面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统及其方法，该系统包括与控制维护模块分别连接的需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块，需水计算模块包括湖区生态需水计算单元、出湖生态需水计算单元和入湖生态需水计算单元，实时监测模块包括入湖流量监测单元、出湖流量监测单元和湖区状态监测单元，分析对比模块接收来自实时监测模块和需水计算模块的数据并进行分析和比较，显示输出模块将分析对比模块得到的数据呈现出来并提取输出。本发明专利技术解决了通江湖泊生态需水满足情况的实时监测问题，能够分别测出湖泊的湖区生态需水满足率、出湖生态需水满足率和入湖生态需水满足率，并直观动态地显示出来。

Water regime monitoring and analyzing system and method for ecological water demand of rivers and lakes

The invention discloses a method for lakes ecological water monitoring and analysis system and method, the system includes maintenance and control module are respectively connected to the water calculation module, real-time monitoring module, analysis module and display module, water demand calculation module includes ecological water demand calculation unit, out of the lake the ecological water demand calculation unit and lake ecological water demand calculation unit, the real-time monitoring module includes a monitoring unit, flow into the lake flows out of the lake and the lake monitoring unit state monitoring unit, comparison module receives from the real-time monitoring module and water demand calculation module of data analysis and comparison and analysis, comparative analysis module display output module will get the data presented and extract output. The invention solves the Lakes ecosystem needs real-time monitoring of water to meet the situation, to respectively measure the lake ecological water demand satisfaction rate, lake ecological water demand satisfaction rate and satisfaction rate of lake ecological water, and dynamically displayed.

【技术实现步骤摘要】
面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统及其方法
本专利技术创造涉及水利工程及水资源保护
，特别涉及一种面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统及其方法。
技术介绍
生态系统是人类生存和发展的基本自然条件，水是维持生态系统的控制性因素之一。然而在很长的时期内，人类对水资源的开发和利用主要面向人类社会和经济的发展，忽略了生态环境的需求。水利工程的建设和发展，为社会经济提供了重要保障，但由此造成的河流和湖泊水资源数量和状态的改变，也对河流和湖泊的生态系统造成了一定的影响。对水资源合理地开发利用，应以考虑生态系统的需水为前提，平衡人类和生态系统的需水，以保证资源的可持续利用和社会经济的可持续发展。通江湖泊是指直接与江河连通并能够自由进行水量交换的湖泊，在调蓄洪水、缓解干旱、提供周围用水、维持渔业发展和保护物种多样性等方面发挥着重要作用。一般而言，水从通江湖泊上游的入湖河流入湖，经湖泊的调蓄作用后，从湖泊与江河连通出的江湖交汇口出湖，有时水也会从江湖交汇口入湖。由于直接与河流连通，通江湖泊的水文水质条件直接受到河流水流条件的影响，尤其在江河上游修建了水利工程的情况下，下游的水流条件发生了较大变化，如果不对通江湖泊的生态需水满足情况进行充分的研究并提供合理的保障，湖泊的生态系统很可能会受到严重威胁。近年来通江湖泊的干旱问题也多次发生，使得面向通江湖泊生态需水的水情检测迫在眉睫。生态需水研究是近年来国内外广泛关注的热点，国内外对于“生态需水”的研究，主要集中在河流的生态环境需水方面。湖泊的生态需水量是维持湖泊系统和谐与稳定所必须消耗的水量，生态需水满足率是指湖泊当前水量能够满足湖泊生态需水量的程度。