CN103572733B - 一种深水水库水温分层智能自调节改善装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种深水水库水温分层智能自调节改善装置和方法，包括壳体和依附于所述壳体上的水下定位仪、深度测量仪、密度测量仪、数据处理器和变容推进装置；所述壳体上部呈椭球流线型，中下部呈圆柱型，与上部平滑连接，尾端嵌有实心承重圆盘，所述实心承重圆盘的外圆周上套有转环，转环外侧固定有尾翼；所述变容推进装置包括储气罐、阀门控制器、阀门、发动机、变容推进仓、液压杆和活塞。本发明可根据水体垂向密度梯度自动确定水库温跃层位置，进而通过改变装置浮力，使装置作上下往复运动，促进温跃层上下水体混合，打破温跃层，改善分层型水库的水环境，在分层型水库水环境治理方面具有很大的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种深水水库水温分层智能自调节改善装置和方法，属于水利水电工程运行和控制领域。
背景技术
大型水利水电工程在防洪、发电、航运、养殖、供水、调节气候变化等方面起到至关重要的作用，但水电工程建成运行后也易对流域生态环境造成负面影响。深水水库水温分层是较为常见并广受关注的一类水电环境问题。水库水温分层是指库区水位抬高、流速减缓后，水体热力学条件发生改变，水库水温形成的规律性垂向分层结构。常见的分层型水库沿垂向分为温变层、温跃层和滞温层：温变层近水表面，水温主要受气温和光照的影响，水温垂向梯度较小；深水处的滞温层水温常年保持稳定，垂向梯度变化较缓；温变层和滞温层之间为温跃层，厚度较薄，温度和密度沿垂向出现急剧变化。水库水温分层会在库区及下游河流造成一系列生态环境问题：例如，水温分层一般会伴随出现垂向密度和水质分层，尤其会对鱼类及底栖生物产生不利影响；又如，当下泄水体温度低于原河道天然水温，会对下游水生生物和农作物（灌溉）造成不同程度的影响。因此，如何通过有效技术手段消除、改善、调节深水水库的水温分层现象，不仅对库区水生态环境维护有着重要意义，而且对下游生境保护和农业安全保障也尤为重要。
目前消除水库水温分层的方法主要包括机械方法和水库调度方法两类，上述方法虽然工作途径不同，但本质原理都是力图通过施加外力在稳定分层水体中制造垂向紊流扰动，进而打破温跃层，使得上下层水体尽可能混合。实践表明，这些方法可在一定程度上改善水温分层，但也存在着比较明显的缺陷，主要表现在：
（1）机械方法常见有机械搅拌和垂向曝气两种。其中的机械搅拌方法需要预先确定温跃层的深度位置，在具体实施时，难以准确操控搅拌装置的空间和时间点，效果往往不佳。垂向曝气方法又可分为表面向下式和底部向上式两种模式，通过高压气泵向水体垂直曝气，借助气泡群在水中的运动施加扰动，如有授权公告号为CN102603087B的专利《深水型水源水库扬水曝气水质改善装置》，即公开了一种曝气装置用于混合水库湖泊上下层分层水体，但曝气方法的作用强度和范围较有限，一般只能用于小型的深水水库，成本也较高。
（2）近些年来，有关学者提出通过水库调度的方式改善水温层化，基本思路是通过改变水库的下泄流量，使库区水位产生波动进而改善库区水温分层现象，但该方法也受到水库自身设计状态及下游防洪、航运、供水的需求的限制，对水位波动幅度及调度时段的要求很高，需要经过科学设计和严格操作才能避免对下游防洪安全、水电机组等造成影响。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种深水水库水温分层智能自调节改善装置及方法，充分利用水体密度随水温变化的自然规律以及水库分层后温跃层在垂直方向上具有显著密度梯度变化的独特特性，通过装置动态自动识别定位温跃层的深度位置，自动调节控制装置所受浮力，使装置能够在温跃层附近上下往复运动，以加速上下层水体的混合，进而达到打破温跃层、改善底层水环境的目的。
技术方案：本发明所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，包括壳体和依附于所述壳体上的水下定位仪、深度测量仪、密度测量仪、数据处理器和变容推进装置；
所述壳体上部呈椭球流线型，中下部呈圆柱型，与上部平滑连接，尾端嵌有实心承重圆盘，所述实心承重圆盘的外圆周上套有转环，转环外侧固定有尾翼；
