本實用新型屬于水利水電工程水文觀測技術領域，具體是涉及一種水庫前置擋墻上游及廠房下游水溫對比觀測裝置。

背景技術：

水利水電工程等攔河水工建筑物成庫后改變了水庫庫區的水文情勢與水體環境，水庫既調蓄水量又儲存熱量，可能會導致水庫庫區水體水溫出現垂向分層現象，若不考慮分層取水措施取用水庫表層高溫區水體，則水庫下泄流量大部分來自庫區深水低溫區水體，而水庫低溫水下泄會對下游河道水生態系統產生長期、深遠的影響。

目前，我國水利水電工程通常是采用在其進水口前設置前置擋墻方式取用水庫表層水體發電或引流，以減緩原水庫進水口下泄低溫水對下游河道水生態系統影響的方法已逐漸推廣，但關于水利水電工程前置擋墻增溫效應系統觀測工作尚處于空白階段，前置擋墻增溫效應系統觀測工作技術方法與要求缺乏相關導則或規范的有效統一，致使水庫及下游整體水溫變化規律觀測與研究成果質量普遍存在系統性、代表性、可靠性不強等問題，對改進、優化后續水利水電工程前置擋墻分層取水措施的設計、建設及運行調度等工作的參考意義不大，對提高我國河流水溫變化規律數學模型研究、經驗公式改進及其計算軟件開發等工作，并推動行業科技進步的借鑒意義不大。因此，如何開展水庫前置擋墻增溫效應庫區及下游水溫對比觀測工作，研究水庫前置擋墻增溫效應的影響機理，并為相關環境影響系統研究作好技術支撐，是目前水利水電工程水文觀測技術領域亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

為解決上述問題，本實用新型提供了一種水庫前置擋墻上游及廠房下游水溫對比觀測裝置。從而對水庫前置擋墻增溫效應系統觀測技術做出統一要求，以提高水庫及下游水溫變化規律觀測與研究工作技術水平及成果質量，克服現有技術所存在的不足。

本實用新型是通過如下技術方案予以實現的。

一種水庫前置擋墻上游及廠房下游水溫對比觀測裝置，包括設置于大壩上游進水口前的擋墻墻體，所述擋墻墻體安裝在擋墻基礎上，所述擋墻墻體的中心線外側設置有水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元，所述進水口與引水隧洞相連，在引水隧洞的出口處設置有水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元。

所述水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元安布置在大壩警示纜索上的水庫深泓線處。

所述水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元包括浮球、探頭鏈、配重物及設置在探頭鏈上的若干組水溫水位在線觀測探頭，其中浮球安裝在警示纜索上，探頭鏈上端與浮球連接，下端與配重物連接。

所述水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元包括垂向鋼管、浮球、水溫在線觀測探頭及探頭鏈，其中，垂向鋼管安裝于尾水平臺左側和右側回水區的外壁上，并通過鋼管固定支架固定在尾水平臺上，浮球漂浮在垂向鋼管內部，探頭鏈一端與浮球連接，另一端與水溫在線觀測探頭連接。

所述擋墻墻體頂部設置有進水口邊墩。

所述擋墻墻體內側設置有擋墻扶臂。

所述垂向鋼管內部還設置有檢修鋼纜。

所述水溫水位在線觀測探頭和水溫在線觀測探頭均采用具有數據遠程在線傳輸功能的水溫水位傳感器，水溫測量分辨率為0.01℃，精度為0.1℃，范圍為-40～100℃，水位測量精度為0.1米，工作深度范圍可達200米，水溫、水位數據記錄頻次可在10～180分鐘區間任意設置。

所述水溫水位在線觀測探頭在探頭鏈上垂向上布設間距為2米至10米。

所述鋼管固定支架延垂向鋼管上下等距設置，間距為3米至10米。

本實用新型的有益效果是：

與現有技術相比，本實用新型系統考慮了水庫進水口前置擋墻工程分布高程情況，以及水庫庫區流場分布實際，通過該觀測系統對水庫前置擋墻增溫效應觀測進行了全面、綜合、有效覆蓋，確保了水庫及下游水溫變化規律整體觀測與研究成果的系統性、代表性、可靠性。

本實用新型對全面、有效觀測水庫前置擋墻分層取水增溫效果，提高我國水庫水溫變化規律觀測工作技術水平及成果質量，對改進、優化后續水利水電工程前置擋墻分層取水措施的設計、建設及運行調度等工作，提高我國河流水溫變化規律數學模型研究、經驗公式改進及其計算軟件開發等工作，并推動行業科技進步具有重要意義。

