本发明专利技术公开一种高坝大库坝前水域流场监测装置及方法，包括固定桩、滑轨Ⅰ、滑动钢缆、滑动装置、数据集成处理装置、磁敏角度传感器、流速测量仪、控制器、开关、操作台、数据集成处理传输线、滑轨滑动装置传输线Ⅰ、滑轨滑动装置传输线Ⅱ、蓄电池Ⅱ、固定桩底座、滑轨滑动装置Ⅰ、滑轨滑动装置Ⅱ、滑动装置传输线、驱动器Ⅰ、滚轮、驱动器Ⅱ、滑轮、滑轨Ⅱ、转轴；本发明专利技术可监测高坝大库坝前超深水域的流速流向，根据坝前不同水深情况合理设定监测点的数量和位置，最后绘制出高坝大库坝前水域流场分布图，服务于水库运行及水域生态系统保护。
A Flow Field Monitoring Device and Method for High Dam and Reservoir
【技术实现步骤摘要】
一种高坝大库坝前水域流场监测装置及方法
本专利技术涉及水利监测及环境保护
，具体涉及一种高坝大库坝前水域流场监测装置及方法。
技术介绍
水库是通过人工筑坝形成的介于河流和湖泊间的半人工半自然水体，具备蓄水灌溉、供水、发电、防洪等功能。新中国成立后，我国开展了大规模水库建设，取得了瞩目成就，已成为世界上拥有水库数量最多的国家。近年来，我国水库建设进入高速发展阶段，200米以上高坝大库在我国建成投运。目前我国200米级以上高坝大库主要集中在西南地区，如小湾水电站库容149.14亿m3，坝高294.5m，是目前国内已建和在建水电工程中大坝最高的工程之一。高坝大库在保障防洪安全和综合开发利用上发挥着举足轻重的作用，但水库蓄水与运行改变了河流自然节律，对流域生态环境造成一定影响，一方面拦河筑坝造成了库区的淹没，引起河道片段化、生境破碎化；另一方面高坝大库建设对河流水文、水力学的影响，改变了库区流量、流速、水温、水质等水文及环境因子，进而影响生物栖息地环境特征。高坝大库建成后，坝前水域流速变化明显，异重流作用、水温分层作用和水库泄流方式等会影响流速流向分布，使得高坝大库坝前水域呈现流场动态变化的特征，而流场动态变化会一定程度上影响水环境及水域生态系统，例如：流场变化导致污染物输移扩散速率及方向的改变，影响沉积物的输运及分布；流场变化会导致鱼类洄游、产卵及孵化的信号发生改变，进而影响鱼类的生存与繁殖；流场动态变化影响水库水体交换及滞留时间，进而决定库区水体更新速率及年龄。高坝大库坝前水域有着超深水深、水温分层现象明显等特征，导致其流场分布复杂化，由于流场与水生态及水环境有着密切关联，需对坝前水域流场进行监测，以为水库运行、水环境分析、水域生态系统保护提供数据参考。目前流场监测装置大多偏向于定点定时流速监测和水流表层的流速、流向监测，缺乏相关装置及方法测量不同水深处的流场分布；现有技术涉及河流或浅层湖库不同深度水中的流速及流向监测。目前，业内常用现有技术有：成都万江港利科技股份有限公司公开的“一种基于超声波单点位流速监测装置”(申请号：CN201610769428.1)，此专利技术解决了目前的超声波流速监测装置接收端接收到的信号不够清晰的缺陷，提供一种基于超声波单点位流速监测装置。但此装置只能用于监测定点位流速，测量范围有限，不能获得流场的整体空间变化特征和流场变化的实时性。河海大学公开一种可以实现在不同测量点，不同方向上进行流速测量，便于在实验室、污水处理厂等众多流速测量场合使用，方便快捷准确性强。但此装置只能应用于实验室、污水处理厂等水深较浅的场合，难以适用于高坝大库坝前100多，200多米水深处的流速流向测量。中国水利水电科学研究院专利技术一种便于野外湖库表层流场监测的装置，成本相对较低，能够实时、准确的进行表层流场的监测。