所述变容推进装置设置在所述壳体内部，包括储气罐、阀门控制器、阀门、发动机、变容仓、液压杆和活塞，所述的阀门、发动机分别通过数据线与阀门控制器相连；
所述数据处理器通过数据传输线分别与深度测量仪、密度测量仪、阀门控制器和发动机相连；所述数据处理器根据深度测量仪和密度测量仪的测量值计算出密度梯度后，对密度梯度大小进行判断，当密度梯度大于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器打开阀门，同时发动机推动与液压杆相连的活塞向下运动，变容仓内体积增大，进而整个装置的浮力增大，当浮力大于装置自身的重力时，装置向上运动；相反，当密度梯度小于或等于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器打开阀门，通过发动机拉动与液压杆相连的活塞向上运动，变容仓体积减小，进而整个装置的浮力减小，当浮力小于装置自身的重力时，装置下沉，如此上下往复运动，直至水温分层得到改善。
优选地，所述水下定位仪包括水下GPS定位仪和无线发射装置。
所述深度测量仪为两组，水平对称设置，每组均包括滑块、滑道、弹簧、压力感应器，所述滑道嵌入在所述壳体的外壁中，所述压力感应器设置在滑道的内端面上，所述滑块通过弹簧与所述压力感应器连接，沿所述滑道上滑动；
所述密度测量仪包括进水管、水流缓冲膜、密度仓、测量球和拉力计；所述密度仓设置在所述壳体内部，所述进水管由若干绝热细管组成，上下左右斜对称呈“X”形布置在所述密度仓的外侧，保证装置在上浮或下沉过程中密度仓中的水体及时更新；为减少水体流动对测量球的横向冲击，所述进水管末端与密度仓之间设置水流缓冲膜；所述测量球通过拉力计悬挂在所述密度仓的内顶壁上。
优选地，所述壳体由轻质防水材料制成。
所述壳体的顶端设置有拉钩。
所述实心承重圆盘的底部设置有触底感应器，所述触底感应器（6）通过数据传输线（19）与所述数据处理器（18）相连。
为保证装置在上浮或下沉过程中，尾翼受水体冲击力而发生自动转动，所述尾翼形状为倾斜扭转式，翼面与水平方向夹角为45°～60°；作为优选，所述尾翼由铝合金材料制成，共八根，均匀对称固定在所述转环上，长度为实心承重圆盘直径的1/2～1/3，在装置上浮或下沉时，随转环一起绕承重底座转动。
作为优选，为确保测量球所受浮力对水体密度的敏感性，进而保证拉力计测量数据的准确性，所述测量球由绝热材料制成，密度为常温下（20℃）水体密度的1.05～1.10倍。
利用以上所述的装置，本发明提出的一种改善深水水库水温分层智能自调节改善方法，具体的实施步骤为：
（a）将所述深水水库水温分层智能自调节改善装置通过船舶运输至坝前或需要改善水温分层的区域；采用船载吊机钩住拉钩，缓慢将装置放入水中，通过遥控打开装置电源控制开关，装置开始工作，此时变容推进装置的活塞在顶部，装置由于的重力大于浮力而下沉；
（b）当装置淹没于水中时，深度测量仪、密度测量仪开始测量水深和密度，测量频率为1次/s；装置保持缓慢下沉，由于水体压强，深度测量仪的滑块受到向内侧的压力，通过弹簧传至压力感应器；同时,水流通过“X”形进水管进入密度仓，测量球所受浮力随水体密度变化，拉力计读数f也随之改变。所需测量的水深h、水体密度ρh，分别按下式计算：
水深：h=(F1+F2)/（2ρhgπr2）；
水体密度：ρh=(G-f)/Vg；
式中，ρh为深度h处的水体密度，kg/m3；G为测量球重力，N；V为测量球的体积，m3；f为拉力计的读数，N；g为重力加速度，m/s2；F1、F2分别为左右压力感应器测出的压力，N；r为滑道的半径，m；
（c）将步骤（b）中监测的水深h及对应的水体密度ρh通过数据传输线传输至数据处理器,数据处理器按下式计算水体的垂向密度梯度：
垂向密度梯度：Div(ρ)=Δρ/Δh；
其中，Div(ρ)为垂向密度梯度，kg/m3/m；Δρ为相邻两次监测的水体密度差，kg/m3，Δh为相邻两次监测装置所处的深度差，m；
（d）由于水体密度随水温变化而变化，密度梯度较大处即为水库的温跃层；数据处理器对密度梯度进行判断，当密度梯度大于0.15kg/m3/m时，即找到温跃层。此时，通过阀门控制器打开阀门，同时发动机推动与液压杆相连的活塞向下运动，变容仓内体积增大，进而整个装置的浮力增大，当浮力大于装置自身的重力时，装置向上运动，倾斜扭转式尾翼受水体冲击力而发生转动，加速上下层水体混合；