通江湖泊属于吞吐型湖泊，其生态需水包括入湖生态需水、湖区生态需水和出湖生态需水。然而当前相关领域对于生态需水的研究大多属于分析阶段，尤其对于通江湖泊，目前并没有一种有效的手段能够实时监测通江湖泊生态需水的满足情况。利用有效的方法计算出通江湖泊的生态需水，然后通过实时监测和分析通江湖泊的水情，从而得出通江湖泊生态需水满足率，能够在一定程度上显示通江湖泊的健康状态，为保护通江湖泊生态系统，以及为上游水利工程的综合运行提供关键的参考。在生态环境日益受到关注、通江湖泊健康面临众多问题的背景下，面向通江湖泊的生态需水的水情监测和分析，对于生态环境的保护和水利工程的调度都具有重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，针对通江湖泊生态环境面临的威胁，弥补目前湖泊生态需水满足情况监测的缺乏，提供一种面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统，实时监测通江湖泊的生态需水满足情况，从而为湖泊的生态系统维持提供一定的参考标准，为上游水利工程的运行和调控提供重要的参考依据，预防和避免通江湖泊生态系统的退化。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统，包括与控制维护模块分别连接的需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块，所述需水计算模块包括湖区生态需水计算单元、出湖生态需水计算单元和入湖生态需水计算单元，此模块运行时，需要输入通江湖泊的历史水文资料，包括湖泊水位、湖泊面积、湖区的降雨率(单位时间的降雨量)、湖区的蒸发率(单位时间的蒸发量)，以及通江湖泊出口河道所需的出湖流量，一般是指江湖交汇口处所需的出湖流量，还有通江湖泊入湖；完成计算后，需水计算模块将湖区生态需水、出湖生态需水和入湖生态需水的数据输出到对比分析模块；所述实时监测模块包括入湖流量监测单元、出湖流量监测单元和湖区状态监测单元，入湖流量监测单元为若干个单向流量计，布置在每一条入湖河流上距离洪水期的入湖口上游1公里处，用以测量湖泊的入湖流量；出湖流量监测单元为双向流量计，布置在湖泊与江河连接的江湖交汇口，用以测量出湖流量，当交汇口的水流从江河流入湖泊时，流量标记为负值；湖区状态监测单元为若干个湖区生态需水满足率监测仪，分别布置在湖泊内若干个测量点处，测量点的位置可根据湖泊形态和测量需要确定，用以测量湖泊水位、湖区蒸发率和湖区降雨率；实时监测模块将实时入湖流量、出湖流量、湖泊水位、湖区蒸发率和湖区降雨率数据输出到对比分析模块；所述分析对比模块接收来自实时监测模块和需水计算模块的数据并进行分析和比较，所述显示输出模块与分析对比模块连接，显示输出模块将分析对比模块得到的数据呈现出来并提取输出。进一步的，所述入湖流量监测单元为单向流量计，单向流量计设置在每一条入湖河流上距离洪水期的入湖口上游1公里处；所述出湖流量监测单元为双向流量计，双向流量计设置在通江湖泊与江河连通的江湖交汇口处。进一步的，所述湖区状态监测单元，包括若干湖区生态需水满足率监测仪，所述湖区生态需水满足率监测仪包括水准平台，水准平台上固接有仪器箱，仪器箱的顶部中部设置有内凹的圆柱形降水蒸发皿，降水蒸发皿的内侧壁设有水位感应器，降水蒸发皿的边沿设置有高出仪器箱至少2cm的集水沿，集水沿使用时高出水面至少50cm，集水沿为内侧壁竖直设置外侧壁倾斜设置的刀刃形结构，降水蒸发皿的底部中部设置有与降水蒸发皿连通的水管，水管朝向水准平台延伸并穿过水准平台，靠近降水蒸发皿的水管上设置有自动水阀，仪器箱内部的水管上还设置有微型水泵，微型水泵与自动水阀之间的水管上设置有水量计；仪器箱内部的水准平台上还设置有电源及与电源分别连接的定位仪、微处理器和通讯器，微型水泵与电源连接，仪器箱的侧壁上设置有水位计，水位计上半部分为浮子水位计，用以测量当水面高于水准平台时的湖泊水位，水位计底端为激光水位计，用以测量当水面低于水准平台时的湖泊水位，水准平台的高程作为水位计的零点高程，水准平台的下端固接有能伸缩的伸缩杆，伸缩杆的自由端设置有钻头。进一步的，所述控制模块向需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块发送指令并接受需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块的反馈信息，实现对各模块的控制、调试和维护。本专利技术创造还提出了一种面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析方法，包括以下步骤：(1)需水计算模块的湖区生态需水计算单元、出湖生态需水计算单元和入湖生态需水计算单元分别将计算后的数据传递给分析对比模块，实时监测模块的入湖流量监测单元、出湖流量监测单元和湖区状态监测单元分别将监测的数据传递给分析对比模块；(2)分析对比模块将接收的实时监测模块和需水计算模块的数据进行分析和比较；(3)显示输出模块接收对比分析模块的数据，将各时段的湖区最低生态水位、出湖生态需水量、入湖生态需水量和实时的湖泊水位、出湖水量、入湖水量这些数据通过图线的形式显示，将实时的湖区生态需水满足率、出湖生态需水满足率、入湖生态需水满足率通过数字的形式显示，并能够将所有数据以文件的形式导出。