[0001] 本发明涉及防汛预警领域，具体为一种水利防汛预警监测方法及系统。

[0002] 在全球气候变化和极端气候事件频发的当下，洪水灾害成为世界各地普遍面临的重大挑战之一，洪水不仅严重威胁人类生命安全，还对农业、基础设施、环境及社会经济发展带来巨大影响，因此，有效的洪水预警和监测系统对于减少洪水灾害的潜在损害至关重要，随着时代的飞速发展进步，一种水利防汛预警监测方法及系统便应运而生。

[0003] 现有技术存在的局限至少包括如下问题，首先，在传统的洪水管理和预警系统中，常常存在对特定区域，如主要水库或河段，的监测数据过于集中，而忽略了上游和下游区域的综合影响，从而容易导致在面对大范围降雨或上游突发洪水事件时，系统的反应不够及时或准确，因为仅依赖单一区域的数据难以全面评估洪水风险，其次，现有技术中，往往缺乏对不同数据源，如水位、流量、降雨量、土壤湿度，的有效整合，导致洪水预警系统难以准确地进行风险评估，例如，仅凭水位数据难以全面判断洪水的严重性，未考虑降雨量或土壤饱和度容易导致对洪水发展的误判。

[0024] 本申请实施例通过一种水利防汛预警监测方法及系统，解决了在传统的洪水管理和预警系统中，常常存在对特定区域，如主要水库或河段，的监测数据过于集中，而忽略了上游和下游区域的综合影响，从而容易导致在面对大范围降雨或上游突发洪水事件时，系统的反应不够及时或准确，因为仅依赖单一区域的数据难以全面评估洪水风险，其次，现有技术中，往往缺乏对不同数据源，如水位、流量、降雨量、土壤湿度，的有效整合，导致洪水预警系统难以准确地进行风险评估，例如，仅凭水位数据难以全面判断洪水的严重性，未考虑降雨量或土壤饱和度容易导致对洪水发展的误判的问题。

[0025] 本申请实施例中的问题，总体思路如下：

[0026] 首先，需要收集包括水库、上游和下游河流的水位、容积、流量数据，以及相应区域的降雨量和土壤湿度数据，这一步是确保有足够信息进行综合风险评估的基础，其次，使用收集的数据分别计算水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标和土壤湿度风险指标，每个指标都根据当前值与安全值的关系进行评估，从而反映出各个因素对洪水潜在风险的贡献，然后，将各个风险指标进行综合分析，得出一个总的洪水风险指数，然后，根据这个风险指数与预设的阈值比较，判断是否需要发出洪水预警，如果风险指数高于阈值，则触发预警系统，进行相关防范和应对措施的启动。

[0027] 请参阅图1，本发明实施例提供一种技术方案：一种水利防汛预警监测方法，包括以下步骤：获取水库水位数据、水库容积数据、水库河流水位数据、水库河流容积数据、水库河流流量数据、区域降雨量数据、区域土壤湿度数据；基于获取的水库水位数据、水库容积数据、水库河流水位数据、水库河流容积数据、水库河流流量数据、区域降雨量数据、区域土壤湿度数据进行综合分析，分别得到水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标、土壤湿度风险指标；对得到的水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标、土壤湿度风险指标进行综合分析，得到洪水风险指标；判断洪水风险指标是否高于设定的洪水风险指标阈值，并在洪水风险指标高于设定的洪水风险指标阈值时，并向相关工作人员发送洪水预警警报，以及时采取泄洪措施。

