[发明专利]移动监测河道型水库支流库湾低流速条件下分层异重流的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动监测河道型水库支流库湾低流速条件下分层异重流的系统及方法。

背景技术

三峡水库蓄水运行后，由于干流流量总体较大，掺混强度较强，水体垂向温度梯度较小，而支流库湾水体受到干流顶托，水体垂向温度梯度较大。如此在干支流汇合区，由于干支流水体密度差异，会发生异重流现象，干流水体以异重流的形式潜入支流。支流上游来流大多发源于山区，甚至森林，如神农架，来流水温一般较低，低于库湾回水温度，上游入流大多时间以底部异重流形式流出库湾。因此，干流的倒灌异重流和上游底部异重流在支流库湾运动并驱动库湾水体流动，形成复杂多样的环流模式。该分层异重流驱动的环流模式在三峡水库众多的支流库湾中长期普遍存在。该异重流具有流速小（流速只有厘米级）、复杂多变的特点。

测量流速的仪器种类繁多，根据测流设备所在载体的不同运动状态，常见的有２种方式：①走航式测量，船只搭载测流设备，在行进的过程中测流；②定点式测量，测流设备处于静止状态或以锚定的船只为承载平台测流。应用走航式测量时，测船应沿预定断面航行，船艏不应有大幅度摆动：既要防止测船偏离断面航线，又要避免航向急剧改变。为了取得较好的成果，测船横渡速度最好接近于或略小于水流速度。而在在三峡水库支流库湾中，回水区基本处于准静止状态（v＜0.1m/s），流速很小。若采用走航式测量，控制船速低于水流速度的难度极大。如何利用精度相对更高的定点式测量仪器测出一个测点的流速垂线，并移动测量不同河段不同支流库湾的异重流特性，成为监测和研究类似三峡水库支流库湾低流速条件下分层异重流特性的关键技术难点。同时如何借用其他示踪方法帮助验证异重流的运动过程，克服单一监测流场，出现库湾原有水体受到异重流影响而产生的流动与异重流混淆的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一套移动监测河道型水库支流库湾低流速条件下异重流的系统和方法。精确系统监测三峡水库支流库湾长期普遍存在的异重流的流场特征，并通过同步监测支流库湾的水质表征参数，如水温、电导率对分层异重流的潜入形式、潜入厚度、运行距离等特征进行系统全面验证。为深化认识三峡水库支流库湾倒灌异重流的存在性和水动力学参数的标定方法提供技术支持，并对基于该水动力特性的水华暴发机理提供水力学基础。

本发明的目的是这样实现的：一种移动监测河道型水库支流库湾低流速条件下分层异重流的系统，它包括监测船，监测船通过第一钢丝绳、第一锚、第二钢丝绳、第二锚固定，第一钢丝绳和第二钢丝绳上分别牵引多参数水质分析仪和点式流速仪，第一锚侧设有第一电动机，第一电动机通过第一皮带连接第一卷扬机，第一卷扬机上设有第一钢丝绳，第一钢丝绳穿过设置在第一锚支架上的第一滑轮；第二锚侧设有第二电动机，第二电动机通过第二皮带连接第二卷扬机，第二卷扬机上设有第二钢丝绳，第二钢丝绳穿过设置在第二锚支架上的第二滑轮，所述第一电动机和第二电动机上分别通过第一电缆和第二电缆设有第一倒顺开关和第二倒顺开关，第一倒顺开关和第二倒顺开关另一端通过电缆连接发电机。

上述的式流速仪通过铁丝扣和U型卸扣与第一钢丝绳连接；所述的多参数水质分析仪通过铁丝扣和U型卸扣与第二钢丝绳连接。

上述的U型卸扣包括卸扣本体和横销，卸扣本体为扁型，径向截面大体呈椭圆形，两端头分别设置有螺纹销孔。

一种移动监测河道型水库支流库湾低流速条件下分层异重流的方法,它包括如下步骤：

（1）移动式仪器施放牵引系统生成，将配备卷扬机、发电机、钢丝绳各两套，锚、锚支架各两个的监测船行驶到预先设定的一个采样点，停定，开启发电机，利用第二倒顺开关控制第二电动机通过第二皮带带动第二卷扬机释放第二钢丝绳将第二锚放入水中并逐渐下放至河底，抓牢河床；并利用第一倒顺开关控制第一电动机通过第一皮带8带动第一卷扬机释放第一钢丝绳将第一锚放入水中并逐渐下放至河底，同样抓牢河床，如此便在监测船与河底之间形成相对稳定的牵引柱，前后两根，分别用于施放高精度点式流速仪和多参数水质监测仪；

（2）启动相关仪器。启动高精度点式流速仪，流速测量可选范围为0.01-7.00 m/s，精度为测量值的±0.5％或±0.1mm/s，输出采样频率为1-64Hz，内部采样频率为100-250Hz，采样体积为柱形，距探头距离0.15m，直径15mm，可选高度为5~20mm；启动多参数水质监测仪，监测参数包括溶解氧、pH、电导率、水温、深度、浊度和叶绿素 a。设置监测频率为每5秒获取一组数据；