一種浮動(dòng)式水庫(kù)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水利水電工程監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種浮動(dòng)式水庫(kù)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]深水水庫(kù)水溫分層是較為常見(jiàn)并廣受關(guān)注的一類(lèi)水電環(huán)境問(wèn)題。水庫(kù)水溫分層是指庫(kù)區(qū)水位抬高、流速減緩后，水體熱力學(xué)條件發(fā)生改變，水庫(kù)水溫形成的規(guī)律性垂向分層結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的分層型水庫(kù)沿垂向分為溫變層、溫躍層和滯溫層:溫變層近水表面，水溫主要受氣溫和光照的影響，水溫垂向梯度較小；深水處的滯溫層水溫常年保持穩(wěn)定，垂向梯度變化較緩；溫變層和滯溫層之間為溫躍層，厚度較薄，溫度和密度沿垂向出現(xiàn)急劇變化。水庫(kù)水溫分層會(huì)在庫(kù)區(qū)及下游河流造成一系列生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，所以如今的大型水利水電工程在完工后都需要對(duì)水庫(kù)不同溫層進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便于制定消除水溫分層的方案，但現(xiàn)有額水庫(kù)水溫分層監(jiān)測(cè)方式比較原始，如公布號(hào)為CN103572733B的專(zhuān)利文件便公開(kāi)了一種深水水庫(kù)水溫分層智能自調(diào)節(jié)改善裝置和方法，該方案利用水體密度隨水溫變化的自然規(guī)律以及水庫(kù)分層后溫躍層在垂直方向上具有顯著密度梯度變化的特性，通過(guò)裝置動(dòng)態(tài)自動(dòng)識(shí)別定位溫躍層的深度位置，自動(dòng)調(diào)節(jié)控制裝置所受浮力，使裝置能夠在溫躍層附近上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以加速上下層水體的混合，進(jìn)而達(dá)到打破溫躍層、改善底層水環(huán)境的目的。但該方案只能監(jiān)測(cè)寬范圍的單一溫躍層，若溫躍層有兩層且較窄時(shí)觀測(cè)誤差較大，即這種單層式監(jiān)測(cè)裝置并不適用于所有水庫(kù)的水溫監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種浮動(dòng)式水庫(kù)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)裝置及方法，以解決現(xiàn)有水庫(kù)溫躍層觀測(cè)技術(shù)所存在的準(zhǔn)確度差、觀測(cè)功能單一、誤差大、可靠性差以及適用范圍小等問(wèn)題。
[0004]本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種浮動(dòng)式水庫(kù)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)裝置，包括漂浮在水面上的浮球，浮球底端固接有探頭鏈，探頭鏈末端固接有鉛球，探頭鏈向下深入水中，探頭鏈上自上而下安裝有若干水溫探頭，所述浮球嵌裝在一條漂浮在水面上的警示纜索中部。
[0006]所述水溫探頭為T(mén)DC-20水溫傳感器，分辨率0.0l0C，精度為0.1°C，范圍為-40?100C，工作深度為O?200m。
[0007]所述浮球?yàn)镻E滾塑材質(zhì)，直徑為800mm。
[0008]所述探頭鏈為直徑0.4cm的鋼纜。
[0009]所述鉛球的重量為10kg。
[0010]一種浮動(dòng)式水庫(kù)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)方法，該方法包括以下步驟:
[0011](a)將水庫(kù)內(nèi)的水體分為上下兩個(gè)分層，上分層深度多下分層深度；
[0012](b)取與待觀測(cè)水庫(kù)水深相匹配的探頭鏈，并對(duì)應(yīng)上分層與下分層在探頭鏈上安裝若干水溫探頭；
[0013](c)將安裝有水溫探頭的探頭鏈與浮球相連，并在探頭鏈末端固接鉛球；
[0014](d)將浮球連同探頭鏈一同放入水中，并保證探頭鏈垂直布置；
[0015](e)每個(gè)水溫探頭均采集與其相對(duì)應(yīng)水體的溫度并將數(shù)值通過(guò)GPRS數(shù)據(jù)通信平臺(tái)接收至實(shí)驗(yàn)室指定計(jì)算機(jī)予以?xún)?chǔ)存；
[0016](f)通過(guò)采集的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)出觀測(cè)點(diǎn)位水庫(kù)水體的垂向水溫分層變化規(guī)律。
[0017]所述步驟(b)中與水體上分層對(duì)應(yīng)的探頭鏈分段上安裝的水溫探頭間距為5m。
