梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统和方法

摘要

本发明公开了一种梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统，由分布终端、分析平台和预警模块组成，分布终端用于实时获取梯级水库流域尺度内溶解气体过饱和的原位生物效应及其理化数值；分析平台用于识别可获取的标志试验鱼行为异常、确定死亡标志试验鱼对过饱和气体的耐受性阈值，以及进行河道溶解气体沿程耗散和坝下掺混预测；预警模块用于发布气体过饱和灾害临报信息，并预估未来气象条件下气体过饱和造成的损失。本发明还公开了一种梯级水库泄洪溶解气体过饱和方法。本发明可以在梯级水库泄洪调度时提供过饱和灾害临报信息并提供调度建议，也可预测未来气象条件对应的泄洪溶解气体过饱和危险程度，以支撑水库调度部门泄洪调度决策。

说明书

技术领域

本发明涉及梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统和方法，属于水利水电工程及水环境保护领域。

背景技术

大型梯级水利工程可有效调节流域性洪水，降低洪水对下游的经济和生态破坏。大坝泄洪时，下泄水流发生强烈的紊动，造成水流水面的破碎化，形成无数水珠，使得水气交界面急剧增加，继而空气中的氮、氧等气体通过水气交界面进入水体的数量大幅增加，从而使大坝泄洪期间下游河道溶解气体的含量明显高于天然河道水平。当某一梯级大坝上游水体溶解气体含量较高时，下游水体溶解气体易呈过饱和(Dissolved Gas Supersaturation,DGS)状态。

水体中过饱和氧气可以通过物理衰减、化学衰减和稀释过程回到天然状态。而氮气作为惰性气体，水体中溶解氮气的活性很差，可认为不参与一般化学反应，其衰减则只能依靠物理衰减和稀释作用来达到到天然含量。而在没有新水源汇入的情况下，溶解氮气物理释放过程往往十分缓慢。水体中溶解氮气过饱和一旦发生，恢复到常态需要相当长距离或时间。关注水体中总溶解气体含量相较于某种单一气体的含量在水体中的时空变化，具有更强的科学和生态意义。

水中溶解气体的浓度过饱和会对水生生物产生重要影响。它不仅会破坏水生生物原有的生存环境，打破原有的生态平衡，还会直接导致某些生物产生疾病，如溶解在水中的氮气等进入鱼体内，可导致鱼类患上“气泡病”而死亡。与此同时，鱼类暴露于气体过饱和的水中，其行为会将受到影响。水中过多的气泡黏附在鱼体周围，特别是进入侧线，会影响鱼类对周围环境正确的判断能力，致使鱼类在水中失去方向感而到处游窜，游动能力降低，而容易成为肉食性鱼类的饵料生物。

过饱和气体问题的出现，引起了众多国内专家和学者的关注，一系列相关的缓解和避免措施也相继被提出，其中的很大一部分是尝试依靠水库调度实现灾害程度的降低或者消除。但由于梯级水库泄洪溶解气体理化监测工作的实效性和复杂性，以及可靠的原位生态效应难以测定等问题，国内有关梯级水库泄洪溶解气体过饱和灾害的预警工作未能有效展开，相关基本设想也鲜有报道。因此，加紧开展流域性水体过饱和预警研究，采取切实可行的措施避免或减少过饱和气体对下游水生系统造成的不利影响，从而实现大坝下游特有和经济鱼类的保护势在必行。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提出一种梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统和方法，采取高效合理的监测断面布置方式，监测环节耦合了理化及生物监测，能够全面地提供溶解气体过饱和的实时分布状况及其原位生态效应。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统，包括分布终端、分析平台和预警模块；

