本发明涉及固床坝，特别是涉及一种溢流式固床坝控制方法及溢流式固床坝。
背景技术：
1、在现有的河道管理技术中，溢流式固床坝作为一种重要的水利工程结构，被广泛应用于防洪、蓄水、发电和河流治理等多个领域。这些坝体通过控制水流的溢出，有效管理河道水位，保护下游地区的安全和稳定。
2、传统的溢流式固床坝通常采用固定或手动调节的方式来控制溢流口的开启程度。然而，这些方法存在一定的局限性。例如，固定结构无法适应快速变化的水文条件，而手动调节则依赖于操作人员的经验和实时响应能力，可能无法及时应对突发的洪水事件。
3、此外，许多现有的坝体结构缺乏自动化的水位监测和控制机制，导致在水位急剧上升时无法迅速做出反应，增加了洪水溢出的风险。同时，维护工作往往需要在高水位或恶劣天气条件下进行，这不仅增加了维护难度，也提高了操作人员的安全风险。
技术实现思路
1、本发明实施例旨在提供一种溢流式固床坝控制方法及溢流式固床坝，以解决现有技术中所提出的技术问题。
2、本发明实施例解决其技术问题采用以下技术方案：
3、第一方面，提供一种溢流式固床坝控制方法，包括：
4、1.一种溢流式固床坝控制方法，应用于河道，其特征在于，包括：
5、在河道布置水位感应器，构建河道水位监测网络，实时获取河道水位数据，所述河道水位数据包括当前水位高度、历史水位数据以及气象数据；
6、基于河道水位数据获取河道水位预测信息；其中，获取河道水位预测信息包括：
7、比较当前水位高度与前一时间步的水位高度的差值，若所述差值大于零则水位上升，若所述差值小于零则水位下降，基于预设时间间隔对所述差值进行积分处理获得水位变化速率，所述水位变化速率包括水位上升速率和水位下降速率；
8、通过移动平均法对当前水位高度进行平滑处理，以消除随机波动，识别出水位的短期趋势；通过拟合历史水位数据的时间序列，确定历史趋势线，基于历史趋势线识别出水位的长期趋势；
9、基于所述短期趋势和长期趋势，识别历史水位变化的周期性和非周期性模式；
10、基于所述河道水位预测信息确定水位控制模式，所述水位控制模式包括第一水位控制模式、第二水位控制模式以及第三水位控制模式；
11、获取固床坝结构信息，基于所述固床坝结构信息和河道水位预测信息构建固床坝控制模型，所述固床坝控制模型的输入层为当前水位高度、历史水位数据以及气象数据，输出层为固床坝控制指令，所述固床坝控制指令包括第一水位控制模式切换指令、第二水位控制模式切换指令以及第三水位控制模式切换指令。
12、在一些实施例中，所述固床坝结构信息包括：坝体信息、溢流口信息、截流板信息、滑槽信息以及防洪堤防信息；其中，坝体信息包括坝高、坝长和坝底宽度；溢流口信息包括溢流口宽度、高度和相对于坝体的位置；截流板信息包括截流板的材料、尺寸和移动机制；滑槽信息包括滑槽的长度、宽度和与截流板的配合方式；防洪堤防信息包括防洪堤防的高度、厚度和材料类型；
13、所述固床坝控制模型如计算式(1)所示；
14、ct＝σ(w·it+b)(1)；
15、式中，ct为时间t的控制指令向量，包括不同控制模式的切换指令；σ为激活函数，用于模型的非线性映射；w为模型的权重矩阵，用于将输入数据映射到控制指令；it为在时间t的输入数据向量；b为模型的偏置向量，用于调整输出层的输出值；
16、所述固床坝控制模型的训练过程中，损失函数如计算式(2)所示；
17、
18、式中，n为训练样本的总数；cti为第i个样本在时间t的实际控制指令；为第i个样本在时间t的预测控制指令；∥.∥2为欧几里得范数，用于计算误差的平方和。
19、在一些实施例中，所述固床坝控制模型还包括：
20、所述输入数据向量it如计算式(3)所示；
21、it＝ht,ht-1,…,ht-n,mt,1,mt,2,…,mt,m(3)
22、式中，ht为时间t的当前水位高度；ht-1为时间t之前1个时间步的水位历史数据；ht-n为时间t之前n个时间步的水位历史数据；mt,1,mt,2,…,mt,m为时间t的m种气象参数。
