CN103245433B - 水库水温的自适应测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

一种水库水温的自适应测量装置及测量方法，所述测量装置包括：探头、定滑轮、升降控制装置、控制系统以及数据传输线，其中，数据传输线的一端缠绕升降控制装置后与控制系统相连，另一端经由固定在水库上方的定滑轮连接至探头。控制系统中的微处理器根据输入的参数、选择的测量模式以及传输回来的数据进行计算，发出指令使升降控制装置产生动作，从而使数据传输线进入水库的长度发生变化来控制探头的升降以进行测量。本发明提出的水库水温的自适应测量装置及测量方法可实现对水库水温高效、快捷且准确地测量，并且良好地捕捉温跃层的变化。

Description

水库水温的自适应测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于水利工程领域，涉及一种水库水温的自适应测量装置及测量方法。

背景技术

水库建成后，库区水体流速减小、水体置换周期增加，水体热量输运过程随之发生较大改变，将会形成其特有的水温结构。如水库水温分层可能直接导致库区内的水质分层和生态分层，并且对农田灌溉、工业供水、生活用水、下游河流的水质和生态平衡、以及库区水的利用(养殖、娱乐)等方面都产生重要影响。水温是水环境中极其重要的因素，是影响水库水质的重要参数，也是评价水库对于下游水生态环境影响的重要水质参数，因此深水水库水温垂向分布及其对下游河道生态环境的影响极受工程开发者和研究工作者的重视。

现场监测无疑是了解水库水温分布的主要手段，并在现行调查研究中得到了广泛的应用，其中点式温度计因其使用方便，造价低，在水温的现场监测中得到了广泛的应用。现行方法在进行测量时，通常参考地表水质的测量标准，从水面到水下测量点间隔逐步增大，即从水面到水下测量点间距由2m逐步过渡到20m。这种方法在表层因为测量点多，可较好捕捉到表层水温的变换趋势，但由于深水水库的温跃层或温变层常处于水下20m以下甚至更深，这种测量方法无法较好捕捉水深较大处水温的变化。然而深水水库的温跃层或温变层的位置是现场监测最为关心的内容，也是深水水库水温垂向分布研究的重点，因此通常也会采用间距较小的等间距法来捕捉深水处水温的变化。但由于温跃层或温变层出现的位置不定，加密的测量点不一定就在温跃层或温变层出现的区域，因此常常造成人力物力的浪费。同时点式温度计只能人为的进行每个点单独采样测量，费时费力。一些研究机构，采用美国生产的Hydrolab DS5多参数水质检测仪测定水温，但这种仪器必须长期安置在固定断面，可能会导致仪器损坏，同时测量范围有限，成本昂贵，因此急需提供一种成本低廉，既可节省人力物力，尽量减少测量点数量，又能较好捕捉深水水库水温变化趋势的水温测量装置和方法。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明致力于解决现有技术测量深水水库垂向水温分布的缺点，提供一种既可减少测量点数量，又能较好捕捉深水水库水温变化趋势的测量装置以及测量方法。

根据本发明的一个方面，提出一种水库水温的自适应测量装置，所属装置包括探头、定滑轮、升降控制装置、控制系统以及数据传输线，其中，所述探头配置有测量水位的水位计和测量水温的点式温度计；所述定滑轮固定在水库上方，所述探头经由所述定滑轮被放入水库中；所述升降控制装置根据接收的指令进行动作；所述控制系统发送指令至所述升降控制装置使其动作，所述控制系统包括微处理器，以及与所述微处理器相连的计时器、显示屏、参数输入模块、信息输入模块、信息输出模块和信息存储模块，其中，所述显示屏用于提示待输入的参数，通过所述参数输入模块输入参数并选择测量模式，所输入的数据存储在所述信息存储模块中，所述计时器用于对探头进行测量的时间间隔进行计时，所述微处理器发出的指令通过所述信息输出模块传输至所述升降装置，并且测量的数据通过所述信息输入模块进入所述控制系统；所述数据传输线一端缠绕所述升降控制装置后与所述控制系统相连，另一端经由所述定滑轮连接至所述探头，所述数据传输线利用所述定滑轮的位置及所述数据传输线进入水库的长度来控制所述探头所在的位置和深度，并且所述数据传输线将测量得到的数据传输回所述控制系统，其中，所述控制系统的所述微处理器根据输入的参数、选择的测量模式以及传输回来的数据进行计算，发出指令使所述升降控制装置产生动作，通过使缠绕在所述升降控制装置上，并经过所述定滑轮的所述数据传输线进入水库的长度发生变化来控制所述探头的上升和下降以进行测量。