进一步的，所述湖区生态需水计算单元，包括湖泊最低生态水位计算模块和湖区最小生态耗水计算模块，其中：湖泊最低生态水位计算模块通过以下步骤实现其功能：①将湖泊水位的历史资料数据以旬为时段划分，计算出每个时段的平均水位，得出湖泊水位逐旬的历史资料数据；②将每个时段不同年份的水位数据按照从高到低的顺序排列；③将各时段第95个百分位上的水位值作为此时段的湖泊最低生态水位值He；湖区最小生态耗水计算模块采用的公式为：其中，Wce为湖区最小生态耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统，其特征在于：包括与控制维护模块分别连接的需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块，所述需水计算模块包括湖区生态需水计算单元、出湖生态需水计算单元和入湖生态需水计算单元，所述实时监测模块包括入湖流量监测单元、出湖流量监测单元和湖区状态监测单元，所述分析对比模块接收来自实时监测模块和需水计算模块的数据并进行分析和比较，所述显示输出模块与分析对比模块连接，显示输出模块将分析对比模块得到的数据呈现出来并提取输出。

【技术特征摘要】
1.面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统，其特征在于：包括与控制维护模块分别连接的需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块，所述需水计算模块包括湖区生态需水计算单元、出湖生态需水计算单元和入湖生态需水计算单元，所述实时监测模块包括入湖流量监测单元、出湖流量监测单元和湖区状态监测单元，所述分析对比模块接收来自实时监测模块和需水计算模块的数据并进行分析和比较，所述显示输出模块与分析对比模块连接，显示输出模块将分析对比模块得到的数据呈现出来并提取输出。2.根据权利要求1所述的面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统，其特征在于：所述入湖流量监测单元为单向流量计，单向流量计设置在每一条入湖河流上距离洪水期的入湖口上游1公里处；所述出湖流量监测单元为双向流量计，双向流量计设置在通江湖泊与江河连通的江湖交汇口处。3.根据权利要求1所述的面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统，其特征在于：所述湖区状态监测单元，包括若干湖区生态需水满足率监测仪，所述湖区生态需水满足率监测仪包括水准平台(1)，水准平台上固接有仪器箱(2)，仪器箱(2)的顶部中部设置有内凹的圆柱形降水蒸发皿(3)，降水蒸发皿(3)的内侧壁设有水位感应器，降水蒸发皿(3)的边沿设置有高出仪器箱(2)至少2cm的集水沿(4)，集水沿(4)使用时高出水面至少50cm，集水沿(4)为内侧壁竖直设置外侧壁倾斜设置的刀刃形结构，降水蒸发皿(3)的底部中部设置有与降水蒸发皿(3)连通的水管(5)，水管(5)朝向水准平台(1)延伸并穿过水准平台(1)，靠近降水蒸发皿(3)的水管(5)上设置有自动水阀(6)，仪器箱(2)内部的水管(5)上还设置有微型水泵(8)，微型水泵(8)与自动水阀(6)之间的水管(5)上设置有水量计(7)；仪器箱(2)内部的水准平台(1)上还设置有电源(10)及与电源(10)分别连接的定位仪(11)、微处理器(12)和通讯器(13)，微型水泵(8)与电源(10)连接，仪器箱(2)的侧壁上设置有水位计(9)，水位计(9)上半部分为浮子水位计，用以测量当水面高于水准平台(1)时的湖泊水位，水位计(9)底端为激光水位计，用以测量当水面低于水准平台(1)时的湖泊水位，水准平台(1)的高程作为水位计(9)的零点高程，水准平台(1)的下端固接有能伸缩的伸缩杆(14)，伸缩杆(14)的自由端设置有钻头(15)。4.根据权利要求1所述的面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统，其特征在于：所述控制模块向需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块发送指令并接受需水计算模块、实时监测模块、分析对比模块和显示输出模块的反馈信息，实现对各模块的控制、调试和维护。5.一种基于权利要求1所述的面向通江湖泊生态需水的水情监测与分析系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)需水计算模块的湖区生态需水计算单元、出湖生态需水计算单元和入湖生态需水计算单元分别将计算后的数据传递给分析对比模块，实时监测模块的入湖流量监测单元、出湖流量监测单元和湖区状态监测单元分别将监测的数据传递给分析对比模块；(2)分析对比模块将接收的实时监测模块和需水计算模块的数据进行分析和比较；(3)显示输出模块接收对比分析模块的数据，将各时段的湖区最低生态水位、出湖生态需水量、入湖生态需水量和实时的湖泊水位、出湖水量、入湖水量这些数据通过图线的形式显示，将实时的湖区生态需水满足率、出湖生态需水满足率、入湖生态需水满足率通过数字的形式显示，并能够将所有数据以文件的形式导出。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述湖区生态需水计算单元，包括湖泊最低生态水位计算模块和湖区最小生态耗水计算模块，其中：湖泊最低生态水位计算模块通过以下步骤实现其功能：①将湖泊水位的历史资料数据以旬为时段划分，计算出每个时段的平均水位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张培培，戴会超，毛劲乔，徐点点，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32