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      SPA雪特性分析系統(tǒng)

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      • 北京華益瑞科技有限公司
      • 2022-07-04 13:07:11
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      【簡單介紹】

      Sommer公司研發(fā)的積雪分析系統(tǒng)(Snow Pack Analysing System,SPA)是一個(gè)**性的雪水特征監(jiān)測系統(tǒng),它可以對雪水當(dāng)量、雪密度、雪深度以及雪中冰和水含量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。SPA系統(tǒng)由SPA傳感器(或稱作SWS,Snow water se...

      【詳細(xì)說明】

      系統(tǒng)功能

      Sommer公司研發(fā)的積雪分析系統(tǒng)(Snow Pack Analysing System,SPA)是一個(gè)**性的雪水特征監(jiān)測系統(tǒng),它可以對雪水當(dāng)量、雪密度、雪深度以及雪中冰和水含量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測。SPA系統(tǒng)由SPA傳感器(或稱作SWS,Snow water senser雪水傳感器)、阻抗分析盒以及雪深傳感器組成。


      工作原理

      雪深

      測量傳感器的原理,在傳感器和雪表面之間,通過超聲波的傳輸時(shí)間計(jì)算雪深。溫度對測量產(chǎn)生的影響,通過自動(dòng)溫度補(bǔ)償解決。

      SPA適合長期原位觀測,對安裝場地要求會(huì)比較苛刻。傳感器形狀是扁平形并呈線狀,通過測量雪層中的冰、水、空氣三者的介電常數(shù),來得出雪水當(dāng)量、平均雪密度還有液態(tài)水含量。理論依據(jù)是雪、水、空氣的介電常數(shù)在高頻(10KHZ或更高)下是不同的。

      介電常數(shù)測量

      雪的組成有三個(gè)部分,包括冰、水和空氣。不同的成分會(huì)產(chǎn)生不同的測量影響,這些不同的物質(zhì)有不同的介電常數(shù)。采用一個(gè)平坦的帶狀傳感器(SPA 傳感器),并且使用至少兩個(gè)波段,消除由于單獨(dú)物質(zhì)帶來的影響。

      液態(tài)水含量、冰含量、雪密度,以及雪水當(dāng)量

      在積雪中,比容相當(dāng)于液態(tài)水和冰的含量。通過這些信息,我們可以計(jì)算出雪的密度。綜合雪密度和雪深,我們可以定義出雪水當(dāng)量。

      系統(tǒng)配置

      單個(gè)SPA傳感器測量

      這個(gè)方案里只含單個(gè)SPA傳感器。主桿用來固定機(jī)箱(數(shù)據(jù)采集器)、雪深、SPA系統(tǒng)的阻抗分析盒等,然后傳感器拉伸安裝于主桿周圍。傳感器長度是5米,雪深固定在主桿的橫臂上,SPA傳感器結(jié)合觀測。此系統(tǒng)可以測得

      l 雪深

      l 雪水當(dāng)量

      l 平均降雪密度

      l 平均液態(tài)水含量

      四個(gè)SPA傳感器測量

      這個(gè)方案是在上面單個(gè)傳感器版本的基礎(chǔ)上增加了三個(gè)SPA傳感器。水平安裝的兩根傳感器是用來測量不同深度下的雪密度和雪水當(dāng)量,那么也就可以得出雪的密度廓線;坡式安裝的兩個(gè)傳感器可以測量更大的面積,從而使得觀測有更好的代表性。所以這個(gè)版本的系統(tǒng)可以測量以下要素:

      1. 雪深

      2. 平均降雪密度

      3. 雪密度廓線

      4. 雪水當(dāng)量

      5. 平均液態(tài)水含量

      6. 液態(tài)水含量廓線

      SPA可以連續(xù)監(jiān)測積雪層中的液態(tài)水含量,這是一項(xiàng)很*的功能。在融雪(冰)期,比如春天,當(dāng)液態(tài)水從雪中溢出或者快要溢出的時(shí)候,SPA可以監(jiān)測到這種狀態(tài),并給予這種臨界狀態(tài)的預(yù)警,從而對雪崩、冰融、洪澇等災(zāi)害提供良好的預(yù)報(bào)依據(jù)。另外在一些水電公司,以及政府防汛防洪部門,需要對水資源進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控,對水的收集,以及對融雪水量大小的預(yù)計(jì)都非常的重要通過這些測量反饋,可以預(yù)防洪水。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和采礦領(lǐng)域,可以消除由于融雪產(chǎn)生的水滲透至土壤或地下所產(chǎn)生的影響。

      積雪里面的液態(tài)水含量,以及融雪水含量,飽和度都是可以被估算出來?,F(xiàn)在,我們可以通過SPA系統(tǒng)測量出這些參數(shù)。因此,系統(tǒng)可以為水文設(shè)計(jì)提供非常重要的更新信息。此外,這些信息對于融雪模型也是非常重要的,參比一些遠(yuǎn)程遙測數(shù)據(jù)。SPA可以在地面進(jìn)行控制,完成標(biāo)定。雪密度和雪中液態(tài)水含量對于處于濕狀態(tài)的雪容易產(chǎn)生的雪崩風(fēng)險(xiǎn)評估來講,都是非常重要的參數(shù),SPA可以幫助改善測量單位的數(shù)據(jù)質(zhì)量和密度,因此,系統(tǒng)可以增加生活在高山地區(qū)的人群和錯(cuò)落的安全。