但此装置只能用于监测表层流场，不能实现不同深度水体中的流速流向监测。河海大学公开专利技术了一种野外船用大流速河流水温及流速分布测量装置及使用方法，以克服高速水流影响并且能够实现多区域大流速测量，实现了高流速工况下，多测点、多深度河流水温和流速分布情况。此装置采用船用的方式，通过遥控控制自动线圈收放转轮实现钢绞线带动可伸缩花管收放，从而对不同深度水温及流速进行监测。但是此装置需要耗费人力物力，实行全天候的水温和流速的监测，是在一种野外需要情况下而进行的水温和流速监测，不能实现全自动化监测管理，为水环境分析、水生生物保护提供数据参考。上述方法缺乏用于高坝大库坝前超深水深水域的流速流向监测相关技术，所以迫切需要一种监测装置及方法用于监测高坝大库坝前水域流场分布及其动态特征，服务于水库运行及水域生态系统保护。
技术实现思路
为了有效监测高坝大库坝前超深水深水域的复杂流场分布，本专利技术提出一种高坝大库坝前水域流场监测装置，包括固定桩1、滑轨Ⅰ2、滑动钢缆3、滑动装置4、数据集成处理装置5、磁敏角度传感器12、流速测量仪13、控制器14、开关15、操作台16、数据集成处理传输线17、滑轨滑动装置传输线Ⅰ18、滑轨滑动装置传输线Ⅱ19、蓄电池Ⅱ21、固定桩底座22、滑轨滑动装置Ⅰ29、滑轨滑动装置Ⅱ30、滑动装置传输线31、驱动器Ⅰ33、滚轮34、驱动器Ⅱ35、滑轮36、滑轨Ⅱ38、转轴42；数据集成处理装置5包括集成控制IC主板6、蓄电池Ⅰ7、电动机8、线缆卷扬机9、超声波测深仪10、传输缆线11、数据采集信号输出线缆23、数据集成处理装置外界信号接口24、主板电源线25、超声波测深仪电源线26、电动机电源线27、水下数据输入线28、数据集成处理装置外壳32、超声波测深仪数据线37、横向超声波测距仪数据线39、横向超声波测距仪40、横向超声波测距仪电源线41；4个固定桩1对称设置在河岸两侧，固定桩1设置在固定桩底座22上，固定桩1上部分别设置平板，滑轨Ⅰ2、滑轨Ⅱ38分别设置在河岸同一侧两个固定桩1之间，且滑轨Ⅰ2、滑轨Ⅱ38两端分别固定设置在固定桩1的平板上，滑轨滑动装置Ⅰ29设置在滑轨Ⅱ38上，滑轨滑动装置Ⅱ30设置在滑轨Ⅰ2上，滑轨滑动装置Ⅰ29与滑轨滑动装置Ⅱ30通过滑动钢缆3连接，滑动装置4设置在滑动钢缆3上，滑动装置4与数据集成处理装置5连接；滑轨滑动装置Ⅰ29包括驱动器Ⅰ33、滚轮34，滚轮34与驱动器Ⅰ33连接，滑轨Ⅱ38上设有凹形滑道，滚轮34沿凹形滑道滑动，滑轨滑动装置Ⅰ29沿滑轨Ⅱ38滑动；滑轨滑动装置Ⅱ30与滑轨滑动装置Ⅰ29结构相同，滑轨滑动装置Ⅱ30沿滑轨Ⅰ2滑动；滑动钢缆3由两根平行的、内设凹槽的钢缆组成，滑动装置4内设有驱动器Ⅱ35、滑轮36，滑轮36设置在滑动钢缆3的两根平行的钢缆之间并沿钢缆上的凹槽滑动，驱动器Ⅱ35与滑轮36连接，带动滑轮36转动沿滑动钢缆3移动；滑动装置4的驱动器Ⅱ35通过滑动装置传输线31与控制器14连接；滑轨滑动装置Ⅰ29的驱动器Ⅰ33通过滑轨滑动装置传输线Ⅱ19与控制器14连接；滑轨滑动装置Ⅱ30的驱动器通过滑轨滑动装置传输线Ⅰ18与控制器14连接；数据集成处理装置外壳32内部设置集成控制IC主板6、蓄电池Ⅰ7、电动机8、线缆卷扬机9、超声波测深仪10、传输缆线11、数据采集信号输出线缆23、数据集成处理装置外界信号接口24、主板电源线25、超声波测深仪电源线26、电动机电源线27、水下数据输入线28、超声波测深仪数据线37、横向超声波测距仪数据线39、横向超声波测距仪40、横向超声波测距仪电源线41；集成控制IC主板6通过主板电源线25与蓄电池Ⅰ7连接，蓄电池Ⅰ7通过超声波测深仪电源线26与超声波测深仪10连接，超声波测深仪10通过超声波测深仪数据线37与集成控制IC主板6连接，数据集成处理装置外壳32底部设孔，超声波测深仪10设置在孔内，蓄电池Ⅰ7通过电动机电源线27与电动机8连接，电动机8输出端还与线缆卷扬机9连接，传输缆线11设置在线缆卷扬机9内，传输缆线11一端通过水下数据输入线28与集成控制IC主板6连接，传输缆线11另一端位于数据集成处理装置外壳32外并设有转轴42，转轴42上设有磁敏角度传感器12、流速测量仪13，磁敏角度传感器12、流速测量仪13还分别与传输缆线11连接，集成控制IC主板6还通过横向超声波测距仪数据线39与横向本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高坝大库坝前水域流场监测装置，其特征在于，包括固定桩(1)、滑轨Ⅰ(2)、滑动钢缆(3)、滑动装置(4)、数据集成处理装置(5)、磁敏角度传感器(12)、流速测量仪(13)、控制器(14)、数据集成处理传输线(17)、滑轨滑动装置传输线Ⅰ(18)、滑轨滑动装置传输线Ⅱ(19)、蓄电池Ⅱ(21)、固定桩底座(22)、滑轨滑动装置Ⅰ(29)、滑轨滑动装置Ⅱ(30)、滑动装置传输线(31)、驱动器Ⅰ(33)、滚轮(34)、驱动器Ⅱ(35)、滑轮(36)、滑轨Ⅱ(38)、转轴(42)；数据集成处理装置(5)包括集成控制IC主板(6)、蓄电池Ⅰ(7)、电动机(8)、线缆卷扬机(9)、超声波测深仪(10)、传输缆线(11)、数据采集信号输出线缆(23)、数据集成处理装置外界信号接口(24)、主板电源线(25)、超声波测深仪电源线(26)、电动机电源线(27)、水下数据输入线(28)、数据集成处理装置外壳(32)、超声波测深仪数据线(37)、横向超声波测距仪数据线(39)、横向超声波测距仪(40)、横向超声波测距仪电源线(41)；4个固定桩(1)对称设置在河岸两侧，固定桩(1)设置在固定桩底座(22)上，固定桩(1)上部分别设置平板，滑轨Ⅰ(2)、滑轨Ⅱ(38)分别设置在河岸同一侧两个固定桩(1)之间，且滑轨Ⅰ(2)、滑轨Ⅱ(38)两端分别固定设置在固定桩(1)的平板上，滑轨滑动装置Ⅰ(29)设置在滑轨Ⅱ(38)上，滑轨滑动装置Ⅱ(30)设置在滑轨Ⅰ(2)上，滑轨滑动装置Ⅰ(29)与滑轨滑动装置Ⅱ(30)通过滑动钢缆(3)连接，滑动装置(4)设置在滑动钢缆(3)上，滑动装置(4)与数据集成处理装置(5)连接；滑轨滑动装置Ⅰ(29)包括驱动器Ⅰ(33)、滚轮(34)，滚轮(34)与驱动器Ⅰ(33)连接，滑轨Ⅱ(38)上设有凹形滑道，滚轮(34)沿凹形滑道滑动，滑轨滑动装置Ⅰ(29)沿滑轨Ⅱ(38)滑动；滑轨滑动装置Ⅱ(30)与滑轨滑动装置Ⅰ(29)结构相同，滑轨滑动装置Ⅱ(30)沿滑轨Ⅰ(2)滑动；滑动钢缆(3)由两根平行的、内设凹槽的钢缆组成，滑动装置(4)内设有驱动器Ⅱ(35)、滑轮(36)，滑轮(36)设置在滑动钢缆(3)的两根平行的钢缆之间并沿钢缆上的凹槽滑动，驱动器Ⅱ(35)与滑轮(36)连接，带动滑轮(36)转动沿滑动钢缆(3)移动；滑动装置(4)的驱动器Ⅱ(35)通过滑动装置传输线(31)与控制器(14)连接；滑轨滑动装置Ⅰ(29)的驱动器Ⅰ(33)通过滑轨滑动装置传输线Ⅱ(19)与控制器(14)连接；滑轨滑动装置Ⅱ(30)的驱动器通过滑轨滑动装置传输线Ⅰ(18)与控制器(14)连接；数据集成处理装置外壳(32)内部设置集成控制IC主板