（e）装置在上浮过程中，重复步骤（b）～（c），当密度梯度小于或等于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器打开阀门，通过发动机拉动与液压杆相连的活塞向上运动，变容仓体积减小，进而整个装置的浮力减小，当浮力小于装置自身的重力时，装置下沉，倾斜扭转式尾翼受水体冲击力而发生转动，加速上下层水体混合；
（f）重复步骤（b）～（d），直至装置找不到温跃层；
（g）若垂向密度梯度始终小于0.15kg/m3/m，装置会一直沉入水底，触动触底感应器，进而阀门控制器打开阀门，发动机推动与液压杆相连的活塞向下运动，变容仓内体积增大，装置的浮力增大，装置向上运动，直至浮出水面。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1、本发明无需事前知道温跃层的位置，巧妙地利用跃层垂向水温密度突变特性智能判断水库温跃层位置，进而通过增大或减小装置浮力，使装置作上下往复的自调节运动，促进温跃层上下水体混合，打破温跃层，改善分层型水库的水环境；
2、本发明的装置使用范围广泛，不仅适用于中小型浅水库或湖泊，还可适用于深水库和湖泊；
3、本发明装置灵敏度高、稳定性好、使用寿命长、成本低廉，在分层型深水库水环境治理方面具有很大的实用价值。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图2为本发明装置底部结构示意图；
图3本发明装置运行时与坝体相对位置示意图；
图4为实施例1中采用本发明装置改善水温分层的效果图；
其中，1—壳体，2--拉钩，3--承重圆盘，5--尾翼，4--转环，6--触底感应器，7--水下GPS定位仪，8--无线发射装置，9--滑块，10--滑道，11--弹簧，12--压力感应器，13--进水管，14--水流缓冲膜，15--密度仓，16--测量球，17--拉力计，18--数据处理器，19--数据传输线，20--储气罐，21--阀门控制器，22--阀门，23--发动机，24--变容推进仓，25--液压杆，26--活塞。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明进行详细说明：
实施例1：用于改善深水水库水温分层智能自调节装置，如图1所示，该装置包括壳体1和依附于所述壳体1上的水下定位仪、深度测量仪、密度测量仪、数据处理器18和变容推进装置。
所述壳体1由铝合金材料制成，所述壳体1的顶端设置有拉钩2，上部呈椭球流线型，中下部呈圆柱型，外直径1.0m，厚度为0.05m，中下部与上部平滑连接，尾端嵌有实心承重圆盘3，为铁制材料体，密度为7.0×103kg/m3，直径为0.9m，垂向厚度为0.25m，可保证整个装置的重心在底部，中心对称分布17个直径为3cm的透水小孔，承重圆盘外围套有与尾翼5固定的转环4，尾翼由铝合金制成，长为0.35m。所述实心承重圆盘3的底部设置有触底感应器6。所述尾翼5形状为倾斜扭转式，翼面与水平方向夹角为45°～60°；所述尾翼5由铝合金材料制成，共八根，均匀对称固定在所述转环4上，长度为实心承重圆盘3直径的1/2～1/3。
所述水下定位仪包括水下GPS定位仪7和无线发射装置8。所述深度测量仪为两组，水平对称设置，每组均包括滑块9、滑道10、弹簧11、压力感应器12，用于测量装置所在深度的水压力。所述滑块9为圆柱型，直径为8cm，厚度为10cm。所述滑道10嵌入在所述壳体1的外壁中，所述压力感应器12设置在滑道10的内端面上，所述滑块9通过弹簧11与所述压力感应器12连接，沿所述滑道10上滑动。所述滑块9与滑道10之间采用橡胶润滑脂密封。
所述密度测量仪包括进水管13、水流缓冲膜14、密度仓15、测量球16和拉力计17；密度仓呈圆柱形，底部直径40cm，高度50cm，所述密度仓15设置在所述壳体1内部，所述进水管13由若干绝热细管组成，上下左右斜对称呈“X”形布置在所述密度仓15的外侧，所述进水管13末端与密度仓15之间设置水流缓冲膜14；所述测量球16通过拉力计17悬挂在所述密度仓15的内顶壁上，所述测量球16由绝热材料制成，测量球16直径为10cm，密度为1050kg/m3。拉力计17为指针式推拉力计。
