[发明专利]一种智能式河道清淤指导系统

摘要

本发明公开了一种智能式河道清淤指导系统，自动化获得河道底泥淤积深度和地表‑地下水垂向潜流交换速率，从而指导河道清淤工作，跟踪评价河道生态特性。该系统在河道沉积物层网格式布设大量信号输出端，通过电缆线路与近岸信号接受端相连，根据每个信号输出端输出的温度信号及相应水热参数，编写相应程序，计算对应的河道淤积深度和垂向潜流交换速率。该系统全部实现智能自动化，可以每时每刻地描述河道淤积情况，及地表水与地下水的潜流交换速率，从而指导河道清淤工作，不仅突破了目前根据经验进行清淤的局限，还将地表水与地下水的“潜流交换理念”融入到河流生态治理中，开了河流生态治理的先河。

主权项

一种智能式河道清淤指导系统，其特征在于：包括多个信号输出端、信号接受端、电缆线路和远程计算机；通过布设多个信号输出端，测量河道沉积物层不同深度的温度，由电缆线路将温度信号传输到近岸的信号接收端，并通过无线网络传入远程计算机，利用信号处理程序处理温度时序数据，并计算河道淤积深度及相应的垂向潜流交换速率，以此来指导河道清淤工作，跟踪评价河道生态特性；信号处理程序，包括温度时序数据分析、淤积深度计算及后期处理；温度时序数据分析，是针对每个信号输出端输出的不同深度的温度信号，利用MATLAB计算语言编写程序，对其进行同步处理、重取样、信息分离，提取各自振幅、周期及相位，并作出温度过程线图；淤积深度计算，是基于一维对流‑扩散理论，根据提取的参数和相应水热参数，通过计算机计算对应点的垂向交换速率及相应高程变化量，再根据河道设定标高换算成河道底部淤积深度；后期处理，是根据所计算的结果，利用MATLAB插值生成图像，以得到空间分布规律；具体的信号处理原理如下：基于一维对流‑扩散基本理论进一步分析和推求，考虑测点表面高程变化的垂向潜流交换速率q将由下式给出：其中，式中，Δz为测点表面高程变化量；P为温度波动周期；κe为有效热扩散系数；γ＝ρmcm/ρwcw，ρ和c分别表示介质密度和热容量，下标m和w分别代表介质砂和水；表示两个温度传感器所测温度过程线的相位差；Ar为两条温度过程线的振幅比；由此可知，根据温度信号时序数据，可以计算不同时刻信号输出端的测点表面高程变化量Δz和垂向潜流交换速率,测点表面高程变化量Δz可换算成对应淤积深度。