所述分布终端用于实时获取梯级水库流域尺度内溶解气体过饱和的原位生物效应及其理化数值，由地面基站、气体过饱和生物监测装置和气体过饱和理化监测装置组成；其中的地面基站布设于河岸，可同时采用2G/3G/4G蜂窝网络、ZigBee以及有线通信，负责接收气体过饱和生物监测装置和气体过饱和理化监测装置上传的监测数据，同时将数据通过2G/3G/4G蜂窝网络转发至分析平台；其中的气体过饱和生物监测装置由试验网箱、标志试验鱼和水声接收仪构成，其中的试验网箱靠近河岸布置，底部和侧面固定于河床上，试验网箱的侧壁和底部由网状物构成从而确保网箱内的水可与外部水体自由交换，其中的标志试验鱼为携带着配置有水深传感器的声学标签的不同鱼种试验用鱼，标志试验鱼的活动范围限定于网箱范围内，携带的声学标签周期性地将其身份码以及水深监测信息通过超声波发送至水体中，所述水声接收仪浸没于水体中，负责接收标志试验鱼携带的声学标签发出的超声波信息，并通过有线通信将信息上传至地面基站；其中的气体过饱和理化监测装置由水下监测节点、锚绳和水面汇集节点构成，所述水下监测节点具有浮力，包含总溶解气体传感器和通信装置，配置总溶解气体传感器并具有水下通信功能，所述锚绳的一端固定在河床上，锚绳上间隔布置若干水下监测节点使其在垂向上均匀分布，锚绳以不影响河道通航为标准确定其最大长度，河道断面布设的锚绳条数以及每条锚绳上布置的水下监测节点个数均由断面溶解气体水平和垂向混合程度确定，所述水面汇集节点漂浮于水面上，水面汇集节点包含水声通信模块和ZigBee通信模块，采用水声和ZigBee双模通信，水下监测节点以及水面汇集节点之间采用水声通信构成水下传感器网络，水下监测节点周期性监测总溶解气体饱和度，监测频率根据河道断面受泄洪溶解气体过饱和影响程度确定，监测信息经由水下传感器网络汇总至水面汇集节点，水面汇集节点将信息通过ZigBee上传至地面基站。

所述分析平台包括试验鱼行为识别单元和气体过饱和预测单元；其中的试验鱼行为识别单元实时获取每个标志试验鱼所处水深和对应声学标签身份码以及气体过饱和理化监测信息，用于识别可获取的标志试验鱼行为异常，并将识别出的异常行为发送至灾害即时临报单元，试验鱼行为识别单元还用于确定死亡标志试验鱼种类及其对过饱和气体的耐受性阈值，并将鱼种和耐受性阈值信息发送至损失程度量化单元；其中的气体过饱和预测单元用于提供河道洪水演进推算以及溶解气体沿程耗散和坝下掺混预测的技术支持，包括干支流来水过程预测子单元、河道洪水演进推算子单元、河道气体饱和度预测子单元和坝下气体饱和度预测子单元，其中的干支流来水过程预测子单元用于提供基于短期气象预报的各级库区支流常年回水区末端、龙头梯级库尾、末游梯级下游支流河口在预报时效内的来水流量过程，其中的河道洪水演进推算子单元用于在来水流量过程和各梯级运行调度规程、汛期调度方案、泄洪设施调度运用程序给定的条件下，实现洪水在各梯级库区到末游梯级下游河道的自上而下逐级演进推算，其中的河道气体饱和度预测子单元用于预测各梯级库区和末游梯级下游河道溶解气体饱和度时空变化，其中的坝下气体饱和度预测子单元用于预测各梯级坝下溶解气体掺混浓度。

所述预警模块用于发布气体过饱和灾害临报信息，以及气象预报时效内气体过饱和的预估损失，包括灾害即时临报单元、损失程度量化单元和过饱和预测发布单元；其中的灾害即时临报单元接收试验鱼行为识别单元发送的标志试验鱼行为异常信息，用于根据各种标志试验鱼异常行为诱发机制执行差异化灾害即时临报策略；其中的损失程度量化单元基于未来河道溶解气体饱和度时空变化以及天然渔业资源分布情况，结合各鱼种对过饱和气体的耐受性阈值，实现未来溶解气体过饱和造成损失规模的预估；其中的预测发布单元包括具有可视化功能的地理信息平台，用于集成并图形化展示流域信息并分级表达未来气象条件对应的各河段气体过饱和程度和鱼类死亡经济损失，最终向河道渔业管理机构以及各梯级水库管理机构发布该图形化预测结果。

