庫(kù)區(qū)垂向分層水溫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

張國(guó)學(xué)　史東華　李然

摘要：大型水庫(kù)建成蓄水后一般會(huì)產(chǎn)生垂向水溫分層現(xiàn)象，研究庫(kù)區(qū)垂向分層水溫變化規(guī)律對(duì)水庫(kù)制定科學(xué)的生態(tài)調(diào)度方案具有重大意義。通過(guò)對(duì)分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)原理及應(yīng)用范圍的研究，利用系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和數(shù)據(jù)比測(cè)方法在溪洛渡和向家壩水庫(kù)壩前開(kāi)展了垂向分層水溫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究。應(yīng)用情況表明：分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)在穩(wěn)定性，數(shù)據(jù)連續(xù)性和準(zhǔn)確性等方面都能滿(mǎn)足監(jiān)測(cè)要求，可為庫(kù)區(qū)水生態(tài)調(diào)度提供可靠的數(shù)據(jù)參考，為今后庫(kù)區(qū)水溫垂向在線(xiàn)監(jiān)測(cè)應(yīng)用提供了新的路徑。

關(guān)鍵詞：分布式光纖測(cè)溫;垂向水溫分層;數(shù)據(jù)比測(cè);系統(tǒng)集成;水生態(tài)調(diào)度

中圖法分類(lèi)號(hào)：P33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.16232/j.enki.1001-4179.2019.03.018

1 研究背景

分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)是一種用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)分布的傳感系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用光頻率域反射（OFDR，Optical Frequency Domain Reflection）和激光拉曼光譜等技術(shù)，對(duì)采集的溫度信息進(jìn)行放大處理，并實(shí)時(shí)記錄。該技術(shù)最早于1981年由英國(guó)南安普頓大學(xué)相關(guān)學(xué)者提出，目前在國(guó)外（主要是英國(guó)、德國(guó)等國(guó)）應(yīng)用較廣，已研制出成熟產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也在積極開(kāi)展這方面的研究工作，已有系列產(chǎn)品在一些工業(yè)領(lǐng)域得到了初步應(yīng)用。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)大范圍空間溫度分布式實(shí)時(shí)測(cè)量，具有測(cè)量距離長(zhǎng)、無(wú)監(jiān)測(cè)盲區(qū)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、可精確定位等優(yōu)點(diǎn)，特別是在隧道消防火災(zāi)監(jiān)測(cè)、地鐵高鐵火災(zāi)監(jiān)測(cè)、電力電纜溫度監(jiān)測(cè)、石化油罐溫度火災(zāi)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。但是該技術(shù)在庫(kù)區(qū)水溫監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用還較少。水庫(kù)水溫資料的收集與分層規(guī)律的研究，是開(kāi)展水生態(tài)調(diào)度與水生態(tài)環(huán)境修復(fù)的重要依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)外水庫(kù)分層水溫監(jiān)測(cè)多以人工測(cè)量輔以模型算法研究，或利用溫度鏈對(duì)固定點(diǎn)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)為主，監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)不能直觀反映垂向水溫分層狀況以及垂向水溫連續(xù)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。因此，本文結(jié)合溪洛渡和向家壩庫(kù)區(qū)垂向分層水溫監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，探索一種采用德國(guó)LIOSTechnology公司的分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)用于庫(kù)區(qū)垂向分層水溫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的方法，通過(guò)系統(tǒng)集成光纖布設(shè)、數(shù)據(jù)處理及對(duì)比觀測(cè)來(lái)驗(yàn)證該方法的可行性，為庫(kù)區(qū)垂向分層水溫實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)提供應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

2 常規(guī)垂向水溫測(cè)量方式及優(yōu)劣分析

2.1 測(cè)量方式

目前對(duì)于垂向水溫的獲取，主要采用單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量和多點(diǎn)串聯(lián)測(cè)量?jī)煞N方式。單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量是使用單個(gè)溫度傳感器在水下進(jìn)行垂向移動(dòng)，測(cè)量不同深度的水溫。多點(diǎn)串聯(lián)測(cè)量，是一種“準(zhǔn)分布式”的測(cè)量方式，沿垂向掛載多個(gè)溫度傳感器，組成溫度鏈，定點(diǎn)測(cè)量不同深度的水溫。

