一种中小河流实时洪水预报系统及方法

1.本发明涉及一种中小河流实时洪水预报系统及方法。


背景技术：

2.中小河流大多位于资料短缺的山丘区，其引发的洪水具有如下特点：
3.1、中小河流流域往往资源缺乏，基于数据驱动的预报模型或方法难以应用，传统基于历时场次洪水的经验预报方法，或基于连续气象水文资料的流域水文预报模型难以有效应用。
4.2、中小河流的洪水突发性强，洪水预报预见期短。
5.3、中小河流洪水常常发生在夜间，洪水发生的时间难以把握。
6.4、汇流时间短以及分布广的特定，无规范可依。
7.中小河流洪水预报首要目的和任务是预警预报，预报方式以自动预报为主，实现及时预警，最大程度避免人员伤亡，减轻灾害损失。
8.目前的中小河流洪水预报系统仅仅起到洪水预报作用，无法对洪水进行泄洪或其他处理，容易造成人员伤亡。


技术实现要素：

9.本发明目的在于针对现有技术所存在的不足而提供一种中小河流实时洪水预报系统及方法的技术方案，通过预报站的设计，可以将支河流与主河流的水流速度和水位高度进行实时监测，当检测的数据大于洪水阈值时，通过控制台可以控制泄洪装置打开，将主河流内的水通过泄洪装置进行泄洪处理，起到预报泄洪的作用，大大提高了对中小河流预报的精度和处理效率，上述预报方法不仅可以解决中小河流的洪水突发性强、洪水预报预见期短、资源缺乏、时间把握难度大的问题，而且可以在预报的同时进行泄洪处理，大大提高了中小河流发生洪水时的安全性，保护人民财产及人身安全。
10.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
11.一种中小河流实时洪水预报系统，其特征在于：包括控制台、预报站和泄洪装置，控制台均与预报站和泄洪装置无线通信连接，预报站沿主河流和支河流分布，泄洪装置设于主河流的下游端；通过预报站的设计，可以将支河流与主河流的水流速度和水位高度进行实时监测，当检测的数据大于洪水阈值时，通过控制台可以控制泄洪装置打开，将主河流内的水通过泄洪装置进行泄洪处理，起到预报泄洪的作用，大大提高了对中小河流预报的精度和处理效率。
12.进一步，预报站包括塔体，塔体的顶部设置有太阳能板、第一无线信号收发器和控制器，塔体内设有蓄电箱，控制器与太阳能板、第一无线信号收发器和蓄电箱电性连接，通过太阳能板的设计，可以将太阳能转化为电能储存在蓄电箱内，蓄电箱为控制器和第一无线信号收发器进行供电，第一无线信号收发器可以将支河流或主河流检测的水流流速和水位高度传输至控制台，由控制台控制泄洪装置进行泄洪。
13.进一步，塔体上设有洪水检测机构，洪水检测机构包括升降板、水流测速仪、液位传感器和驱动组件，水流测速仪通过固定杆连接于升降板的下方，液位传感器设于固定杆上，液位传感器位于水流测速仪的上方，升降板通过驱动组件连接塔体，通过液位传感器检测水位的高度，可以保证水流测速仪位于水面以下，提高对水流检测的精度，液位传感器可以根据水位高度将信号传递至驱动组件，通过驱动组件控制升降板移动，提高检测精度。
14.进一步，驱动组件包括电机、螺杆和导杆，电机和导杆均设于塔体上，电机连接螺杆，升降板通过第一升降块和第二升降块分别连接螺杆和导杆，通过电机带动螺杆旋转，进而可以使第一升降块沿着螺杆上下移动，同步可以经升降板带动第二升降块沿导杆上下移动，实现对升降板高度的调节。
15.进一步，泄洪装置包括泄洪管道、挡水组件、压紧机构、转动机构和助推机构，泄洪管道相互平行分布，且泄洪管道的进水端靠近主河流，泄洪管道固定于底板上，挡水组件通过助推机构连接底板，底板上设置有支撑板，挡水组件的一端连接转动机构，挡水组件的另一端通过压紧机构抵住支撑板，通过助推机构带动挡水组件移动，进而可以使挡水组件沿转动机构转动，实现泄洪管道的导通或关闭，满足泄洪的要求，当挡水组件处于关闭状态时，挡水组件的底部通过支撑板进行支撑，顶部通过压紧机构进行压紧。