      無冰層影響

      在積雪中,雪枕通常情況下會(huì)由于冰層產(chǎn)生一些問題。這種現(xiàn)象是由于該區(qū)域的的雪的融合和冰凍反復(fù)發(fā)生產(chǎn)生的冰層引起的,這樣就會(huì)對測量結(jié)果產(chǎn)生一定的影響,SPA系統(tǒng)不會(huì)由于冰層而產(chǎn)生這樣的影響。

      SPA系統(tǒng)*大可以安裝四個(gè)SPA傳感器,具體安裝的數(shù)量根據(jù)用戶的需要而定。傳感器可以有一定的傾斜度,或者與積雪場保持水平。這幾種不同可能的安裝方式可以優(yōu)化需求信息,有以下三種安裝方式:

      1:綜合安裝方式

      這種安裝方式是一個(gè)傾斜的SPA傳感器和一個(gè)水平的SPA傳感器。雪的密度,雪水當(dāng)量,以及冰和液態(tài)水含量構(gòu)成了完整的雪中物質(zhì)含量,可通過傾斜的傳感器進(jìn)行測量,水平的傳感器可以提供附加的測量信息,比如雪與地面的緊密程度。

      2:剖面安裝方式

      SPA傳感器的被安裝至水平位置,這樣可以增加測量雪的剖面密度和液態(tài)水含量。通過這種方法,可以測量出可能存在的正在運(yùn)動(dòng)的融雪水狀況,并且可以產(chǎn)生一個(gè)雪密度廓線。

      3:面積安裝方式

      多個(gè)SPA傳感器可以安裝成星狀,傳感器的測量值可以進(jìn)行平均,從而提供一個(gè)立體范圍狀況,而且還可以標(biāo)定遠(yuǎn)程遙測數(shù)據(jù)。


      系統(tǒng)組成

      組成

      描述

      SPA傳感器

      可安裝1至4個(gè)傳感器

      傳感器長度3至10米

      防水的、抗紫外的平帶,包括三個(gè)寬的銅線

      測量區(qū)域的深入深度為4厘米

      SPA傳感器的懸掛

      機(jī)械固定

      傾斜安裝的傳感器扮演了一個(gè)位移傳感器,改善了傳感器的測量長度

      測量和控制單元

      阻抗分析儀測量沿著SPA傳感器的復(fù)數(shù)阻抗

      擴(kuò)展板控制,使得控制可以在多個(gè)傳感器之間轉(zhuǎn)換,連接至雪深傳感器

      控制單元用于測量計(jì)算雪的相關(guān)參數(shù),RS-232串口通訊,ASCII數(shù)據(jù)格式

      雪深傳感器

      超聲波雪深傳感器,結(jié)合溫度補(bǔ)償

      空氣溫濕度傳感器

      空氣溫濕度

      可選擇組件

      *大可整合兩個(gè)傳感器用于測量溫度(雪溫,土壤溫度,表面溫度)

      主桿和機(jī)械部件

      電源

      數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)傳輸

      技術(shù)參數(shù)

      常規(guī)參數(shù)

      框架尺寸

      6360 mm x 1100 mm x 3700 mm (長 x 寬 x 高)

      供電要求

      供電電壓: 9 ... 15 VDC

      反向電壓保護(hù), 過壓保護(hù)

      功耗

      工作狀態(tài): 65 mA 休眠狀態(tài): 1 mA

      工作溫度

      -35 - 60°C

      SPA-傳感器

      材質(zhì)

      耐壓,防水,防紫外加強(qiáng)纖維等材質(zhì)

      長度

      水平: 4.8 m | 傾斜: 4.8 m (標(biāo)準(zhǔn)), 6.7 m (特殊)

      寬度

      60 mm

      測量原理

      介電常數(shù);滲透深度: 4 cm

      SPA-信號分析

      信號輸入

      多達(dá)四個(gè)SPA傳感器

      建議集成

      集成溫度補(bǔ)償?shù)某暡ㄑ┥顐鞲衅?,集成其他傳感?如雪、地面、雪面的溫度測量)-可選

      信號輸出

      RS 485 / SDI-12; 各種ASCII 格式

      測量范圍

      雪深

      0 - 2.5 m

      0 - 5 m

      SWE (mm) H2O

      0 ... 1000 mm H2O

      0 ... 3000 mm H2O

      密度

      0 ... 1000 kg/m3

      體積含水量

      0 ... 100 %

      體積含冰量

      0 ... 100 %

      數(shù)據(jù)展示


      參考文獻(xiàn)

      1. 張偉,沈永平,賀建橋,賀斌,努爾蘭·哈再孜,雪嬌,王國亞. "阿爾泰山融雪期不同下墊面積雪特性觀測與分析研究." 《冰川凍土》 2014年03期

      2. 張波;劉志輝;王慧;房世峰;;融雪期融雪水下滲分析及下滲率模擬研究[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2013年24期

      3. 田華;楊曉丹;張國平;趙琳娜;;2009年3月中旬新疆融雪型洪水氣象成因分析[A];中國水利學(xué)會(huì)2010學(xué)術(shù)年會(huì)論文集(上冊)[C];2010年

      4. Choi G, Robinson D, Kang S.Changing northern hemisphere snow seasons[J]. Journal of Climate, 2010, 23(19): 5 305-5 310.

      5. [王建, 李碩. 氣候變化對中國內(nèi)陸干旱區(qū)山區(qū)融雪徑流的影響[J]. 中國科學(xué): D 輯, 2005, 35(7): 664-670.]

          
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