CN104931154A - 一种浮动式水库垂向水温自动观测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浮动式水库垂向水温自动观测装置及方法，该装置一种浮动式水库垂向水温自动观测装置，包括漂浮在水面上的浮球，浮球底端固接有探头链，探头链末端固接有铅球，探头链向下深入水中，探头链上自上而下安装有若干水温探头，所述浮球嵌装在一条漂浮在水面上的警示缆索中部；该方法包括水体分层-探头安装-探头链安装-浮球与探头链入水-观测等步骤。本发明考虑了高坝大库深水区水库水体水温分布与变化特征，对水库深水区垂向水温自动观测进行了全面、有效覆盖，确保了水库垂向水温变化规律观测成果的系统性、代表性、可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及水利水电工程监测技术领域，具体涉及一种浮动式水库垂向水温自动观测装置及方法。
背景技术
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，所以如今的大型水利水电工程在完工后都需要对水库不同温层进行监测，以便于制定消除水温分层的方案，但现有额水库水温分层监测方式比较原始，如公布号为CN103572733B的专利文件便公开了一种深水水库水温分层智能自调节改善装置和方法，该方案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。但该方案只能监测宽范围的单一温跃层，若温跃层有两层且较窄时观测误差较大，即这种单层式监测装置并不适用于所有水库的水温监测。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明旨在提供一种浮动式水库垂向水温自动观测装置及方法，以解决现有水库温跃层观测技术所存在的准确度差、观测功能单一、误差大、可靠性差以及适用范围小等问题。
本发明是通过如下技术方案予以实现的：
一种浮动式水库垂向水温自动观测装置，包括漂浮在水面上的浮球，浮球底端固接有探头链，探头链末端固接有铅球，探头链向下深入水中，探头链上自上而下安装有若干水温探头，所述浮球嵌装在一条漂浮在水面上的警示缆索中部。
所述水温探头为TDC-20水温传感器，分辨率0.01℃，精度为0.1℃，范围为-40～100℃，工作深度为0～200m。
所述浮球为PE滚塑材质，直径为800mm。
所述探头链为直径0.4cm的钢缆。
所述铅球的重量为10kg。
一种浮动式水库垂向水温自动观测方法，该方法包括以下步骤：
(a)将水库内的水体分为上下两个分层，上分层深度≥下分层深度；
(b)取与待观测水库水深相匹配的探头链，并对应上分层与下分层在探头链上安装若干水温探头；
(c)将安装有水温探头的探头链与浮球相连，并在探头链末端固接铅球；
(d)将浮球连同探头链一同放入水中，并保证探头链垂直布置；
(e)每个水温探头均采集与其相对应水体的温度并将数值通过GPRS数据通信平台接收至实验室指定计算机予以储存；
(f)通过采集的数据统计出观测点位水库水体的垂向水温分层变化规律。
所述步骤(b)中与水体上分层对应的探头链分段上安装的水温探头间距为5m。
所述步骤(b)中与水体下分层对应的探头链分段上安装的水温探头间距为10m。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明提供的浮动式水库垂向水温自动观测装置，系统考虑了高坝大库深水区水库水体水温分布与变化特征，对水库深水区垂向水温自动观测进行了全面、有效覆盖，确保了水库垂向水温变化规律观测成果的系统性、代表性、可靠性；且进一步提升我国水库水温分布与变化规律数学模型研究、经验公式改进及其计算软件开发研究工作水平，推动行业技术进步具有重要意义，经济、社会、环境效益显著。
附图说明
图1是本发明的布置结构图；
图2-图7是本发明观测数据日均值统计图；
图中：1-警示缆索；2-浮球；3-水温探头；4-探头链。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；