[0028] 水库水位数据具体为通过安装在水库中的水位计或压力传感器获取水库当前水位值、通过工程安全标准获取水库安全水位值、通过工程安全标准获取水库最大水位值，水库容积数据具体为通过结合水位数据和水体的地形测量结果获取水库当前容积值和水库安全容积值，水库河流水位数据包括水库上游河流水位数据和水库下游河流水位数据，水库上游河流水位数据具体为通过安装在河流中的水位计或压力传感器获取水库上游河流的上游河流当前水位值、通过工程安全标准获取上游河流安全水位值、通过工程安全标准获取上游河流最大水位值，水库河流容积数据包括水库上游河流容积数据和水库下游河流容积数据，水库上游河流容积数据具体为通过结合水位数据和水体的地形测量结果来获取水库上游河流当前容积值和通过工程安全标准获取水库上游河流安全容积值，水库下游河流容积数据具体为通过结合水位数据和水体的地形测量结果来获取水库下游河流当前容积值和通过工程安全标准获取水库下游河流安全容积值，水库河流流量数据包括水库上游河流流量数据和水库下游河流流量数据，水库上游河流流量数据具体为通过流量计（例如涡轮流量计、超声波流量计、电磁流量计）获取水库上游河流当前流量值和基于历史流量分析和洪水模型预测确定的水库上游河流安全流量值，水库下游河流流量数据具体为通过流量计（例如涡轮流量计、超声波流量计、电磁流量计）获取水库下游河流当前流量值和基于历史流量分析和洪水模型预测确定的水库下游河流安全流量值，区域降雨量数据具体为通过安装在相关地区的雨量计获取包含水库、水库上游河流和水库下游河流的设定区域内的当前降雨量和安全降雨量，区域土壤湿度数据具体为通过土壤湿度传感器获取水库设定区域内的水库土壤湿度值和水库土壤安全湿度值、水库上游河流设定区域的水库上游河流土壤湿度值和水库上游河流土壤安全湿度值、水库下游河流设定区域内的水库下游河流土壤湿度值和水库下游河流土壤安全湿度值，并且水库设定区域、水库上游河流设定区域、水库下游河流设定区域具体为水库、水库上游河流、水库下游河流设定的周边范围内的土壤区域。

[0029] 基于历史流量分析和洪水模型预测确定的水库上游河流安全流量值和水库下游河流安全流量值的具体步骤为收集相关水体的历史流量数据，包括高流量和低流量事件，数据可以来自水文站记录、气象局或地方管理部门，处理数据中的异常点、缺失值，并进行必要的数据规范化，以确保分析的准确性，对收集的流量数据进行统计分析，包括计算平均流量、最大流量、最小流量以及流量的分布特性，通过频率分析（如洪水频率曲线分析），确定不同重现期洪水的流量，如10年一遇、50年一遇等，选择水文模型HEC‑HMS或其他洪水预报模型，这些模型可以模拟不同气象和地理条件下的流量响应，使用部分历史数据校准模型，确保模型能够准确地反映实际水文情况，剩余的数据用于验证模型的预测能力，基于模型预测和历史数据分析结果，结合当地的安全标准、环境需求和工程能力，确定水库上游河流安全流量值和水库下游河流安全流量值。

[0030] 具体地，如图2所示，得到洪水风险指标的具体步骤如下：读取分析得到的水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标、土壤湿度风险指标，并进行标准化处理，其目的为将各项指标单位统一，以方便计算；基于标准化处理后的水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标、土壤湿度风险指标进行综合分析，得到洪水风险指标。

[0031] 计算洪水风险指标的具体公式如下：；其中， 为洪水风险指标， 为标准
化处理后的水位风险指标， 为标准化处理后的流量风险指标， 为水位风险指标和流量风险指标的乘积的比例系数， 为标准化处理后的容积风险指标， 为标准化处理后的降雨量风险指标， 为容积风险指标和降雨量风险指标的乘积的比例系数， 为标准化处理后的土壤湿度风险指标， 为土壤湿度风险指标的比例系数， 。

[0032] 该项考虑水位和流量的联合影响，并且使用对数函数处理风险的非线性增长， 该项是容积和降雨量的直接乘积，反映这两个因素对洪水风险的共同贡献， 该项强调土壤湿度的影响，平方项放大了湿度较高时的风险。

[0033] 、 、 的具体计算过程为：将标准化处理后的水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标、土壤湿度风险指标进行相加处理，得到风险和值，然后将标准化处理后的水位风险指标和流量风险指标进行乘积计算，得到水流值，将标准化处理后的容积风险指标和降雨量风险指标进行乘积计算，得到容降值，然后将水流值、容降值、标准化处理后土壤湿度风险指标分别与风险和值进行比值计算，并将比值结果作为对应的比例系数。