进一步地，其中分布终端在梯级水库流域范围内的布设位置包括背景断面、衰减断面和掺气断面；背景断面用于反映入流水体的溶解气体饱和度背景值，囊括各级库区支流常年回水区末端、龙头梯级库尾、末游梯级下游支流河口断面；衰减断面用于提供水体向下游流动过程中的过饱和气体释放情况，囊括龙头梯级下游各级库区及末游梯级下游河道沿程均布断面、各级库区支流河口断面；掺气断面用于体现大坝泄洪对水体溶解气体饱和度的影响情况，囊括各梯级坝上、坝下断面。

进一步地，气体过饱和生物监测装置由试验网箱、标志试验鱼和水声接收仪构成，其中的试验网箱靠近河岸布置，底部和侧面固定于河床上，试验网箱的侧壁和底部由网状物构成从而确保网箱内的水可与外部水体自由交换，其中的标志试验鱼为携带着配置有水深传感器的声学标签的不同鱼种试验用鱼，标志试验鱼的活动范围限定于网箱范围内，携带的声学标签周期性地将其身份码以及水深监测信息通过超声波发送至水体中，其中的水声接收仪浸没于水体中，负责接收标志试验鱼携带的声学标签发出的超声波信息，并通过有线通信将信息上传至地面基站。

进一步地，气体过饱和理化监测装置由水下监测节点、锚绳和水面汇集节点构成，其中的水下监测节点具有浮力，配置总溶解气体传感器并具有水下通信功能，其中的锚绳的一端固定在河床上，锚绳上间隔布置若干水下监测节点使其在垂向上均匀分布，锚绳以不影响河道通航为标准确定其最大长度，河道断面布设的锚绳条数以及每条锚绳上布置的水下监测节点个数均由断面溶解气体水平和垂向混合程度确定，其中的水面汇集节点漂浮于水面上，采用水声和ZigBee双模通信，水下监测节点以及水面汇集节点之间采用水声通信构成水下传感器网络，水下监测节点周期性监测总溶解气体饱和度，监测频率根据河道断面受泄洪溶解气体过饱和影响程度确定，监测信息经由水下传感器网络汇总至水面汇集节点，水面汇集节点将信息通过ZigBee上传至地面基站；布设于背景断面和掺气断面的分布终端可省略气体过饱和生物监测装置而仅设置气体过饱和理化监测装置；布设于衰减断面的分布终端同时设置气体过饱和生物监测装置和气体过饱和理化监测装置；河道断面布设的气体过饱和理化监测装置的锚绳条数以及每条锚绳上布置的水下监测节点个数均由断面溶解气体水平和垂向混合程度确定：布设于背景断面的气体过饱和理化监测装置，设有2条锚绳且每条锚绳上布置2个水下监测节点；布设于各级库区及末游梯级下游河道衰减断面的气体过饱和理化监测装置，设有3条锚绳且每条锚绳上布置3个水下监测节点；布设于各级库区支流河口河道支流衰减断面的气体过饱和理化监测装置，设有2条锚绳且每条锚绳上布置3个水下监测节点；布设于坝上掺气断面的气体过饱和理化监测装置，设有3条锚绳且每条锚绳上布置4个水下监测节点；布设于坝下掺气断面的气体过饱和理化监测装置，设有4条锚绳且每条锚绳上布置2个水下监测节点；河道断面布设的气体过饱和理化监测装置的水下监测节点周期性监测总溶解气体饱和度，监测频率根据河道断面受泄洪溶解气体过饱和影响程度确定：布设于背景断面的水下监测节点，监测频率为非汛期逐月监测，汛期逐日监测；布设于各级库区及末游梯级下游河道衰减断面的水下监测节点，监测频率为非汛期逐旬监测，汛期逐日监测；布设于各级库区支流河口河道支流衰减断面的水下监测节点，监测频率为非汛期逐月监测，汛期逐日监测；布设于掺气断面的水下监测节点，监测频率为全年逐日监测。

