面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统，由水温气象智能监测平台、系统运行支持平台和梯级水库生态调度决策平台构成；其中水温气象智能监测平台由水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心和系统监控中心构成，系统运行支持平台由通信传输系统和网络系统构成，梯级水库生态调度决策平台由调度信息层、调度决策层和调度操作层这三层架构组成。本发明专利技术所述的调控方法根据调控系统进行调控。本发明专利技术用于在产粘沉性卵鱼类繁殖期间，采用上游水库配合叠梁门运行调控水温和末级水库调节流量的协同调控技术，为产粘沉性卵鱼类繁殖提供适宜的水温和流量条件，能够减轻梯级水库运行对产粘沉性卵鱼类繁殖的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水利水电工程生态调控
，特别涉及一种面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统及方法。
技术介绍
我国水利工程发展迅速，在金沙江、雅砻江、大渡河、乌江、南盘江、澜沧江等水电基地已形成初具规模的世界级水电工程群，水利水电工程在防洪、发电、灌溉、航运等方面发挥巨大效益的同时也对河流生物资源及其生存环境带来不利影响。水库蓄水后，库区形成了巨大的停滞水域，一方面改变了河流的天然径流过程，使得下游河道的水动力环境发生改变，另一方面由于库内水流变缓，库水更新期加长，水体在太阳辐射和对流混合及热量传输作用下，垂向水温呈现分层现象，在春夏之交的升温期，水库深层取水导致下层低温水体排入下游河道，改变了下游河道的水温条件，又由于水生生物自然繁殖对栖息环境较为敏感，对水文、水动力和水环境有着独特需求和喜好，所以下游水动力条件和水温结构的变化会对水生生物的产卵繁殖和生长发育产生不利影响，而电站的梯级开发加剧了这种影响。白鲟、达氏鲟、胭脂鱼等产粘沉性卵鱼类受大坝阻隔、水质、航运等因素影响，数量急剧下降，处于濒危状态，梯级电站的运行使这些鱼类产卵场的水文水动力环境和水温结构发生改变，加剧了产粘沉性卵鱼类的减少，因此需要充分认知重大水利水电工程对河流重要水生生物的影响，继而形成科学可行的生态调控方法和技术，在发挥水电工程效益的同时减轻其生态环境影响，这对生态文明建设具有重要意义。近年来，为减小水利工程建设对下游河道生态环境的影响，尤其是对珍稀鱼类繁殖的影响，许多措施被应用到水利工程中，专利申请号CN201210007401.0公开了一种兼顾中华鲟繁殖需求的水库生态调度方法，考虑中华鲟自然繁殖的水文水动力需求及水库的社会经济效益，使水库发挥巨大社会经济效益的同时，有效的保护中华鲟资源；专利申请号CN201210113940.2公开了一种适合家鱼繁殖需求的河道型水库生态调度方法，为家鱼产卵创造合适的水流条件，有效地减轻大坝运行对家鱼产卵造成的影响；专利申请号CN200920113798.5公开了大流量高水头叠梁门型通仓流道分层取水进水口结构，可达到灵活控制下泄水温的目的。上述生态调度方法都是针对特有鱼类繁殖对水动力条件的需求，尚未考虑目标鱼类繁殖对水温结构的需求，且这些生态调度方法都是针对单一水库的；叠梁门分层取水结构因为可以灵活控制下泄水温，在大型水利水电工程中得以广泛应用，但由于单节叠梁门的高度限制，叠梁门顶淹没水深变化较大，叠梁门在取水库表层水时效果有限；此外，在进行生态调控时，对工程措施的配合使用考虑不够，在工程措施与非工程措施配合使用方面仍是空白。因此，如何配合叠梁门运行对梯级水库进行生态调控，同时改善产粘沉性卵鱼类产卵场的水动力条件和水温条件，促进产粘沉性卵鱼类繁殖，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统及方法，采用上游水库配合叠梁门运行调控水温和末级水库调节流量的协同调度方案，通过工程措施与非工程措施的配合使用，为产粘沉性卵鱼类繁殖提供适宜的水温流量条件，减轻梯级水库运行对产粘沉性卵鱼类繁殖的影响。