所述变容推进装置设置在所述壳体1内部，包括储气罐20、阀门控制器21、阀门22、发动机23、变容仓24、液压杆25和活塞26；
所述数据处理器18通过数据传输线19分别与压力感应器12、拉力计17、阀门控制器21和发动机23相连，所述数据处理器18根据压力感应器12和拉力计17的测量值计算出密度梯度后，对密度梯度进行判断，当密度梯度大于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器21打开阀门22，同时发动机23推动与液压杆25相连的活塞26向下运动，变容仓24内体积增大，进而整个装置的浮力增大，当浮力大于装置自身的重力时，装置向上运动；相反，当密度梯度小于或等于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器21打开阀门22，通过发动机23拉动与液压杆25相连的活塞26向上运动，变容仓24体积减小，进而整个装置的浮力减小，当浮力小于装置自身的重力时，装置下沉，如此上下往复运动，直至水温分层得到改善。
实施例2：利用实施例1中的装置改善深水水库水温分层的过程。
某水库地处中纬度亚热带，达到正常蓄水位时水面平均宽度为1000m，纵向长度为600km，最大水深为120m，为典型的窄深型亚热带水库，该水库为季节性水温水层型水库，分层发生在春、夏季，持续时间长达2-3个月，伴随着水库水温分层，库区水质也发生分层，下泄水温低于天然水温，对下游水生生物和农作物造成不同程度的影响。发生分层的水库从上到下依次为温变层、温跃层和滞温层，温跃层较低，在水面40m以下，传统的搅拌方式很难实施。2009年春季，曾尝试采用水库调度的方式改善水温分层，进而改善水环境，且日均下泄流量波动超过2000m3/s，库区水位日波动仅0.5m，垂向水温差减小0.3℃，因此，从调度结果来看，通过水库调度方式改善效果有限，除此之外，突然增大下泄流量对下游防洪安全造成了一定的负面影响。
为减小低温水下泄对下游的影响，需改善库区特别是坝前的水温分层状态，采用本发明提供的装置，包括如下步骤：
（a）将适用于改善深水水库水温分层装置通过船舶运输至坝前或需要改善水温分层的区域,见图3，对装置进行初始化，采用船载吊机钩住拉钩，缓慢将装置放入水中，通过遥控打开装置电源控制开关，装置开始工作，此时变容推进装置里的活塞在顶部，装置下沉；
（b）当装置淹没于水中时，深度测量仪、密度测量仪开始测量水深和密度，测量频率为1次/s。装置保持缓慢下沉，由于水体压强，滑块向内侧的压力通过弹簧传至压力感应器；同时,水流通过“X”形进水管进入密度仓，测量球（16）所受浮力及拉力计读数f随水体密度变化。水深h、水体密度ρh，分别按下式计算：
水深：h=(F1+F2)/（2ρhgπr2）；
水体密度：ρh=(G-f)/（Vg）；
式中，ρh为深度h处的水体密度，kg/m3；G为测量球重力，N；V为测量球的体积，m3；f为拉力计的读数，N；g为重力加速度，m/s2；F1、F2分别为左右压力感应器测出的压力，N；r为滑道的半径，m；
（c）将步骤（b）中监测的水深h及对应的水体密度ρh通过数据传输线传输至数据处理器,数据处理器按下式计算水体的垂向密度梯度：
垂向密度梯度：Div(ρ)=Δρ/Δh；
Div(ρ)为垂向密度梯度，kg/m3/m，Δρ为相邻两次监测的水体密度差，kg/m3，Δh为相邻两次监测装置所处的深度差，m。
（d）由于水体密度随水温变化而变化，密度梯度较大处即为水库的温跃层。数据处理器对密度梯度进行判断，当密度梯度大于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器打开阀门，同时发动机推动与液压杆相连的活塞向下运动，变容推进仓内体积增大，进而整个装置的浮力增大，当浮力大于装置自身的重力时，装置向上运动，倾斜扭转式尾翼受水体冲击力而发生转动，加速上下层水体混合；
