量改善贡献率的量化评估结果。

35、优选地，在所述预演评估模块中，包括：

36、关联映射单元，用于将所述背景残留值、所述因果置信度以及所述达标评估结果，进行空间坐标对齐与多维数据耦合，构建流域环境综合态势感知图谱；

37、图层渲染单元，用于基于所述综合态势感知图谱，生成动态可视化图层，并通过界面交互指令实现多维度的证据链叙事展示。

38、本发明具有如下有益效果：

39、1、本发明通过建立降雨强度分级的水质动态基准线库，有效整合了历史数据与气象环境背景，利用差分时延校正算法补偿非点源污染的传输滞后，消除了降雨径流产生的背景噪声干扰。该机制显著提升了人为污染信号提取的灵敏度与准确性，确保了在复杂气象条件下水质异常监测的稳定性与可靠性。

40、2、本发明基于实时更新的水工设施工况修正水动力边界，构建了与流域水文特征实时适配的模型环境，结合拉格朗日粒子追踪法实现污染轨迹的反向精准回溯。该方法实现了监测数据与物理路径的深度关联，改变了传统溯源依赖人工经验的局限，确保了污染源锁定过程的科学性，为突发水污染事件的快速处置提供了坚实的证据链支撑。