2.2 單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量方式分析

單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量方式是目前使用于測(cè)量垂向水溫最多的測(cè)量方式，典型代表設(shè)備即聲速剖面儀。對(duì)于垂向水溫規(guī)律較為穩(wěn)定、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性不高的區(qū)域，采用單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量的方式按每周或每月一次的測(cè)量頻次，基本可以滿(mǎn)足分層水溫研究要求。但是對(duì)于大型水庫(kù)開(kāi)展生態(tài)調(diào)度實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，具有庫(kù)區(qū)水深大、測(cè)量頻次高、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，采用人工單點(diǎn)測(cè)量的方式則很難滿(mǎn)足要求。單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量方式有以下缺點(diǎn)：①人工收放，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可靠性低;②數(shù)據(jù)誤差與人工操作方式有關(guān)，在有一定流速的水體進(jìn)行施測(cè)，其下放與提升速度的控制會(huì)直接影響水溫測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠度;③實(shí)時(shí)性差，獲取數(shù)據(jù)的頻次較低，數(shù)據(jù)量少;④不能在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，只能通過(guò)人工測(cè)量后將數(shù)據(jù)從設(shè)備中導(dǎo)出。

2.3 多點(diǎn)串聯(lián)測(cè)量方式分析

多點(diǎn)串聯(lián)測(cè)量方式能夠測(cè)量垂向不同水深的水溫，從原理上更適合作為測(cè)量垂向水溫的測(cè)量方法，多點(diǎn)串聯(lián)典型設(shè)備為溫度分布鏈傳感器，具有以下優(yōu)點(diǎn)：①能夠測(cè)量垂向上不同水深的水溫，實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)分布式”測(cè)量;②數(shù)據(jù)量較單點(diǎn)測(cè)量方式大，通過(guò)集成也可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。但多點(diǎn)串聯(lián)測(cè)量方式也有以下缺點(diǎn)：①隨著水深的增加，溫度傳感器數(shù)量需增多，導(dǎo)致設(shè)備成本較高;②溫度傳感器的耐壓范圍有限，導(dǎo)致在長(zhǎng)期高壓運(yùn)行下傳感器易損壞，可靠性降低;③當(dāng)某一測(cè)點(diǎn)的溫度傳感器故障需要維修時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致溫度鏈的整體維護(hù)，維護(hù)成本大。

3 分布式光纖測(cè)溫技術(shù)分析及其特點(diǎn)

光纖技術(shù)的快速發(fā)展，為溫度測(cè)量提供了一種全新的測(cè)量方法，即分布式光纖測(cè)溫技術(shù)。分布式光纖傳感器因其防潮防腐蝕、靈敏度高、可實(shí)現(xiàn)分布式等特點(diǎn)，已經(jīng)成為了液體測(cè)溫技術(shù)研究和運(yùn)用領(lǐng)域的熱點(diǎn)。針對(duì)大型水庫(kù)庫(kù)區(qū)深水水溫垂向監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，開(kāi)展分布式光纖測(cè)溫技術(shù)研究，并應(yīng)用于庫(kù)區(qū)深水垂直分層水溫的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)具有重要意義。

3.1 測(cè)溫原理

分布式光纖測(cè)溫的基本原理是：對(duì)特定光源進(jìn)行溫度調(diào)制，受溫度調(diào)制的攜溫信號(hào)光在光纖中傳播因不均勻的折射率發(fā)生散射，在光纖的一端通過(guò)探測(cè)散射光參數(shù)對(duì)攜溫信號(hào)光進(jìn)行解調(diào)，從而獲得分布式的溫度信息。光纖中的散射一般包括瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射3種類(lèi)型。其中拉曼散射是由光纖中分子與光子因熱能量交換而產(chǎn)生的，與溫度相關(guān)。通過(guò)對(duì)拉曼散射的分析和計(jì)算，就能得出相關(guān)的溫度數(shù)據(jù)。光在光纖中傳輸，對(duì)于自發(fā)拉曼散射的反斯托克斯光強(qiáng)IAS與斯托克斯光強(qiáng)Is之比滿(mǎn)足下面的公式：