附圖說明

圖1為本實用新型所述壩前前置擋墻布置示意圖；

圖2為本實用新型中水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元結構示意圖；

圖3為本實用新型中水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元布置示意圖。

圖中：1-進水口，2-引水隧洞，3-擋墻墻體，4-擋墻扶臂，5-進水口邊墩，6-擋墻基礎，7-警示纜索，8-浮球，9-探頭鏈，10-水溫水位在線觀測探頭，11-配重物，12-尾水平臺，13-垂向鋼管，14-鋼管固定支架，15-水溫在線觀測探頭，16-檢修鋼纜。

具體實施方式

下面結合附圖進一步描述本實用新型的技術方案，但要求保護的范圍并不局限于所述。

如圖1至圖3所示，本實用新型所述的一種水庫前置擋墻上游及廠房下游水溫對比觀測裝置，包括設置于大壩上游進水口1前的擋墻墻體3，所述擋墻墻體3安裝在擋墻基礎6上，所述擋墻墻體3的中心線外側設置有水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元，所述進水口1與引水隧洞2相連，在引水隧洞2的出口處設置有水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元。在實際布置過程中，水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元與擋墻墻體3的距離一般在10m以上，以防止水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元被進水口1前水流紊動影響損毀，該系統根據水庫進水口前置擋墻工程分布高程情況，以及水庫庫區流場分布實際，通過在大壩上游側及廠房尾水分別設置水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元和水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元，以確保水庫及下游水溫變化規律整體觀測與研究成果的系統性、代表性、可靠性。

所述水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元安布置在大壩警示纜索7上的水庫深泓線處。

所述水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元包括浮球8、探頭鏈9、配重物11及設置在探頭鏈9上的若干組水溫水位在線觀測探頭10，其中浮球8安裝在警示纜索7上，探頭鏈9上端與浮球8連接，下端與配重物11連接。

所述水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元包括垂向鋼管13、浮球8、水溫在線觀測探頭15及探頭鏈9，其中，垂向鋼管13安裝于尾水平臺12左側和右側回水區的外壁上，并通過鋼管固定支架14固定在尾水平臺12上，浮球8漂浮在垂向鋼管13內部，探頭鏈9一端與浮球8連接，另一端與水溫在線觀測探頭15連接。探頭鏈9用于懸掛水溫在線觀測探頭15并連接浮球8，探頭鏈9接鏈長度一般為1米至3米，其末端位置應短于垂向鋼管13末端至少0.5米，以確保水溫在線觀測探頭15不受水庫泄流尾水影響而損毀。

所述擋墻墻體3頂部設置有進水口邊墩5。進水口邊墩5用于連接擋墻墻體3與大壩，起到加強穩固作用。

所述擋墻墻體3內側設置有擋墻扶臂4。對擋墻墻體3起加強支撐作用。

所述垂向鋼管13內部還設置有檢修鋼纜16。檢修鋼纜16為用于連接浮球8與垂向鋼管13頂端的鋼纜，用于在儀器檢修、更換電池等情況下提升水溫在線觀測探頭15。

所述浮球8是指漂浮于水庫表面并承受一定配重的浮體，浮球直徑根據配重所需浮力確定，材質應具備抗沖擊碰撞、抗強壓、抗腐蝕、抗老化等特性。浮球應依附安裝于水庫壩前水域相對固定的設施上，如圖2所示水庫表面的警示纜索7、庫區水文測船等位置，并要確保觀測儀器不受水庫庫區水流等影響而損毀。

所述水溫水位在線觀測探頭10和水溫在線觀測探頭15均采用具有數據遠程在線傳輸功能的水溫水位傳感器，水溫測量分辨率為0.01℃，精度為0.1℃，范圍為-40～100℃，水位測量精度為0.1米，工作深度范圍可達200米，水溫、水位數據記錄頻次可在10～180分鐘區間任意設置。水溫水位在線觀測探頭10采用電池作為電源，采用0.2毫米壁厚的不銹鋼外殼封裝，蓄熱量極小，靈敏性高，具有防水、抗沖擊碰撞、抗強壓、抗腐蝕、抗老化等特性。