16.进一步，挡水组件包括转动板和挡水闸门，挡水闸门固定于转动板的底面上，转动板连接助推机构和转动机构，转动板可以带动挡水闸门移动，挡水闸门用于实现泄洪管道关闭或打开。
17.进一步，助推机构包括第二气缸、第一助推板、第二助推板和耳板，第二气缸固定于底板上，第一助推板通过第二活塞杆连接第二气缸，第二助推板通过助推杆固定连接第一助推板，第二助推板、第一助推板和第二气缸之间设有辅助杆，耳板设于第二助推板的顶部，两个耳板之间设有固定轴，转动板的底面上设有凸块，凸块转动连接于固定轴上，通过第二气缸经第二活塞杆带动第一助推板上下移动，进而可以通过助推杆带动第二助推板同步上下移动，实现对转动板的推动，辅助杆提高了第一助推板和第二助推板移动的稳定性和可靠性，避免发生倾斜而影响第二气缸的工作效率，转动板上可以设置可移动的悬挂块，可以弥补水平方向的位置余量，悬挂块转动连接在固定轴上，耳板与固定轴之间采用固定连接。
18.进一步，转动机构包括第二固定板、第一合页和第二合页，第一合页固定于第二固定板上，第二合页转动连接于第一合页，第二合页固定转动板，第二固定板起到支撑的作用，转动板的一端通过第二合页转动连接第一合页，可以实现转动板的稳定转动。
19.进一步，压紧机构包括第一固定板、支架、衔接块、压紧板和第一气缸，支架和第一气缸均连接于第一固定板上，衔接块转动连接在支架上，压紧板固定于衔接块，第一气缸通过第一活塞杆连接衔接块，第一固定板起到支撑的作用，衔接块可以沿支架转动，满足对转动板的压紧或松开的要求，第一气缸转动连接在第一固定板上，通过第一气缸经过第一活塞杆带动衔接块转动，可以实现压紧板的转动。
20.如上述的一种中小河流实时洪水预报系统的预报方法，其特征在于包括以下步骤：
21.1)测量绘图
22.a、首先通过无人机拍摄主河流与支河流的流向，并对主河流与支河流的分布进行
绘图，有利于清晰的绘制图纸，更合理的分布预报站和泄洪装置的安装位置，提高洪水预报的精度；
23.b、然后通过人工实地检测主河流与支河流的水流流速，确定预报站和泄洪装置的分布位置，在图纸上进行标注，有利于各个预报站和泄洪装置同时施工，并可以实现对支河流与主河流的同步水流速度和水位高度的实时监测；
24.2)预报站分布安装
25.a、首先根据图纸的设计要求在主河流与支河流上的设定位置处做好标记，并清除周边的杂草石块；
26.b、然后在标记的位置修建塔体，塔体可以位于主河流和支河流上，也可以位于主河流、支河流的河岸一侧，使水流穿过塔体即可，确定塔体的整体高度，并在塔体的顶部安装太阳能板、第一无线信号收发器和控制器，同时沿塔体的内部安装蓄电箱；
27.c、接着沿塔体的下部安装螺杆和导杆，螺杆与导杆相互平行，同时在螺杆的顶端安装电机，根据螺杆与导杆之间的间距制作合适的升降板，将升降板通过第一升降块和第二升降块分别连接螺杆和导杆；
28.d、最后沿升降板的底部竖直安装固定杆，沿固定杆的低端安装水流测速仪，同时沿固定杆的侧面安装液位传感器，将液位传感器、水流测速仪、蓄电箱、第一无线信号收发器和太阳能板均与控制器电性连接；
29.e、按上述步骤将预报站沿主河流和支河流上的设定位置依次进行施工安装；
30.3)泄洪装置安装
31.a、首先根据图纸的设计要求沿主河流的下游位置搭建底板，并在底板上固定安装支撑板，支撑板与底板相互垂直连接，再沿底板的顶面中心安装助推机构；
32.b、然后沿底板的两侧分别安装压紧机构和转动机构，在转动机构上安装转动板，沿转动板的底面上挡水闸门；
33.c、接着沿图纸的设定位置安装泄洪管道，使泄洪管道固定安装于底板上，并沿泄洪管道的顶面上位于底板的上方开设闸门口槽，闸门口槽与挡水闸门相匹配；