23、在一些实施例中，在一些实施例中，构建固床坝控制模型是一个多步骤的过程，它涉及到对固床坝结构特性的深入分析和实时水文数据的集成。这个过程的目的是开发一个能够预测水位变化并据此自动调整坝体操作的智能系统。首先，模型需要收集固床坝的详细结构信息，包括但不限于坝体的几何尺寸、材料特性、溢流口的布局和尺寸，以及截流板和滑槽的设计参数。这些信息为模型提供了操作的物理基础。
24、随后，模型会集成当前水位高度、历史水位数据和气象数据，这些数据构成了模型输入层的基础。当前水位高度提供了实时水文状况的快照，而历史水位数据则为模型提供了水位变化趋势的长期视角。气象数据，如降雨量、风速和温度，为模型增添了环境因素的考量，这些都是影响水位变化的关键变量。
25、进一步地，固床坝控制模型将采用先进的数据分析和机器学习技术来处理输入数据。模型会使用这些数据来预测未来的水位变化，并生成相应的控制指令。例如，模型可能会采用时间序列分析来识别水位变化的趋势，或者利用机器学习算法，如随机森林或梯度提升机，来预测水位变化的概率分布。
26、优选地，控制模型的设计可以进一步细化。例如，模型的输入层可以包括经过归一化处理的数据，以消除不同量纲的影响。此外，模型的输出层可以设计为一个多分类器，它不仅能够预测水位变化的趋势，还能够根据预测结果自动选择最合适的水位控制模式。控制指令可以包括调整截流板的位置、优化溢流口的开启程度，甚至是启动应急预案。
27、更具体地，模型的实施可以包括一个反馈循环，它允许模型根据实际水位变化来调整其参数和预测算法。这种自适应能力使得模型能够随着时间的推移不断提高其预测准确性。此外，模型的输出可以集成到坝体的自动控制系统中，实现实时监控和无人值守操作。
28、通过这种具体实施方式，固床坝控制模型能够实现对水位变化的精准预测和响应，从而提高河道管理和洪水控制的能力。这种智能化的控制方法不仅提高了坝体操作的效率，还增强了对极端水文事件的应对能力。
29、在一些实施例中，所述固床坝控制指令包括：
30、若坝体处于第一水位控制模式，则获取水位感应器的信号量，根据所述信号量控制截流板移动至溢流口内，关闭溢流口；
31、若控制坝体处于第二水位控制模式，则生成截流板移动控制信号，根据所述控制信号调节截流板在滑槽内的位置，以控制溢流口的开启程度；
32、若控制坝体处于第三水位控制模式，则生成截流板移动控制信号、防洪堤防加固控制信号及安全监测控制信号，根据所述信号控制坝体的防洪能力及安全状态。
33、在一些实施例中，所述第一水位控制模式包括紧急关闭模式，所述第二水位控制模式包括调节模式；其中，第一水位控制模式包括以下步骤：
34、响应于监测到河道水位上升至接近或达到预警水位时，检测水位上升速度；
35、响应于水位上升速度超过上升阈值，触发紧急关闭指令；
36、基于紧急关闭指令控制截流板移动至溢流口位置，实现溢流口的即时封闭；
37、对坝体结构进行应力检测，确保在高水位压力下坝体的稳定性；
38、所述第二水位控制模式包括以下步骤：
39、根据实时河道水位数据和预设的水位区间，确定需要调节的溢流口开启程度；
40、发送调节指令至截流板的驱动机构，控制截流板在滑槽内移动至预定位置；
41、调整溢流口的开启程度，以控制水流的流量，保持河道水位在安全范围内。
42、在一些实施例中，所述第三水位控制模式包括维护模式，维护模式包括以下步骤：
43、当河道水位下降至低水位阈值以下，且无洪水威胁时，触发维护模式；
44、在维护模式下，控制截流板移动至滑槽的指定位置，确保溢流口处于安全状态；
45、对坝体和截流结构进行维护，包括对坝体结构、截流板和滑槽的维护；
46、对坝体进行安全评估，若安全评估值超过预设安全阈值，输出报警信号至指定终端。
47、第二方面，提供一种溢流式固床坝，包括：
48、坝体，固床坝垂直于河道方向布置，且所述坝体上开设有溢流口；
49、第一块石抛填，所述第一块石抛填位于所述坝体的上游；
50、护坦，所述护坦位于所述坝体的下游；
51、第二块石抛填，所述第二块石抛填位于所述护坦的下游；
52、截流结构，所述截流结构可移动的设置于所述溢流口中；
53、水位感应器，所述水位感应器设置于所述坝体的外侧；
54、其中，所述水位感应器与所述截流结构电性连接，所述水位感应器可检测河道内的水位以控制所述截流接口的打开和关闭。