进一步地，所述试验鱼行为识别单元实时获取每个标志试验鱼所处水深和对应声学标签身份码以及气体过饱和理化监测信息，用于识别可获取的标志试验鱼行为异常，所述可获取的标志试验鱼行为异常包括：对气体过饱和环境不适导致的鱼种平均深度逐渐增加、出现气泡病症状后表现出的短期内深度剧烈波动，以及死亡后漂浮于水面导致的深度持续为零；并将识别出的异常行为发送至灾害即时临报单元，试验鱼行为识别单元还用于确定死亡标志试验鱼种类及其对过饱和气体的耐受性阈值，并将鱼种和耐受性阈值信息发送至损失程度量化单元。

进一步地，气体过饱和预测单元用于提供河道洪水演进推算以及溶解气体沿程耗散和坝下掺混预测的技术支持，包括干支流来水过程预测子单元、河道洪水演进推算子单元、河道气体饱和度预测子单元和坝下气体饱和度预测子单元，所述干支流来水过程预测子单元用于提供基于短期气象预报的各级库区支流常年回水区末端、龙头梯级库尾、末游梯级下游支流河口在预报时效内的来水流量过程，所述河道洪水演进推算子单元用于在来水流量过程和各梯级运行调度规程、汛期调度方案、泄洪设施调度运用程序给定的条件下，实现洪水在各梯级库区到末游梯级下游河道的自上而下逐级演进推算，所述河道气体饱和度预测子单元用于预测各梯级库区和末游梯级下游河道溶解气体饱和度时空变化，所述坝下气体饱和度预测子单元用于预测各梯级坝下溶解气体掺混浓度。

进一步地，灾害即时临报单元接收试验鱼行为识别单元发送的标志试验鱼行为异常信息，用于根据各种标志试验鱼异常行为诱发机制执行差异化灾害即时临报策略；其中的差异化灾害即时临报策略包括：河段干流任一分布终端首次监测到标志试验鱼鱼种平均深度逐渐增加时，向自身与相邻下游分布终端之间的网箱养殖单位发布下沉或转移网箱的建议；库区支流河口的分布终端首次监测到标志试验鱼鱼种平均深度逐渐增加时，向该支流上的网箱养殖单位发布下沉或转移网箱的建议；河段干支流任一分布终端首次监测到标志试验鱼短期内深度剧烈波动时，向相邻上游水库管理机构发布增加机组过流比例或更换泄洪方式的调度建议；河段干支流任一分布终端首次监测到标志试验鱼所处深度持续为零时，向相邻上游水库管理机构发布尽可能拦蓄洪水以减小泄洪流量的调度建议。

进一步地，损失程度量化单元基于未来河道溶解气体饱和度时空变化以及天然渔业资源分布情况，结合各鱼种对过饱和气体的耐受性阈值，实现未来溶解气体过饱和造成损失规模的预估。

进一步地，预测发布单元包括具有可视化功能的地理信息平台，用于集成并图形化展示流域信息并分级表达未来气象条件对应的各河段气体过饱和程度和鱼类死亡经济损失，最终向河道渔业管理机构以及各梯级水库管理机构发布该图形化预测结果。

应用上述装置，提供一种梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统的预警方法，包括以下步骤：

(一)流域进入汛期后，在各梯级首次泄洪之前，挑选其下游河段中主要经济鱼类的多样性样本作为试验鱼；对于每条试验鱼，在其腹腔内植入携带唯一身份码并配置有水深传感器的声学标签进行标志，记录每条标志试验鱼的种类及其声学标签身份码，之后将标志试验鱼放置于该河段所布设气体过饱和生物监测装置的试验网箱中；

(二)地面基站接收气体过饱和生物监测装置和气体过饱和理化监测装置上传的监测数据后，将数据通过2G/3G/4G蜂窝网络转发至分析平台；

(三)试验鱼行为识别单元实时获取每个标志试验鱼所处水深和对应声学标签身份码以及气体过饱和理化监测信息，基于鱼类对过饱和气体的敏感性及其响应方式识别可获取的标志试验鱼行为异常，并将识别出的异常行为发送至灾害即时临报单元；灾害即时临报单元接收试验鱼行为识别单元发送的标志试验鱼行为异常信息，并根据各种标志试验鱼异常行为诱发机制执行差异化灾害即时临报策略；