(6)、蓄电池Ⅰ(7)、电动机(8)、线缆卷扬机(9)、超声波测深仪(10)、传输缆线(11)、数据采集信号输出线缆(23)、数据集成处理装置外界信号接口(24)、主板电源线(25)、超声波测深仪电源线(26)、电动机电源线(27)、水下数据输入线(28)、超声波测深仪数据线(37)、横向超声波测距仪数据线(39)、横向超声波测距仪(40)、横向超声波测距仪电源线(41)；集成控制IC主板(6)通过主板电源线(25)与蓄电池Ⅰ(7)连接，蓄电池Ⅰ(7)通过超声波测深仪电源线(26)与超声波测深仪(10)连接，超声波测深仪(10)通过超声波测深仪数据线(37)与集成控制IC主板(6)连接，数据集成处理装置外壳(32)底部设孔，超声波测深仪(10)设置在孔内，蓄电池Ⅰ(7)通过电动机电源线(27)与电动机(8)连接，电动机(8)输出端还与线缆卷扬机(9)连接，传输缆线(11)设置在线缆卷扬机(9)内，传输缆线(11)一端通过水下数据输入线(28)与集成控制IC主板(6)连接，传输电缆线(11)另一端位于数据集成处理装置外壳(32)外并设有转轴(42)，转轴(42)上设有磁敏角度传感器(12)、流速测量仪(13)，磁敏角度传感器(12)、流速测量仪(13)还分别与传输缆线(11)连接，集成控制IC主板(6)还通过横向超声波测距仪数据线(39)与横向超声波测距仪(40)连接，数据集成处理装置外壳(32)侧面设孔，横向超声波测距仪(40)设置在数据集成处理装置外壳(32)的侧面孔内，横向超声波测距仪(40)通过横向超声波测距仪电源线(41)与蓄电池Ⅰ(7)连接；集成控制IC主板(6)还通过数据采集信号输出线缆(23)与数据集成处理装置外界信号接口(24)连接；数据集成处理装置外接信号接口(24)与数据集成处理传输线(17)连接，数据集成处理传输线(17)与控制器(14)连接，控制器(14)通过供电线缆(20)与蓄电池Ⅱ(21)连接。...
【技术特征摘要】
1.一种高坝大库坝前水域流场监测装置，其特征在于，包括固定桩(1)、滑轨Ⅰ(2)、滑动钢缆(3)、滑动装置(4)、数据集成处理装置(5)、磁敏角度传感器(12)、流速测量仪(13)、控制器(14)、数据集成处理传输线(17)、滑轨滑动装置传输线Ⅰ(18)、滑轨滑动装置传输线Ⅱ(19)、蓄电池Ⅱ(21)、固定桩底座(22)、滑轨滑动装置Ⅰ(29)、滑轨滑动装置Ⅱ(30)、滑动装置传输线(31)、驱动器Ⅰ(33)、滚轮(34)、驱动器Ⅱ(35)、滑轮(36)、滑轨Ⅱ(38)、转轴(42)；数据集成处理装置(5)包括集成控制IC主板(6)、蓄电池Ⅰ(7)、电动机(8)、线缆卷扬机(9)、超声波测深仪(10)、传输缆线(11)、数据采集信号输出线缆(23)、数据集成处理装置外界信号接口(24)、主板电源线(25)、超声波测深仪电源线(26)、电动机电源线(27)、水下数据输入线(28)、数据集成处理装置外壳(32)、超声波测深仪数据线(37)、横向超声波测距仪数据线(39)、横向超声波测距仪(40)、横向超声波测距仪电源线(41)；4个固定桩(1)对称设置在河岸两侧，固定桩(1)设置在固定桩底座(22)上，固定桩(1)上部分别设置平板，滑轨Ⅰ(2)、滑轨Ⅱ(38)分别设置在河岸同一侧两个固定桩(1)之间，且滑轨Ⅰ(2)、滑轨Ⅱ(38)两端分别固定设置在固定桩(1)的平板上，滑轨滑动装置Ⅰ(29)设置在滑轨Ⅱ(38)上，滑轨滑动装置Ⅱ(30)设置在滑轨Ⅰ(2)上，滑轨滑动装置Ⅰ(29)与滑轨滑动装置Ⅱ(30)通过滑动钢缆(3)连接，滑动装置