34.d、最后通过助推机构将转动板沿转动机构转动至水平位置，使挡水闸门完全插入到泄洪管道内，通过压紧机构将转动板的顶面压紧，将助推机构和压紧机构与控制台进行电性连接；
35.4)洪水预报及泄洪
36.a、首先通过各预报站对支河流与主河流进行水流速度和水位高度的实时检测，将检测的数据传递至控制台，控制台将检测的数据与洪水阈值进行比对；
37.b、检测数据小于洪水阈值时，泄洪装置关闭，支河流内的水通过主河流进行输送，当检测数据大于洪水阈值时，泄洪装置打开，使汇聚至主河流的水流通过泄洪装置进行分流。
38.上述预报方法不仅可以解决中小河流的洪水突发性强、洪水预报预见期短、资源缺乏、时间把握难度大的问题，而且可以在预报的同时进行泄洪处理，大大提高了中小河流发生洪水时的安全性，保护人民财产及人身安全。
39.本发明由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
40.1、通过预报站的设计，可以将支河流与主河流的水流速度和水位高度进行实时监
测，当检测的数据大于洪水阈值时，通过控制台可以控制泄洪装置打开，将主河流内的水通过泄洪装置进行泄洪处理，起到预报泄洪的作用，大大提高了对中小河流预报的精度和处理效率。
41.2、通过液位传感器检测水位的高度，可以保证水流测速仪位于水面以下，提高对水流检测的精度，液位传感器可以根据水位高度将信号传递至驱动组件，通过驱动组件控制升降板移动，提高检测精度。
42.3、通过助推机构带动挡水组件移动，进而可以使挡水组件沿转动机构转动，实现泄洪管道的导通或关闭，满足泄洪的要求，当挡水组件处于关闭状态时，挡水组件的底部通过支撑板进行支撑，顶部通过压紧机构进行压紧。
43.4、上述预报方法不仅可以解决中小河流的洪水突发性强、洪水预报预见期短、资源缺乏、时间把握难度大的问题，而且可以在预报的同时进行泄洪处理，大大提高了中小河流发生洪水时的安全性，保护人民财产及人身安全。
附图说明
44.下面结合附图对本发明作进一步说明：
45.图1为本发明一种中小河流实时洪水预报系统及方法中预报站和泄洪装置的分布示意图；
46.图2为本发明中预报站的结构示意图；
47.图3为本发明中泄洪装置的结构示意图；
48.图4为本发明中转动板与转动机构之间的连接示意图；
49.图5为本发明中压紧机构的结构示意图；
50.图6为本发明中转动机构的结构示意图；
51.图7为本发明中助推机构的结构示意图。
52.图中：1-预报站；2-泄洪装置；3-塔体；4-太阳能板；5-第一无线信号收发器；6-控制器；7-蓄电箱；8-升降板；9-固定杆；10-水流测速仪；11-液位传感器；12-第一升降块；13-第二升降块；14-电机；15-螺杆；16-导杆；17-泄洪管道；18-转动板；19-压紧机构；20-转动机构；21-底板；22-支撑板；23-助推机构；24-挡水闸门；25-第一固定板；26-支架；27-衔接块；28-压紧板；29-第一气缸；30-第一活塞杆；31-第二固定板；32-第一合页；33-第二合页；34-第二气缸；35-第二活塞杆；36-第一助推板；37-助推杆；38-第二助推板；39-辅助杆；40-耳板；41-固定轴。
具体实施方式
53.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
54.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
55.需要说明书的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