(四)试验鱼行为识别单元在判别任一标志试验鱼死亡后，通过所携带的声学标签身份码获取该标志试验鱼的种类，结合其所处试验网箱周围的溶解气体饱和度监测信息确定该鱼种样本对过饱和气体的耐受性阈值，并将其种类和耐受性阈值发送至损失程度量化单元；

(五)气体过饱和预测单元的干支流来水过程预测子单元基于集水区内气象条件和集水区出水口径流量之间的定量关系，给出基于短期气象预报的各级库区支流常年回水区末端、龙头梯级库尾、末游梯级下游支流河口在预报时效内的来水流量过程；河道洪水演进推算子单元在来水流量过程和各梯级运行调度规程、汛期调度方案、泄洪设施调度运用程序给定的条件下，进行洪水在各梯级库区到末游梯级下游河道的自上而下逐级演进推算，给出各梯级坝前、坝下水位过程，以及机组和各泄洪设施泄流过程；河道气体饱和度预测子单元通过数据同化技术同化地面基站监测的气体过饱和理化信息，持续更新过饱和气体在各河段干支流的沿程释放模式，并进行各梯级库区和末游梯级下游河道溶解气体饱和度时空变化预测；坝下气体饱和度预测子单元通过数据同化技术同化地面基站监测的气体过饱和理化信息，持续更新坝前水位、坝下水位、坝前溶解气体饱和度、机组和各泄洪设施过流流量与坝下溶解气体饱和度之间的定量关系，并进行各梯级坝下溶解气体掺混浓度预测；其中，河道气体饱和度预测和坝下气体饱和度预测交替进行，具体过程为：龙头梯级库区气体饱和度预测，龙头梯级坝下气体饱和度预测，第二梯级库区气体饱和度预测，第二梯级坝下气体饱和度预测，直至末游梯级坝下气体饱和度预测，以及末游梯级坝下河道气体饱和度预测；

(六)损失程度量化单元基于气体过饱和预测单元提供的预报时效范围内的河道溶解气体饱和度时空变化信息，界定发生气体过饱和的河段并给出所界定河段溶解气体饱和度随时间变化过程，将其与天然渔业资源分布情况叠加后，结合各鱼种样本对过饱和气体耐受性阈值的统计信息，量化预计致死的主要经济鱼类对应的经济损失；预测发布单元利用具有可视化功能的地理信息平台，集成并图形化展示流域边界、河道干支流、各梯级水库和分布终端的位置信息，同时利用多重颜色分级表达未来气象条件对应的各河段气体过饱和程度和预计致死鱼类死亡经济损失，最终向河道渔业管理机构以及各梯级水库管理机构发布该图形化预测结果。

布设于背景断面和掺气断面的分布终端可省略气体过饱和生物监测装置而仅设置气体过饱和理化监测装置；布设于衰减断面的分布终端同时设置气体过饱和生物监测装置和气体过饱和理化监测装置。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(一)本发明针对梯级水库泄洪溶解气体过饱和的分布特点，采取高效合理的监测断面布置方式，监测环节耦合了理化及生物监测，能够全面地提供溶解气体过饱和的实时分布状况及其原位生态效应；

(二)本发明可以在梯级水库泄洪调度时提供泄洪导致的过饱和灾害临报信息，提供流域范围内过饱和灾害程度分布并提供针对性的调度建议；

(三)本发明可以在未来气象预报的基础上提供泄洪溶解气体过饱和危险程度分布的预测，支撑河道渔业管理机构和梯级水库管理机构进行调度决策。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

图2为分布终端示意图。

图3为本发明的方法流程图。

图4为实施例监测断面种类及布置示意图。

图5为实施例各梯级TDG饱和度示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1

梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统，由分布终端、分析平台和预警模块组成。

第一部分：分布终端。

分布终端1由地面基站11、气体过饱和生物监测装置12和气体过饱和理化监测装置13组成，用于实时获取梯级水库流域尺度内溶解气体过饱和的原位生物效应及其理化数值。

1、地面基站11布设于河岸，可同时采用2G/(支持GSM/CDMA)、3G(支持WCDMA/TD-SCDMA/CDMA2000)/和4G(支持TD-LTE)蜂窝网络、ZigBee以及有线通信，负责接收气体过饱和生物监测装置12和气体过饱和理化监测装置13上传的监测数据，同时将数据通过2G/3G/4G蜂窝网络转发至分析平台。