公式

式中，h是普朗克常數(shù);k是布魯茲曼常數(shù);v是激光的頻率;D;是振動(dòng)頻率;T是絕對(duì)溫度。

公式

由公式（1）可知，若得到了反斯托克斯光強(qiáng)和斯托克斯光強(qiáng)兩個(gè)參數(shù)，其余參數(shù)為已知，就能計(jì)算出絕對(duì)溫度。

光頻域反射技術(shù)（OFDR）是一種從頻域的角度進(jìn)行解調(diào)分布式光纖上溫度數(shù)據(jù)分布的方法，與傳統(tǒng)的光時(shí)域反射技術(shù)（OTDR）相比，具有動(dòng)態(tài)范圍更大、空間分比率更高的先進(jìn)性。圖1是OFDR模型原理圖。

線(xiàn)性?huà)哳l的連續(xù)光經(jīng)耦合器，一束光經(jīng)反射鏡返回，光程固定為參考光;另一束則進(jìn)入待測(cè)光纖，產(chǎn)生瑞利散射。返回的信號(hào)光如果達(dá)到光的相干條件，則信號(hào)光和參考光會(huì)在光電探測(cè)器的光敏面上發(fā)生混頻。對(duì)于光纖上某點(diǎn)處的后向散射信號(hào)，經(jīng)過(guò)處理可以得到對(duì)應(yīng)的光電流頻率大小與散射點(diǎn)位置成正比，因此通過(guò)光電探測(cè)器輸出的光電流頻率，就能確定所測(cè)光纖的位置從而實(shí)現(xiàn)沿光纖溫度場(chǎng)的空間分布式測(cè)量。

根據(jù)光電探測(cè)器的平方率特性，輸出電流滿(mǎn)足下面公式：

公式

式中，L是光纖長(zhǎng)度;E是光纖x=0處的電場(chǎng)強(qiáng)度;a（x）為光功率衰減系數(shù);σ（x）是后向瑞利散射系數(shù);γ是參考臂反射系數(shù);B（t）=β。+yt是傳播常數(shù)，其他變量含義可參考文獻(xiàn)。

由公式（2）～（3）可知，光纖上任意一點(diǎn)x處瑞利后向散射信號(hào)對(duì)應(yīng)的電流頻率為2γ|x-x，1，x，為0時(shí)，頻率大小與位置x成正比，由此可以推導(dǎo)出光纖測(cè)溫的分布位置。

3.2 測(cè)溫特點(diǎn)

（1） 數(shù)據(jù)量大。光纖上的任意點(diǎn)都能作為測(cè)溫采樣點(diǎn)，采樣點(diǎn)的數(shù)量由測(cè)溫光纖的長(zhǎng)度和沿程點(diǎn)間距決定。因此，測(cè)溫光纖的采樣點(diǎn)可以達(dá)到很多個(gè)，是真正意義.上的分布式多點(diǎn)測(cè)量。

（2） 可自動(dòng)化控制。通過(guò)先進(jìn)的集成技術(shù)，將測(cè)溫光纖與控制設(shè)備進(jìn)行集成，即可根據(jù)測(cè)量需求控制光纖按照設(shè)定的時(shí)間間隔、沿程間距進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信信道將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸至中心站接收處理。

（3） 實(shí)時(shí)性強(qiáng)。測(cè)溫光纖的采集時(shí)間非常短，所有采樣點(diǎn)全部采集速度都是光速級(jí)的，因此具有非常好的實(shí)時(shí)性。

（4） 可靠性高。測(cè)溫光纖可以在惡劣環(huán)境中持續(xù)工作，只要光纖自身不出現(xiàn)斷裂性損壞，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就能正常工作，無(wú)需更多的維護(hù)。

