技术领域
[0001] 本
发明属于深大水库的水温自动监测装置结构技术领域，并涉及到该自动监测装置的使用方法技术领域。
背景技术
[0002]
水电站和大坝(水库)建设之后，需要定期对某一时间点、某一
位置、某一深度的水层进行
温度监测，以掌握更多的水文资料。其测量其水温时没有现成的一套系统/装置，更没有一套完整的监测方法。通常都是由人工自己开船到监测地点，然后放入水温监测设备，测量记录之后随即将水温监测设备打捞上岸。该种方式非常不安全，且在大坝水利发电时基本不能开船出去，由于坝体拦水的一侧由于其中部或下部有大量的水倾斜出去，从而造成水面以下的流速非常剧烈，很容易造成
旋涡情况，很容易因某种突发原因造成人员或设备的伤亡或损坏。因此只能在水电停止运行的间歇，等到运行调度时方能有条件出去监测。此外，某一次或多次的测量不能连续给出数据，更不利于分层测度；如果需要测得一套连续的数值，则需要研究人员每个月如果都去山区河谷监测，成本非常高昂；若遇到下雨等恶劣天气时，则不能开展科学研究，因此测得的数据连续性非常差，作为第一手数据研究时也难以充分解释水温变化规律，更不能给予水电生态调度以重要的指导和参考。
发明内容
[0003] 本发明正是为了解决上述问题
缺陷，提供一种水电站坝前水温自动监测装置及其监测方法。
[0004] 本发明采用如下技术方案实现。
[0005] 一种深大水库建设使用的水温监测系统，本发明的系统包括水温自动监测站、通信系统和数据监测中心三部分；其中，水温自动监测站包括水温
传感器、RTU
控制器、通信设备、防水
信号电缆、警示信号灯和供电电源；供电电源包括
太阳能板、
蓄电池和太阳能充电控制器；太阳能板通过太阳能充电控制器与RTU控制器连接；水温传感器通过防水信号电缆与RTU控制器连接；通信设备和警示信号灯分别与RTU控制器连接；通信系统设置为GSM或GPRS通信模
块；RTU控制器通过通信系统与数据监测中心连接。
[0006] 进一步为，本发明所述的数据监测中心包括
数据库、应用计算机、交换机、
防火墙、GPRS/GSM通讯机；其连接结构为，GPRS/GSM通讯机依序与防火墙、交换机、应用计算机、数据库连接；GPRS/GSM通讯机与通信系统连接。
[0007] 进一步为，本发明所述的太阳能板的数量设置为2块，呈背靠背固定
支撑设置。
[0008] 作为优选，进一步为，本发明所述的太阳能板的数量设置为3块，呈120°夹
角固定支撑设置。
[0009] 使用一种深大水库建设使用的水温监测系统进行自动测温的装置，本发明的装置包括浮标船、不锈
钢钢丝绳、
船锚三部分；浮标船、
不锈钢钢丝绳、船锚三者依序连接；所述的RTU控制器、通信设备、警示信号灯和供电电源均设置在浮标船船体之上；防水信号电缆一端与浮标船船体固定连接，在防水信号电缆上固定设置有小
配重块，在防水信号电缆下端固定设置有压
力水位计，在防水信号电缆上每隔一定距离固定设置一个水温传感器。
[0010] 作为另一种结构，使用一种深大水库建设使用的水温监测系统进行自动测温的装置，本发明的装置包括浮标船、不锈钢钢丝绳、船锚三部分；浮标船、不锈钢钢丝绳、船锚三者依序连接；所述的RTU控制器、通信设备、警示信号灯和供电电源均设置在浮标船船体之上；防水信号电缆与不锈钢钢丝绳固定为一股，在防水信号电缆下端固定设置有压力水位计，在防水信号电缆上每隔一定距离固定设置一个水温传感器。
[0011] 使用本发明自动测温装置在水电站坝前测温的方法，该方法包括1)坝前断面设置、2)自动测温步骤；具体为，
[0012] 1)坝前断面设置
[0013] 断面设置位置：A点：选择坝体400m以外，距离库区两岸150m-200m居中位置；B点：坝前3公里以外的溢流汇入口；C点：坝后0.8-1公里的溢流汇入口；水流相对平稳，水温分层明显的位置；
[0014] 将坝前垂向水域由水面表层至水底划分为变温层、
温跃层和等温层；一般，变温层为表层水至水深15m；温跃层为变温层底至水深40m；等温层为水下40m以下至水底。
[0015] 按水深0.5m、1m、2m、5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、50m及60m依次布置水温测点；在每个水温测点设置一个水温传感器，水温传感器
探头处外面套设有固定保护头；
[0016] 2)自动测温步骤