[0034] 本实施方案中，通过将水位、流量、容积、降雨量和土壤湿度等多个关键因素进行标准化和综合分析，系统能够更精确地判断洪水发生的概率和潜在严重性，标准化处理确保各风险指标在同一度量标准下比较，从而提高了风险评估的一致性和可比性，该方法不仅分别考虑各个独立风险因素，还通过计算这些因素的组合效应（如水位与流量的乘积、容积与降雨量的乘积），能够捕捉到复杂的风险动态，提供更为全面的风险评估，由于系统能够实时处理和分析数据，因此可以及时发现风险指标的异常变化，并快速做出响应，这一点对于洪水防控尤为重要，因为洪水往往发展迅速，需要快速有效的响应来减轻损失，通过综合考虑多种风险因素，并利用精确的数学模型来预测洪水风险，这比传统的依靠单一或少数参数的预警系统更为准确和科学，此外，实时的数据分析和自动化的风险评估流程大大提高了预警的效率，通过准确的风险评估，决策者可以更合理地分配防洪资源，如人力、物资和财力，特别是在高风险区域，同时，及时的预警信息能够使相关部门和居民有更多时间进行应急准备，从而减少潜在的人员伤亡和财产损失。

[0035] 具体地，得到水位风险指标的具体步骤如下：读取水库当前水位值、水库安全水位值、水库最大水位值、水库上游河流的上游河流当前水位值、上游河流安全水位值、上游河流最大水位值、水库下游河流的下游河流当前水位值、下游河流安全水位值、下游河流最大水位值，并分别进行综合分析，得到水库水位风险指标、水库上游河流水位风险指标、水库下游河流水位风险指标；将水库水位风险指标、水库上游河流水位风险指标、水库下游河流水位风险指标进行加权分析，得到水位风险指标，其计算公式具体如下：；其中， 为水位风险指标， 为水库水位风险
指标， 为水库当前水位值， 为水库安全水位值， 为水库最大水位值， 为水库水位风险指标的加权系数， 为水库上游河流水位风险指标， 为水库上游河流的上游河流当前水位值， 为水库上游河流的上游河流安全水位值， 为水库上游河流的上游河流最大水位值， 为水库上游河流水位风险指标的加权系数， 为水库下游河流水位风险指标， 为水库下游河流的下游河流当前水位值， 为水库下游河流的下游河流安全水位值， 为水库下游河流的下游河流最大水位值， 为水库下游河流水位风险指标的加权系数， 。

[0036] 、 、 的具体计算过程为：将水库水位风险指标、水库上游河流水位风险指标、水库下游河流水位风险指标进行相加计算，得到水库水位和值，然后将水库水位风险指标、水库上游河流水位风险指标、水库下游河流水位风险指标分别与水库水位和值进行比值分析，并将比值结果作为对应的加权系数。

[0037] 本实施方案中，通过读取并综合分析水库及上下游河流的当前水位、安全水位和最大水位，可以更准确地评估整个水系的洪水风险，这种方法允许针对每个区域的特定情况进行详细分析，提供了对风险水平的细致洞察，这种精确的风险评估帮助决策者和应急管理部门在洪水发生前就做出更合理的预判和准备，从而有效地规避或减少洪水带来的潜在损害，将各个区域的水位风险指标进行加权分析可以确保在风险评估过程中考虑到各个区域的相对重要性和潜在影响，这种加权方法保证了评估结果的平衡性，使得风险指标更具体现实意义，加权分析的应用提升了预警系统的响应策略，使之更加针对性和有效，特别是在资源分配和紧急响应计划的制定上，能够基于具体的风险权重进行优先级排序，通过覆盖水库及其上下游河流的全面风险监控，该系统不仅能够预警单一点的风险，还能观察到整个流域的风险变化，从而实现更广范围的监控和预警，这种全流域的风险监控有助于防范因局部数据分析导致的风险评估盲点，确保了洪水管理措施的全面性和有效性，特别是在应对突发洪水事件时，能够及时调整策略和资源，以应对可能的风险扩散。