可选地，所述探头的数量是一个或多个，并且所述定滑轮、所述升降控制装置以及所述数据传输线的数量与所述探头的数量相等，配套使用，其中每条所述数据传输线一端缠绕相应的所述升降控制装置后与所述控制系统相连，另一端经由相应的所述定滑轮连接至相应的所述探头。

根据本发明的一个方面，提出一种水库水温的自适应测量方法，包含如下步骤：

1）根据所述显示屏的提示，通过所述参数输入模块输入测量所需参数，包括：所述探头的数量n、作为测量仪器的点式温度计的测量精度a、起始测量间距LS、设定的温度梯度控制值G、设定的测量点温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与所述测量点温度梯度的比值的最大值k，以及总水深HZ，所述微处理器根据所输入的测量精度a确定相应的控制间距L=a/0.05=20a，并且通过所述参数输入模块选择测量模式；

2）由所述控制系统发出指令使所述升降控制装置产生动作，通过所述数据传输线，经由固定在水库上方的所述定滑轮将所述探头放入水库中，所述微处理器根据通过所述数据传输线传输回来的数据判断放入点的水深H是否小于10m，当水深H不小于10m时，所述控制系统控制所述探头从10m水深处起测，并控制所述探头沿水库垂向间隔n×LS测量一点，直至库底；

3）所述微处理器根据传输回来的测量数据判断相邻两个测量点的间距是否小于2倍的控制间距L；

4）如果相邻两个测量点间距不小于2倍的控制间距L，则所述微处理器将已测量点的水位排序，采用后插法计算各测量点的温度梯度，判断测量点的温度梯度是否大于G；

5）若测量点的温度梯度大于G，则所述微处理器计算该测量点的温度梯度与相邻点的温度梯度之差的绝对值与该测量点的温度梯度的比值，判断该比值是否大于k；

6）若该比值大于k，则所述控制系统发送指令至所述升降控制装置使其动作，通过所述数据传输线控制所述探头在该点与相邻点的中点补充测量水温；

7）重复步骤3）到6），直到所述微处理器判断出所有测量点的水温都满足温度梯度绝对值不大于设定值G，或测量点的温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与该测量点的温度梯度的比值不大于设定值k，或测量点的间距不大于2倍的控制间距L；

8）所述微处理器将所有测量点的水温按水深排列，并进行样条插值得到水库的水温垂向分布。

可选地，在步骤3）中开始测量时，启动所述计时器，通过所述点式温度计和所述水位计间隔10s测量一次水温和水深，并将测量得到的数据传输至所述微处理器，所述微处理器根据数据进行判断，当连续三次测量得到的水温相差不到10%时，存储最后一次的测量结果。

可选地，在步骤3）中，当所述微处理器判断测量点的间距不大于2倍的所述控制间距L，或者在步骤4）中判断测量点的水温都满足温度梯度绝对值不大于G，或在步骤5）中判断测量点的温度梯度与相邻点的所述温度梯度之差的绝对值与所述测量点的温度梯度的比值不大于k时，直接执行步骤8）。

根据本发明的一个方面，当所输入的所述探头的数量n大于1，在步骤2）中所述控制系统发送指令至与所述探头配套的所述升降控制装置，经由配套的所述定滑轮将所述探头放入水库中，相邻两个所述探头的垂向间距为LS且在垂向上是不重合的，并且所述微处理器计算N=int((HZ-10)/LS)+1的值，如果N/n为整数，所述控制系统控制各个所述探头间隔n×LS测量一次水温，直至库底；如果N/n不为整数，则计算m=mod(N/n)的值，在测量最后一组时，仅需要将下方m+1个所述探头下降，其中m个测量LS整数倍水深处的温度，一个测量库底温度。

