熱敏型海水溫度觀測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

余永貞 湯德福 吳群河 呂莉梅

（中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510275）

熱敏型海水溫度觀測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

余永貞 湯德福 吳群河 呂莉梅

（中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510275）

本研究基于GPRS設(shè)計(jì)一套溫排水溫度自感系統(tǒng)，該系統(tǒng)由溫度傳感器、浮標(biāo)或船只、GPRS網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)傳輸接收模塊等組成，具有大范圍、自動(dòng)及精準(zhǔn)的特點(diǎn)，可連續(xù)觀測(cè)溫排水海域溫度場(chǎng)。以湛江調(diào)順電廠(chǎng)為例，說(shuō)明了本系統(tǒng)在溫排水研究領(lǐng)域應(yīng)用的穩(wěn)定性、可靠性。

溫排水；成套自感系統(tǒng)；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)

溫排水對(duì)海洋生態(tài)的影響表現(xiàn)在溫升、卷載效應(yīng)和余氯等方面。溫排水作為一種熱污染，會(huì)造成局部海域海水升溫，從而對(duì)海洋生態(tài)產(chǎn)生直接或間接的影響，引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題［1-2］。

海水表面溫度（Sea Surface Temperature，簡(jiǎn)稱(chēng)SST）是溫排水對(duì)生態(tài)影響研究中一項(xiàng)重要的指標(biāo)。但如何觀測(cè)溫排水對(duì)海水造成的溫升現(xiàn)象，是很多濱海電廠(chǎng)需應(yīng)對(duì)的實(shí)際問(wèn)題，牽涉到電廠(chǎng)自身冷卻系統(tǒng)效果及如何選擇排水方式，同時(shí)溫升現(xiàn)象也是環(huán)境管理部門(mén)的監(jiān)管重點(diǎn)［3］。

基于以上原因，本研究應(yīng)用無(wú)線(xiàn)傳感和GPRS通訊技術(shù)，將溫度傳感器、數(shù)字信號(hào)發(fā)射與接收等現(xiàn)有技術(shù)優(yōu)化組合，在創(chuàng)新性解決了電源、設(shè)備防水與漲落潮時(shí)多層垂直測(cè)溫等問(wèn)題后，設(shè)計(jì)了一套溫排水海域水溫自動(dòng)和巡航觀測(cè)系統(tǒng)，并將其應(yīng)用于湛江調(diào)順電廠(chǎng)的實(shí)例研究。本研究基于GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳送，利用組態(tài)王軟件及即插即用的數(shù)據(jù)處理模塊，實(shí)時(shí)自動(dòng)傳送和接受系統(tǒng)所觀測(cè)的溫度數(shù)據(jù)值。

1 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

溫排水觀測(cè)系統(tǒng)由溫度觀測(cè)系統(tǒng)、浮標(biāo)系統(tǒng)（巡測(cè)需用快艇）、通訊網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)接收器等幾部分組成，其中溫度觀測(cè)系統(tǒng)儀器有水溫傳感器、電纜、觀測(cè)箱（內(nèi)置芯片、信號(hào)發(fā)射模塊、電源等），浮標(biāo)系統(tǒng)設(shè)備有固定錨、繩索、浮標(biāo)，通訊網(wǎng)絡(luò)主要是GPRS通訊技術(shù)和TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)接收設(shè)備包括數(shù)據(jù)記錄儀和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等。

2 實(shí)例

湛江調(diào)順電廠(chǎng)廠(chǎng)址位于東經(jīng)110°24’30”，北緯20°18’41”，湛江調(diào)順電廠(chǎng)一期工程建設(shè)規(guī)模為2×600MW國(guó)產(chǎn)亞臨界燃奧里油機(jī)組，規(guī)劃容量為4×600MW。工程循環(huán)冷卻水及其補(bǔ)充水量見(jiàn)表1所示。

湛江調(diào)順電廠(chǎng)溫排水連續(xù)排放，經(jīng)長(zhǎng)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(jié)果與分析

綜合各觀測(cè)點(diǎn)的月平均氣溫，與當(dāng)?shù)氐脑缕骄鶜鉁剡M(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2與圖1。

從圖中可知，3個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)中，任何一個(gè)站點(diǎn)的表層或底層海水溫度，均高于當(dāng)?shù)卦缕骄鶜鉁亍＞C合年連續(xù)觀測(cè)結(jié)果，我們可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

3.1 電廠(chǎng)溫排水的出水溫度高于海水自然溫度8~ 14℃，且溫排水對(duì)附近海域的海水造成了升溫現(xiàn)象；

3.2 溫排水口附近海水平均水溫均高于當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁兀耘潘谔幩疁刈罡?，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(chǎng)的取排水口處，深取淺排的方式會(huì)造成海水上下運(yùn)動(dòng)，同時(shí)受潮流的影響，溫排水會(huì)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(shí)，底層水溫會(huì)高于表層水溫。如D1及F2底層，而海水上下運(yùn)動(dòng)的程度會(huì)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(jié)論

本研究基于GPRS設(shè)計(jì)了溫排水溫度觀測(cè)系統(tǒng)，為大范圍精確觀測(cè)濱海電廠(chǎng)溫排水形成的海水溫度場(chǎng)提供了技術(shù)可能，本系統(tǒng)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(diǎn)。系統(tǒng)對(duì)觀測(cè)儀器進(jìn)行創(chuàng)新性的防水設(shè)計(jì)，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(yán)閉的防水盒中，特制的防水盒可保證觀測(cè)裝置浸泡在3m深的海水中，內(nèi)部的器件仍可在惡劣的海洋環(huán)境中穩(wěn)定地運(yùn)行。

本研究根據(jù)溫排水影響海域的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了浮標(biāo)系統(tǒng)，并在實(shí)際應(yīng)用中靈活考慮，通過(guò)對(duì)海水漲落潮時(shí)的水深計(jì)算繩索的長(zhǎng)度，將溫度傳感器固定在繩索上，并通過(guò)長(zhǎng)于繩索的電纜與觀測(cè)箱相連接，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)精確地測(cè)量水平和垂向的水溫。GPRS網(wǎng)絡(luò)具有覆蓋范圍廣、通信速率高等特點(diǎn)，其在本研究中的應(yīng)用，結(jié)合控制芯片及數(shù)據(jù)接收模塊，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)儲(chǔ)存、傳送和接收，形成水溫?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，本觀測(cè)系統(tǒng)滿(mǎn)足溫排水水溫的自動(dòng)監(jiān)測(cè)要求。

本觀測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用不高，不存在其他制約性因素，可以廣泛應(yīng)用于其他濱海電廠(chǎng)溫排水的溫度觀測(cè)。

［1］郎需強(qiáng).基于ZigBee和GPRS的遠(yuǎn)程果園灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.山東：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

［2］賀佳惠，梁春利，等.核電站近岸溫度場(chǎng)航空熱紅外遙感測(cè)量數(shù)據(jù)處理研究［J］.國(guó)土資源遙感，2010（3）：51-53.

［3］陳振華，陳小燕，等.基于Zigbee技術(shù)的濱海電站溫排水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)測(cè)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(jí)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(huán)境化學(xué)、水污染以及水環(huán)境管理。

表1 現(xiàn)有工程機(jī)組循環(huán)水量一覽表 （單位：t/h）

注：冷卻倍率m=65（夏）、m=50（冬）

機(jī)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