[发明专利]适用于复杂水域的三维水温智能监测装置、系统和方法

说明书

本发明公开了一种适用于复杂水域的三维水温智能监测装置、系统和方法，该系统包括三维水温智能监测装置和分布式数据分析系统；三维水温智能监测装置对水体三维水温进行智能监测；分布式数据分析系统包括通信单元、数据库、温跃层判定单元、垂向监测控制单元和三维水温模拟单元，通信单元接收多个三维水温智能监测装置发送的监测数字信息并储存至数据库中，温跃层判定单元通过计算相邻监测点垂向温跃层强度从而判定温跃层位置，垂向监测控制单元实现温跃层区间的加密测量，三维水温模拟单元模拟测量区域乃至整个水域的温度分布。本发明可有效实现不同边界和使用条件的复杂水域的水温自动化监测，并提供监测水域长序列、连续的温度场分布情况。

技术领域

本发明涉及三维水温监测技术领域，具体涉及一种适用于复杂水域的三维水温智能监测装置、系统及方法。

技术背景

温度是水体重要的物理因子，将直接影响水体中其他水质参数以及生物群落的生存与发展。以湖泊为例，水温升高会加快浮游植物、动物等的生长繁殖，易发生富营养化问题；以水库大坝为例，高水头水库在建成蓄水后会改变原有河道的水力学、热力学条件，发生温度分层现象，而因发电需求进水口一般偏低，因此在电站泄水过程中会造成下泄底层低温水，导致坝下河道鱼类产卵延迟、沿岸农作物遭遇“冷害”等不利影响。综上，对水体进行温度进行监测、研究及科学管理对保护生态环境、改善水体水质有着重要作用。

目前对江河湖库等水域的水温研究主要通过有现场监测和数学模型两种，数学模型通过数值模拟等技术对水体水温进行模拟计算和分析预测。然而，水温结构具有纵向、横向和垂向三维空间以及时间维的四维复杂变化特性，数学模型的准确性难以保证，对于大规模复杂水域的温度场求解不易。此外，数学模型是基于实测水温数据进行模拟和补充，获取准确、翔实的水温数据是进行水温模型研究的基础和前提。

已有学者对水体水温及温度分层的现场监测技术进行了探索，如一种高坝大库水温分层自动监测装置(专利申请号201510895969.4)，利用分布式、可移动水温传感器记录任意水深的温度；又如一种大型深水库坝前垂向水温实时监测装置及方法(专利申请号201810348817.6)，将温度链安装在库区的浮岛上，通过改变温度链上水温探头的分布从而实现大型深水库坝前垂向水温的实时监测。

分析现有类似技术可知，当前手段基本只能人为安装和调整温度探头的位置，导致监测数据不连续，不能对具有温度分层情况的复杂水域进行智能监测，自动化程度低；同时，装置仅能监测水温垂向变化情况。因此，需要研发适用于复杂水域的三维水温智能监测系统和方法，准确监测水体垂向、横向和纵向的温度，模拟水温的时空分布规律，为水体取水、用水提供科学指导。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种适用于不同边界条件及特殊利用情况的复杂水域的三维水温智能监测装置。

本发明的另一目的在于提供一种适用于不同边界条件及特殊利用情况的复杂水域的三维水温智能监测系统。

本发明的又一目的在于提供一种适用于不同边界条件及特殊利用情况的复杂水域的三维水温智能监测方法。

技术方案：本发明的适用于复杂水域的三维水温智能监测装置包括：控制单元，包括圆柱形浮体、锚链、沉石和可伸缩导轨；所述圆柱形浮体、锚链和所述沉石使得所述控制单元能够投放在待监测水域任意一点；所述可伸缩导轨能够沿所述圆柱形浮体的外表面作圆周运动；一或多个漂浮平台，每一漂浮平台包括设于下部的贯穿的导轨凹槽、设于底部的钢缆、数据采集装置和信号发射装置；所述数据采集装置将采集到的水温数据传输至所述信号发射装置以向外发射；及与所述一或多个漂浮平台一一对应的一或多个监测单元，每一监测单元包括多个浮力驱动测温器；每一浮力驱动测温器包括水温检测单元和重力控制单元；所述水温检测单元内设有水深探测器、水温传感器、流速监测器和通讯电缆；浮力驱动测温器由所述通讯电缆连接于对应漂浮平台的钢缆上，以将监测到的数据传送至对应漂浮平台的数据采集装置上；所述重力控制单元通过排水或进水来调节对应浮力驱动测温器的垂向位置。