根据本发明的一个方面，当所输入的所述探头的数量n大于1，在步骤6）的测量过程中，所述微处理器根据传输回来的各个所述探头的所在位置进行计算，选择距离待测量点最近的所述探头移动到所述待测量点进行测量，如果有两个探头与所述待测量点的距离相同时，则选择水位较小点的所述探头移动到待测量点进行测量，并且在得到测量的水温后，将所述水温按照所述探头排序进行存储。

根据本发明的一个方面，所述测量模式包括等间距法测量、间距渐增法测量及自适应测量。

根据本发明的一个方面，对于水深小于10m的点采用常规的等间距法进行测量。

可选地，在步骤1）中根据所述点式温度计的测量精度a确定的控制间距为L=a/0.05=20a。

可选地，根据洋深层水体中温跃层存在的标准筛选测量点，避免遗漏。

本发明提出的水库水温的自适应测量装置，利用控制系统对探头及与其配套的装置，能够高效、快捷且准确地测量任意断面的水库水温，设置完成之后不用人为进行操作，即可实现自动测量，节省了人力物力。并且该测量装置可同时利用多个探头及其配套的装置进行测量，节省时间。同时该测量装置结构简单、使用方便、成本低廉、适合推广。并且通过与常规测量方法比较可知，在温跃层的变化及捕捉上，本发明提出的水库水温的自适应测量方法，明显优于常规测量方法，且测量点数也要少于常规测量方法。

附图说明

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的装置所具有的其它特征和优点将变得清楚或更为具体地得以阐明。

图1显示水温均大于4℃时水温随深度的变化关系。

图2显示水温均小于4℃时水温随深度的变化关系。

图3为根据本发明的具有一个探头时的水库水温的自适应测量装置的结构示意图。

图4为某典型的大型水库的水温实际分布图。

图5为根据本发明的具有一个探头时的水库水温的自适应测量方法的流程图。

图6为根据本发明的测量方法的测量过程示意图。

图7为根据本发明的示例性实施方案的测量方法得到的水温分布与实际水温分布的对比图。

图8为根据本发明的示例性实施方案的测量方法与间距渐增法及等间距法测得的水温对比图。

图9为根据本发明的具有多个探头时的水库水温的自适应测量方法的流程图。

附图标记说明：

1控制系统

2微处理器

3信息输入模块

4信息输出模块

5信息存储模块

6计时器

7显示屏

8参数输入模块

9电源及信号传输线接口

10各功能指示灯

11升降控制装置底座

12升降控制装置

13数据传输线

14定滑轮

15探头

16点式温度计

17水位计。

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

大量的现场监测资料表明，在深水水库中，有温跃层存在的水库的水温分布较为复杂，其典型水温分布如图1和图2所示。图1显示水温均大于4℃时水温随深度的变化关系，图2显示水温均小于4℃时水温随深度的变化关系。

通过对糥扎渡、新安江、二滩等多个水库的水温现场监测资料显示，水库水深在10到15mm以下的水体通常混合均匀，水温相差不大，仅受气温影响较大，水温不稳定，表层水体易出现较大温度梯度，但对水库的水温结构没有影响。当水库中温跃层出现时，温跃层的厚度约在20m左右，水温沿垂向的变化率可达0.4℃/m以上（在海洋科学中，将海洋深水处温跃层是否存在定义为垂向温度梯度大于0.05℃/m），表明在温跃层处水温变化较大。

根据本发明的一个方面，提出了一种水库水温的自适应测量装置，图3为根据本发明的具有一个探头时的水库水温的自适应测量装置的结构示意图。

如图3所述，测量装置包括探头15、定滑轮14、升降控制装置12、数据传输线13，以及控制系统1，其中，数据传输线13的一端缠绕升降控制装置12后与控制系统1相连，另一端经由固定在水库上方的定滑轮14连接至探头15。