（e）装置在上浮过程中，重复步骤（b）～（c），当密度梯度小于或等于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器打开阀门，通过发动机拉动与液压杆相连的活塞向上运动，变容仓体积减小，进而整个装置的浮力减小，当浮力小于装置自身的重力时，装置下沉，倾斜扭转式尾翼受水体冲击力而发生转动，加速上下层水体混合；
（f）重复步骤（b）～（d），直至装置找不到温跃层；
（g）若垂向密度梯度始终小于0.15kg/m3/m，装置会沉入水底并触动触底感应器，进而阀门控制器打开阀门，发动机推动与液压杆相连的活塞向下运动，变容仓内体积增大，装置的浮力增大，装置向上运动，直至浮出水面。
图4显示了装置不同往复次数下水温垂向分布，可以看出装置往复运行10次后，水温分层条件得到显明改善。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (10)
1.一种深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：包括壳体(1)和依附于所述壳体(1)上的水下定位仪、深度测量仪、密度测量仪、数据处理器(18)和变容推进装置；
所述壳体(1)上部呈椭球流线型，中下部呈圆柱型，与上部平滑连接，尾端嵌有实心承重圆盘(3)，所述实心承重圆盘(3)的外圆周上套有转环(4)，转环(4)外侧固定有尾翼(5)；
所述变容推进装置设置在所述壳体(1)下部，包括储气罐(20)、阀门控制器(21)、阀门(22)、发动机(23)、变容仓(24)、液压杆(25)和活塞(26)，所述的阀门(22)、发动机(23)分别通过数据线与阀门控制器(21)相连；
所述数据处理器(18)通过数据传输线(19)分别与深度测量仪、密度测量仪、阀门控制器(21)、发动机(23)相连；所述数据处理器(18)根据深度测量仪和密度测量仪的测量值计算出密度梯度后，对密度梯度大小进行判断，当密度梯度大于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器(21)打开阀门(22)，同时发动机(23)推动与液压杆(25)相连的活塞(26)向下运动，变容仓(24)内体积增大，进而整个装置的浮力增大，当浮力大于装置自身的重力时，装置向上运动；相反，当密度梯度小于或等于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器(21)打开阀门(22)，通过发动机(23)拉动与液压杆(25)相连的活塞(26)向上运动，变容仓(24)体积减小，进而整个装置的浮力减小，当浮力小于装置自身的重力时，装置下沉，如此上下往复运动，直至水温分层得到改善。
2.根据权利要求1所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述水下定位仪包括水下GPS定位仪(7)和无线发射装置(8)。
3.根据权利要求1所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述深度测量仪为两组，水平对称布置，每组均包括滑块(9)、滑道(10)、弹簧(11)、压力感应器(12)，所述滑道(10)嵌入在所述壳体(1)的外壁中，所述压力感应器(12)设置在滑道(10)的内端面上，所述滑块(9)通过弹簧(11)与所述压力感应器(12)连接，受水压力沿所述滑道(10)上滑动。
4.根据权利要求1所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述密度测量仪包括进水管(13)、水流缓冲膜(14)、密度仓(15)、测量球(16)和拉力计(17)；所述密度仓(15)设置在所述壳体(1)内部，所述进水管(13)由若干绝热细管组成，上下左右斜对称呈“X”形布置在所述密度仓(15)的外侧，所述进水管(13)末端与密度仓(15)之间设置水流缓冲膜(14)；所述测量球(16)通过拉力计(17)悬挂在所述密度仓(15)的内顶壁上。
5.根据权利要求1所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述壳体(1)由轻质防水材料制成。