3.3 垂向水溫監(jiān)測(cè)的可行性分析

根據(jù)分布式光纖測(cè)溫的原理和特點(diǎn)，認(rèn)為將分布式光纖應(yīng)用于垂向水溫的監(jiān)測(cè)是可行的。分析理由如下：①分布式光纖的分布采樣，可以很好地反映出不同水深對(duì)應(yīng)的水溫關(guān)系，只要設(shè)定好光纖的長(zhǎng)度和測(cè)量間隔，就能實(shí)時(shí)直接獲得不同深度對(duì)應(yīng)的水溫?cái)?shù)據(jù);②光纖的測(cè)量范圍較長(zhǎng)，滿(mǎn)足一般水庫(kù)庫(kù)區(qū)水深的要求，能夠測(cè)量到整個(gè)垂向，上的水溫?cái)?shù)據(jù);③光纖上不同沿程的數(shù)據(jù)，可保證在同一時(shí)間獲得所有采集點(diǎn)的垂向連續(xù)水溫?cái)?shù)據(jù);④光纖測(cè)溫具有極高的實(shí)時(shí)性，滿(mǎn)足自動(dòng)化監(jiān)測(cè)要求，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4 分布式光纖在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的集成與應(yīng)用

4.1 庫(kù)區(qū)垂向水溫監(jiān)測(cè)條件

目前，單點(diǎn)移動(dòng)測(cè)量的方式只能依靠人工進(jìn)行測(cè)量，不能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量。多點(diǎn)串聯(lián)測(cè)量的數(shù)據(jù)量仍然有限。特別是對(duì)于水深壓力大、水下地形復(fù)雜的大型水庫(kù)，按照垂向分層水溫監(jiān)測(cè)要求，需要獲取不同水深的水溫?cái)?shù)據(jù)，設(shè)定的間距越小，其數(shù)據(jù)量多，對(duì)分析其垂向分層越有利，因此傳統(tǒng)的測(cè)量方式很難滿(mǎn)足垂向分層數(shù)據(jù)的要求。

溪洛渡水庫(kù)壩前水深為140～200m，大壩為高拱壩結(jié)構(gòu)，壩體在水下的特點(diǎn)為向外斜向延展;向家壩水庫(kù)壩前的水深也在100m以上。兩處大壩壩前的水深、水下建筑環(huán)境以及泥沙淤積等不確定性因素為垂向分層水溫的監(jiān)測(cè)帶來(lái)了極大的困難。

4.2 系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

根據(jù)溪洛渡水庫(kù)和向家壩水庫(kù)的壩前環(huán)境條件和監(jiān)測(cè)要求，采用德國(guó)LIOSTechnology公司研制的L-OS分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)開(kāi)展兩個(gè)水電站壩前垂向分層水溫的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)由溪洛渡和向家壩兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)和一個(gè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收中心站組成，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)由一臺(tái)測(cè)溫主機(jī)和一條多模測(cè)溫光纖連接組成。

LIOS分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)是利用光纜作為溫度傳感和信息傳遞的介質(zhì)，能在整個(gè)連續(xù)光纖的長(zhǎng)度上，以距離的連續(xù)函數(shù)形式測(cè)量出被測(cè)參數(shù)隨光纖長(zhǎng)度方向的溫度數(shù)據(jù)。光纖本身既是測(cè)溫元件又是連接線(xiàn)纜，可提供快速、可靠的溫度測(cè)量。測(cè)量定位精度可以達(dá)到0.5m（可定制到0.25m），測(cè)量精度優(yōu)于0.59C（其精度可達(dá)0.19C，但成本較高）。

為實(shí)現(xiàn)垂向水溫的自動(dòng)采集、傳輸與接收處理，需進(jìn)行系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)。集成后各部分功能如下：①分布式光纖測(cè)溫設(shè)備，對(duì)垂向水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集;②水溫?cái)?shù)據(jù)提取終端，自動(dòng)控制測(cè)溫光纖的提取時(shí)間數(shù)據(jù)提取和傳輸控制;③數(shù)據(jù)傳輸，采用移動(dòng)網(wǎng)路通信方式，按照設(shè)置時(shí)間間隔將水溫?cái)?shù)據(jù)向后方中心站自動(dòng)傳輸;④供電設(shè)備，采用交流與直流相結(jié)合的方式，保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集和傳輸設(shè)備的正常運(yùn)行;⑤中心站，對(duì)水溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)解碼處理和入庫(kù)存儲(chǔ)，為用戶(hù)提供分析、查詢(xún)和顯示功能。