如图1所示，本发明提供的浮动式水库垂向水温自动观测装置，包括漂浮在水面上的浮球2，浮球2底端固接有探头链4，探头链4末端固接有铅球5，探头链4向下深入水中，探头链4上自上而下安装有若干水温探头3，所述浮球2嵌装在一条漂浮在水面上的警示缆索1中部。通过悬浮在水面的浮球2以及浮球下端安装的探头链4实现多个水温探头3的垂直布置，能有效对应深水水库的水温分层进行观测。
所述水温探头3为TDC-20水温传感器，分辨率0.01℃，精度为0.1℃，范围为-40～100℃，工作深度为0～200m，该水温探头3水温、水位数据记录频次可在10分钟至三小时区间任意设置。水温探头3采用电池作为电源，采用仅0.2毫米壁厚的不锈钢外壳封装，蓄热量极小，灵敏性高，具有抗冲击碰撞、抗强压、抗腐蚀、抗老化等特性。
所述浮球2为PE滚塑材质，直径为800mm，具备抗冲击碰撞、抗强压、抗腐蚀、抗老化等特性。
所述探头链4为直径0.4cm的钢缆，具有成本低廉，强度高，稳定性好等优点。
实施例：红水河龙滩水电站水库水温观测。
红水河龙滩水电站是国家实施西部大开发和“西电东送”战略的标志性工程，是红水河水电开发的骨干工程和龙头水库，工程主要开发任务为发电，兼有防洪、航运等综合效益。龙滩水电站水库正常蓄水位375m，死水位330m，库底高程210m。
根据水库坝前垂向水温预测成果可知：每年12月至2月，水库垂向水体接近同温分布，库表、库底水体水温温差较小；每年3月至6月，水库垂向水体出现一个温跃层，基本在水库表层至水下40m，水面40m以下为滞温层；每年7月至9月，水库垂向水体会出现两个温跃层，第一个温跃层一般出现在水库表层至水下10m，第二个温跃层一般出现在水下60m至水下90m，水面90m以下为滞温层；每年10月至11月，水库垂向水体出现一个温跃层，基本在水库表层至水下70m，水面70m以下为滞温层。
龙滩水电站坝前深水区观测水深达165m，结合坝前垂向水温分布预测成果，在龙滩水库正常蓄水位375m情况下，水库表层至水下90m的范围为垂向水温变化较大的水体，水下90m至库底区间水体基本为垂向水温变化较小的同温层。
观测装置组装和工作原理：
先将水库内的水体分为上下两个分层，上分层深度≥下分层深度；取与待观测水库水深相匹配的探头链4，并对应上分层与下分层在探头链4上安装若干水温探头3；将安装有水温探头3的探头链4与浮球2相连，并在探头链4末端固接铅球5；将浮球2连同探头链4一同放入水中，保证探头链4垂直布置；每个水温探头3均采集与其相对应水体的温度并将数值通过GPRS数据通信平台接收至实验室指定计算机予以储存；通过采集的数据统计出观测点位水库水体的垂向水温分层变化规律；观测装置安装在坝前警示缆索1上的水库表面深泓线位置处，即坝前警示缆索1的中心点处，距离大坝发电进水口800m，基本不受电站进水口发电引流影响；浮球2采取PE滚塑材质，直径为800mm，具备抗冲击碰撞、抗强压、抗腐蚀、抗老化等特性。探头链4为直径0.4cm，总长165m的钢缆。
水温探头3共计使用27个，其在探头链4上的布设按水体上下分层布置：由库底往上为探头链的下分层，即0m～75m范围，按照间距10m布设，共8个水温探头3，分别为0m、10m、20m、30m、40m、50m、60m、70m。由下分层顶端至库表为上分层，即75m～165m范围，按照间距5m布设，共19个水温探头3，分别为75m、80m、85m、90m、95m、100m、105m、110m、115m、120m、125m、130m、135m、140m、145m、150m、155m、160m、165m。
观测结果：
2011年11月至2012年11月的观测时段内，龙滩水库浮动式垂向水温自动观测点最高水位为369m(2012年9月18日)，最低水位为334m(2012年3月21日)。选取的2011年11月、2012年1月、2012年3月、2012年5月、2012年7月、2012年9月共计六个典型月的浮动式垂向水温自动观测相关统计成果如下：