所述探頭鏈9采用鋼纜型式，用于垂向布置水溫水位在線觀測探頭10，并便于觀測儀器檢修、更換電池等，以滿足水庫前置擋墻增溫效應觀測工作要求。探頭鏈9連接于浮球8下部，其長度根據觀測水深確定。

所述配重物11為鉛球等可懸式重物，用于確保探頭鏈9保持垂向，減小水庫水體流動對探頭鏈9的波動影響。

所述水溫水位在線觀測探頭10在探頭鏈9上垂向上布設間距一般為2米至10米，其中探頭鏈9上不同水庫運行水位時進水口垂向上邊界對應高程變化區間內的水溫水位在線觀測探頭10布設較密，間距一般為2米至5米。水溫水位在線觀測探頭10在探頭鏈9垂向上的具體布設間距以對水庫前置擋墻增溫效應觀測進行有效覆蓋為宜。

所述水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元的安裝組數及具體布置應根據水庫壩前水域地形情況予以考慮，可安裝一組或多組，其中至少應在水庫壩前水域深泓線上安裝一組，其余各組根據水庫壩前水域地形情況予以綜合考慮，具體安裝組數根據觀測工作精度要求確定，以對水庫前置擋墻增溫效應觀測進行有效覆蓋為宜。所述水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元安裝組數及具體布置，應根據水庫泄流情況及觀測儀器安全運行方面綜合考慮，可考慮在水庫泄流尾水的左岸、右岸及下游河道中心線構筑物上分別設置一組或多組，以減小觀測誤差，并確保不受水庫泄流沖擊、碰撞等強外力影響。

所述垂向鋼管13的長度根據水庫尾水位變化范圍確定，其底端應至少超過最低尾水位1.5米至3.5米，頂端應至少超過最高尾水位3米至5米；垂向鋼管13的管徑以滿足浮球8、水溫在線觀測探頭15安裝為宜；鋼管固定支架14延垂向鋼管13上下等距設置，間距一般3米至10米。

一種采用本實用新型所述水庫前置擋墻上游及廠房下游水溫對比觀測系統對大壩水溫進行觀測的方法，該方法是根據水庫進水口前置擋墻工程分布高程情況，以及水庫庫區流場分布實際，對水庫前置擋墻增溫效應系統觀測技，以確保水庫及下游水溫變化規律整體觀測與研究成果的系統性、代表性、可靠性。

所述前置擋墻增溫效應系統觀測，是指根據觀測周期內水庫不同水位運行情況，對水庫庫區及下游進行前置擋墻增溫效應全過程的同步連續系統觀測，包括水庫庫區水溫水位連續在線觀測、水庫下游泄流水溫連續在線觀測，以及進行水庫進水口垂向邊界區間水溫、水庫下游泄流水溫的同步對比分析計算，得出觀測周期內前置擋墻增溫效應幅度值，再由觀測周期內全時段的增溫效果幅度值累積統計后得到前置擋墻整體增溫效應觀測研究成果的方法。

所述前置擋墻增溫效應全過程同步連續系統觀測，是指結合一個水文年或多個水文年的觀測周期內水庫水位在正常蓄水位、死水位區間正常運行情況，將水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元、水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元的觀測儀器計數頻率、周期予以同步設置，以對水庫進水口垂向邊界區間水溫、水庫下游泄流水溫進行連續觀測與數據統一整編，并予以對比分析計算。

所述前置擋墻增溫效果幅度值是指觀測周期內“水庫進水口垂向邊界區間水溫連續在線觀測值”與“水庫下游泄流水溫連續在線觀測值”的同步連續差值。“水庫進水口垂向邊界區間水溫連續在線觀測值”可以是“水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元”觀測到的水庫運行某一時段“進水口中心線對應高程水位處”或“距離進水口中心線對應高程水位最近處”水溫水位在線觀測探頭記錄的水溫實測值，也可以是水庫運行某一時段“進水口上下邊界對應高程區間”多個垂向水溫水位在線觀測探頭記錄的水溫實測值的平均值、內插值等水溫分析計算值，具體取值方式根據觀測工作精度要求予以確定；“水庫下游泄流水溫連續在線觀測值溫”即水庫下游泄流水溫連續同步在線觀測系統的一個或多個水溫在線觀測探頭記錄的水溫實測值(或平均值)。

所述前置擋墻整體增溫效應觀測研究成果是指在觀測周期內各時段的前置擋墻增溫效應幅度值時間維度上的累積統計成果，反映的是觀測周期內全過程的前置擋墻增溫效應幅度值相對趨勢變化的統計成果。