[0038] 具体地，得到流量风险指标的具体步骤如下：读取水库上游河流当前流量值、水库上游河流安全流量值、水库下游河流当前流量值、水库下游河流安全流量值，并分别进行综合分析，得到水库上游流量风险指标和水库下游流量风险指标；将水库上游流量风险指标和水库下游流量风险指标进行加权分析，得到流量风险指标，其计算公式如下：；其中， 为流量风险指标， 为水库上游流量风险指标，
为水库上游河流当前流量值， 为水库上游河流安全流量值， 为水库上游流量风险指标的加权系数， 为水库下游流量风险指标， 为水库下游河流当前流量值，为水库下游河流安全流量值， 水库下游流量风险指标的加权系数， 。

[0039] 和 的具体计算过程为：将水库上游流量风险指标和水库下游流量风险指标进行相加计算，得到水库河流流量和值，然后将水库上游流量风险指标和水库下游流量风险指标分别与水库河流流量和值进行比值分析，并将比值结果作为对应的加权系数。

[0040] 本实施方案中，将水库上游和下游的流量风险指标分别评估并进行加权分析，可以细致地识别和区分不同区域的风险水平，这种方法允许更精确地针对各个区域的实际情况进行风险管理，通过实时读取当前流量值并与安全流量值进行比较，系统能够动态监测流量变化并即时更新风险指标，这种实时性确保了洪水预警系统能够快速响应突发水文变化，提高防洪准备的时效性，加权分析使得系统能够根据实际情况调整各区域风险指标的影响权重，这样的灵活性对于应对多变的水文条件和不同的洪水威胁至关重要，通过精确计算水库上游和下游的流量风险，并将这些信息快速转化为风险指标，系统可以在洪水形成的早期阶段就发出预警，这种及时的预警能够为地方政府和居民提供更多的准备时间，从而减少可能的人员伤亡和财产损失，加权分析反映了不同区域在洪水管理中的相对重要性，使得防洪资源可以更加有针对性地分配，例如，在风险较高的区域增加资源投入，对于风险较低的区域则可以相应减少，从而实现资源的最优配置，该方法通过分析和处理不断变化的流量数据，提高了防洪系统对于不同洪水情景的适应能力，系统的这种适应性是管理复杂水资源系统、减轻气候变化影响和人为干预后果的关键。

[0041] 具体地，得到容积风险指标的具体步骤如下：读取水库当前容积值、水库安全容积值、水库上游河流当前容积值、水库上游河流安全容积值、水库下游河流当前容积值、水库下游河流安全容积值，并分别进行综合分析，得到水库容积风险指标、水库上游河流容积风险指标、水库下游河流容积风险指标；基于水库容积风险指标、水库上游河流容积风险指标、水库下游河流容积风险指标进行综合分析，得到容积风险指标，其计算公式具体如下：；其中， 为容积风险指标， 为水库容积风险指
标， 为水库当前容积值， 为水库安全容积值， 为水库容积风险指标的权重系数，为水库上游河流容积风险指标， 为水库上游河流当前容积值， 为水库上游河流安全容积值， 为水库上游河流容积风险指标的权重系数， 为水库下游河流容积风险指标， 为水库下游河流当前容积值， 为水库下游河流安全容积值， 为水库下游河流容积风险指标的权重系数， 。

[0042] 、 、 的具体计算过程为：将水库容积风险指标、水库上游河流容积风险指标、水库下游河流容积风险指标进行相加计算，得到容积和值，然后将水库容积风险指标、水库上游河流容积风险指标、水库下游河流容积风险指标与容积和值进行比值分析，并将比值结果作为对应的权重系数。