探头15配置有点式温度计16和水位计17，对测量点的水位以及水温进行测量。

定滑轮14固定在水库上方，探头15经由定滑轮14被放入水库中。

升降控制装置12根据从控制系统1接收到的指令进行动作，通过使缠绕在其上并经过定滑轮14的数据传输线13的长度发生变化来控制探头15的上升和下降。

控制系统1包括微处理器2，以及与微处理器2相连的计时器6、显示屏7、参数输入模块8、信息输入模块3、信息输出模块4，以及信息存储模块5，其中在测量开始之前，显示屏7提示应输入的参数，通过参数输入模块8输入进行测量所需的参数并选择测量模式，所输入的数据存储在信息存储模块5；在测量开始时，计时器6对测量的时间间隔进行计时，微处理器2发出的指令通过信息输出模块4传输至升降控制装置12，并且测量的数据通过信息输入模块3进入控制系统1。

数据传输线13利用固定在水库上方的定滑轮14的位置以及其自身进入水库的长度来控制探头15所在的位置和深度，并且将测量得到的数据传输回控制系统1。

微处理器2根据输入的参数、选择的测量模式以及传输回来的数据进行计算，发出指令使升降控制装置12产生动作，通过控制缠绕在其上并经过定滑轮14的数据传输线13进入水库的长度来控制探头15所在的深度，以进行测量。

探头15、升降控制装置12以及数据传输线13的数量可以是一个或多个，并且它们的数目相等，配套使用，其中每条数据传输线13一端缠绕相应的升降控制装置12后与控制系统1相连，另一端经由相应的定滑轮14连接至相应的探头15。

根据本发明的一个方面，提出了一种水库水温的自适应测量方法，该方法适用于测量水面10m下的水温，包含如下步骤：

1）根据显示屏7的提示，通过参数输入模块8输入测量所需参数，包括：探头15的数量n、点式温度计16的测量精度a、起始测量间距LS（10m～20m间的整数值）、设定的温度梯度控制值G、设定的测量点温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与该测量点温度梯度的比值的最大值k、以及总水深HZ，并且根据作为测量仪器的点式温度计16的测量精度a确定相应的控制间距L，并且通过参数输入模块8选择测量模式；

2）控制系统1发出指令使升降控制装置12产生动作，通过数据传输线13，经由固定在水库上方的定滑轮14将探头15放入水库中，微处理器2根据经由数据传输线13传输回来的有关水深的数据判断放入点的水深H是否小于10m。当水深H不小于10m时，从10m水深处起测，启动计时器6，通过点式温度计16和水位计17每隔10s测量一次水温和水深，并将测量的数据通过数据传输线13传输至微处理器2，微处理器2根据测量数据进行判断，当连续三次测量得到的水温相差不到10%时，存储最后一次的测量结果并对升降控制模块12发出指令控制相应的探头15进行下一点H+n×LS的测量，直至库底；

3）微处理器2根据传输回来的测量数据判断相邻两个测量点的间距是否小于2倍的控制间距L；

4）如果相邻两个测量点间距不小于2倍的控制间距L，则微处理器2将已测量点的水位排序，计算各测量点的温度梯度，判断测量点的温度梯度是否大于G；

5）若测量点的温度梯度大于设定值G，则计算该测量点的温度梯度与相邻点的温度梯度之差的绝对值与该测量点的温度梯度的比值，判断该比值是否大于k；

6）若该比值大于k，则控制系统1发送指令至升降控制装置12使其动作，经由数据传输线13控制探头15在该点与相邻点的中点处补充测量水温；

7）重复步骤3）到步骤6），直到微处理器2判断出所有测量点的水温都满足温度梯度绝对值不大于设定值G，或测量点的温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与该测量点的温度梯度的比值不大于设定值k，或测量点的间距不大于2倍的控制间距L；

8）将所有测量点的水温按水深排列，并进行样条插值得到水库的水温分布。

优选地，在步骤3）中开始测量时，启动计时器6，通过点式温度计16和水位计17间隔10s测量一次水温和水深，并将测量得到的数据传输至微处理器2，微处理器2根据数据进行判断，当连续三次测量得到的水温相差不到10%时，存储最后一次的测量结果。

优选地，在步骤3）中，当微处理器2判断测量点的间距不大于2倍的所述控制间距L，或者在步骤4）中判断测量点的水温都满足温度梯度绝对值不大于G，或在步骤5）中判断测量点的温度梯度与相邻点的温度梯度之差的绝对值与所述测量点的温度梯度的比值不大于k时，直接执行步骤8）。

