一種水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置及其安裝方法
【專利說明】一種水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水利水電工程監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置及其安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]深水水庫水溫分層是較為常見并廣受關(guān)注的一類水電環(huán)境問題。水庫水溫分層是指庫區(qū)水位抬高、流速減緩后，水體熱力學(xué)條件發(fā)生改變，水庫水溫形成的規(guī)律性垂向分層結(jié)構(gòu)。常見的分層型水庫沿垂向分為溫變層、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?。簧钏幍臏貙铀疁爻Ｄ瓯３址€(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。水庫水溫分層及下泄水溫變化會在庫區(qū)及下游河流造成一系列生態(tài)環(huán)境問題，所以如今的大型水利水電工程在蓄水后會根據(jù)需要對水庫不同溫層進(jìn)行監(jiān)測，以有效掌握水庫水溫分布實(shí)際情況，為優(yōu)化水溫變化不利影響減緩方案提供基礎(chǔ)支撐，但現(xiàn)有水庫水溫分層監(jiān)測方式比較原始，如公布號為CN103572733B的專利文件便公開了一種深水水庫水溫分層智能自調(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，通過裝置動態(tài)自動識別定位溫躍層的深度位置，自動調(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，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。但該方案所采用的是懸浮式的結(jié)構(gòu)，即采用非固定式，耐久性不強(qiáng)，而且易受水庫庫區(qū)水體流動、漂移等影響，其觀測準(zhǔn)確度不高，致使水庫整體水溫變化規(guī)律觀測質(zhì)量普遍存在系統(tǒng)性、代表性、可靠性不強(qiáng)等問題；且該方案只能監(jiān)測寬范圍的單一溫躍層，若溫躍層有2層且較窄時觀測誤差較大，即這種單層式監(jiān)測裝置并不適用于所用的水庫，尤其是高壩大庫。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提供一種水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置及其安裝方法，以解決現(xiàn)有水庫溫躍層觀測技術(shù)所存在的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、耐久性差、易受水體流動/漂移影響、準(zhǔn)確度差、可靠性差以及適用范圍小等問題。
[0004]本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置，包括安裝在大壩壩體內(nèi)壁且豎直布置的鋼管，鋼管內(nèi)設(shè)置有一根鋼纜，鋼纜上安裝有若干組觀測單元，每個觀測單元包括兩個水溫探頭，所述鋼管上開有若干與水溫探頭相匹配的觀測孔，鋼管通過若干等距間隔布置的支架固接在大壩壩體內(nèi)壁；所述鋼管頂端安裝有從動滑輪，鋼纜繞過該從動滑輪后纏繞在一個安裝在大壩壩體頂端的驅(qū)動滑輪上。
[0006]所述水溫探頭為TDC-20水溫傳感器，分辨率0.0rC，精度為0.1°C，范圍為_40?100C，工作深度為O?200m。
[0007]所述鋼纜直徑為0.4cm,且鋼纜上設(shè)有最小間隔0.5m的刻度。
[0008]所述鋼管管徑為20cm，所述觀測孔的孔徑為3cm。
[0009]所述驅(qū)動滑輪和從動滑輪的直徑分別為25cm和10cm。
[0010]一種水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置的安裝方法，該方法包括以下步驟:
[0011](a)自上而下將水體分為上溫躍層、中間層、下溫躍層和滯溫層；
[0012](b)在大壩壩體內(nèi)壁安裝若干水平布置的支架，然后將開有若干觀測孔的鋼管豎直安裝在支架前端部；
[0013](c)選取用于安裝水溫探頭的鋼纜，然后在鋼纜上安裝若干組由兩個水溫探頭組成的觀測單元，水溫探頭的安裝密集度和間隔距離與所屬水溫分層水體相匹配；
[0014](d)將裝有水溫探頭的鋼纜自上而下穿入鋼管內(nèi)，保證鋼纜底端伸出鋼管且與水底相距5m ；
[0015](e)在鋼管頂端鉸接一個從動滑輪，鋼纜繞過該從動滑輪后纏繞在一個驅(qū)動滑輪上，驅(qū)動滑輪由電機(jī)驅(qū)動。
[0016]與上溫躍層相對的鋼纜分段上設(shè)置9組共計(jì)18個水溫探頭，水溫探頭豎直間距為3m ο
[0017]與中間層相對的鋼纜分段上設(shè)置10組共計(jì)20個水溫探頭，水溫探頭豎直間距為5m ο