2、气体过饱和生物监测装置12由试验网箱121、标志试验鱼122和水声接收仪123构成，所述试验网箱121靠近河岸布置，底部和侧面固定于河床上，试验网箱121的侧壁和底部由网状物构成从而确保网箱内的水可与外部水体自由交换，所述标志试验鱼122为携带着配置有水深传感器的声学标签的不同鱼种试验用鱼，标志试验鱼122的活动范围限定于网箱范围内，携带的声学标签周期性地将其身份码以及水深监测信息通过超声波发送至水体中，所述水声接收仪123浸没于水体中，负责接收标志试验鱼122携带的声学标签发出的超声波信息，并通过有线通信将信息上传至地面基站。

3、气体过饱和理化监测装置13由水下监测节点131、锚绳132和水面汇集节点133构成，所述水下监测节点131具有浮力，配置总溶解气体传感器并具有水下通信功能，所述锚绳132的一端固定在河床上，锚绳132上间隔布置若干水下监测节点131使其在垂向上均匀分布，锚绳132以不影响河道通航为标准确定其最大长度，河道断面布设的锚绳132条数以及每条锚绳132上布置的水下监测节点131个数均由断面溶解气体水平和垂向混合程度确定，所述水面汇集节点133漂浮于水面上，采用水声和ZigBee双模通信，水下监测节点131以及水面汇集节点133之间采用水声通信构成水下传感器网络，水下监测节点131周期性监测总溶解气体饱和度，监测频率根据河道断面受泄洪溶解气体过饱和影响程度确定，监测信息经由水下传感器网络汇总至水面汇集节点133，水面汇集节点133将信息通过ZigBee上传至地面基站11。

第二部分：分析平台。

分析平台2由试验鱼行为识别单元21和气体过饱和预测单元22组成。

1、试验鱼行为识别单元21实时获取每个标志试验鱼122所处水深和对应声学标签身份码以及气体过饱和理化监测信息，用于识别可获取的标志试验鱼122行为异常，并将识别出的异常行为发送至灾害即时临报单元31，试验鱼行为识别单元21还用于确定死亡标志试验鱼122种类及其对过饱和气体的耐受性阈值，并将鱼种和耐受性阈值信息发送至损失程度量化单元32。

2、气体过饱和预测单元22用于提供河道洪水演进推算以及溶解气体沿程耗散和坝下掺混预测的技术支持，包括干支流来水过程预测子单元、河道洪水演进推算子单元、河道气体饱和度预测子单元和坝下气体饱和度预测子单元，所述干支流来水过程预测子单元用于提供基于短期气象预报的各级库区支流常年回水区末端、龙头梯级库尾、末游梯级下游支流河口在预报时效内的来水流量过程，所述河道洪水演进推算子单元用于在来水流量过程和各梯级运行调度规程、汛期调度方案、泄洪设施调度运用程序给定的条件下，实现洪水在各梯级库区到末游梯级下游河道的自上而下逐级演进推算，所述河道气体饱和度预测子单元用于预测各梯级库区和末游梯级下游河道溶解气体饱和度时空变化，所述坝下气体饱和度预测子单元用于预测各梯级坝下溶解气体掺混浓度。

第三部分：预警模块。

预警模块3由灾害即时临报单元31、损失程度量化单元32和过饱和预测发布单元33组成，用于发布气体过饱和灾害临报信息，以及气象预报时效内气体过饱和的预估损失。

1、灾害即时临报单元31接收试验鱼行为识别单元21发送的标志试验鱼122行为异常信息，用于根据各种标志试验鱼122异常行为诱发机制执行差异化灾害即时临报策略。

2、所述损失程度量化单元32基于未来河道溶解气体饱和度时空变化以及天然渔业资源分布情况，结合各鱼种对过饱和气体的耐受性阈值，实现未来溶解气体过饱和造成损失规模的预估。