根据本发明的一个方面，探头15的数目可以为一个或多个，并且与升降控制装置12以及数据传输线13的数量相等，配套使用，其中每条数据传输线13一端缠绕相应的升降控制装置12后与控制系统1相连，另一端经由相应的定滑轮14连接至相应的探头15。

当所输入的探头15的数量n大于1时，在步骤2）中控制系统1发送指令至与各个探头15配套的各个升降控制装置12，经由同样与其配套的固定在不同位置上的定滑轮14将探头15放入水库中，两个相邻探头15的垂向间距为LS且在垂向上是不重合的，因此可实现对水库的任意断面的垂向水温分面的测量。

在步骤2）中，微处理器2计算N=int((HZ-10)/LS)+1的值，如果N/n为整数，控制各个探头15每次下降n×LS以测各点水温，直至库底，最下方的一个探头15测量库底温度；如果N/n不为整数，则计算m=mod(N/n)的值，在测量最后一组时，仅需要将下方m+1个探头15下降，其中m个测量LS整数倍水深处的温度，一个测量库底温度。

在步骤6）的测量过程中，控制系统1中的微处理器2根据传输回来的各个探头15的所在位置进行计算，选择距离待测量点最近的探头15移动到待测量点进行测量；若有两个探头15与待测量点距离相同时，则选择水位较小点的探头15移动到待测量点进行测量。

在步骤4）的测量过程中，由距离待测量点最近的探头15补充测量得到的水温后，将水温按照探头15排序进行存储。

根据本发明的一个具体实施方式，进行选择的测量模式包括等间距法测量、间距渐增法测量及自适应测量。

根据本发明的一个具体实施方式，对于水深小于10m的点采用诸如等间距法测量与间距渐增法测量的常规测量方法进行测量。

根据本发明的一个具体实施方式，在步骤1）中可根据点式温度计16的测量精度a，确定测量的控制间距为L=a/0.05=20a，测量点的最小间距应大于2倍的控制间距L，当测量点的间距小于2倍的控制间距L时，温度梯度的计算值受测量精度限制，会对水温分布测量产生较大影响。

根据本发明的一个具体实施方式，步骤4）中微处理器2采用后插法计算各个测量点的温度梯度；参照海洋深层水体中温跃层存在的标准，为了避免遗漏，本实施方式中判断测量点的温度梯度控G为0.05℃/m。

根据本发明的一个具体实施方式，步骤5）中设定测量点温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与该测量点温度梯度的比值的最大值k为15%。

下面结合附图对根据本发明的测量方法对某典型大型水库垂直水温测量的具体实施方式进行详细的说明。

图4为采用间距为1m的等间距法测量到的该水库垂直水温分布图。由图可见，用该方法测量的水温分布中有明显的温跃层存在。

图5为根据本发明的具有一个探头时的水库水温的自适应测量方法的流程图。

在步骤S400，开始测量。在步骤S401，根据显示屏7的提示经由参数输入模块8输入所需参数，包括：探头15的个数n为1、点式温度计16的测量精度a为0.1℃、起始测量间隔LS为15m、温度梯度控制值G为0.05℃/m、测量点温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与该测量点温度梯度的比值的最大值k为15%，以及总水深HZ为80m，微处理器2根据测量精度a确定测量的控制间距L=a/0.05=20=2m，并且根据显示屏7的提示通过参数输入模块8选择测量模式。

在步骤S402，由控制系统1发出指令使升降控制装置12产生动作，通过数据传输线13、经由定滑轮14将探头15放入水库中，之后执行由微处理器2判断放入点的水深H是否小于10m的步骤S403。对于水深在10m以上的各点，在步骤S406，控制系统1控制探头15从10m水深处开始测量，并控制探头15沿水库垂向以15m为起始测量间距进行测量，其中库底水温必测，得到如图6中的根据本发明的测量方法的测量过程示意图中的标记1到6点。在步骤S407，存储数据。

在接下来的步骤S408中，微处理器2根据测量数据判断相邻两点间间距是否小于2倍的控制间距（2L），如果相邻两点间间距小于2L，则执行步骤S413，依水深为序排列测量点，然后在步骤S414中，对所有测量点进行样条插值得到水库垂向水温分布，测量在步骤S415结束。