下面結合北盤江董箐水電站實施實例對本實用新型方案作進一步詳細說明如下：

(1)前置擋墻工程概況

董箐水電站為北盤江干流水電梯級開發最后一級，下游為紅水河龍灘水電站，為II等大(2)型工程，開發任務主要以發電為主、航運次之，兼顧灌溉和供水等綜合效益。董箐水電站水庫正常蓄水位490.0m，死水位483.0m，發電極限水位475.0m，裝機容量880MW(4×220MW)，保證出力172MW，多年平均電量30.26億kW·h。董箐水電站引水發電系統布置在河床右岸，采用一洞一機單元供水方式，由塔式進水口、引水隧洞、壓力鋼管、壩后右岸地面廠房組成。

董箐水電站塔式進水口塔身底板高程455.0m，塔頂高程494.5m，塔高39.5m，進水口前沿寬度89.2m，順水流方向長38.15m。董箐水庫水溫結構為過渡型，其塔式進水口底板距離正常蓄水位有35.0m高差，若不考慮分層取水則發電下泄流量大部分來自進水口前455.0m～470.0m高程內的深水低溫區，會對下游河道水生態系統產生一定不利影響。按照環境保護部要求，為減輕董箐水電站發電下泄低溫水不利影響，同時考慮董箐水庫為日調節，庫水位變幅相對頻繁，確定在其發電進水口前13.0m設置了π型扶臂式鋼筋混凝土擋墻以取用水庫表層水發電。

董箐水電站進水口π型扶臂式鋼筋混凝土前置擋墻距進水口前13.0m，擋墻兩側與進水口邊墩相接；擋墻墻高15.0m，墻厚3.0m，扶臂間距5.0m，臂厚2.0m；擋墻頂部高程470.0m，擋墻底部為3.0m厚鋼筋混凝土基礎。

(2)水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元布置情況

如2所示，董箐水電站水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元設置一組，布置在壩前500m警示纜索7上的水庫深泓線對應處，基本不受電站進水口發電引流及庫區其他流場沖擊影響。

浮球8采用PE滾塑浮球，直徑為800mm，具備抗沖擊、抗強壓、抗腐蝕、抗老化等特性。探頭鏈9長為36m，鋼纜直徑為0.4cm，在探頭鏈9底端采用20kg鉛球11配重。

探頭鏈9上從水庫表面向下共布設16組水溫水位在線觀測探頭10，同一布設處設置1組2個探頭，一用一備，16組共32個，水溫水位在線觀測探頭10布設在探頭鏈9上分兩段考慮：

由庫表往下0m～10m范圍為探頭鏈9的第一段，按照間距5m布設，共布設3組水溫水位在線觀測探頭10，分別在探頭鏈9的0m、5m、10m予以布設。第一段內水溫水位在線觀測探頭10在水庫正常蓄水位490m與死水位483m正常運行期間，所測水溫數據基本為前置擋墻頂部以上3m～10m區間的水庫表層水體水溫，所測水溫值作為水庫前置擋墻增溫效應觀測所需的間接對照數據。

由第一段末端至探頭鏈9底端為第二段，即10m～36m范圍，按照間距2m布設，共13組水溫水位在線觀測探頭10，分別在探頭鏈9的12m、14m、16m、18m、20m、22m、24m、26m、28m、30m、32m、34m、36m處予以布設。第二段內水溫水位在線觀測探頭10在水庫正常蓄水位490m與死水位483m正常運行期間，所測水溫數據基本為前置擋墻頂部以上10m至擋墻底部合計垂向26m區間的水庫深水層水體水溫，以對水庫各時段運行水位下的進水口垂向邊界區間水溫觀測的有效覆蓋，所測水溫值作為水庫前置擋墻增溫效應觀測所需的直接分析數據。

在董箐水電站水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元中，水溫水位在線觀測探頭10的水溫測量分辨率為0.01℃，精度為0.1℃，范圍為-40～100℃，水位測量精度為0.1m，工作深度范圍為0～200m。水溫水位在線觀測探頭10采用電池作為電源，設置成每180分鐘記錄一次水溫、水位觀測數據，其中每日08:00必須觀測記錄一次，在此模式下電池壽命為兩年。采用不銹鋼外殼封裝，不銹鋼外殼僅有0.2mm的壁厚，具有很小的蓄熱量，采用導熱性高的密封膠，保證了傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲，具有抗沖擊碰撞、抗強壓、抗腐蝕、抗老化等特性。水溫水位在線觀測探頭10采集的水溫、水位數據通過中國移動GPRS數據通信平臺接收至指定計算機予以儲存。

