CN221077639U - 一种潮汐水域水文要素分层监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种潮汐水域水文要素分层监测装置，其包括：浮体、固定锚链、底座、控制机构和多个多参数传感器；浮体漂浮设置在水域水面，底座设置在水域水底的河床上，固定锚链的上下两端分别连接浮体和底座，多个多参数传感器间距可知的分布安装在固定锚链上，设置在浮体上的控制机构包括控制单元以及由控制单元控制连接的定位监控单元、数据转发单元和供电单元。该监测装置结构简单，可根据需要多点灵活布置，投放、运行管理、维护、回收方便，可靠性和安全性好；在易受潮汐影响的水域，无论水位如何变化，都能监测到相对水深位置的水文要素，实现水文多要素的分层监测，将多要素数据实时传输，实现对潮汐水域大范围多点位水文多要素的实时在线监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及水文监测技术领域，尤其是涉及一种潮汐水域水文要素分层监测装置。
背景技术
潮汐水域的水文要素监测是海洋测绘的重要内容，监测数据对于科学研究、航海安全、海洋工程建设、生态环境保护、渔业资源开发与利用、水资源开发利用等意义重大。水文要素不仅在横向上存在明显的差异，在纵向上有时也存在明显的分层现象，如在深海，从水面到水底，温度、盐度和水密度呈现显著的差异。在河口水域，在上游淡水和潮汐的双重作用下，淡水和咸水交界的范围会动态变化，同时，在不同的时刻不同深度的水体还存在明显的盐度分层的现象。有时候，表层的盐度和底层的差异巨大，可能表层是完全意义上的淡水，底层是高浓度的咸水，此时如能充分掌握垂向上的水体的盐度分布情况，将能为淡水的利用带来巨大的益处。
目前，对以上问题的解决有主要三个途径：一种是在固定深度的地方安装传感器，监测固定深度的水文参数；一种是在相对深度的地方安装传感器，将监测到的数据进行存储，但难以做到实施传输；一种是在监测表层的水文参数，实时传输，但难以做到实时存储。以上几种方法，都难以做到对水面高度有变化的水体进行分层多参数实施监测与数据传输。
因此，实有必要设计一种潮汐水域水文要素分层监测装置，以克服上述问题。
实用新型内容
为了避免上述问题，提供了一种潮汐水域水文要素分层监测装置，结构简单，操作便捷，可根据需要多点灵活布置，装置投放、运行管理、维护、回收方便，可靠性和安全性好；在易受潮汐影响的水域，无论水位如何变化，都能监测到相对水深位置的水文要素，实现水文多要素的分层监测，将多要素数据实时传输，实现对潮汐水域大范围多点位水文多要素的实时在线监测。
本实用新型提供的一种潮汐水域水文要素分层监测装置，包括：浮体、固定锚链、底座、控制机构和多个多参数传感器；浮体内设有防水的密闭空间且漂浮设置在水域水面，底座设置在水域水底的河床上，固定锚链的上下两端分别连接浮体和底座，多个多参数传感器间距可知的分布安装在固定锚链上，用于检测所在位置的水位要素，设置在浮体上的控制机构包括控制单元以及由控制单元控制连接的定位监控单元、数据转发单元和供电单元，定位监控单元用于监测定位浮体的位置，数据转发单元与多个多参数传感器分别连接，供电单元与定位监控单元、数据转发单元及多个多参数传感器连接。
其中，浮体是一个不锈钢材料制作的圆柱形浮筒，其作用是提供一个防水的密闭空间，防止设置在其内的设备受到海水的侵蚀破坏；同时，利用水流的特性，使与底座连接的固定锚链处于受力状态从而近似直线，保证固定在固定锚链上的多参数传感器处于固定相对水深的位置。
多参数传感器，其用于对水体的多个水文参数进行监测，根据需要监测的水体相对深度，多个多参数传感器安装在相应固定锚链长度的位置，多参数传感器的测量参数，根据需要可选取水温(Temperature)、电导率(Conductivity)、盐度(Salinity)、压力(Pressure)、浊度(Turbidity)、声速(Sound velocity)等参数中一个或者多个；多参数传感器为具备实时在线测量功能的传感器，测量到的数据传输到数据转发单元，即开发定制的DTU装置。
进一步，多个浮球间隔均匀的设置在固定锚链上，用于平衡锚链的重量使其在水中呈现进于直线状态。
进一步，除固定锚链上下两端其余的多个多参数传感器与多个浮球对应设置。
进一步，岸上设有数据接收单元并与控制单元连接。
进一步，定位监控单元为GNSS定位装置；安装在浮体上部，露出水面，实施测量出浮体的位置，并将坐标信息传输到数据转发单元。
进一步，数据转发单元具有数据接收、存储、处理和传输功能。
进一步，供电单元包括设置在浮体表面的多个太阳能电池板，其用于对多参数传感器、数据转发单元、定位监控单元等进行供电，包括固定安装在浮体内部的蓄电池和浮体上部的面朝多面的太阳能板；太阳能板与水平面呈固定30度的角度，保证浮体在绝大多数自由漂浮姿态下，都能获得稳定的太阳照射，保障供电系统的有效性。