如果相邻两点间间距不小于2L，则执行步骤S409。在步骤S409，微处理器2将已测量点的水位排序，采用后插法计算各点的温度梯度，并判断测量点的温度梯度是否大于0.05℃/m。如果测量点的温度梯度不大于0.05℃/m，则执行步骤S413，依水深为序排列测量点，然后在步骤S414中，对所有测量点进行样条插值得到水库垂向水温分布，测量在步骤S415结束。

如果测量点间的温度梯度大于0.05℃/m，则执行步骤S410，计算相邻测量点的温度梯度之差的绝对值与测量点温度梯度的比值，判断该比值是否大于15%，若大于15%，则执行步骤S411，控制系统1发送指令至升降控制装置12使其动作，经由数据传输线13控制探头15在相邻两点的中间补测一点，并在步骤S412存储数据。若不大于15%，则执行步骤S413，依水深为序排列测量点，然后在步骤S414中，对所有测量点进行样条插值得到水库垂向水温分布，测量在步骤S415结束。

例如在本实施例中，发现图6中的1点和2点温度梯度大于0.05℃/m，且与相邻点温度梯度之差的绝对值与本点温度梯度的绝对值的比值大于15%，因此在1点与2点中间，以及2点与3点中间分别补充测量7点和8点。

根据补充后的测量点数据，重复步骤S409、S410、S411和S412的步骤，重新计算各点温度梯度、相邻点温度梯度之差的绝对值与本点温度梯度绝对值的比值，以及测量点间距。在本实施例中发现1、7、2、8四点温度梯度均大于0.05℃/m，且这点些与其相邻点温度梯度之差的绝对值与其自身温度梯度的比值均大于15%，因此在1与7、7与2、2与8，以及8与3中间分别补充测量9、10、11、12各点的温度。经判断，1、9、7、10、2、11、8、12、3各点间距为3.75m，已经小于2倍的控制间距4m，依水深次序统计出各点的水温测量值如表1：

表1本发明测量结果统计表

对于水深在10m以下的情况，在步骤S404按照常规测量方法进行布点测量，并且依水深排序，并在步骤S405存储数据。然后在步骤S414，对所有测量点进行样条插值得到水库垂直向水温分布，测量在步骤S415结束。由于已知表层水温分布较为均匀，在水深10m以下的点，采用常规测量方法，并仅测表层水温作为10m以下点的代表值，如图6中的标记0点所示，其所表示的表层温度为19.4℃。

在步骤S414中，对所有测量点的测量结果进行样条插值，即可得到所测水库的垂向水温分布。

图7为根据本发明的示例性实施方案的测量方法得到的水温分布与实际水温分布的对比图。

表2和表3是分别采用间距渐增法及等间距法得到的测量结果。

表2间距渐增法测量结果统计表

表3等间距法测量结果统计表

图8为根据本发明的示例性实施方案的测量方法与间距渐增法及等间距法测得的水温对比图。通过比较可知，在温跃层的变化及捕捉上，本发明提出的测量方法明显优于常规测量方法，且测量点数也要少于常规测量方法。

在本发明的一个方面，提出一种具有多个探头的水库水温的自适应测量方法，图9为根据本发明的具有多个探头时的水库水温的自适应测量方法的流程图。

在步骤S500，开始测量。在步骤S501，根据显示屏7的提示，通过参数输入模块8输入所需参数，包括：探头15的数量n（大于1）、点式温度计16的测量精度a为0.1℃、起始测量间隔LS为15m、温度梯度控制值G为0.05℃/m、测量点温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与该测量点温度梯度的比值的最大值k为15%，以及总水深HZ为80m，根据测量精度a确定测量的控制间距L=a/0.05=20=2m。

在步骤S502,通过定滑轮14将多个探头15放入水库中，并且各个探头15之间的垂向间距为LS且不重合。之后执行判断测量点水深是否小于10m的步骤S503。对于水深在10m以上的各点，首先步骤S506，计算N=int((HZ-10)/LS)+1的值，判断N/n是否为整数，若为整数，则执行步骤S508，将各个探头15每次下降n×LS以测各点水温，直至库底，并使最下方一个探头15测量库底温度，然后执行步骤S509存储数据。若N/n不为整数，则执行步骤S507，计算m=mod(N/n)的值，在测量最后一组时，仅需要将下方m+1个探头15下降，其中m个测量LS整数倍水深处的温度，一个测量库底温度，然后同样执行步骤S509存储数据。