[0017] 水温传感器包括但不仅限于每日4：00、8：00、12:00、14:00、18:00、20：00、24:00各监测1次，记录水温结果；将水位、水温监测信息数据通过防水信号电缆发送到RTU控制器，RTU控制器经GSM或GPRS通信模块将传输至数据监测中心的GPRS/GSM通讯机上，并依次经防火墙过滤、交换机处理、应用计算机接收，最终备份存储至数据库中；包括但不限于：监测时间、站名、垂线测点水温、相应水位、相应水深、相应流速、水面宽、水库深以及系统运行参数。
[0018] 进一步为，本发明的方法还包括3)
硬件参数要求：
[0019] 水温传感器
精度：不低于0.1℃，量程：不低于-5～+50℃；
[0020] 防水信号电缆
铜线截面积不小于0.7mm2；
[0021] RTU控制器：测点容量：16通道/32通道；测量精度：时基精度±0.005％(0℃～+50℃)，温度±0.5％FSR；
分辨率：
频率0.1Hz，温度0.1℃；测量时间：每通道2～4秒；通信
接口：EIA-485，屏蔽双绞线，1200bps，大于3km；数据存储容量：大于300测次；
工作温度：-20℃～+
60℃；储藏温度：-20℃～+70℃；
相对湿度：5％～80％；
[0022] 太阳能板：
峰值功率：20W；工作
电压：12V；工作温度：-40～90℃；使用寿命：10年；单晶
硅太阳能组件；
[0023]
蓄电池：额定容量：38AH；公称电压：12V；工作温度：-40～90℃；使用寿命：5年以上；满足无光照情况下，45天的稳定工作；
[0024] 太阳能充电控制器：电压：12V/24VDC；充电电压：13.8V；最大充电
电流(50℃)8A；具有蓄电池过充、过放、反接保护功能，过放保护值11.1VSOC＝30％，过放恢复值12.6VSOC＝50％；工作
环境温度：-25℃～50℃；
[0025] 压力水位计：量程：0～1Mpa；分辨率(％FS)：≤0.05％；精度(％FS)：≤0.5％；环境温度(℃)：-20℃～+60℃；防水防潮。
[0026] 进一步为，本发明所述的硬件参数要求还包括：
[0027] 数据库及应用计算机：CPU：性能不低于1*E5-2609V3；内存：不小于1*8GB DDR4内存；配置RAID卡；
硬盘：不小于1T；集成声显卡；自带2块10/100/1000自适应网卡；
机架式滑轨安装；24寸彩色
液晶显示器，HPE242，分辨率1920×1200；
[0028] 防火墙：8GE电口，2GB内存，含SSLVPN100用户；
[0029] 交换机：24个10/100/1000Base-T以太网端口，4个千兆SFP，交流供电；
[0030] GPRS/GSM通讯机：支持GPRS；900/1800MHz双频；GPRS Class 10；编码方式：CS1-CS4；5～36V宽电压输入；
数据速率300～57600bps；串行数据接口TTL/RS-232/RS-422/RS-485；工作环境温度：-30～70℃；储存温度：-40～85℃；相对湿度：95％无
凝结。
[0031] 本发明的有益效果为，本发明设备结构设置科学合理，针对不同流速的
水体可以选择不同的设置结构。采用本发明的装置设置，在水电站坝前水温测量时，可以做到不受恶劣天气影响，不受水电运行/调度影响，可以持续的、不间断地得到不同深度的水层的温度数值，更不会给科研人员带来人身安全危险，全部的装置部件均属于可更换部件，且耐久度很高，一次投入可以长期受益，科研人员在办公室即可得到相关水温数据，经过数据库的数据积累，能为该湖库水质水环境和水
生态系统保护、湖库渔业管控等给予技术指导，同时也为湖库生态调度、水电水利工程生态调控、生态农灌等给予重要的指导作用。
[0032] 下面结合
附图和具体实施方式本发明做进一步解释。
附图说明
[0033] 图1为本发明系统结构示意图。
[0034] 图2为本发明装置结构示意图。
具体实施方式
[0035] 下面以德泽水库为例，对本发明的技术方案做详细的解释与说明。
[0036] 见图1，图2所示。
[0037] 德泽水库位于沾益县境内的
牛栏江干流上，距省会昆明173km，水库枢纽由大坝、溢洪道、导流泄洪隧洞、发电放空隧洞、坝后电站、库内干河