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统，由水温气象智能监测监测平台、系统运行支持平台和梯级水库生态调度决策平台构成；水温气象智能监测平台由水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心和系统监控中心构成：用于自动、连续获取流域内水温及气象信息，为生态调度提供数据基础；系统运行支持平台由通信传输系统和网络系统构成，为系统运行提供物理保障，完成数据的传输及交流共享；梯级水库生态调度决策平台由调度信息层、调度决策层和调度操作层这三层架构组成：用于提供面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库生态调度决策。进一步的，所述水温监测单元由用于监测水库水温的垂向温度链和用于监测干支流及产卵场水温的表层温度球构成，水温监测单元用于监测采集流域的水温数据；所述数据接收基站由数据收发装置和气象监测装置构成，数据接收基站用于接收水温数据及采集气象数据，同时负责将水温气象数据上传至电站监控中心及接收和传达电站监控中心的监测命令；所述电站监控中心设于各梯级电站的管理中心，用于对数据接收基站上传的数据进行存储及管理，并实现与系统监控中心的信息共享；所述系统监控中心设于流域调度中心，负责向各梯级电站监控中心发布监测命令及接收电站监控中心上传的数据，并与梯级水库生态调度决策平台共享实时数据；所述通信传输系统由有线信道为主、无线信道为备用的组网方式构成，通信传输系统完成水温气象智能监测平台数据的传输，实现水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心及系统监控中心的四层双向通信；所述网络系统由在梯级电站内部及流域调度中心组建的局域网和在各机构之间组建的专用广域网构成，网络系统通过提供网络服务完成数据的交流共享及多用户的异地会商；所述调度信息层用于搜集各类数据，并对数据进行存储及管理，为生态调度决策提供数据支撑；所述调度决策层由水温预测模块、上游水库水温调控模块、末级水库流量调节模块和地理信息系统构成，调度决策层用于在产粘沉性卵鱼类繁殖期，提供上游水库配合叠梁门运行调控水温和末级水库调节流量的协同调度方案，为鱼类繁殖提供适宜的水温流量条件；所述调度操作层用于为用户提供与系统交互的界面，基于地理信息系统提供的运行环境，实现不同用户的接入、信息的查询与展示以及多用户的异地会商。进一步的，所述用于监测水库水温的垂向温度链由浮筒、带定滑轮的重物、调节浮子、两端连接浮筒以及调节浮子并绕过定滑轮的第一钢丝绳和固定设置在第一钢丝绳上的温度链构成，所述浮筒中设置有数据采集控制装置、通信装置、供电装置和定位装置，所述带滑轮的重物沉于库底，所述温度链由若干个固定于防水电缆上的温度传感器和水位传感器构成，温度链上传感器的分布可根据水库水温分层特性进行调节，其中针对水温分层型水库，在同温层和滞温层内均匀布置传感器，在温跃层加密布置传感器；在水温过渡型水库均匀布置传感器；对于水温混合型水库，可加大传感器的布置间距；温度链上的温度传感器及水位传感器采集的数据通过防水电缆传输至浮筒中的数据采集控制装置进行存储管理，通信装置再将水深、水温及位置信息传输至数据接收基站；所述用于监测干支流及产卵场水温的表层温度球由漂浮球、锚系和两端连接漂浮球和锚系的第二钢丝绳构成，所述漂浮球中设置有温度传感器、数据采集控制装置、通信装置、供电装置和定位装置，所述漂浮球通过锚系固定设置在河道中，所述锚系由有挡链和抓地锚构成；温度传感器及定位装置采集的水温数据及位置信息经数据采集控制装置存储管理后，通过通信装置传输至数据接收基站。进一步的，所述通信传输系统通过布设通信线路实现监测数据在水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心和系统监控中心的四层双向传输；所述水温监测单元与数据接收基站之间采用CDMA无线通信方式传输数据，数据接收基站与电站监控中心之间通过布设专用线路采用有线通信方式传输数据，电站监控中心与系统监控中心之间通过租用公网采取有线通信方式传输数据，数据在传输过程中均通过加密处理。进一步的，所述调度信息层由基础信息数据库、实时信息数据库、业务数据库本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统，其特征在于：由水温气象智能监测平台、系统运行支持平台和梯级水库生态调度决策平台构成；水温气象智能监测平台由水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心和系统监控中心构成，用于自动、连续获取流域内水温及气象信息，为生态调度提供数据基础；系统运行支持平台由通信传输系统和网络系统构成，为系统运行提供物理保障，完成数据的传输及交流共享；梯级水库生态调度决策平台由调度信息层、调度决策层和调度操作层这三层架构组成，用于提供面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库生态调度决策。

