CN105738008B - 一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，包括位于水库进水口上游侧的挡墙墙体，所述挡墙墙体垂直布置在挡墙基础，在挡墙墙体两侧分别设置有垂向开孔钢管，在垂向开孔钢管内设置有若干水温在线观测探头，所述垂向开孔钢管通过钢管固定支架分别安装在挡墙墙体的上游面和下游面上。本发明系统对水库前置挡墙增温效果观测进行了有效覆盖，确保了水库及下游水温变化规律整体观测与研究成果的系统性、代表性、可靠性；对有效观测水库前置挡墙增温效果，提高我国水库水温变化规律观测技术水平及成果质量，对改进、优化后续水利水电工程前置挡墙分层取水措施的设计、建设及运行调度工作具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于水利水电工程水文观测技术领域，具体是涉及一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统。
背景技术
水利水电工程等拦河水工建筑物成库后改变了水库库区的水文情势与水体环境，水库既调蓄水量又储存热量，可能会导致水库库区水体水温出现垂向分层现象，若不考虑分层取水措施取用水库表层高温区水体，则水库下泄流量大部分来自库区深水低温区水体，而水库低温水下泄会对下游河道水生态系统产生长期、深远的影响。
目前，我国水利水电工程通常是采用在其进水口前设置前置挡墙方式取用水库表层水体发电或引流，以减缓原水库进水口下泄低温水对下游河道水生态系统影响的方法已逐渐推广，但关于水利水电工程前置挡墙增温效应系统观测工作尚处于空白阶段，前置挡墙增温效应系统观测工作技术方法与要求缺乏相关导则或规范的有效统一，致使水库及下游整体水温变化规律观测与研究成果质量普遍存在系统性、代表性、可靠性不强等问题，对改进、优化后续水利水电工程前置挡墙分层取水措施的设计、建设及运行调度等工作的参考意义不大，对提高我国河流水温变化规律数学模型研究、经验公式改进及其计算软件开发等工作，并推动行业科技进步的借鉴意义不大。因此，如何开展水库前置挡墙增温效应库区及下游水温对比观测工作，研究水库前置挡墙增温效应的影响机理，并为相关环境影响系统研究作好技术支撑，是目前水利水电工程水文观测技术领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统。以提高水库及下游水温变化规律观测与研究工作技术水平及成果质量，克服现有技术所存在的不足。
本发明是通过如下技术方案予以实现的。
一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，包括位于水库进水口上游侧的挡墙墙体，所述挡墙墙体垂直布置在挡墙基础，在挡墙墙体两侧分别设置有垂向开孔钢管，在垂向开孔钢管内设置有若干水温在线观测探头。
所述垂向开孔钢管通过钢管固定支架分别安装在挡墙墙体的上游面和下游面上。
所述钢管固定支架在挡墙墙体上的布置间距为3～5米。
所述水温在线观测探头采用水温在线观测探头。
所述水温在线观测探头为低损耗水温传感器。
所述低损耗水温传感器的水温测量分辨率在0.01℃以上，精度在0.1℃以上，温度测量范围为-5～35℃。
所述水温在线观测探头采用电池作为电源。
所述水温在线观测探头采用0.2毫米壁厚的不锈钢外壳封装。
所述水温在线观测探头在前置挡墙墙体上的布设间距为2米至6米。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明系统考虑了水库进水口前置挡墙工程布置情况，对水库前置挡墙增温效果观测进行了有效覆盖，确保了水库及下游水温变化规律整体观测与研究成果的系统性、代表性、可靠性。对有效观测水库前置挡墙增温效果，提高我国水库水温变化规律观测工作技术水平及成果质量，对改进、优化后续水利水电工程前置挡墙分层取水措施的设计、建设及运行调度等工作，提高我国河流水温变化规律数学模型研究、经验公式改进及其计算软件开发等工作，并推动行业科技进步具有重要意义，经济、社会、环境效益显著。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1-进水口，2-挡墙墙体，3-挡墙基础，4-钢管固定支架，5-垂向开孔钢管，6-水温在线观测探头。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1所示，本发明所述的一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，包括位于水库进水口1上游侧的挡墙墙体2，所述挡墙墙体2垂直布置在挡墙基础3，在挡墙墙体2两侧分别设置有垂向开孔钢管5，在垂向开孔钢管5内设置有若干水温在线观测探头6。在实际施工中，所述垂向开孔钢管5安装在前置挡墙墙体2的上游面和下游面上，用于固定安装水温在线观测探头6，其长度根据前置挡墙墙体2的高度确定，垂向开孔钢管5的管径以满足水温在线观测探头6链安装为宜，钢管开孔型式、孔径大小根据观测水深综合确定，以确保垂向开孔钢管不受前置挡墙附近深水水压变形为宜。