泵站组成。溢洪道布置在左岸，泄洪隧洞布置在右岸，以龙抬头和导流洞后段结合，发电放空隧洞布置于大坝左岸、溢洪道右侧山体中。德泽水库坝后电站位于大坝坝脚下游牛栏江左岸距离坝轴约220m处。
[0038] 德泽水库多年平均引水量为5.72亿m3，其中枯季水量为2.43亿m3，汛期水量为3.29亿m3，供水保证率为70％，水量汛枯比为57.5:42.5，P＝50％频率年份可向滇池引水6.1亿3 3
m，扣除1％的输水损失，进入滇池的多年平均环境补水量为5.66亿m ，基本满足2020年滇池补水的水量及引水过程要求。水库正常蓄水位1790m，相应库容41597万m3；死水位1752m，死库容18902万m3，调节库容22695万m3(50年泥沙淤积后的调节库容21236万m3)。水库设计洪水位为1791.49m，校核洪水位1793.91m，最大下泄流量为2020m3/s，水库总库容44788万m3，
3 3 3
调洪库容3191万m 。德泽水库远期在满足曲陆坝区3.1亿m 供水量的
基础上，还有1.38亿m水补给滇池，加上金沙江调水工程的滇池补水量，满足滇池2030水平年的补水需求。
[0039] 德泽水库坝前水深约100m，通过对已建深水湖库前垂向水温分布文献资料分析，德泽水库坝前垂向水域由水面表层至水底大致划分为：变温层为表层水至水深15m；温跃层为变温层底至水深40m；等温层为水下40m以下至水底，因此确定垂线水温测点设置情况如下：
[0040] 德泽水库坝前初步考虑垂向分层水温监测布点，按水深0.5m、1m、2m、5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、50m及60m依次布置水温测点。实际布点位置及个数根据温度链布置方位所对应水深进行调整。
[0041] 水温传感器包括但不仅限于每日4：00、8：00、12:00、14:00、18:00、20：00、24:00各监测1次，记录水温结果，水温测量仪器精度需达到0.1℃。
[0042] 见图1所示。一种深大水库建设使用的水温监测系统，本发明的系统包括水温自动监测站、通信系统和数据监测中心三部分；其中，水温自动监测站包括水温传感器、RTU控制器、通信设备、防水信号电缆、警示信号灯和供电电源；供电电源包括太阳能板、蓄电池和太阳能充电控制器；太阳能板通过太阳能充电控制器与RTU控制器连接；水温传感器通过防水信号电缆与RTU控制器连接；通信设备和警示信号灯分别与RTU控制器连接；通信系统设置为GSM或GPRS通信模块；RTU控制器通过通信系统与数据监测中心连接。
[0043] 进一步为，本发明所述的数据监测中心包括数据库、应用计算机、交换机、防火墙、GPRS/GSM通讯机；其连接结构为，GPRS/GSM通讯机依序与防火墙、交换机、应用计算机、数据库连接；GPRS/GSM通讯机与通信系统连接。
[0044] 进一步为，本发明所述的太阳能板的数量设置为2块，呈背靠背固定支撑设置。
[0045] 作为优选，进一步为，本发明所述的太阳能板的数量设置为3块，呈120°夹角固定支撑设置。
[0046] 见图2所示。使用一种深大水库建设使用的水温监测系统进行自动测温的装置，本发明的装置包括浮标船、不锈钢钢丝绳、船锚三部分；浮标船、不锈钢钢丝绳、船锚三者依序连接；所述的RTU控制器、通信设备、警示信号灯和供电电源均设置在浮标船船体之上；防水信号电缆一端与浮标船船体固定连接，在防水信号电缆上固定设置有小配重块，在防水信号电缆下端固定设置有压力水位计，在防水信号电缆上每隔一定距离固定设置一个水温传感器。
[0047] 作为另一种结构，使用一种深大水库建设使用的水温监测系统进行自动测温的装置，本发明的装置包括浮标船、不锈钢钢丝绳、船锚三部分；浮标船、不锈钢钢丝绳、船锚三者依序连接；所述的RTU控制器、通信设备、警示信号灯和供电电源均设置在浮标船船体之上；防水信号电缆与不锈钢钢丝绳固定为一股，在防水信号电缆下端固定设置有压力水位计，在防水信号电缆上每隔一定距离固定设置一个水温传感器。
[0048] 使用本发明自动测温装置在水电站坝前测温的方法，该方法包括1)坝前断面设置、2)自动测温步骤；具体为，
[0049] 1)坝前断面设置
[0050] 断面设置位置：A点：选择坝体400m以外，距离库区两岸150m-200m居中位置；B点：坝前3公里以外的溢流汇入口；C点：坝后0.8-1公里的溢流汇入口；水流相对平稳，水温分层明显的位置；