56.如图1至图7所示，为本发明一种中小河流实时洪水预报系统，包括控制台、预报站1和泄洪装置2，控制台均与预报站1和泄洪装置2无线通信连接，预报站1沿主河流和支河流分布，预报站1包括塔体3，塔体3的顶部设置有太阳能板4、第一无线信号收发器5和控制器6，塔体3内设有蓄电箱7，控制器6与太阳能板4、第一无线信号收发器5和蓄电箱7电性连接，通过太阳能板4的设计，可以将太阳能转化为电能储存在蓄电箱7内，蓄电箱7为控制器6和第一无线信号收发器5进行供电，第一无线信号收发器5可以将支河流或主河流检测的水流流速和水位高度传输至控制台，由控制台控制泄洪装置2进行泄洪。
57.塔体3上设有洪水检测机构，洪水检测机构包括升降板8、水流测速仪10、液位传感器11和驱动组件，水流测速仪10通过固定杆9连接于升降板8的下方，液位传感器11设于固定杆9上，液位传感器11位于水流测速仪10的上方，升降板8通过驱动组件连接塔体3，通过液位传感器11检测水位的高度，可以保证水流测速仪10位于水面以下，提高对水流检测的精度，液位传感器11可以根据水位高度将信号传递至驱动组件，通过驱动组件控制升降板8移动，提高检测精度。
58.驱动组件包括电机14、螺杆15和导杆16，电机14和导杆16均设于塔体3上，电机14连接螺杆15，升降板8通过第一升降块12和第二升降块13分别连接螺杆15和导杆16，通过电机14带动螺杆15旋转，进而可以使第一升降块12沿着螺杆15上下移动，同步可以经升降板8带动第二升降块13沿导杆16上下移动，实现对升降板8高度的调节。
59.泄洪装置2设于主河流的下游端，泄洪装置2包括泄洪管道17、挡水组件、压紧机构19、转动机构20和助推机构23，泄洪管道17相互平行分布，且泄洪管道17的进水端靠近主河流，泄洪管道17固定于底板21上，挡水组件通过助推机构23连接底板21，底板21上设置有支撑板22，挡水组件的一端连接转动机构20，挡水组件的另一端通过压紧机构19抵住支撑板22，通过助推机构23带动挡水组件移动，进而可以使挡水组件沿转动机构20转动，实现泄洪管道17的导通或关闭，满足泄洪的要求，当挡水组件处于关闭状态时，挡水组件的底部通过支撑板22进行支撑，顶部通过压紧机构19进行压紧。
60.挡水组件包括转动板18和挡水闸门24，挡水闸门24固定于转动板18的底面上，转动板18连接助推机构23和转动机构20，转动板18可以带动挡水闸门24移动，挡水闸门24用于实现泄洪管道17关闭或打开。
61.助推机构23包括第二气缸34、第一助推板36、第二助推板38和耳板40，第二气缸34固定于底板21上，第一助推板36通过第二活塞杆35连接第二气缸34，第二助推板38通过助推杆37固定连接第一助推板36，第二助推板38、第一助推板36和第二气缸34之间设有辅助杆39，耳板40设于第二助推板38的顶部，两个耳板40之间设有固定轴41，转动板18的底面上设有凸块，凸块转动连接于固定轴41上，通过第二气缸34经第二活塞杆35带动第一助推板36上下移动，进而可以通过助推杆37带动第二助推板38同步上下移动，实现对转动板18的推动，辅助杆39提高了第一助推板36和第二助推板38移动的稳定性和可靠性，避免发生倾斜而影响第二气缸34的工作效率，转动板18上可以设置可移动的悬挂块，可以弥补水平方向的位置余量，悬挂块转动连接在固定轴41上，耳板40与固定轴41之间采用固定连接。
62.转动机构20包括第二固定板31、第一合页32和第二合页33，第一合页32固定于第
二固定板31上，第二合页33转动连接于第一合页32，第二合页33固定转动板18，第二固定板31起到支撑的作用，转动板18的一端通过第二合页33转动连接第一合页32，可以实现转动板18的稳定转动。