【技术特征摘要】
1.面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统，其特征在于：由水温气象智能监测平台、系统运行支持平台和梯级水库生态调度决策平台构成；水温气象智能监测平台由水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心和系统监控中心构成，用于自动、连续获取流域内水温及气象信息，为生态调度提供数据基础；系统运行支持平台由通信传输系统和网络系统构成，为系统运行提供物理保障，完成数据的传输及交流共享；梯级水库生态调度决策平台由调度信息层、调度决策层和调度操作层这三层架构组成，用于提供面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库生态调度决策。2.根据权利要求1所述的面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统，其特征在于：所述水温监测单元由用于监测水库水温的垂向温度链和用于监测干支流及产卵场水温的表层温度球构成，水温监测单元用于监测采集流域的水温数据；所述数据接收基站由数据收发装置和气象监测装置构成，数据接收基站用于接收水温数据及采集气象数据，同时负责将水温气象数据上传至电站监控中心及接收和传达电站监控中心的监测命令；所述电站监控中心设于各梯级电站的管理中心，用于对数据接收基站上传的数据进行存储及管理，并实现与系统监控中心的信息共享；所述系统监控中心设于流域调度中心，负责向各梯级电站监控中心发布监测命令及接收电站监控中心上传的数据，并与梯级水库生态调度决策平台共享实时数据；所述通信传输系统由有线信道为主、无线信道为备用的组网方式构成，通信传输系统完成水温气象智能监测平台数据的传输，实现水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心及系统监控中心的四层双向通信；所述网络系统由在梯级电站内部及流域调度中心组建的局域网和在各机构之间组建的专用广域网构成，网络系统通过提供网络服务完成数据的交流共享及多用户的异地会商；所述调度信息层用于搜集各类数据，并对数据进行存储及管理，为生态调度决策提供数据支撑；所述调度决策层由水温预测模块、上游水库水温调控模块、末级水库流量调节模块和地理信息系统构成，调度决策层用于在产粘沉性卵鱼类繁殖期，提供上游水库配合叠梁门运行调控水温和末级水库调节流量的协同调度方案，为鱼类繁殖提供适宜的水温流量条件；所述调度操作层用于为用户提供与系统交互的界面，基于地理信息系统提供的运行环境，实现不同用户的接入、信息的查询与展示以及多用户的异地会商。3.根据权利要求2所述的面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统，其特征在于：所述用于监测水库水温的垂向温度链由浮筒、带定滑轮的重物、调节浮子、两端连接浮筒以及调节浮子并绕过定滑轮的第一钢丝绳和固定设置在第一钢丝绳上的温度链构成，所述浮筒中设置有数据采集控制装置、通信装置、供电装置和定位装置，所述带滑轮的重物沉于库底，所述温度链由若干个固定于防水电缆上的温度传感器和水位传感器构成，温度链上的温度传感器及水位传感器采集的数据通过防水电缆传输至浮筒中的数据采集控制装置进行存储管理，通信装置再将水深、水温及位置信息传输至数据接收基站；所述用于监测干支流及产卵场水温的表层温度球由漂浮球、锚系和两端连接漂浮球和锚系的第二钢丝绳构成，所述漂浮球中设置有温度传感器、数据采集控制装置、通信装置、供电装置和定位装置，所述漂浮球通过锚系固定设置在河道中，所述锚系由有挡链和抓地锚构成；温度传感器及定位装置采集的水温数据及位置信息经数据采集控制装置存储管理后，通过通信装置传输至数据接收基站。