进一步，固定锚链与底座通过过载保护装置连接，当过载保护装置拉力达到或超过一定值时，过载保护装置自动断开；例如，当底座受到淤泥掩埋时，可设置拉力达到或超过底座重量的1.5倍，过载保护装置将自动断开，抛弃底座，即可顺利回收。
进一步，底座底部设有用于固定在水域水底河床的多个桩腿。
进一步，数据转发单元通过数传天线或者物联网与岸上设置的数据接收单元连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：该监测装置结构简单，操作便捷，可根据需要多点灵活布置，装置投放、运行管理、维护、回收方便，可靠性和安全性好；在易受潮汐影响的水域，无论水位如何变化，都能监测到相对水深位置的水文要素，实现水文多要素的分层监测，将多要素数据实时传输，实现对潮汐水域大范围多点位水文多要素的实时在线监测。
附图说明
图1为本实用新型一优选实施例的潮汐水域水文要素分层监测装置的结构示意图；
图2为本实用新型一优选实施例的浮体和控制机构的结构示意图；
图3为本实用新型一优选实施例的底座的结构示意图；
附图标号说明：
A、固定锚链；B、底座；B1、桩腿；C、浮球；D、数据转发单元；F、浮体；F1、密闭空间；G、定位监控单元；K、控制单元；P、供电单元；S、多参数传感器；T、数传天线；U、过载保护装置。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
如图1至图3所示，本实施例提供的一种潮汐水域水文要素分层监测装置，包括：浮体F、固定锚链A、底座B、控制机构和多个多参数传感器S。
其中，浮体F内设有防水的密闭空间F1且漂浮设置在水域水面，底座B设置在水域水底的河床上，固定锚链A的上下两端分别连接浮体F和底座B；多个多参数传感器S间距可知的分布安装在固定锚链A上，用于检测所在位置的水位要素。同时，控制机构设置在浮体F上，有些位于密闭空间F1内，有些设置在浮体F上，控制机构包括控制单元K以及由控制单元K控制连接的定位监控单元G、数据转发单元D和供电单元P，定位监控单元G用于监测定位浮体F的位置，数据转发单元D与多个多参数传感器S分别连接，供电单元P与定位监控单元G、数据转发单元D及多个多参数传感器S连接。
多个浮球C间隔均匀的设置在固定锚链A上，为空心塑料球，用于平衡锚链的重量使其在水中呈现进于直线状态；本实施例中，除固定锚链A上下两端其余的多个多参数传感器S与多个浮球C对应设置；固定锚链A有铁质锚链制成，是连接浮体F和底座B的媒介，也是固定多参数传感器S的依附体。
如图1和图2所示，多参数传感器S，其用于对水体的多个水文参数进行监测，根据需要监测的水体相对深度，多个多参数传感器S安装在相应固定锚链A长度的位置，多参数传感器S的测量参数，根据需要可选取水温(Temperature)、电导率(Conductivity)、盐度(Salinity)、压力(Pressure)、浊度(Turbidity)、声速(Sound velocity)等参数中的一个或者多个。多参数传感器S为具备实时在线测量功能的传感器，测量到的数据传输到开发定制的数据转发单元D。
定位监控单元G为GNSS定位装置，安装在浮体F上部，露出水面，实施测量出浮体F的位置，并将坐标信息传输到数据转发单元D和控制单元K。
数据转发单元D具有数据接收、存储、处理和传输功能，将监测到的数据进行接收、存储、处理；岸上设有数据接收单元并与控制单元K连接，然后通过数传天线T或者GPRS网络传输到岸上的数据接收单元。
供电单元P包括设置在浮体F表面的多个太阳能电池板，其用于对多参数传感器S、数据转发单元D、定位监控装置等进行供电，且其包括固定安装在浮体F内部的蓄电池和浮体F上部的太阳能板。
如图1和图3所示，固定锚链A与底座B通过过载保护装置U连接，当过载保护装置U拉力达到或超过一定值时，过载保护装置U自动断开；且底座B底部设有用于固定在水域水底河床的多个桩腿B1。
底座B是一个规则的圆柱体钢筋混凝土预制体，根据浮体F大小、测区流速和风浪等水文条件，重量在100-1000KG不等，为浮体F提供一个固定的底座B，底座B由于自身重量坐落在水底的河床上，限制监测系统在一定的范围内，从而实现位置保持。
在本发明实施例中，岸上的数据接收单元通过数传天线T或者GPRS网络将接收到的数据进行、存储、处理、分析，以直观的曲线图形等方式提供使用者做决策参考，并具有参数超标报警功能，实现全天候24小时监控水体不同深度位置的水文参数。
工作原理：该监测装置由水上浮体F、多参数传感器S、数据转发单元D、供电单元P、定位监控单元G等部分组成。供电单元P不间断给多参数传感器S、数据转发单元D、定位监控系统等供给电量，保证正常工作，数据转发单元D通过数据线缆或者水深通讯设备接收监测传感器的原始数据信息，然后将数据进行存储处理，同时通过数传天线T或者GPRS网络向用户(岸上接收中心或者手机移动端)发送数据信息，岸上接收中心或者手机移动端通过专门开发的APP软件对接收到的数据进行分析、处理，供决策者使用。