3、预测发布单元33包括具有可视化功能的地理信息平台，用于集成并图形化展示流域信息并分级表达未来气象条件对应的各河段气体过饱和程度和鱼类死亡经济损失，最终向河道渔业管理机构以及各梯级水库管理机构发布该图形化预测结果。

实施例2

采用梯级水库泄洪溶解气体过饱和预警系统(如图1所示)，对长江上游某梯级水库泄洪时进行过饱和气体的预警。该梯级水库群包含2个梯级水库，针对不同断面所处位置，分类为背景断面、衰减断面和掺气断面，背景断面用于反映入流水体的溶解气体饱和度背景值，囊括各级库区支流常年回水区末端、龙头梯级库尾、末游梯级下游支流河口断面；衰减断面用于提供水体向下游流动过程中的过饱和气体释放情况，囊括龙头梯级下游各级库区及末游梯级下游河道沿程均布断面、各级库区支流河口断面；掺气断面用于体现大坝泄洪对水体溶解气体饱和度的影响情况，囊括各梯级坝上、坝下断面。该实施例的监测断面种类及布置如图4所示，具体实施按照以下步骤进行(如图3所示)：

(一)流域进入汛期后，在各梯级首次泄洪之前，挑选其下游河段中主要经济鱼类的多样性样本作为试验鱼；对于每条试验鱼，在其腹腔内植入携带唯一身份码并配置有水深传感器的声学标签进行标志，记录每条标志试验鱼122的种类及其声学标签身份码，之后将标志试验鱼122放置于该河段所布设气体过饱和生物监测装置12的试验网箱121中；

在衰减断面设置过饱和生物监测装置12以及理化监测装置13(如图2所示)，其他断面只设置理化监测装置13，河道断面布设的气体过饱和理化监测装置13的锚绳132条数以及每条锚绳132上布置的水下监测节点131个数均由断面溶解气体水平和垂向混合程度确定：布设于背景断面的气体过饱和理化监测装置13，设有2条锚绳132且每条锚绳132上布置2个水下监测节点131；布设于河道干流衰减断面的气体过饱和理化监测装置13，设有3条锚绳132且每条锚绳132上布置3个水下监测节点131；布设于河道支流衰减断面的气体过饱和理化监测装置13，设有2条锚绳132且每条锚绳132上布置3个水下监测节点131；布设于坝上掺气断面的气体过饱和理化监测装置13，设有3条锚绳132且每条锚绳132上布置4个水下监测节点131；布设于坝下掺气断面的气体过饱和理化监测装置13，设有4条锚绳132且每条锚绳132上布置2个水下监测节点131；

河道断面布设的气体过饱和理化监测装置13的水下监测节点131周期性监测总溶解气体饱和度，监测频率根据河道断面受泄洪溶解气体过饱和影响程度确定：布设于背景断面的水下监测节点131，监测频率为非汛期逐月监测，汛期逐日监测；布设于河道干流衰减断面的水下监测节点131，监测频率为非汛期逐旬监测，汛期逐日监测；布设于河道支流衰减断面的水下监测节点131，监测频率为非汛期逐月监测，汛期逐日监测；布设于掺气断面的水下监测节点131，监测频率为全年逐日监测。