所述垂向开孔钢管5通过钢管固定支架4分别安装在挡墙墙体2的上游面和下游面上。钢管固定支架4是用于固定垂向开孔钢管5的固定钢结构，钢管固定支架4在挡墙墙体2上的布置间距为3～5米，其中靠进水口1一侧流场复杂区的钢管固定支架4布设较密，前置挡墙墙体2上的钢管固定支架4具体布设间距以对满足前置挡墙墙体2两侧水温连续在线6对比观测系统整体安全稳定为宜。
所述水温在线观测探头6安装在前置的挡墙墙体2两侧的垂向开孔钢管5内部，并固定在钢管固定支架4上；所述水温在线观测探头6水温在线观测探头采用具有一定寿命的水温在线观测探头，具体为电池使用寿命在三年及以上且具备数据远程在线传输功能的低损耗水温传感器。其中，水温传感器的水温测量分辨率在0.01℃以上，精度在0.1℃以上，温度测量范围为-5～35℃，工作深度范围可达200米。采用电池作为电源，水温数据记录频次可在1天至10天区间任意设置，运行损耗较低，使用寿命在三年及以上。水温在线观测探头采用0.2毫米壁厚的不锈钢外壳封装，蓄热量极小，灵敏性高，具有防水、抗冲击碰撞、抗强压、抗腐蚀、抗老化等特性。
所述水温在线观测探头6在前置挡墙墙体2上的布设间距为2米至6米；其中前置挡墙墙体2上不同水库运行水位时，进水口1垂向上边界对应高程变化区间内的水温在线观测探6布设较密，间距一般为2米至4米。水温在线观测探头在6前置挡墙墙体2上的具体布设间距以对水库前置挡墙分层取水增温效果评估进行有效覆盖为宜。
如图1所示，在实际观测应用中，本发明所述的观测系统安装组数及具体布置，应根据水库进水口1前置挡墙墙体2的工程总体布置及观测仪器安全运行方面综合考虑，可安装一组或多组，其中至少应在水库进水口1中心线外对应的前置挡墙墙体2两侧墙体上安装一组，其余各组根据进水口前流场分布予以综合考虑，具体安装组数根据观测工作精度要求确定，以对水库前置挡墙增温效应观测进行有效覆盖为宜。所述水库前置挡墙增温效应观测是指根据观测周期内水库不同水位运行情况，对前置挡墙两侧进行分层取水增温效果全过程的同步连续系统观测，一般应至少在每日08:00观测一次，并进行前置挡墙两侧同高程观测仪器水温测值的同步对比分析计算，得出观测周期内前置挡墙增温效果幅度值，再由观测周期内全时段、各高程的增温效果幅度值累积统计后得到前置挡墙分层取水整体增温效应观测研究成果的方法，反映的是观测周期内全过程的前置挡墙两侧增温效果幅度值相对趋势变化情况。
下面结合北盘江董箐水电站实施实例对本发明方案作进一步详细说明如下：
(1)前置挡墙工程概况
董箐水电站为北盘江干流水电梯级开发最后一级，下游为红水河龙滩水电站，为II等大(2)型工程，开发任务主要以发电为主、航运次之，兼顾灌溉和供水等综合效益。董箐水电站水库正常蓄水位490.0m，死水位483.0m，发电极限水位475.0m，装机容量880MW(4×220MW)，保证出力172MW，多年平均电量30.26亿kW·h。董箐水电站引水发电系统布置在河床右岸，采用一洞一机单元供水方式，由塔式进水口、引水隧洞、压力钢管、坝后右岸地面厂房组成。
董箐水电站塔式进水口塔身底板高程455.0m，塔顶高程494.5m，塔高39.5m，进水口前沿宽度89.2m，顺水流方向长38.15m。董箐水库水温结构为过渡型，其塔式进水口底板距离正常蓄水位有35.0m高差，如图1所示，若不考虑分层取水，则发电下泄流量大部分来自进水口1前455.0m～470.0m高程内的深水低温区，会对下游河道水生态系统产生一定不利影响。按照环境保护部要求，为减轻董箐水电站发电下泄低温水不利影响，同时考虑董箐水库为日调节，库水位变幅相对频繁，确定在其发电进水口前13.0m设置了π型扶臂式钢筋混凝土挡墙以取用水库表层水发电。
董箐水电站进水口π型扶臂式钢筋混凝土前置挡墙墙体2距进水口1前13.0m，挡墙墙体2两侧与进水口边墩相接；挡墙墙体2高15.0m，墙厚3.0m，扶臂间距5.0m，臂厚2.0m；挡墙墙体2顶部高程470.0m，挡墙墙体2底部为3.0m厚钢筋混凝土基础作为挡墙基础3。
(2)前置挡墙两侧水温连续在线观测系统布置情况