[0043] 本实施方案中，通过同时分析水库及其上下游河流的容积风险，该方法能够全面捕捉整个水系统的容积变化对洪水风险的影响，这种全面性确保了评估结果能够反映整个水系的实际情况，从而提供更为精确的风险预测，精确的容积风险评估允许决策者针对可能的洪水事件进行更精确的预警和应对，通过对各区域容积风险的精确计算，可以更有效地制定防洪措施，如调节水库放水量，预防洪水溢出，基于容积风险指标的实时更新，预警系统能够及时响应容积的急剧变化，从而在洪水形成的早期阶段发出警报，这种及时的响应对于防止或减轻洪水造成的损害至关重要，通过综合水库及其上下游河流的容积数据，提供了一种更为准确和科学的风险评估方法，与传统依赖单一数据源的预警系统相比，该方法能更精确地预测洪水风险，从而提高预警的准确性和效率，加权分析反映了不同区域在洪水管理中的相对重要性，使得防洪资源可以更加有针对性地分配，特别是在资源有限的情况下，这种方法可以帮助决策者优先考虑风险较高的区域，从而实现资源的最优配置，通过实时监测和评估水库及上下游河流的容积变化，该方法增强了防洪系统对不同洪水情景的适应能力，这种适应性是面对气候变化和不断变化的水文条件时，有效管理洪水风险的关键。

[0044] 具体地，得到降雨量风险指标的具体步骤如下：读取包含水库、水库上游河流和水库下游河流的设定区域内的当前降雨量和安全降雨量，并进行比值平方分析，得到降雨量风险指标，其计算公式如下： ；其中， 为降雨量风险指标， 为包含水库、水库上游河流和水库下游河流的设定区域内的当前降雨量， 为包含水库、水库上游河流和水库下游河流的设定区域内的安全降雨量。

[0045] 本实施方案中，通过比值平方分析法计算降雨量风险指标，这种方法直观且易于理解，它通过将当前降雨量与安全降雨量比较，直接反映出降雨超过安全阈值的程度，为风险评估提供了清晰的量化指标，该方法允许实时监测降雨情况，并迅速计算得到风险指标，这种及时性是防洪预警中极为关键的，能够在降雨即将超过安全阈值时快速响应，提供必要的预警信息，覆盖水库及其上下游河流的降雨量分析，确保了整个水系统的降雨风险得到充分评估，这种广泛的覆盖范围有助于全面理解整个流域的洪水潜在风险，通过及时且精确的降雨量风险评估，该系统能够在降雨量接近或超过安全阈值时迅速发出预警，有效预防由于降雨引起的洪水，这种高效的响应机制显著提高了洪水预警的准确性和时效性，准确的风险指标使得应急管理部门可以更有针对性地分配资源和制定应急响应计划，例如，根据降雨量风险指标的高低，优先向风险较高的区域调配救援人员和物资，以最大化防洪资源的效用，系统的降雨量风险评估为防洪决策提供了科学依据，帮助决策者基于实际数据制定更为科学合理的防洪策略，这种基于数据的决策过程可以更有效地减轻降雨带来的洪水风险，提高整个社区的防洪能力和韧性。

[0046] 具体地，得到土壤湿度风险指标的具体步骤如下：读取水库设定区域内的水库土壤湿度值和水库土壤安全湿度值、水库上游河流设定区域的水库上游河流土壤湿度值和水库上游河流土壤安全湿度值、水库下游河流设定区域内的水库下游河流土壤湿度值和水库下游河流土壤安全湿度值，并进行分别进行综合分析，得到水库土壤湿度风险指标、水库上游土壤湿度风险指标、水库下游土壤湿度风险指标；将水库土壤湿度风险指标、水库上游土壤湿度风险指标、水库下游土壤湿度风险指标进行综合分析，得到土壤湿度风险指标，其计算公式如下： ；其中， 为土壤湿度风险指标，为水库土壤湿度风险指标， 为水库设定区域内的水库土壤湿度值， 为水库设定区域内的水库土壤安全湿度值， 为水库土壤湿度风险指标的比例系数， 为水库上游土壤湿度风险指标， 为水库上游河流设定区域的水库上游河流土壤湿度值， 为水库上游河流设定区域的水库上游河流土壤安全湿度值， 为水库上游河流容积风险指标的权重系数， 为水库下游土壤湿度风险指标， 为水库下游河流设定区域的水库下游河流土壤湿度值， 为水库下游河流设定区域的水库下游河流土壤安全湿度值， 为水库下游河流容积风险指标的权重系数， 。