55、在一些实施例中，所述截流结构包括截流板，所述坝体内开设有滑槽，所述滑槽位于所述溢流口的上方；
56、所述截流板可在所述溢流口和所述滑槽内进行移动；
57、其中，当所述截流板位于所述滑槽内时，所述溢流口打开，当所述截流板位于所述溢流口内时，所述溢流口关闭。
58、在一些实施例中，所述截流结构还包括拉动杆，所述拉动杆位于滑槽内，所述拉动杆可伸缩设置且与所述截流板的顶部相连接。
59、在一些实施例中，还包括防洪堤防，所述防洪堤防沿所述河道的两侧布置，所述坝体与所述防洪堤防的底部连接。
60、在一些实施例中，防洪堤防为混凝土材质。
61、在一些实施例中，所述坝体的中部设置有变形缝。
62、与现有技术相比较，在本发明实施例提供的溢流式固床坝控制方法中，通过实时获取河道水位数据，并根据数据自动生成相应的控制模式切换指令，实现了对坝体截流板的精确控制。同时，坝体结构设计包括可移动的截流结构、电性连接的水位感应器以及与坝体底部连接的防洪堤防，进一步提高了坝体的适应性和安全性。
63、通过这种控制方法和结构设计的结合，本发明不仅提高了溢流式固床坝的自动化水平，还增强了其在多变水文条件下的稳定性和可靠性，为河道管理和防洪减灾提供了一种有效的解决方案。
64、本发明实施例提供的溢流式固床坝，通过水位感应器与截流结构的电性连接，能够实现对坝体溢流口的自动控制。根据河道内水位的变化，截流结构可以自动开启或关闭，从而有效地控制坝前水位，避免过高或过低的水位对河道和周边环境造成不利影响。在洪水期间，当水位超过设定值时，截流结构会自动打开，允许多余的水流通过溢流口排出，减轻河道的压力，防止洪水泛滥。这有助于保护下游地区免受洪水灾害，减少财产损失和人员伤亡。溢流式固床坝可以在洪水期间储存多余的水资源，以供后续使用。这对于水资源短缺的地区尤为重要，可以在干旱季节或其他需要水资源的时期提供一定的供水保障。通过这样的设置，溢流式固床坝可以为河道中的生态系统提供一定的保护。通过控制水流和水位的变化，可以减少水流对河床和河岸的冲刷，维护河道的生态平衡。
65、第一块石抛填和第二块石抛填的设置可以增加坝体的稳定性，减少水流对坝体的侵蚀和冲刷。护坦的存在则可以缓解水流对坝基的冲击，提高坝体的抗冲能力。
1.一种溢流式固床坝控制方法，应用于河道，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种溢流式固床坝控制方法，其特征在于，所述固床坝结构信息包括：坝体信息、溢流口信息、截流板信息、滑槽信息以及防洪堤防信息；其中，坝体信息包括坝高、坝长和坝底宽度；溢流口信息包括溢流口宽度、高度和相对于坝体的位置；截流板信息包括截流板的材料、尺寸和移动机制；滑槽信息包括滑槽的长度、宽度和与截流板的配合方式；防洪堤防信息包括防洪堤防的高度、厚度和材料类型；
3.根据权利要求2所述的一种溢流式固床坝控制方法，其特征在于，所述固床坝控制模型还包括：
4.根据权利要求1所述的一种溢流式固床坝控制方法，其特征在于，所述固床坝控制指令包括：
5.根据权利要求1所述的溢流式固床坝控制方法，其特征在于，所述第一水位控制模式包括紧急关闭模式，所述第二水位控制模式包括调节模式；其中，第一水位控制模式包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的溢流式固床坝控制方法，其特征在于，所述第三水位控制模式包括维护模式，维护模式包括以下步骤：
7.一种溢流式固床坝，应用于河道，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的溢流式固床坝，其特征在于，所述截流结构包括截流板，所述坝体内开设有滑槽，所述滑槽位于所述溢流口的上方；
9.根据权利要求8所述的溢流式固床坝，其特征在于，所述截流结构还包括拉动杆，所述拉动杆位于滑槽内，所述拉动杆可伸缩设置且与所述截流板的顶部相连接。
10.根据权利要求7所述的溢流式固床坝，其特征在于，还包括防洪堤防，所述防洪堤防沿所述河道的两侧布置，所述坝体与所述防洪堤防的底部连接，所述防洪堤防为混凝土材质，所述坝体的中部设置有变形缝。