董箐水电站前置挡墙两侧水温连续在线观测系统布设一组，设置在水库进水口1中心线外对应的前置挡墙墙体2两侧墙体上。
前置挡墙墙体3上游面垂向开孔钢管5长为14m，管径为20cm，开孔型式为梅花孔，孔径3cm，各孔为梅花形错开布置，布置在高程456m～470m之间，从钢管顶端至末端按照间距3.25m等距设置四个钢管固定支架4，最顶部钢管支架4与最底部支架4的间距为13m。
如图1所示，前置挡墙墙体2下游面垂向开孔钢管5的长度15m，管径20cm，开孔型式为梅花孔，孔径为3cm，各孔为梅花形错开布置，布置在高程455m～470m之间，从垂向开孔钢管5顶端至末端按照间距2.80m等距设置六个钢管固定支架,4，最顶部钢管支架与最底部支架4间距为14m。
分别在前置挡墙墙体2上游面和下游面垂向开孔钢管6上每间隔2m布置一组水温在线观测探头6，每组水温在线观测探头6为2个(一用一备)，所述水温在线观测探头6采用水温在线观测探头，即在前置挡墙墙体3上游面和下游面垂向开孔钢管5的高程为470m、468m、466m、464m、462m、460m、458m、456m处各布设一组水温在线观测探头6，另外，还在挡墙墙体3下游面垂向钢管5底端单独设置一组2水温在线观测探头6，即图1中高程455m处，共计17组34个水温在线观测探头。
水温在线观测探头6水温测量分辨率为0.01℃，精度为0.1℃，范围为-40～100℃，工作深度范围为0～200m。采用电池作为电源，设置成每日08:00记录一次水温观测数据，此模式下电池寿命可达5年。采用不锈钢外壳封装，仅有0.2mm的壁厚，具有很小的蓄热量，采用导热性高的密封胶，保证了传感器的高灵敏性，极小的温度延迟，具有抗冲击碰撞、抗强压、抗腐蚀、抗老化等特性。水温在线观测探头采集的水温数据通过中国移动GPRS数据通信平台接收至指定计算机予以储存。
(3)前置挡墙增温效应墙体两侧水温对比观测工作开展情况
董箐水电站在2012年3月启动了前置挡墙增温效应墙体两侧水温对比观测工作，计划开展为期5个水文年观测，以满足工程竣工环境保护验收与环境影响后评价工作要求。
董箐水电站前置挡墙增温效应墙体两侧水温观测仪器计数频率、周期一致，均为每日观测一次，即每日08:00观测记录一次，并进行前置挡墙两侧同高程观测仪器水温测值的同步对比分析计算，得出观测周期内前置挡墙增温效果幅度值，再由观测周期内全时段、各高程的增温效果幅度值累积统计后得到观测周期内全过程的前置挡墙两侧增温效果幅度值相对趋势变化情况。
Claims (6)
1.一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，其特征在于：包括位于水库进水口(1)上游侧的挡墙墙体(2)，所述挡墙墙体(2)垂直布置在挡墙基础(3)，在挡墙墙体(2)两侧分别设置有垂向开孔钢管(5)，在垂向开孔钢管(5)内设置有若干水温在线观测探头(6)；所述垂向开孔钢管(5)通过钢管固定支架(4)分别安装在挡墙墙体(2)的上游面和下游面上；所述钢管固定支架(4)在挡墙墙体(2)上的布置间距为3～5米。
2.根据权利要求1所述的一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，其特征在于：所述水温在线观测探头为低损耗水温传感器。
3.根据权利要求2所述的一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，其特征在于：所述低损耗水温传感器的水温测量分辨率在0.01℃以上，精度在0.1℃以上，温度测量范围为-5～35℃。
4.根据权利要求2所述的一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，其特征在于：所述水温在线观测探头采用电池作为电源。
5.根据权利要求2所述的一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，其特征在于：所述水温在线观测探头采用0.2毫米壁厚的不锈钢外壳封装。
6.根据权利要求1所述的一种水库前置挡墙墙体两侧水温对比观测系统，其特征在于：所述水温在线观测探头(6)在前置挡墙墙体(2)上的布设间距为2米至6米。
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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 | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |