一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种大型深水库中温度‑泥沙耦合异重流监测装置和方法，它包括用于采集和监测泥沙的定点泥沙监测装置、用于采集和监测水温的定点水温监测装置和能够进行移动监测的移动监测装置。该监测装置和方法用于大型深水库异重流在运动过程中水体温度、含沙量沿程及垂向变化的观测，采集水库入出库的含沙量和水温数据，为大型深水库泥沙调度提供数据支撑和判断依据。

Monitoring device and method for temperature sediment coupling density current in large deep water reservoir

The present invention relates to a monitoring device and method for monitoring sediment coupled gravity flow in a large water reservoir, which includes a fixed sediment monitoring device for collecting and monitoring sediment, a fixed-point water temperature monitoring device for collecting and monitoring the temperature of water and a mobile monitoring device for moving monitoring. The monitoring device and method are used to observe the water temperature, sediment concentration along the range and vertical variation during the movement of the large water reservoir, and collect the sediment content and water temperature data of the reservoir into the reservoir, and provide data support and judgment basis for the sediment dispatch of the large water reservoir.

【技术实现步骤摘要】
一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置和方法
本专利技术涉及一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置及方法，该异重流监测装置和方法适用于大型深水库的异重流原型监测，属于水利水电工程监测领域。
技术介绍
水库异重流是水库来流与库区环境水体由于密度的差异而发生相对运动而不发生全局性掺混的现象，其密度差主要由温差、泥沙、污染物等因素引起。水库异重流运动规律影响库区泥沙淤积位置、库区淤积形态、水库排沙比、库区营养物质输运及库区温度分层结构等重要问题。目前，在长江上已建成三峡水利枢纽工程、溪洛渡、向家坝水电站等举世瞩目的大型水利水电工程，在这些大型深水库中存在不同程度的温度分层情况，水库表底温差形成的密度差可达1kg/m3左右，同时白鹤滩水文站汛期月均含沙量在1kg/m3左右，2016年汛期白鹤滩水文站最大含沙量为19.9kg/m3。温差引起的密度差与含沙量引起的密度差接近，在流量及含沙量条件合适的情况下，汛期入库浑水在温度差和含沙量耦合作用下下潜形成异重流。科学合理的利用水库异重流形成排沙通道帮助排沙，对控制水库有效兴利库容和防洪库容，调整泥沙淤积在梯级水库的均衡配置至关重要。温差和泥沙耦合作用形成的异重流运动规律复杂，其形成和运动过程变化较快，目前尚无快速可靠的方式进行大型深水库的温差-泥沙耦合异重流的跟踪监测装置和方法。为解决以上技术问题，本专利技术针对类似于溪洛渡水库异重流低沙河流中温差-泥沙耦合异重流的运动特点，提出大型深水库中异重流的监测装置及方法，实时反馈水库异重流形成和发展过程，为大型深水库泥沙调度提供数据支撑和判断依据。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种大型深水库中温差-泥沙耦合异重流形成及运动发展过程的监测装置和方法，该监测装置和方法用于大型深水库异重流在运动过程中水体温度、含沙量沿程及垂向变化的观测，为大型深水库泥沙调度提供数据支撑和判断依据。为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置，它包括用于采集和监测泥沙的定点泥沙监测装置、用于采集和监测水温的定点水温监测装置和能够进行移动监测的移动监测装置。所述定点泥沙监测装置包括主缆道和副缆道，在所述主缆道和副缆道之间悬挂有悬索，在悬索的末端安装有铅鱼，所述铅鱼上安装有悬移质采样器，所述主缆道和副缆道的两端分别支撑安装在对称布置的主缆道排架和副缆道排架上，所述主缆道排架和副缆道排架固定安装在岸边的铅鱼台上，所述铅鱼台的侧面设置有站房，所述悬索的顶部通过行车与主缆道和副缆道构成滑动配合连接，并驱动其沿缆道行走。所述定点水温监测装置包括水位自记井，所述水位自记井内部设置有钢索，所述钢索的另一端与浮在水面的漂浮球相连，所述漂浮球的底部用连接索悬挂有温度探头，所述温度探头的外部安装有保护套，所述钢索上滑动连接有滑动重物。所述移动监测装置包括水文测船，所述水文测船的顶部侧面固定安装有悬臂架，所述悬臂架上支撑安装有悬索，所述悬索的一端与水文铅鱼拖动机构相连，另一端连接有水文铅鱼，所述移动监测装置包括采样测量设备，所述采样测量设备包括水温、浊度自记设备和瞬时式横式“1”型采样器。任意一项所述大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置进行异重流监测的方法，其特征在于它包括以下步骤：在库区选取重点关注河段进行巡航，找到异重流潜入点，在库区异重流潜入点至坝址范围内，沿异重流的发展方向布置垂向水温、浊度监测点；采用水文测船搭载的移动监测装置进行巡测，利用GNSS确定测量船的坐标；同步进行连续测量库区水体垂向水温、浊度工作和垂向水体悬沙采样工作。所述连续测量库区水体垂向水温、浊度工作的方法为：在预定取样位置采用水文铅鱼搭载自记式水温、浊度和水深记录仪进行垂向断面上的数据采集，垂向上放线控制在每2m布设一个采样点，根据记录仪的采样时间频率（s）和垂向采样间距（m）计算钢缆的放线速度；实际放线速度不大于计算放线速度；待铅鱼放到库底后提升仪器收回；放线速度（m/s）=垂向采样间距（m）/采样时间（s）所述垂向水体悬沙采样工作的方法为：选取重要断面采用悬索悬挂水文铅鱼和瞬时式采样器进行悬沙采样，数据用于后期建立浊度和含沙量的换算的关系曲线；采样时，采样器口门应正对水流，在采样点停留一定时间后关闭口门，再提升仪器收回；取样后均分为两份，分别用于含沙量和颗粒级配的测量；水样的含沙量采用烘干法进行测量，颗粒级配采用马尔文激光粒度仪进行分析。所述垂向水体悬沙采样点的分布为：水面（0）、相对水深的0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0（河底）。入库和出库河段采用定点监测河道的含沙量和水温，监测频次为每两小时一次，含沙量大时加密测量。本专利技术有如下有益效果：1、本专利技术提供了一种可靠有效的大型深水库中温度-泥沙耦合异重流观测装置及方法，适用于水深200m级大型水库监测，可操作性强，可在大型深水库的异重流监测中广泛推广。2、本专利技术提供一种泥沙定点监测装置，含沙量采用多点采样混合计算，采用水文铅鱼拖动系统配合缆道控制悬移质采样器采样位置，自动化程度高，能应用于大型河流悬沙采样，实现了横断面多点采样，监测结果更具代表性。3、本专利技术提供一种移动监测设备装置和方法，采用水温、浊度自记探头和水文铅鱼拖动系统，配合水文船巡测，实现了垂向200m水深级的垂向数据的连续自记和实时读数，为大型深水库泥沙调度提供及时数据支撑，绞车自动投放钢缆相较于人工投放仪器的方法更可靠，且垂向的采样点位置控制更为精准，自动化程度高。4、本专利技术中采用瞬时式横式“1”型采样器，配合水文船同步取悬沙水样，在垂向上采用11点法采水样进行含沙量取样分析，建立浊度-含沙量关系曲线，用于库区水样含沙量的换算。5、本专利技术中采用的定点温度监测装置，配置滑动重物适应河道水位的变化，保证测得水面以下固定水深的水温值。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术泥沙定点监测装置示意图。图2为本专利技术水温定点监测装置示意图。图3为本专利技术移动监测装置主视图。图4为本专利技术移动监测装置俯视图。图5纵断面监测点位和横断面监测点位的示意图。图6异重流监测点位示意图。图中：定点泥沙监测装置1、定点水温监测装置2、移动监测装置3；主缆道101、副缆道102、悬索103、铅鱼104、悬移质采样器105、主缆道排架106、副缆道排架107、铅鱼台108、站房109、行车110；水位自记井201、钢索202、漂浮球203、温度探头204、滑动重物205；水文测船301、悬臂架302、悬索303、水文铅鱼304、水文铅鱼拖动机构305；入库定点监测位置601、潜入点602、移动垂向监测点位603、异重流前锋604、出库定点监测位置605。具体实施方式下面结合附图并用实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的内容不仅限于实施例中所涉及的内容，即并不意味着是对本专利技术保护内容的任何限定。实施例1：如图1-4，一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置，它包括用于采集和监测泥沙的定点泥沙监测装置1、用于采集和监测水温的定点水温监测装置2和能够进行移动监测的移动监测装置3。通过采用上述的异重流监测装置，用于大型深水库异重流在运动过程中水体温度、含沙量沿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型深水库中温度‑泥沙耦合异重流监测装置，其特征在于：它包括用于采集和监测泥沙的定点泥沙监测装置（1）、用于采集和监测水温的定点水温监测装置（2）和能够进行移动监测的移动监测装置（3）。

【技术特征摘要】
1.一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置，其特征在于：它包括用于采集和监测泥沙的定点泥沙监测装置（1）、用于采集和监测水温的定点水温监测装置（2）和能够进行移动监测的移动监测装置（3）。2.根据权利要求1所述的一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置，其特征在于：所述定点泥沙监测装置（1）包括主缆道（101）和副缆道（102），在所述主缆道（101）和副缆道（102）之间悬挂有悬索（103），在悬索（103）的末端安装有铅鱼（104），所述铅鱼（104）上安装有悬移质采样器（105），所述主缆道（101）和副缆道（102）的两端分别支撑安装在对称布置的主缆道排架（106）和副缆道排架（107）上，所述主缆道排架（106）和副缆道排架（107）固定安装在岸边的铅鱼台（108）上，所述铅鱼台（108）的侧面设置有站房（109），所述悬索（103）的顶部通过行车（110）与主缆道（101）和副缆道（102）构成滑动配合连接，并驱动其沿缆道行走。3.根据权利要求1所述的一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置，其特征在于：所述定点水温监测装置（2）包括水位自记井（201），所述水位自记井（201）内部设置有钢索（202），所述钢索（202）的另一端与浮在水面的漂浮球（203）相连，所述漂浮球（203）的底部用连接索悬挂有温度探头（204），所述温度探头（204）的外部安装有保护套，所述钢索（202）上滑动连接有滑动重物（205）。4.根据权利要求1所述的一种大型深水库中温度-泥沙耦合异重流监测装置，其特征在于：所述移动监测装置（3）包括水文测船（301），所述水文测船（301）的顶部侧面固定安装有悬臂架（302），所述悬臂架（302）上支撑安装有悬索（303），所述悬索（303）的一端与水文铅鱼拖动机构（305）相连，另一端连接有水文铅鱼（304），所述移动监测装置（3）包括采样测量设备，所述采样测量设备包括水温、浊度自记设备和瞬时式...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦蕾蕾，於三大，董先勇，彭万兵，权录年，包波，杜泽东，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，中国三峡建设管理有限公司，长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局，
类型：发明
国别省市：北京,11