(二)地面基站11接收气体过饱和生物监测装置12和气体过饱和理化监测装置13上传的监测数据后，将数据通过2G/3G/4G蜂窝网络转发至分析平台2；

(三)试验鱼行为识别单元21实时获取每个标志试验鱼122所处水深和对应声学标签身份码以及气体过饱和理化监测信息，基于鱼类对过饱和气体的敏感性及其响应方式识别可获取的标志试验鱼122行为异常，可获取的标志试验鱼122行为异常包括：对气体过饱和环境不适导致的鱼种平均深度逐渐增加、出现气泡病症状后表现出的短期内深度剧烈波动，以及死亡后漂浮于水面导致的深度持续为零，并将识别出的异常行为发送至灾害即时临报单元31；灾害即时临报单元31接收试验鱼行为识别单元21发送的标志试验鱼122行为异常信息，并根据各种标志试验鱼122异常行为诱发机制执行差异化灾害即时临报策略；灾害即时临报单元31根据各种标志试验鱼122异常行为诱发机制执行的差异化灾害即时临报策略包括：河段干流任一分布终端1首次监测到标志试验鱼122鱼种平均深度逐渐增加时，向自身与相邻下游分布终端1之间的网箱养殖单位发布下沉或转移网箱的建议；库区支流河口的分布终端1首次监测到标志试验鱼122鱼种平均深度逐渐增加时，向该支流上的网箱养殖单位发布下沉或转移网箱的建议；河段干支流任一分布终端1首次监测到标志试验鱼122短期内深度剧烈波动时，向相邻上游水库管理机构发布增加机组过流比例或更换泄洪方式的调度建议；河段干支流任一分布终端1首次监测到标志试验鱼122所处深度持续为零时，向相邻上游水库管理机构发布尽可能拦蓄洪水以减小泄洪流量的调度建议；

(四)试验鱼行为识别单元21在判别任一标志试验鱼122死亡后，通过所携带的声学标签身份码获取该标志试验鱼122的种类，结合其所处试验网箱121周围的溶解气体饱和度监测信息确定该鱼种样本对过饱和气体的耐受性阈值，并将其种类和耐受性阈值发送至损失程度量化单元32；

(五)气体过饱和预测单元22的干支流来水过程预测子单元基于集水区内气象条件和集水区出水口径流量之间的定量关系，给出基于短期气象预报的各级库区支流常年回水区末端、龙头梯级库尾、末游梯级下游支流河口在预报时效内的来水流量过程；河道洪水演进推算子单元在来水流量过程和各梯级运行调度规程、汛期调度方案、泄洪设施调度运用程序给定的条件下，进行洪水在各梯级库区到末游梯级下游河道的自上而下逐级演进推算，给出各梯级坝前、坝下水位过程，以及机组和各泄洪设施泄流过程；河道气体饱和度预测子单元通过数据同化技术同化地面基站11监测的气体过饱和理化信息，持续更新过饱和气体在各河段干支流的沿程释放模式，并进行各梯级库区和末游梯级下游河道溶解气体饱和度时空变化预测；坝下气体饱和度预测子单元通过数据同化技术同化地面基站11监测的气体过饱和理化信息，持续更新坝前水位、坝下水位、坝前溶解气体饱和度、机组和各泄洪设施过流流量与坝下溶解气体饱和度之间的定量关系，并进行各梯级坝下溶解气体掺混浓度预测；其中，河道气体饱和度预测和坝下气体饱和度预测交替进行，具体过程为：龙头梯级库区气体饱和度预测，龙头梯级坝下气体饱和度预测，第二梯级库区气体饱和度预测，第二梯级坝下气体饱和度预测，直至末游梯级坝下气体饱和度预测，以及末游梯级坝下河道气体饱和度预测；

(六)损失程度量化单元32基于气体过饱和预测单元22提供的预报时效范围内的河道溶解气体饱和度时空变化信息，界定发生气体过饱和的河段并给出所界定河段溶解气体饱和度随时间变化过程，将其与天然渔业资源分布情况叠加后，结合各鱼种样本对过饱和气体耐受性阈值的统计信息，量化预计致死的主要经济鱼类对应的经济损失；预测发布单元33利用具有可视化功能的地理信息平台，集成并图形化展示流域边界、河道干支流、各梯级水库和分布终端的位置信息，同时利用多重颜色分级表达未来气象条件对应的各河段气体过饱和程度和预计致死鱼类死亡经济损失，最终向河道渔业管理机构以及各梯级水库管理机构发布该图形化预测结果。

本例中，采用本发明对梯级水库过饱和状态进行分析，如图5所示，在第一、第二梯级均采用导流过水，第三梯级采用泄洪洞与机组过水，第四梯级采用深孔与机组过水情况下，理化检测装置发现超过库区经济鱼类可承受阈值，生物检测装置发现鱼类死亡，灾害即时临报单元发布气体过饱和预警，向第三梯级下游库区发布转移养殖网箱建议，同时建议第三梯级减小泄洪量。减少了经济鱼类死亡经济损失以及珍惜鱼类死亡风险。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。