4.根据权利要求1所述的面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调节系统，其特征在于：所述通信传输系统通过布设通信线路实现监测数据在水温监测单元、数据接收基站、电站监控中心和系统监控中心的四层双向传输；所述水温监测单元与数据接收基站之间采用CDMA无线通信方式传输数据，数据接收基站与电站监控中心之间通过布设专用线路采用有线通信方式传输数据，电站监控中心与系统监控中心之间通过租用公网采取有线通信方式传输数据，数据在传输过程中均通过加密处理。5.根据权利要求1所述的面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调节系统，其特征在于：所述调度信息层由基础信息数据库、实时信息数据库、业务数据库、鱼类信息数据库和空间信息数据库构成，调度信息层用于搜集各类数据，并对数据进行存储及管理，为生态调度决策提供数据支撑；所述基础信息数据库用于存储流域水文、气象历史数据和水利工程数据；实时信息数据库通过网络系统与水温气象智能监测平台共享实时监测数据，与气象部门共享流域的实时气象信息及气象预报信息、与水文监测站共享水文信息及水文预报信息以及与水电站共享水库实时运行信息；业务数据库用于存储生态调度决策中需要与产生的业务数据，业务数据包括调度规则、调度参数和调度方案；鱼类信息数据库用于存储产粘沉性卵鱼类的生存现状、生长繁殖特性、生活习性和产卵场分布的信息；空间信息数据库用于存储所有描述水资源要素空间分布特征的数据，包括行政区划、地形、河流和水系信息；所述调度决策层由水温预测模块、上游水库水温调控模块、末级水库流量调节模块和地理信息系统构成，调度决策层用于在产粘沉性卵鱼类繁殖期，提供上下游水库协同调度的调度决策方案，为鱼类繁殖提供适宜的水温、流量条件；所述水温预测模块，通过调度信息层长期、连续的水温气象监测数据及水文数据，运用BP神经网络对气象、水文与水库水温分层的相互关系进行训练学习，得出水库水温分布的预测模型，用于在生态调度期，根据水库水温实时信息、水文预报及气象预报，利用水库水温分布的预测模型预测下一调度时段水库水温的垂向分布，并计算叠梁门顶进水口处的水温梯度；所述上游水库水温调控模块由调控水库确定单元、调度方案生成单元和分层取水操控单元构成，上游水库水温调控模块用于在产粘沉性卵鱼类繁殖期，对除末级水库之外的上游水库实施水温优化调控；所述调控水库确定单元用于对上游水库中用叠梁门分层取水的水温分层型水库进行综合效益评估，将综合效益最大的水库确定为生态调度期的水温调控水库；所述调度方案生成单元用于对水温调控水库采取配合叠梁门运行消落库水位或者常规调度和提前降低库水位的调度措施，改善产粘沉性卵鱼类产卵场的水温条件；所述分层取水操控单元用于对上游水库中有分层取水措施的水库实施分层取水；所述末级水库流量调节模块由水温响应单元和流量调控单元构成，末级水库流量调节模块根据上游水库水温用于调控过程中产粘沉性卵鱼类产卵场的水温情况，对末级水库的下泄流量进行调控，使满足产粘沉性卵鱼类繁殖的流量需求；所述水温响应单元用于调用调度信息层的产卵场实时水温，并判断产卵场水温是否满足鱼类繁殖需求；所述流量调控单元用于对末级水库的下泄流量进行调节，在产卵场水温满足鱼类繁殖需求前，流量调控单元考虑上游水库的下泄流量及用电需求对末级水库进行调度，当产卵场水温满足鱼类繁殖需求后，流量调控单元根据鱼类繁殖对流量过程的特定需求及流量的响应关系，调整末级水库的下泄流量；所述地理信息系统用于为调度操作层提供空间运行环境和空间分析应用的功能，具体包括空间可视化、空间查询、空间分析、相关的地图操作和数据图表的浏览功能，使具有空间属性的数据可以在地图上直接显示与查询。6.根据权利要求1至5任一项所述的面向产粘沉性卵鱼类繁殖需求的梯级水库调控系统的调控方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、水温气象智能监测：首先水温气象智能监测平台的系统监控中心发...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴会超，毛劲乔，赵彬如，赵倩，吴先明，曹栋华，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32