[0018]所述步驟(b)中與水體下分層對(duì)應(yīng)的探頭鏈分段上安裝的水溫探頭間距為10m。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的浮動(dòng)式水庫(kù)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)裝置，系統(tǒng)考慮了高壩大庫(kù)深水區(qū)水庫(kù)水體水溫分布與變化特征，對(duì)水庫(kù)深水區(qū)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)進(jìn)行了全面、有效覆蓋，確保了水庫(kù)垂向水溫變化規(guī)律觀測(cè)成果的系統(tǒng)性、代表性、可靠性；且進(jìn)一步提升我國(guó)水庫(kù)水溫分布與變化規(guī)律數(shù)學(xué)模型研宄、經(jīng)驗(yàn)公式改進(jìn)及其計(jì)算軟件開(kāi)發(fā)研宄工作水平，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益顯著。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明的布置結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖2-圖7是本發(fā)明觀測(cè)數(shù)據(jù)日均值統(tǒng)計(jì)圖；
[0023]圖中:1-警示纜索；2-浮球；3_水溫探頭；4_探頭鏈。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明，但所要求的保護(hù)范圍并不局限于所述；
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供的浮動(dòng)式水庫(kù)垂向水溫自動(dòng)觀測(cè)裝置，包括漂浮在水面上的浮球2，浮球2底端固接有探頭鏈4，探頭鏈4末端固接有鉛球5，探頭鏈4向下深入水中，探頭鏈4上自上而下安裝有若干水溫探頭3，所述浮球2嵌裝在一條漂浮在水面上的警示纜索I中部。通過(guò)懸浮在水面的浮球2以及浮球下端安裝的探頭鏈4實(shí)現(xiàn)多個(gè)水溫探頭3的垂直布置，能有效對(duì)應(yīng)深水水庫(kù)的水溫分層進(jìn)行觀測(cè)。
[0026]所述水溫探頭3為T(mén)DC-20水溫傳感器，分辨率0.01 °C，精度為0.1 °C，范圍為-40?100°C，工作深度為O?200m，該水溫探頭3水溫、水位數(shù)據(jù)記錄頻次可在10分鐘至三小時(shí)區(qū)間任意設(shè)置。水溫探頭3采用電池作為電源，采用僅0.2毫米壁厚的不銹鋼外殼封裝，蓄熱量極小，靈敏性高，具有抗沖擊碰撞、抗強(qiáng)壓、抗腐蝕、抗老化等特性。
[0027]所述浮球2為PE滾塑材質(zhì)，直徑為800mm，具備抗沖擊碰撞、抗強(qiáng)壓、抗腐蝕、抗老化等特性。
[0028]所述探頭鏈4為直徑0.4cm的鋼纜，具有成本低廉，強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0029]實(shí)施例:紅水河龍灘水電站水庫(kù)水溫觀測(cè)。
[0030]紅水河龍灘水電站是國(guó)家實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)和“西電東送”戰(zhàn)略的標(biāo)志性工程，是紅水河水電開(kāi)發(fā)的骨干工程和龍頭水庫(kù)，工程主要開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。龍灘水電站水庫(kù)正常蓄水位375m，死水位330m，庫(kù)底高程210m。
[0031]根據(jù)水庫(kù)壩前垂向水溫預(yù)測(cè)成果可知:每年12月至2月，水庫(kù)垂向水體接近同溫分布，庫(kù)表、庫(kù)底水體水溫溫差較小；每年3月至6月，水庫(kù)垂向水體出現(xiàn)一個(gè)溫躍層，基本在水庫(kù)表層至水下40m，水面40m以下為滯溫層；每年7月至9月，水庫(kù)垂向水體會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)溫躍層，第一個(gè)溫躍層一般出現(xiàn)在水庫(kù)表層至水下10m，第二個(gè)溫躍層一般出現(xiàn)在水下60m至水下90m，水面90m以下為滯溫層；每年10月至11月，水庫(kù)垂向水體出現(xiàn)一個(gè)溫躍層，基本在水庫(kù)表層至水下70m，水面70m以下為滯溫層。
[0032]龍灘水電站壩前深水區(qū)觀測(cè)水深達(dá)165m，結(jié)合壩前垂向水溫分布預(yù)測(cè)成果，在龍灘水庫(kù)正常蓄水位375m情況下，水庫(kù)表層至水下90m的范圍為垂向水溫變化較大的水體，水下90m至庫(kù)底區(qū)間水體基本為垂向水溫變化較小的同溫層。
[0033]觀測(cè)裝置組裝和工作原理:
[0034]先將水庫(kù)內(nèi)的水體分為上下兩個(gè)分層，上分層深度多下分層深度；取與待觀測(cè)水庫(kù)水深相匹配的探頭鏈4，并對(duì)應(yīng)上分