熱敏型海水溫度觀測系統的構建與應用

余永貞 湯德福 吳群河 呂莉梅

（中山大學環境科學研究所，廣東 廣州 510275）

熱敏型海水溫度觀測系統的構建與應用

余永貞 湯德福 吳群河 呂莉梅

（中山大學環境科學研究所，廣東 廣州 510275）

本研究基于GPRS設計一套溫排水溫度自感系統，該系統由溫度傳感器、浮標或船只、GPRS網絡和數據傳輸接收模塊等組成，具有大范圍、自動及精準的特點，可連續觀測溫排水海域溫度場。以湛江調順電廠為例，說明了本系統在溫排水研究領域應用的穩定性、可靠性。

溫排水；成套自感系統；在線監測

溫排水對海洋生態的影響表現在溫升、卷載效應和余氯等方面。溫排水作為一種熱污染，會造成局部海域海水升溫，從而對海洋生態產生直接或間接的影響，引發一系列的環境問題［1-2］。

海水表面溫度（Sea Surface Temperature，簡稱SST）是溫排水對生態影響研究中一項重要的指標。但如何觀測溫排水對海水造成的溫升現象，是很多濱海電廠需應對的實際問題，牽涉到電廠自身冷卻系統效果及如何選擇排水方式，同時溫升現象也是環境管理部門的監管重點［3］。

基于以上原因，本研究應用無線傳感和GPRS通訊技術，將溫度傳感器、數字信號發射與接收等現有技術優化組合，在創新性解決了電源、設備防水與漲落潮時多層垂直測溫等問題后，設計了一套溫排水海域水溫自動和巡航觀測系統，并將其應用于湛江調順電廠的實例研究。本研究基于GPRS網絡進行遠程控制和數據傳送，利用組態王軟件及即插即用的數據處理模塊，實時自動傳送和接受系統所觀測的溫度數據值。

1 觀測系統設計

溫排水觀測系統由溫度觀測系統、浮標系統（巡測需用快艇）、通訊網絡和數據接收器等幾部分組成，其中溫度觀測系統儀器有水溫傳感器、電纜、觀測箱（內置芯片、信號發射模塊、電源等），浮標系統設備有固定錨、繩索、浮標，通訊網絡主要是GPRS通訊技術和TCP/IP協議，數據接收設備包括數據記錄儀和計算機系統等。

2 實例

湛江調順電廠廠址位于東經110°24’30”，北緯20°18’41”，湛江調順電廠一期工程建設規模為2×600MW國產亞臨界燃奧里油機組，規劃容量為4×600MW。工程循環冷卻水及其補充水量見表1所示。

湛江調順電廠溫排水連續排放，經長約824m、寬10m的明渠自然冷卻后，排入麻斜海。在溫排水出口水溫為30℃情況下，該水渠可使溫排水水溫下降1.5～1.8℃。

3 結果與分析

綜合各觀測點的月平均氣溫，與當地的月平均氣溫進行比較，結果見表2與圖1。

從圖中可知，3個觀測站點中，任何一個站點的表層或底層海水溫度，均高于當地月平均氣溫。綜合年連續觀測結果，我們可以得出以下幾點結論：

3.1 電廠溫排水的出水溫度高于海水自然溫度8~ 14℃，且溫排水對附近海域的海水造成了升溫現象；

3.2 溫排水口附近海水平均水溫均高于當地平均氣溫，以排水口處水溫最高，距離溫排水口越近的地方，海水溫升越明顯；

3.3 一般情況下，海水表層溫度高于低層，但是電廠的取排水口處，深取淺排的方式會造成海水上下運動，同時受潮流的影響，溫排水會與海水劇烈摻混，從而影響水溫的垂向分布，在冬季或夏季潮差大時，底層水溫會高于表層水溫。如D1及F2底層，而海水上下運動的程度會影響水溫的垂直分布，E2表層水溫2013年4月之前基本比底層高，而在7月~10月比底層溫度低。

4 結論

本研究基于GPRS設計了溫排水溫度觀測系統，為大范圍精確觀測濱海電廠溫排水形成的海水溫度場提供了技術可能，本系統選用熱電偶作為溫度傳感器，具有靈敏快速采集、高精度、耐用、方便制作的特點。系統對觀測儀器進行創新性的防水設計，把芯片、蓄電池等容易受海水腐蝕和損壞的重要器件放置在嚴閉的防水盒中，特制的防水盒可保證觀測裝置浸泡在3m深的海水中，內部的器件仍可在惡劣的海洋環境中穩定地運行。

本研究根據溫排水影響海域的特點設計了浮標系統，并在實際應用中靈活考慮，通過對海水漲落潮時的水深計算繩索的長度，將溫度傳感器固定在繩索上，并通過長于繩索的電纜與觀測箱相連接，可實現同時精確地測量水平和垂向的水溫。GPRS網絡具有覆蓋范圍廣、通信速率高等特點，其在本研究中的應用，結合控制芯片及數據接收模塊，可實現數據自動儲存、傳送和接收，形成水溫數據庫，本觀測系統滿足溫排水水溫的自動監測要求。

本觀測系統運行費用不高，不存在其他制約性因素，可以廣泛應用于其他濱海電廠溫排水的溫度觀測。

［1］郎需強.基于ZigBee和GPRS的遠程果園灌溉系統的設計與實現［D］.山東：山東農業大學，2011.

［2］賀佳惠，梁春利，等.核電站近岸溫度場航空熱紅外遙感測量數據處理研究［J］.國土資源遙感，2010（3）：51-53.

［3］陳振華，陳小燕，等.基于Zigbee技術的濱海電站溫排水監測系統的設計與實現［J］.計算機測量與控制，2013，21（9）：2400-2402.

Construction and Application of ThermalWater TemperatureObservation System

Yu Yongzhen Tang Defu Wu Qunhe Lv Limei
（EnvironmentalScience Research InstitutesofSYSU，Guangzhou Guangdong510275）

This study based on GPRS designed a thermal discharge temperature inductance system.The system con?sistsof temperature sensors，buoysor boats，GPRSnetwork and data transmission receivermodule and other com?ponents，with the characteristicsof large range，automation and accuracy，and can continuously observe temperature field in thermal discharge temperaturewaters.Take ZhanJiang Tiaoshun power plantasan example，the stability and reliability of the system applied in the field of thermaldischargewere illustrated.

Thermaldischarge；Complete self-induction system；OnlineMonitoring

X834

A

1003-5168（2015）06-0020-2

2015-5-14

余永貞（1983.10-），女，碩士研究生，中級工程師，研究方向：給排水處理；通訊作者：吳群河（1958.2-），男，教授，研究方向：水環境化學、水污染以及水環境管理。

表1 現有工程機組循環水量一覽表 （單位：t/h）

注：冷卻倍率m=65（夏）、m=50（冬）

機組容量2×600MW凝汽量2247.2凝汽器用水量夏季146068冬季112360水-水熱交換器冷卻水量11000總冷卻水量夏季157068冬季123360