6.根据权利要求1所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述壳体(1)的顶端设置有拉钩(2)。
7.根据权利要求1所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述实心承重圆盘(3)的底部设置有触底感应器(6)，所述触底感应器(6)通过数据传输线(19)与所述数据处理器(18)相连。
8.根据权利要求1所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述尾翼(5)形状为倾斜扭转式，翼面与水平方向夹角为45°～60°；所述尾翼(5)由铝合金材料制成，共八根，均匀对称固定在所述转环(4)上，长度为实心承重圆盘(3)直径的1/2～1/3。
9.根据权利要求4所述的深水水库水温分层智能自调节改善装置，其特征在于：所述测量球(16)由绝热材料制成，密度为常温下水体密度的1.05～1.10倍。
10.利用权利要求3所述深水水库水温分层智能自调节改善装置进行深水水库水温分层智能自调节改善的方法，其特征在于：该深水水库水温分层智能自调节改善装置中，所述壳体(1)的顶端设置有拉钩(2)；所述实心承重圆盘(3)的底部设置有触底感应器(6)，所述触底感应器(6)通过数据传输线(19)与所述数据处理器(18)相连；
该方法按以下步骤实施：
(a)将所述深水水库水温分层智能自调节改善装置运输至坝前或需要改善水温分层的区域，采用船载吊机钩住拉钩(2)，缓慢将装置放入水中，打开装置电源控制开关，装置开始工作，此时变容推进装置的活塞(26)在顶部，装置自身重量克服浮力作用逐渐缓慢下沉；
(b)当装置淹没于水中时，深度测量仪、密度测量仪开始测量水深和密度，测量频率为1次/s；装置保持缓慢下沉；由于水体压强，滑块(9)向内侧的压力通过弹簧(11)传至压力感应器(12)，记录水深变化；同时,水流通过“X”形进水管(13)进入密度仓(15)，测量球(16)所受浮力及拉力计(17)读数f随水体密度变化，水深h、水体密度ρh，分别按下式计算：
水深：h＝(F1+F2)/(2ρhgπr2)；
水体密度：ρh＝(G-f)/(Vg)；
式中，ρh为深度h处的水体密度，kg/m3；G为测量球重力，N；V为测量球的体积，m3；f为拉力计的读数，N；g为重力加速度，m/s2；F1、F2分别为左右压力感应器测出的压力，N；r为滑道的半径，m；
(c)将步骤(b)中监测的水深h及对应的水体密度ρh通过数据传输线(19)传输至数据处理器(18),数据处理器(18)按下式计算水体的垂向密度梯度：
垂向密度梯度：Div(ρ)＝Δρ/Δh；
其中，Div(ρ)为垂向密度梯度，kg/m3/m。；Δρ为相邻两次监测的水体密度差，kg/m3，Δh为相邻两次监测装置所处的深度差，m；
(d)由于水体密度随水温变化而变化，密度梯度较大处即为水库的温跃层；数据处理器(18)对密度梯度进行判断，当密度梯度大于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器(21)打开阀门(22)，同时发动机(23)推动与液压杆(25)相连的活塞(26)向下运动，变容仓(24)内体积增大，进而整个装置的浮力增大，当浮力大于装置自身的重力时，装置向上运动，倾斜扭转式尾翼(5)受水体冲击力而发生转动，加速上下层水体混合；
(e)装置在上浮过程中，重复步骤(b)～(c)，当密度梯度小于或等于0.15kg/m3/m时，通过阀门控制器(21)打开阀门(22)，通过发动机(23)拉动与液压杆(25)相连的活塞(26)向上运动，变容仓(24)体积减小，进而整个装置的浮力减小，当浮力小于装置自身的重力时，装置下沉，倾斜扭转式尾翼(5)受水体冲击力而发生转动，加速上下层水体混合；
(f)重复步骤(b)～(d)，直至装置找不到温跃层；
(g)若垂向密度梯度始终小于0.15kg/m3/m，装置会沉入水底并触动触底感应器(6)，进而阀门控制器(21)打开阀门(22)，发动机(23)推动与液压杆(25)相连的活塞(26)向下运动，变容仓(24)内体积增大，装置的浮力增大，装置向上运动，直至浮出水面。
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