在接下来的步骤S510中，判断相邻两点间间距是否小于2倍的控制间距（2L），如果相邻两点间间距小于2L，则执行步骤S515，依水深为序排列测量点，然后在步骤S516中，对所有测量点进行样条插值得到水库垂向水温分布，测量在步骤S517结束。

如果相邻两点间间距不小于2L，则执行步骤S511。在步骤S511，微处理器2将已测量点的水位排序，采用后插法计算各点的温度梯度，并判断测量点的温度梯度是否大于0.05℃/m。如果测量点间的温度梯度不大于0.05℃/m，则执行步骤S515，依水深为序排列测量点，然后在步骤S516中，对所有测量点进行样条插值得到水库垂向水温分布，测量在步骤S517结束。

如果测量点间的温度梯度大于0.05℃/m，则执行步骤S512，判断相邻测量点的温度梯度之差绝对值与测量点温度梯度的比值是否大于15%，若大于15%，则执行步骤S513，控制系统1控制探头15在相邻两点的中间补测一点，其实现的方法为：控制系统1根据传输回来的各个探头15所在位置，对升降控制装置12发出指令，选择距离待测量点最近的探头15移动到待测量点进行测量；若有两个探头15与待测量点距离相同时，则选择水位较小点的探头15移动到待测量点进行测量。然后在步骤S514中存储数据。若不大于15%，则执行步骤S515，依水深为序排列测量点，然后在步骤S516中，对所有测量点进行样条插值得到水库垂向水温分布，测量在步骤S517结束。

对于水深小于10m的情况，则执行步骤S504，采用常规测量方法进行测量，并将测量点依水深排序，在执行S505的数据存储步骤后，执行步骤S516,对所有测量点进行样条插值得到水库垂向水温分布，然后测量在步骤S517结束。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种水库水温的自适应测量方法，其特征在于包含如下步骤：

1)根据控制系统中显示屏的提示，通过参数输入模块输入测量所需参数，包括：探头的数量n、作为测量仪器的点式温度计的测量精度a、起始测量间距LS、设定的温度梯度控制值G、设定的测量点温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与所述测量点温度梯度的比值的最大值k，以及总水深HZ，微处理器根据所输入的测量精度a确定相应的控制间距L＝a/0.05＝20a，并且通过所述参数输入模块选择测量模式；

2)由所述控制系统发出指令使升降控制装置产生动作，通过数据传输线，经由固定在水库上方的定滑轮将所述探头放入水库中，所述微处理器根据通过所述数据传输线传输回来的数据判断放入点的水深H是否大于10m，当水深不大于10m时采用常规方法进行测量，并依水深排序、存储数据，当水深H大于10m时，所述控制系统控制所述探头从10m水深处起测，并控制所述探头沿水库垂向间隔n×LS测量一点，直至库底；

3)所述微处理器根据传输回来的测量数据判断相邻两个测量点的间距是否小于2倍的控制间距L；

4)如果相邻两个测量点间距不小于2倍的控制间距L，则所述微处理器将已测量点的水位排序，采用后插法计算各测量点的温度梯度，判断测量点的温度梯度是否大于G；

5)若测量点的温度梯度大于G，则所述微处理器计算所述测量点的温度梯度与相邻点的温度梯度之差的绝对值与所述测量点的温度梯度的比值，判断所述比值是否大于k；

6)若所述比值大于k，则所述控制系统发送指令至所述升降控制装置使其动作，通过所述数据传输线控制所述探头在所述测量点与相邻点的中点补充测量水温；

7)重复步骤3)到6)，直到所述微处理器判断出所有水深大于10m的测量点的水温都满足温度梯度绝对值不大于设定值G，或测量点的温度梯度与相邻点温度梯度之差的绝对值与所述测量点的温度梯度的比值不大于设定值k，或测量点的间距小于2倍的控制间距L；

