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水文水质

太阳能水文站测量沿海地区的波浪冲击压力

几年来,全球气候变化导致沿海地区严重风暴增加。这些风暴越来越多地影响沿海环境,引发严重的洪水和海啸。为了防止此类灾害,如今许多沿海堤坝都安装了压力传感器,从而能够进行连续的现场测量并监测波浪运动。这是一种早期警告和保护濒危地区及其居民的方法。
其中一个沿海监测项目是使用 欣仰邦传感器在沿海南部堤坝实施的。堤坝是一个孤立的海上站点,这意味着它没有连接到电网。风暴期间的天气条件也可能是极端的。因此,必须在现场安装一个自治系统来提供电源。该系统既需要足够坚固,又需要保证足够的未来灵活性,以便在极端天气条件下进行可靠的现场数据测量。
安装的系统由三个主要部分组成:电源、传感器数据记录和数据传输。一个光伏系统安装在海堤上以产生所需的电能。用于太阳能系统的附加充电控制器和高性能电池可通过 4G 路由器和专用网络实现无线通信。
所有测量都必须在不断变化的环境条件下进行。此外,在时间和空间方面都需要连续和密集的数据记录。由于低时间常数和高频率,使用具有 > 1 kHz 高正常频率的 欣仰邦  压阻式压力传感器具有优势。 
两个 欣仰邦压力变送器嵌入海堤中。它们的垂直距离是 1,90 m。下部传感器位于护堤下层上方 1.10 m 处,在最高潮汐时位于海平面以下约 10 至 20 cm。
测量水的压力、高度、速度和加速度,以及波长。为此,安装了用于测量涌浪的波浪浮标和用于监测海平面的潮汐计,同时气象站还提供有关盛行风速的信息。
所有这些环境数据都与海堤上的相关波浪冲击压力一起被记录和分析。观察和分析表明,只有不到 20% 的数据对下部 欣仰邦 传感器具有显着的波浪影响,而这些数据组中只有 20% 影响上部 欣仰邦 传感器。这意味着上部传感器在不到 4% 的情况下做出反应,因此实际上只有洪水和风暴会影响两个压力传感器。
此外,相关实验表明,在波浪冲击前的信号中往往会出现短暂的负压。这低于 1 bar 的大气值。检测到两个 欣仰邦 传感器之间的这种碰撞延迟有助于稍后对碰撞剖面(波浪冲击剖面)进行分类。
理想的目标是能够根据最大压力可靠地预测可能的影响及其后果。计划额外安装摄像头和 22 个 欣仰邦 传感器。这种变化将允许波形的可视化和额外的 2D 冲击压力记录。考虑到收集到的所有数据,未来可以通过这种方式计算和可视化可能的波传播。这将使早期预测能够保护沿海景观,并及时向居民发出警告。
 
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