4.3 光纖布設(shè)方式

考慮到溪洛渡、向家壩各自壩體的特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)地形條件等，對(duì)測(cè)溫光纖進(jìn)行斜拉式的投放，鋪滿(mǎn)整個(gè)由壩頂?shù)剿椎拇瓜蚋邔印８鶕?jù)斜拉角和壩頂高程等參數(shù)，將斜拉光纖上的測(cè)量點(diǎn)投影到垂向上對(duì)應(yīng)高程點(diǎn)。理想鋪設(shè)方式是從壩上到壩底垂直布設(shè)，但由于壩體本身設(shè)計(jì)的原因無(wú)法滿(mǎn)足垂直鋪設(shè)條件，因此，光纖的布設(shè)從壩頂開(kāi)始，斜拉向水底，光纖布設(shè)以及對(duì)應(yīng)高程如圖2所示。

根據(jù)溪洛渡和向家壩壩前布設(shè)的有效光纖長(zhǎng)度、斜拉角度和高程基值，計(jì)算出光纖投影到垂向上的有效高程點(diǎn)和范圍。

4.4 光纖測(cè)量控制

由于測(cè)溫光纖上的任意點(diǎn)都能作為測(cè)溫采樣點(diǎn)，在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，將光纖設(shè)置為每間隔1m選取一個(gè)測(cè)量點(diǎn)。由兩個(gè)壩前的斜拉角換算，得到的分布式垂向水溫高程間距為0.97m。LIOS分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)可以對(duì)光纖測(cè)量的采集時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)需要，測(cè)量設(shè)置為每5min進(jìn)行一次溫度采集。

4.5 垂向水溫?cái)?shù)據(jù)的選取

測(cè)溫光纖采取的是全覆蓋的布設(shè)方式，即包含了由壩頂?shù)剿椎乃懈叱?，因此采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)包含了有效的水溫?cái)?shù)據(jù)和空氣中的溫度數(shù)據(jù)?？梢雺吻凹磿r(shí)水位參數(shù)作為選取有效水溫?cái)?shù)據(jù)的閾值，將測(cè)溫光纖每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的垂向投影高程h;與壩前即時(shí)水位W，進(jìn)行比較，滿(mǎn)足h;

5 光纖實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證

由于缺乏溪洛渡和向家壩水庫(kù)的歷史垂向水溫監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此對(duì)比驗(yàn)證采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方式進(jìn)行。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)采用隨機(jī)選取整點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行人工測(cè)量，在時(shí)間.上做到近似同步。人工測(cè)量的地點(diǎn)，選取在盡可能接近光纖投放點(diǎn)的位置。

5.1 垂向水溫對(duì)比方法

為了有效驗(yàn)證測(cè)溫光纖監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，在溪洛渡和向家壩水庫(kù)壩前兩個(gè)光纖投放的位置用傳統(tǒng)單點(diǎn)移動(dòng)的測(cè)量方法進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證。人工采用聲速剖面儀進(jìn)行垂向水溫測(cè)量，將不同深度對(duì)應(yīng)水溫的數(shù)據(jù)表根據(jù)壩前即時(shí)水位換算成高程對(duì)應(yīng)水溫?cái)?shù)據(jù)表，把同一時(shí)間點(diǎn)人工測(cè)量數(shù)據(jù)與光纖測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