(4)设置在滑动钢缆(3)上，滑动装置(4)与数据集成处理装置(5)连接；滑轨滑动装置Ⅰ(29)包括驱动器Ⅰ(33)、滚轮(34)，滚轮(34)与驱动器Ⅰ(33)连接，滑轨Ⅱ(38)上设有凹形滑道，滚轮(34)沿凹形滑道滑动，滑轨滑动装置Ⅰ(29)沿滑轨Ⅱ(38)滑动；滑轨滑动装置Ⅱ(30)与滑轨滑动装置Ⅰ(29)结构相同，滑轨滑动装置Ⅱ(30)沿滑轨Ⅰ(2)滑动；滑动钢缆(3)由两根平行的、内设凹槽的钢缆组成，滑动装置(4)内设有驱动器Ⅱ(35)、滑轮(36)，滑轮(36)设置在滑动钢缆(3)的两根平行的钢缆之间并沿钢缆上的凹槽滑动，驱动器Ⅱ(35)与滑轮(36)连接，带动滑轮(36)转动沿滑动钢缆(3)移动；滑动装置(4)的驱动器Ⅱ(35)通过滑动装置传输线(31)与控制器(14)连接；滑轨滑动装置Ⅰ(29)的驱动器Ⅰ(33)通过滑轨滑动装置传输线Ⅱ(19)与控制器(14)连接；滑轨滑动装置Ⅱ(30)的驱动器通过滑轨滑动装置传输线Ⅰ(18)与控制器(14)连接；数据集成处理装置外壳(32)内部设置集成控制IC主板(6)、蓄电池Ⅰ(7)、电动机(8)、线缆卷扬机(9)、超声波测深仪(10)、传输缆线(11)、数据采集信号输出线缆(23)、数据集成处理装置外界信号接口(24)、主板电源线(25)、超声波测深仪电源线(26)、电动机电源线(27)、水下数据输入线(28)、超声波测深仪数据线(37)、横向超声波测距仪数据线(39)、横向超声波测距仪(40)、横向超声波测距仪电源线(41)；集成控制IC主板(6)通过主板电源线(25)与蓄电池Ⅰ(7)连接，蓄电池Ⅰ(7)通过超声波测深仪电源线(26)与超声波测深仪(10)连接，超声波测深仪(10)通过超声波测深仪数据线(37)与集成控制IC主板(6)连接，数据集成处理装置外壳(32)底部设孔，超声波测深仪(10)设置在孔内，蓄电池Ⅰ(7)通过电动机电源线(27)与电动机(8)连接，电动机(8)输出端还与线缆卷扬机(9)连接，传输缆线(11)设置在线缆卷扬机(9)内，传输缆线(11)一端通过水下数据输入线(28)与集成控制IC主板(6)连接，传输电缆线(11)另一端位于数据集成处理装置外壳(32)外并设有转轴(42)，转轴(42)上设有磁敏角度传感器(12)、流速测量仪(13)，磁敏角度传感器(12)、流速测量仪(13)还分别与传输缆线(11)连接，集成控制IC主板(6)还通过横向超声波测距仪数据线(39)与横向超声波测距仪(40)连接，数据集成处理装置外壳(32)侧面设孔，横向超声波测距仪(40)设置在数据集成处理装置外壳(32)的侧面孔内，横向超声波测距仪(40)通过横向超声波测距仪电源线(41)与蓄电池Ⅰ(7)连接；集成控制IC主板(6)还通过数据采集信号输出线缆(23)与数据集成处理装置外界信号接口(24)连接；数据集成处理装置外接信号接口(24)与数据集成处理传输线(17)连接，数据集成处理传输线(17)与控制器(14)连接，控制器(14)通过供电线缆(20)与蓄电池Ⅱ(21)连接。2.根据权利要求1高坝大库坝前水域流场...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆颖，蒋丽，王海龙，祁昌军，何大明，袁旭，肖复晋，蒋永健，罗贤，梁斯琦，李亚，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53
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