(3)水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元布置情況

董箐水電站發電尾水與下游的龍灘水電站水庫銜接，尾水變幅較大，尾水位的變化范圍為366.5m～402.5m，尾水位變幅達36m。

如圖3所示，董箐水電站水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元的垂向鋼管13安裝于尾水平臺12左側和右側回水區的外壁上，共計兩組，通過鋼管固定支架14固定在尾水平臺12上，垂向鋼管13的管徑為200mm，垂向鋼管13總長度為41m，其底端超過最低尾水位2m，頂端超過最高尾水位3m。鋼管固定支架14延垂向鋼管13上下等距設置，間距為4m，共計11個水平支架，鋼管固定支架14安裝處的位置由低端至頂端分別為0m、4m、8m、12m、16m、20m、24m、28m、32m、36m、40m。

浮球8采用PE滾塑浮球，直徑為150mm，具備抗沖擊碰撞、抗強壓、抗腐蝕、抗老化等特性。探頭鏈9為鋼纜，長度為1.5m，直徑為0.3cm。檢修鋼纜16長度為80m，直徑為0.4cm。

探頭鏈9接鏈末端安裝有2個水溫在線觀測探頭15，一用一備，水溫在線觀測探頭15的水溫測量分辨率為0.01℃，精度為0.1℃，范圍為-40～100℃，工作深度范圍為0～200m。采用電池作為電源，設置成每180分鐘記錄一次水溫觀測數據，其中每日08:00必須觀測記錄一次，此模式下電池壽命為兩年。采用不銹鋼外殼封裝，僅有0.2mm的壁厚，具有很小的蓄熱量，采用導熱性高的密封膠，保證了傳感器的高靈敏性，極小的溫度延遲，具有抗沖擊碰撞、抗強壓、抗腐蝕、抗老化等特性。水溫在線觀測探頭采集的水溫數據通過中國移動GPRS數據通信平臺接收至指定計算機予以儲存。

(4)水庫前置擋墻增溫效應觀測工作開展情況

董箐水電站在2012年3月啟動了水庫前置擋墻增溫效應觀測工作，計劃開展為期10個水文年的觀測工作，其中近期3～5年觀測成果滿足工程竣工環境保護驗收與環境影響后評價工作要求，遠期5～10年觀測成果滿足整個北盤江流域整體環境保護科學研究工作要求。

董箐水電站水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元、水庫下游泄流水溫連續在線觀測單元的觀測儀器計數頻率、周期一致，均為每180分鐘記錄一次水溫或水位觀測數據，每日08:00必須觀測記錄一次。

董箐水電站水庫前置擋墻增溫效應觀測的“前置擋墻增溫效應幅度值”，在觀測規劃周期內，對“水庫進水口垂向邊界區間水溫連續在線觀測值”與“水庫下游泄流水溫連續在線觀測值”的同步連續差值進行了深入的對比分析和研究論證。

董箐水電站“水庫進水口垂向邊界區間水溫連續在線觀測值”采用了多種方案予以了對比分析，以切實調查前置擋墻工程增溫效果，分別為：“水庫庫區水溫水位連續在線觀測單元”觀測到的水庫運行某一時段“進水口中心線對應高程459.5m水位處”對應的水溫水位在線觀測探頭10記錄的水溫實測值；“距離進水口中心線對應高程459.5水位最近處”水溫水位在線觀測探頭10記錄的水溫實測值；“進水口上下邊界對應高程455m～464m區間”多個垂向水溫水位在線觀測探頭10記錄的水溫實測值的平均值；“進水口上下邊界對應高程455m～464區間”多個垂向水溫水位在線觀測探頭10記錄的水溫實測值的內插值。“水庫下游泄流水溫連續在線觀測值溫”則以兩組水庫下游泄流水溫連續同步在線觀測系統水溫在線觀測探頭15記錄的水溫實測值平均值作為增溫效應分析依據。

董箐水電站“前置擋墻整體增溫效應果觀測研究成果”，主要是統計觀測周期內各水文年內前置擋墻增溫效果幅度值時間維度上的累積成果，以全面、直觀反映觀測周期各水文年內全過程的前置擋墻增溫效果幅度值相對趨勢變化。