5.2 實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比

溪洛渡水庫(kù)壩前和向家壩水庫(kù)壩前，各自選取了3個(gè)整點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。將光纖投放點(diǎn)處人工采用聲速剖面儀測(cè)量的垂向水溫?cái)?shù)據(jù)和同一時(shí)間的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由隨機(jī)選取的測(cè)量對(duì)比結(jié)果可以看出：測(cè)溫光纖和剖面聲速儀實(shí)測(cè)的兩組壩前垂向水溫基本一致，兩種實(shí)測(cè)方式水溫溫度差小于0.59C，考慮到使用的測(cè)溫光纖最小分辨率和剖面聲速儀的最小分辨率之間的差異，可知測(cè)溫光纖實(shí)測(cè)垂向水溫判定是準(zhǔn)確的。測(cè)溫光纖和聲速剖面儀實(shí)測(cè)垂向水溫變化趨勢(shì)基本一致，呈良好的正相關(guān)關(guān)系。由此可知，測(cè)溫光纖測(cè)量的壩前垂向水溫?cái)?shù)據(jù)有效可靠。

已有文獻(xiàn)指出，溪洛渡水庫(kù)壩前垂向水溫的分布有明顯的分層情況，并在5月份開(kāi)始出現(xiàn)分層趨勢(shì)。5月10日的對(duì)比曲線(xiàn)也很好地反映了這種分層的趨勢(shì)，由此也驗(yàn)證了測(cè)溫光纖測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)論

在對(duì)傳統(tǒng)的垂向水溫測(cè)量方式進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)分布式光纖的特點(diǎn)，提出了一種基于分布式光纖的垂向水溫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)構(gòu)想并開(kāi)展實(shí)踐探索。以溪洛渡水庫(kù)和向家壩水庫(kù)兩個(gè)壩前的垂向水溫測(cè)量為例，通過(guò)光纖測(cè)量和人工測(cè)量的對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)分析得出如下結(jié)論。

（1） 應(yīng)用分布式光纖測(cè)溫技術(shù)，對(duì)垂向水溫進(jìn)行測(cè)量的方法和技術(shù)是可行的。

（2） 分布式光纖因其自身的原理和特點(diǎn)，對(duì)垂向水溫的自動(dòng)采集、分布位置確定是非常適合的。

（3） 分布式光纖測(cè)溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠準(zhǔn)確地反映溪洛渡和向家壩水庫(kù)壩前的垂向水溫與分層情況，為庫(kù)區(qū)的水溫分析和生態(tài)環(huán)境研究提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐。

（4） 對(duì)于庫(kù)區(qū)深水垂向水溫的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，該方法還存在著一些不足和難點(diǎn)。主要是高水深庫(kù)區(qū)光纖安裝難度大，安裝固定后的光纖在水下受力、分布等情況不清晰，以及后期運(yùn)行中存在光纖位置的漂移等情況將會(huì)直接影響數(shù)據(jù)的可靠度。

如何提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精度、改進(jìn)光纖布設(shè)方式帶來(lái)的影響以及提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性將是后期研究探索的主要方向。

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引用本文：張國(guó)學(xué)，史東華，李然.庫(kù)區(qū)垂向分層水溫在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用[J].人民長(zhǎng)江，2019，50（3）：101-105.

Research and application of on-line monitoring technology for reservoir vertical stratified water temperature

ZHANG Guoxue，SHI Donghua，LI Ran

（Bureau of Hydrology，Changjiang Water Resources Commission，Wuhan 430010，China）

Abstract：Vertical water temperature stratification will occur after large reservoir is built and impounded. It is of great significance to study the variation law of vertical stratified water temperature in reservoir area for the establishment of scientific water ecological regulation scheme. In this paper，the principle and application range of distributed optical fiber temperature measurement system are studied. The application of vertical stratified water temperature monitoring in front of Xiluodu dam and Xiangjiaba dam was studied by system integration，data processing technology and data comparison method. The application results showed that the distributed optical fiber temperature measurement system can meet the monitoring requirements in terms of stability，data continuity and accuracy，and can provide reliable data reference for water ecological regulation in the reservoir area. It provides anew way for the application of vertical on-line monitoring of water temperature in the reservoir area in the future.

Key words：distributed optical fiber temperature measurement;vertical water temperature stratification;data comparison;system integration;water ecological regulation