63.压紧机构19包括第一固定板25、支架26、衔接块27、压紧板28和第一气缸29，支架26和第一气缸29均连接于第一固定板25上，衔接块27转动连接在支架26上，压紧板28固定于衔接块27，第一气缸29通过第一活塞杆30连接衔接块27，第一固定板25起到支撑的作用，衔接块27可以沿支架26转动，满足对转动板18的压紧或松开的要求，第一气缸29转动连接在第一固定板25上，通过第一气缸29经过第一活塞杆30带动衔接块27转动，可以实现压紧板28的转动。通过预报站1的设计，可以将支河流与主河流的水流速度和水位高度进行实时监测，当检测的数据大于洪水阈值时，通过控制台可以控制泄洪装置2打开，将主河流内的水通过泄洪装置2进行泄洪处理，起到预报泄洪的作用，大大提高了对中小河流预报的精度和处理效率。
64.如上述的一种中小河流实时洪水预报系统的预报方法，包括以下步骤：
65.1)测量绘图
66.a、首先通过无人机拍摄主河流与支河流的流向，并对主河流与支河流的分布进行绘图，有利于清晰的绘制图纸，更合理的分布预报站1和泄洪装置2的安装位置，提高洪水预报的精度；
67.b、然后通过人工实地检测主河流与支河流的水流流速，确定预报站1和泄洪装置2的分布位置，在图纸上进行标注，有利于各个预报站1和泄洪装置2同时施工，并可以实现对支河流与主河流的同步水流速度和水位高度的实时监测；
68.2)预报站1分布安装
69.a、首先根据图纸的设计要求在主河流与支河流上的设定位置处做好标记，并清除周边的杂草石块；
70.b、然后在标记的位置修建塔体3，塔体3可以位于主河流和支河流上，也可以位于主河流、支河流的河岸一侧，使水流穿过塔体3即可，确定塔体3的整体高度，并在塔体3的顶部安装太阳能板4、第一无线信号收发器5和控制器6，同时沿塔体3的内部安装蓄电箱7；
71.c、接着沿塔体3的下部安装螺杆15和导杆16，螺杆15与导杆16相互平行，同时在螺杆15的顶端安装电机14，根据螺杆15与导杆16之间的间距制作合适的升降板8，将升降板8通过第一升降块12和第二升降块13分别连接螺杆15和导杆16；
72.d、最后沿升降板8的底部竖直安装固定杆9，沿固定杆9的低端安装水流测速仪10，同时沿固定杆9的侧面安装液位传感器11，将液位传感器11、水流测速仪10、蓄电箱7、第一无线信号收发器5和太阳能板4均与控制器6电性连接；
73.e、按上述步骤将预报站1沿主河流和支河流上的设定位置依次进行施工安装；
74.3)泄洪装置2安装
75.a、首先根据图纸的设计要求沿主河流的下游位置搭建底板21，并在底板21上固定安装支撑板22，支撑板22与底板21相互垂直连接，再沿底板21的顶面中心安装助推机构23；
76.b、然后沿底板21的两侧分别安装压紧机构19和转动机构20，在转动机构20上安装转动板18，沿转动板18的底面上挡水闸门24；
77.c、接着沿图纸的设定位置安装泄洪管道17，使泄洪管道17固定安装于底板21上，
并沿泄洪管道17的顶面上位于底板21的上方开设闸门口槽，闸门口槽与挡水闸门24相匹配；
78.d、最后通过助推机构23将转动板18沿转动机构20转动至水平位置，使挡水闸门24完全插入到泄洪管道17内，通过压紧机构19将转动板18的顶面压紧，将助推机构23和压紧机构19与控制台进行电性连接；
79.4)洪水预报及泄洪
80.a、首先通过各预报站1对支河流与主河流进行水流速度和水位高度的实时检测，将检测的数据传递至控制台，控制台将检测的数据与洪水阈值进行比对；
81.b、检测数据小于洪水阈值时，泄洪装置2关闭，支河流内的水通过主河流进行输送，当检测数据大于洪水阈值时，泄洪装置2打开，使汇聚至主河流的水流通过泄洪装置2进行分流。
82.上述预报方法不仅可以解决中小河流的洪水突发性强、洪水预报预见期短、资源缺乏、时间把握难度大的问题，而且可以在预报的同时进行泄洪处理，大大提高了中小河流发生洪水时的安全性，保护人民财产及人身安全。
83.以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。