2011年11月观测数据的日均值统计结果如图2所示：当月观测平均水深119m；水库表层25m范围温度变化小，基本为23.4℃；水中25m～80m范围存在温跃层，水温从23.4℃下降到16.3℃；80m以下为库底低温层，温度基本为16.3℃。
2012年1月观测数据的日均值统计结果如图3所示：当月观测平均水深116m；水库垂向水温分布基本相同，表层水温在17.9℃左右，库底水温基本为16.4℃，垂向上接近同温分布。
2012年3月观测数据的日均值统计结果如图4所示：当月观测平均水深112m；水库垂向水温分布基本相同，表层温跃层厚度约10m，水下10m至库底基本为同温层，温度变化小于1℃，库底温度基本在14.2℃。
2012年5月观测数据的日均值统计结果如图5所示：当月观测平均水深116m；水库表层至水下40m为温跃层，40m以下为同温层，温度基本为14.2℃。
2012年7月观测数据的日均值统计结果如图6所示：当月观测平均水深136m；水库表层至水下20m范围为第一个温跃层，水下55m至80m范围为第二个温跃层，水面80m以下为同温层，温度基本为14.2℃。
2012年9月观测数据的日均值统计结果如图7所示：当月观测平均水深151m；水库表层至水下15m范围为第一个温跃层，水下65m至90m范围为第二个温跃层，水面90m以下为同温层，温度基本为14.8℃。
龙滩水库采用本发明提供的浮动式水库垂向水温自动观测装置后观测成果基本与龙滩水库水温预测成果相符，并对温跃层、同温层出现的区域变化范围有进一步细化、精确，确保了对龙滩水库垂向水温变化规律连续观测的有效覆盖，达到了浮动式垂向水温自动观测工作预期的效果，为进一步提高龙滩水库水温变化规律数学模型研究、经验公式改进等深化提供了有效的数据支撑。
Claims (8)
1.一种浮动式水库垂向水温自动观测装置，其特征在于：包括漂浮在水面上的浮球(2)，浮球(2)底端固接有探头链(4)，探头链(4)末端固接有铅球(5)，探头链(4)向下深入水中，探头链(4)上自上而下安装有若干水温探头(3)，所述浮球(2)嵌装在一条漂浮在水面上的警示缆索(1)中部。
2.根据权利要求1所述的浮动式水库垂向水温自动观测装置，其特征在于：所述水温探头(3)为TDC-20水温传感器，分辨率0.01℃，精度为0.1℃，范围为-40～100℃，工作深度为0～200m。
3.根据权利要求1所述的浮动式水库垂向水温自动观测装置，其特征在于：所述浮球(2)为PE滚塑材质，直径为800mm。
4.根据权利要求1所述的浮动式水库垂向水温自动观测装置，其特征在于：所述探头链(4)为直径0.4cm的钢缆。
5.根据权利要求1所述的浮动式水库垂向水温自动观测装置，其特征在于：所述铅球(5)的重量为10kg。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的浮动式水库垂向水温自动观测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(a)将水库内的水体分为上下两个分层，上分层深度≥下分层深度；
(b)取与待观测水库水深相匹配的探头链(4)，并对应上分层与下分层在探头链(4)上安装若干水温探头(3)；
(c)将安装有水温探头(3)的探头链(4)与浮球(2)相连，并在探头链(4)末端固接铅球(5)；
(d)将浮球(2)连同探头链(4)一同放入水中，保证探头链(4)垂直布置；
(e)每个水温探头(3)均采集与其相对应水体的温度并将数值通过GPRS数据通信平台接收至实验室指定计算机予以储存；
(f)通过采集的数据统计出观测点位水库水体的垂向水温分层变化规律。
7.根据权利要求6所述的浮动式水库垂向水温自动观测方法，其特征在于：所述步骤(b)中与水体上分层对应的探头链(4)分段上安装的水温探头(3)间距为5m。
8.根据权利要求6所述的浮动式水库垂向水温自动观测方法，其特征在于：所述步骤(b)中与水体下分层对应的探头链(4)分段上安装的水温探头(3)间距为10m。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150923 |