[0051] 将坝前垂向水域由水面表层至水底划分为变温层、温跃层和等温层；一般，变温层为表层水至水深15m；温跃层为变温层底至水深40m；等温层为水下40m以下至水底。
[0052] 按水深0.5m、1m、2m、5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、50m及60m依次布置水温测点；在每个水温测点设置一个水温传感器，水温传感器探头处外面套设有固定保护头；
[0053] 2)自动测温步骤
[0054] 水温传感器包括但不仅限于每日4：00、8：00、12:00、14:00、18:00、20：00、24:00各监测1次，记录水温结果；将水位、水温监测信息数据通过防水信号电缆发送到RTU控制器，RTU控制器经GSM或GPRS通信模块将传输至数据监测中心的GPRS/GSM通讯机上，并依次经防火墙过滤、交换机处理、应用计算机接收，最终备份存储至数据库中；包括但不限于：监测时间、站名、垂线测点水温、相应水位、相应水深、相应流速、水面宽、水库深以及系统运行参数。
[0055] 本发明一些设备的参数细节：
[0056] (1)水温传感器
[0057] 精度：0.1℃。传感器采用不锈钢
外壳封装,防水防潮。专
门设计的传感器不锈钢外壳，壁厚0.2mm，具有很小的蓄热量，采用导热性高的
密封胶，保证了温度传感器的高灵敏性，极小的温度延迟。垂线上水温传感器较多，各垂线上水温传感器采用总线结构方式进行安装。按水温传感器相应水深分组分别安装在总线上，便于今后管理维护。水温传感器精度：不低于0.1℃，量程：不低于-5～+50℃。
[0058] (2)遥测终端(RTU控制器)
[0059] NDA1403型
数据采集智能模块用于自动采集各类振弦式仪器的信号，测量精度高、功能齐全、抗干扰能力强、运行稳定。可用于水工
建筑物、高边坡、道路、
桥梁、隧洞等使用环境恶劣的安全监测工程。
[0060] 技术指标：
[0061] (1)测点容量：16通道/32通道。
[0062] (2)测量精度：时基精度±0.005％(0℃～+50℃)，温度±0.5％FSR。
[0063] (3)分辨率：频率0.1Hz，温度0.1℃。
[0064] (4)测量时间：每通道2～4秒。
[0065] (5)
通信接口：EIA-485，屏蔽双绞线，1200bps，大于3km；光纤、无线和共用电话网通信方式备选。
[0066] (6)数据存储容量：大于300测次。
[0067] (7)工作温度：-20℃～+60℃可选。
[0068] 储藏温度：-20℃～+70℃。
[0069] 相对湿度：5％～80％
[0070] DAU2000数据采集单元
[0071] DAU2000数据采集单元主要组成部件有：NDA系列智能数据采集模块、NDA专用不间断电源、NDA通信模块、防潮加热器和多功能分线排等部分。这些部件安装在一个密封箱内。
[0072] 蓄电池应保证测控单元在断电后能连续工作1周。
[0073] (1)采用标准RS-485
现场总线，支持32个
节点，支持光纤通讯模式，支持IEC104电力远动通讯控制协议。
[0074] (2)每个测量单元的通道数：8～32个通道；
[0075] (3)
采样对象：可采集各类型
传感器数据，包括CCD式、
电阻式、压阻式、电感式、振弦式(国内外、单双线圈)，电容式、电位器式、RS485总线式等传感器；此外还可采集输出为电流、电压等带有变送器的传感器；
[0076] (4)测量方式：定时、间断、单检、巡检、选测或任设测点群；
[0077] (5)采样时间：2S～5S/点；
[0078] (6)适应工作环境：温度－25℃～+60℃，湿度≤95％；
[0079] (7)系统具有防雷、电功能；
[0080] (8)数据存储容量：大于1000测次。
[0081] (3)浮标船
[0082] 采用专门定制生产型浮标船，浮标船主要由浮体、顶盖、太阳能一体化警示灯、
太阳能电池板、太阳能充电控制器、仪器密封箱、各种仪器安装
支架、搬运拉手、万向
脚轮、锚系环、顶盖
防盗锁等部分组成。
[0083] (1)GSM/GPRS通信模块
[0084] 主要技术指标如下：
[0085] 音频(暂不支持)
[0086] 支持通话或紧急呼叫
[0087] 支持全速率，增强全速率和半速率