[0047] 、 、 的具体计算过程为：将水库土壤湿度风险指标、水库上游土壤湿度风险指标、水库下游土壤湿度风险指标进行相加计算，得到土壤湿度和值，然后将水库土壤湿度风险指标、水库上游土壤湿度风险指标、水库下游土壤湿度风险指标分别与土壤湿度和值进行比值分析，并将比值结果作为对应的比例系数。

[0048] 本实施方案中，通过分别分析水库及其上下游区域的土壤湿度并进行综合评估，这种方法能够细致地捕捉不同区域土壤湿度对洪水风险的具体贡献，这种地区性的详细分析有助于更准确地识别洪水发生的潜在区域和程度，土壤湿度作为一个快速变化的指标，其实时监控和分析能够提高预警系统对即将到来的洪水事件的响应能力，通过实时更新土壤湿度数据，预警系统能够及时调整洪水风险评估，确保预警信息的时效性和准确性，了解土壤湿度风险可以帮助相关部门制定更有针对性的防洪措施，例如，在土壤已经饱和的区域优先部署沙袋、临时排水系统等应对设施，以减少洪水带来的影响，综合分析土壤湿度风险指标能够帮助预测洪水可能聚集的区域以及可能的影响程度，这种精确的预测使得洪水应对措施可以更加科学地布局，提高防洪措施的有效性，通过土壤湿度风险指标的分析，应急管理部门可以优化资源和人力的配置，在高风险区域提前部署资源，可以有效减轻洪水的影响，提高应急响应的效率。

[0049] 请参阅图3，本发明实施例提供一种技术方案：一种水利防汛预警监测系统，包括：数据获取模块、第一风险指标计算模块、第二风险指标计算模块、风险判断模块；数据获取模块，用于获取水库水位数据、水库容积数据、水库河流水位数据、水库河流容积数据、水库河流流量数据、区域降雨量数据、区域土壤湿度数据；第一风险指标计算模块，用于基于获取的水库水位数据、水库容积数据、水库河流水位数据、水库河流容积数据、水库河流流量数据、区域降雨量数据、区域土壤湿度数据进行综合分析，分别得到水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标、土壤湿度风险指标；第二风险指标计算模块，用于对得到的水位风险指标、流量风险指标、容积风险指标、降雨量风险指标、土壤湿度风险指标进行综合分析，得到洪水风险指标；风险判断模块，用于判断洪水风险指标是否高于设定的洪水风险指标阈值，并在洪水风险指标高于设定的洪水风险指标阈值时，并向相关工作人员发送洪水预警警报，以及时采取泄洪措施。

[0050] 综上，本申请至少具有以下效果：

[0051] 通过综合分析水位、流量、容积、降雨量和土壤湿度等多个关键参数，能够更准确地评估洪水风险，从而确保了预警系统能在风险初期就及时响应，进而为采取防范措施提供了更大的时间窗口，不仅降低了因延误应对而可能造成的损失，还增强了防洪系统的整体效能。

[0052] 通过精确计算和分析多源数据，该预警监测方法能够帮助决策者更合理地配置防洪资源，例如，根据不同区域的风险等级调整资源分配，优先考虑风险较高区域的防洪措施，从而不仅提升了资金和物资的使用效率，还能显著提高防洪措施的实际效果。

[0053] 通过明确的风险评估和及时的预警信息发布可以增强社区居民的防灾意识和准备，并且系统的风险通报使得居民能够提前了解潜在的洪水威胁，从而有更充分的时间和信息进行必要的准备，也提高了整个社区对自然灾害的韧性，最终达到减少人员伤亡和财产损失的目的。

[0054] 通过模块化的设计，从而极大地提升了整个洪水预警过程的自动化程度和实时响应能力，系统内部的数据获取模块自动收集关键的水文和气象数据确保了数据的实时更新和持续监测，随后，依次对这些数据进行处理和分析，快速生成各类风险指标和综合的洪水风险指标，最终能够即时评估洪水风险，并在风险超过预设阈值时立即触发预警信号，不仅提高了防洪预警的效率，还保证了在关键时刻能够迅速作出反应，从而最大限度地减少潜在的损害和提高防灾准备的效果。

[0055] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0056] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。