其中，浮球C的目的是平衡固定锚链A自身的重力；若无这些重力平衡的浮球C，在自身重力和浮球C拉力的共同作用下，固定锚链A在水中的形态如图1中虚线部分所示，即呈现一种弯曲的悬链线形态；这个形态导致了在锚链上设置的多参数传感器S无法处于需要的正确的相对水深位置。
如图1中所示，若需要多参数传感器SS分别监测相对水深0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍的位置，则将中间的多个多参数传感器S分别安装固定锚链A总长度(固定锚链A长度加上浮体F入水深度加上底座B高度)0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍的位置。当固定锚链A趋于直线时，虽然固定锚链A呈现一种倾斜的状态，根据几何原理，中间的多个多参数传感器S仍会处于相对水深0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍的位置。当底座B所处位置水深不够深(如小于10m)，水面因潮汐左右高度变化较大(达到2～3m)时，中间的多个多参数传感器S偏离所需要的相对水深的位置将更为明显。
重力平衡的浮球C的直径大小需要经过精密计算，既不能过大，也不能过小，过大的话就使固定锚链A向上弯曲，过小的话就起不到平衡的作用，使固定锚链A处于向下弯曲的悬链线状态。合理的做法是：所有浮球C提供的浮力大于锚链重量的0.85倍。
设固定锚链A重量为W千克，共均匀设置了n个浮球C，则浮球C的直径d为：
上式中：π为圆周率，可近似取3.1415，d的单位为分米dm。
底座B通过一个圆环(即过载保护装置U)与固定锚链A连接，圆环的强度经过设计和测试，能承受底座B1.5倍的重量，当底座B被淤泥覆盖时，想要拉起底座B，可能需要超过底座B重量1.5倍的拉力，此时，圆环将被拉断，抛弃底座B，即可将锚链和仪器回收。而浮体F上与锚链连接的圆环设计为至少能承受3倍预底座B的拉力，保证锚链与浮体F的牢固连接。
该监测装置结构简单，操作便捷，可根据需要多点灵活布置，装置投放、运行管理、维护、回收方便，可靠性和安全性好；在易受潮汐影响的水域，无论水位如何变化，都能监测到相对水深位置的水文要素，实现水文多要素的分层监测，将多要素数据实时传输，实现对潮汐水域大范围多点位水文多要素的实时在线监测。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于，包括：浮体、固定锚链、底座、控制机构和多个多参数传感器；浮体内设有防水的密闭空间且漂浮设置在水域水面，底座设置在水域水底的河床上，固定锚链的上下两端分别连接浮体和底座，多个多参数传感器间距可知的分布安装在固定锚链上，用于检测所在位置的水位要素，设置在浮体上的控制机构包括控制单元以及由控制单元控制连接的定位监控单元、数据转发单元和供电单元，定位监控单元用于监测定位浮体的位置，数据转发单元与多个多参数传感器分别连接，供电单元与定位监控单元、数据转发单元及多个多参数传感器连接。
2.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：多个浮球间隔均匀的设置在固定锚链上，用于平衡锚链的重量使其在水中呈现直线状态。
3.如权利要求2中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：除固定锚链上下两端其余的多个多参数传感器与多个浮球对应设置。
4.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：岸上设有数据接收单元并与控制单元连接。
5.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：定位监控单元为GNSS定位装置。
6.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：数据转发单元具有数据接收、存储、处理和传输功能。
7.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：供电单元包括设置在浮体表面的多个太阳能电池板。
8.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：固定锚链与底座通过过载保护装置连接，当过载保护装置拉力达到或超过一定值时，过载保护装置自动断开。
9.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：底座底部设有用于固定在水域水底河床的多个桩腿。
10.如权利要求1中所述的潮汐水域水文要素分层监测装置，其特征在于：数据转发单元通过数传天线或者物联网与岸上设置的数据接收单元连接。
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