[0088] 支持QCELP 13k音频编解码(CDMA部分)
[0089] 支持回声抑制和噪声消除功能(选项)
[0091] GPRS数据
[0092] GPRS Class 10
[0093] 编码方案：CS1-CS4
[0094] 符合SMG31bis技术规范
[0095] CDMA 1x数据
[0096] 支持IS 707数据业务
[0097] 支持153kbps的包数据速率
[0098] 支持Class 2.0 Group 3传真
[0099] CDMA 2000扩频机制
[0100] 符合IS-95A、IS-95B CDMA空中接口标准接口
[0101] 天线接口50欧姆/SMA接头
[0102] SIM/UIM卡3V
[0103] 串行数据及配置接口
[0104] 类型RS-232/RS-422/RS-485/TTL
[0105] 数据速率300～57600bits/s
[0106] 接口
端子可插拔式接线端子，间距：3.5mm，12Pin
[0107] 音频接口
耳机和麦克
风(特别定制的产品支持)
[0108] 基本功能：
[0109] GPRS部分
[0110] 支持双频GSM/GPRS
[0111] 支持使用STK卡
[0112] 符合ETSI GSM Phase 2+标准
[0113] CDMA部分
[0114] 支持800MHz双频
[0115] 支持使用UIM卡
[0116] 符合FCC/SAR和CDG 1/2&3标准
[0117] 支持RS-232/422/485接口，或TTL电平接口
[0118] 使用方便、灵活、可靠
[0119] 数据终端永远在线
[0120] 增强功能
[0121] 透明数据传输与协议转换
[0122] 支持虚拟数据专用网
[0124] 数据传输支持单通道单中心或多通道多中心(选用相应
软件版本的产品)[0125]
自诊断与告警输出
[0126] 支持图形界面远程配置与维护(由数据中心集中管理)
[0127] 通过Xmodem协议进行软件升级
[0128] 支持音频接口，方便功能扩充(需定制)
[0129] 优化电磁兼容设计，适合电磁环境恶劣和要求较高的应用需求
[0130] 采用先进电源技术，供电电源适应范围宽，提高设备的
稳定性[0131] 采用可插拔式接线端子，适合工控行业应用
[0132] 支持外部电源控制
[0133] (5)供电系统
[0134] 本系统坝前垂线上均采用太阳能浮充供电方式，主要包括太阳能板、蓄电池和具有自动控制功能的太阳能充电控制器。充电控制器能防止太阳能板过充和蓄电池过放。
[0135] 为保证测温设备能在雷电、暴雨、停电的恶劣条件下可靠、正常的工作，太阳能板的功率、蓄电池的容量以及充电控制器，根据以下因素选配：
[0136] 设备功耗，包括守候功耗、工作功耗以及通信设备发送数据的功耗。
[0137] 保证在45天连续阴雨天气情况下，能维持蓄电池正常工作。
[0138] 在连续45天阴雨天气后，能在10天时间内，将蓄电池充足。
[0139] 当地的日照指数。
[0140] 德泽水库水温监测数据的存储、处理将依托自主构建的数据管理中心，总部可考虑设在干河泵站
[0141] 坝前水温断面监测主要设备表
[0142]
[0143]
[0144] 信息化平台设备
[0145]序号 项目名称 规格型号 单位 备注
1 数据库及应用
服务器 联想 台
2 防火墙 华为 台
3 交换机 华为 台
4 GPRS/GSM通讯机 台
[0146] 德泽水库坝前及坝下水温在线监测工程投资由建安工程费和工程建设其他
费用组成，总投资共计617015.1元。
[0147] 试运行及培训费：按10天计。
[0148] 德泽水库坝前及坝下水温在线监测工程投资概算表
[0149]
[0150]
[0151]
[0152] 以上所述的仅是本发明的具体
实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，上述实施例不以任何方式限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。本
申请要求的保护范围应当以其
权利要求的内容为准，
说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