[0018]與下溫躍層相對的鋼纜分段上設(shè)置7組共計(jì)14個水溫探頭，水溫探頭豎直間距為3m ο
[0019]與滯溫層相對的鋼纜分段上設(shè)置7組共計(jì)14個水溫探頭，水溫探頭豎直間距為1m0
[0020]本發(fā)明的有益效果是:
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置及其安裝方法結(jié)合高壩大庫的雙溫躍層水溫結(jié)構(gòu)區(qū)域的變化過程，采用固定安裝式的觀測裝置，并沿大壩壩體內(nèi)側(cè)布置，保證不同水深處均設(shè)有若干水溫探頭，保證觀測裝置的高強(qiáng)度；此夕卜，本發(fā)明還能觀測雙層溫躍層變化規(guī)律，以確保水庫垂向水溫變化規(guī)律觀測成果的系統(tǒng)性、代表性、可靠性，相較于傳統(tǒng)的水庫溫躍層觀測技術(shù)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐久性強(qiáng)、不易受水體流動/漂移影響、準(zhǔn)確度高、可靠性強(qiáng)以及適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的布置圖；
[0023]圖2是圖1中虛線部分的放大圖；
圖3-圖4是壩前垂向水溫均值變化圖；
[0024]圖中:1-大壩壩體，2-驅(qū)動滑輪，3-鋼纜，4-鋼管，5-水溫探頭，6_觀測孔，7_支架，8-水面，9-從動滑輪，10-上溫躍層，11-中間層，12-下溫躍層，13-滯溫層。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明，但所要求的保護(hù)范圍并不局限于所述；
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供的水庫雙溫躍層變化規(guī)律連續(xù)自動觀測裝置，它包括安裝在大壩壩體I內(nèi)壁且豎直布置的鋼管4，鋼管4內(nèi)設(shè)置有一根鋼纜3，鋼纜3上安裝有若干組觀測單元，每個觀測單元包括兩個水溫探頭5，所述鋼管4上開有若干與水溫探頭5相匹配的觀測孔6，鋼管4通過若干等距間隔布置的支架7固接在大壩壩體I內(nèi)壁；所述鋼管4頂端安裝有從動滑輪9，鋼纜3繞過該從動滑輪9后纏繞在一個安裝在大壩壩體I頂端的驅(qū)動滑輪2上。所述水溫探頭5為TDC-20水溫傳感器，分辨率0.0rC，精度為0.1°C，范圍為-40?100 °C，工作深度為O?200m。所述鋼纜3直徑為0.4cm，且鋼纜4上設(shè)有最小間隔0.5m的刻度。所述鋼管4管徑為20cm，所述觀測孔6的孔徑為3cm。所述驅(qū)動滑輪2和從動滑輪9的直徑分別為25cm和10cm。
[0027]實(shí)施例:紅水河龍灘水電站
[0028]紅水河龍灘水電站是國家實(shí)施西部大開發(fā)和“西電東送”戰(zhàn)略的標(biāo)志性工程，是紅水河水電開發(fā)的骨干工程和龍頭水庫，工程主要開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，兼有防洪、航運(yùn)等綜合效益。龍灘水電站水庫正常蓄水位375m，相應(yīng)庫容162.1億m3，死水位330m，相應(yīng)庫容50.6億m3，水庫具有年調(diào)節(jié)能力。大壩壩頂高程382m，壩前壩底高程210m。
[0029]根據(jù)水庫庫區(qū)水體垂向預(yù)測成果可知:每年12月至2月，水庫垂向水體接近同溫分布，庫表、庫底水體水溫溫差較小；每年3月至6月，水庫垂向水體出現(xiàn)一個溫躍層，基本在水庫表層至水下40m，水面40m以下為滯溫層；每年7月至9月，水庫垂向水體會出現(xiàn)兩個溫躍層，第一個溫躍層一般出現(xiàn)在水庫表層至水下10m，第二個溫躍層一般出現(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，水庫垂向水體出現(xiàn)一個溫躍層，基本在水庫表層至水下70m，水面70m以下為滯溫層。所以可將水庫內(nèi)的水體自上而下依次分為上溫躍層10、中間層11、下溫躍層12和滯溫層13。
[0030]結(jié)合龍灘水庫壩前垂向水體雙溫躍層出現(xiàn)區(qū)域范圍預(yù)測情況，布設(shè)水溫探頭5共計(jì)33組66個(每組同高程均布置2個，一用一備)，鋼纜3總長200m，鋼纜3直徑0.4cm,上標(biāo)刻度，最小刻度為0.5m。
[0031]水溫探頭5采用TDC-20水溫傳感器，分辨率0.01 °C，精度0.TC，范圍為-40?100C，工作深度范圍為O?200m，設(shè)置成每30分鐘記錄一次水溫?cái)?shù)據(jù)，此模式下電池壽命為一年。TDC-20水溫傳感器采用不銹鋼外殼封裝，僅有0.2mm的壁厚，具有很小的蓄熱量，采用導(dǎo)熱性高的密封膠，保證了傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲，具有防壓、防水、防潮功能。TDC-20水