8)所述微处理器将所有测量点的水温按水深排列，并进行样条插值得到水库的水温垂向分布，其中对于水深大于10m的测量点，当所述微处理器在步骤3)中判断测量点的间距小于2倍的所述控制间距L，或者在步骤4)中判断测量点的水温满足温度梯度不大于G，或在步骤5)中判断测量点的温度梯度与相邻点的温度梯度之差的绝对值与所述测量点的温度梯度的比值不大于k时，则依水深为序排列测量点。

2.根据权利要求1所述的水库水温的自适应测量方法，其特征在于在步骤3)中开始测量时，启动计时器，通过点式温度计和水位计间隔10s测量一次水温和水深，并将测量得到的数据传输至所述微处理器，所述微处理器根据数据进行判断，当连续三次测量得到的水温相差不到10％时，存储最后一次的测量结果。

3.根据权利要求1所述的水库水温的自适应测量方法，其特征在于当所输入的所述探头的数量n大于1，在步骤2)中所述控制系统发送指令至与所述探头配套的所述升降控制装置，经由配套的所述定滑轮将所述探头放入水库中，相邻两个所述探头的垂向间距为LS且在垂向上是不重合的，并且所述微处理器计算N＝int((HZ-10)/LS)+1的值，如果N/n为整数，所述控制系统控制各个所述探头间隔n×LS测量一次水温，直至库底；如果N/n不为整数，则计算m＝mod(N/n)的值，在测量最后一组时，仅需要将下方m+1个所述探头下降，其中m个测量LS整数倍水深处的温度，一个测量库底温度。

4.根据权利要求1所述的水库水温的自适应测量方法，其特征在于当所输入的所述探头的数量n大于1，在步骤6)的测量过程中，所述微处理器根据传输回来的各个所述探头的所在位置进行计算，选择距离待测量点最近的所述探头移动到所述待测量点进行测量，如果有两个探头与所述待测量点的距离相同时，则选择水位较小点的所述探头移动到待测量点进行测量，并且在得到测量的水温后，将所述水温按照所述探头排序进行存储。

5.根据权利要求1所述的水库水温的自适应测量方法，其特征在于根据洋深层水体中温跃层存在的标准筛选测量点，避免遗漏。

6.一种水库水温的自适应测量装置，其特征在于，所述装置包括：

多个探头，所述探头配置有测量水位的水位计和测量水温的点式温度计，所述多个探头垂向布置，并且相邻的两个探头在垂向上是不重合的；

定滑轮，所述定滑轮固定在水库上方，所述探头经由所述定滑轮被放入水库中；

升降控制装置，所述升降控制装置根据接收的指令进行动作；

控制系统，所述控制系统发送指令至所述升降控制装置使其动作，所述控制系统包括微处理器，以及与所述微处理器相连的计时器、显示屏、参数输入模块、信息输入模块、信息输出模块和信息存储模块，其中，所述显示屏用于提示待输入的参数，通过所述参数输入模块输入参数并选择测量模式，所输入的数据存储在所述信息存储模块中，所述计时器用于对探头进行测量的时间间隔进行计时，所述微处理器发出的指令通过所述信息输出模块传输至所述升降装置，并且测量的数据通过所述信息输入模块进入所述控制系统；

数据传输线，所述数据传输线一端缠绕所述升降控制装置后与所述控制系统相连，另一端经由所述定滑轮连接至所述探头，所述数据传输线利用所述定滑轮的位置及所述数据传输线进入水库的长度来控制所述探头所在的位置和深度，并且所述数据传输线将测量得到的数据传输回所述控制系统；

其中，所述定滑轮、所述升降控制装置以及所述数据传输线的数量与所述探头的数量相等，配套使用，其中每条所述数据传输线一端缠绕相应的所述升降控制装置后与所述控制系统相连，另一端经由相应的所述定滑轮连接至相应的所述探头；并且

所述控制系统的所述微处理器根据输入的参数、选择的测量模式以及传输回来的数据，利用如权利要求1所述的方法进行计算，发出指令使所述升降控制装置产生动作，通过使缠绕在所述升降控制装置上，并经过所述定滑轮的所述数据传输线进入水库的长度发生变化来控制所述探头的上升和下降以进行测量。