变化环境下应急调控水华的模拟系统及运行方法技术方案

本发明专利技术公开了一种变化环境下应急调控水华的模拟系统及方法，所述系统包括用水定制单元、多功能模拟单元、环境调节单元、水华投放单元、水质监测单元、控制平台，其中的用水定制单元用于将源水处理定制成为实验用水，多功能模拟单元针对大尺度水域进行物理建模并模拟水华应急措施，环境调节单元用于仿真现场光照、温度、风场等环境条件的组合变化，水华投放单元实现对初始时刻任意形态水华的空间分布模拟，水质监测单元用于实时测量关键水质指标的时空分布，控制平台用于控制关键装置的运行状态。本发明专利技术适用于大尺度水域水华暴发后的应急处置方案效果预测与优选，能够便捷准确地预测流域调水、局部水循环、曝气法等水华应急措施的实施效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种变化环境下应急调控水华的模拟系统及方法，所述系统包括用水定制单元、多功能模拟单元、环境调节单元、水华投放单元、水质监测单元、控制平台，其中的用水定制单元用于将源水处理定制成为实验用水，多功能模拟单元针对大尺度水域进行物理建模并模拟水华应急措施，环境调节单元用于仿真现场光照、温度、风场等环境条件的组合变化，水华投放单元实现对初始时刻任意形态水华的空间分布模拟，水质监测单元用于实时测量关键水质指标的时空分布，控制平台用于控制关键装置的运行状态。本专利技术适用于大尺度水域水华暴发后的应急处置方案效果预测与优选，能够便捷准确地预测流域调水、局部水循环、曝气法等水华应急措施的实施效果。【专利说明】
本专利技术涉及一种变化环境下应急调控水华的模拟系统及方法，属于水资源与水环 境保护
。
技术介绍
随着工业化和城镇化的不断加速，大量污水排放使得生态环境不断恶化。其中的 湖泊水体富营养化问题尤为突出，威胁着经济社会的可持续发展。对于水流交换不畅的富 营养化湖泊（如太湖、巢湖、滇池等），容易出现严重水华灾害。当藻类在短时间内大量繁殖 聚集后，会造成生物多样性下降、鱼类大量死亡、居民饮用水短缺等不良后果。治理湖泊水 华是当前水环境治理的重中之重，常见的水华应急调控措施主要包括流域调水、局部水循 环、人工曝气等。 应急调控湖泊水华的现有研究手段主要有现场观测、数学模型两种。然而，实践表 明，现场观测方法往往只适用于工程实施阶段的后评估，或仅能为类似工程规划提供定性 的参考依据，难以服务于规划论证与方案优选。另一方面，数学模型手段存在着两方面的局 限，其一是模型的率定与验证需要大量历史实测数据（水文、水动力、水质等）的支撑，其二 是该手段往往更适用于历史水华事件的时空模拟，尚难以对复杂变化条件下（气象、水文、 水动力等）的水华事件进行准确模拟和应急调控效果预测。 室内模拟实验具有便捷、高效、直观的优点，已有学者对水华治理的模拟实验技术 进行了探索，如一种模拟湖泊修复生态机理的装置和方法（专利申请号201110004505. 1)， 利用实验柱体模拟湖泊生态环境以对湖泊生态修复机理进行研究；又如一种模拟水华暴发 的实验装置（专利申请号201020688297. 2)，通过模拟不同水流流速、不同水质条件对藻 类发生规律的影响；另有针对水利工程影响下的水华生消过程实验研究系统（专利申请 号201410045838. 2)，可用于定量实验研究水利工程影响下复杂水动力条件变化、动水条件 下藻类生长变化、上下游单个或梯级水利工程优化调度抑制水华效果分析与预测等多种功 能。 分析现有类似技术可知，当前手段基本只能利用规则形状的水槽、柱体等仪器进 行水华暴发的机理研究或分析环境变化对水华的影响，不能对复杂环境条件下、具有复杂 边界条件的湖泊进行水华暴发及多种应急调控的实验测试。因此，研发适用于变化环境下 应急调控水华的模拟系统及方法，在实验室内实现对复杂环境条件下水华事件的准确模 拟、对多种应急调控替代方案的优选，是我国水体富营养治理与水华调控的现实需求。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种变化环境下应急调 控水华的模拟系统及运行方法，用于对复杂环境条件下、具有复杂边界条件的湖泊进行水 华暴发实验模拟及应急调控测试，使之能便捷准确地预测流域调水、局部水循环、曝气法等 水华应急措施的实施效果，进行方案优选。 技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种变化环境下应急调控水华的模拟 系统，包括用水定制单元、多功能模拟单元、环境调节单元、水华投放单元、水质监测单元、 控制平台， 所述用水定制单元包含源水存储装置、水藻分离装置、无藻水存储装置、含藻水存 储装置、调配装置，源水存储装置与水藻分离装置连接，水藻分离装置同时与无藻水存储装 置和含藻水存储装置连接，无藻水存储装置和含藻水存储装置同时与调配装置连接； 所述多功能模拟单元包含环形水槽、模拟池、连通水道、投影装置，所述环形水槽 布置在所述模拟池的外围一圈，两者之间通过若干个可拆卸的连通水道连接，所述环形水 槽的外壁留有进水口，与调配装置的出水口连接，同时环形水槽内壁预留多个可拆卸式出 水口，每个出水口可连接一条连通水道，连通水道内设可逆流量调节阀，投影装置为一台高 清投影仪，位于模拟池中心的正上方，连通水道和投影装置分别通过连通水道控制模块和 投影装置控制模块与控制平台进行信号连接； 所述环境调节单元包含密闭罩、光照调节单元、温度调节单元、风场调节单元，用 于模拟现场气象环境，所述密闭罩为圆柱型的密闭罩体，密闭罩位于模拟池的上方，能完全 罩住多功能模拟单元，密闭罩罩体边壁由双层透明材质制成，内部设有坚向导轨；所述光照 调节单元为安装在密闭罩顶部的发光板，用于模拟不同的光照强度；所述温度调节单元包 含安装在密闭罩四周边壁内的多圈温控管，通过控制多圈温控管管内液体的温度实现对密 闭空间内的气温控制，多圈温控管安装高度不低于风场调节单元的顶端；所述风场调节单 元包含固定在密闭罩四周边壁内的八台鼓风机，所述鼓风机在同一高度上等距布置，高度 不低于模拟池的顶部；环境调节单元通过环境调控制模块与控制平台进行信号连接； 所述水华投放单元位于模拟池上方，包含承重杆、顶盘、投放管、气泵，所述承重杆 水平安置，两端安装在密闭罩边壁上的坚向导轨内，可上下升降；顶盘为水平圆盘，通过连 接杆安装在承重杆的中心，顶盘的直径不小于模拟池的直径，顶盘上均匀密布多个圆孔；所 述投放管上端固定在顶盘的圆孔上，下端管口处内置可充气橡胶小球，可通过充放气控制 小球的体积进而控制投放管内液体的释放流量；所述气泵通过在顶盘上部网状布置的充气 管道与橡胶小球相连；水华投放单元通过水华投放控制模块与控制平台进行信号连接； 所述水质监测单元包含多参数测量架，用于采集水情与水质信息；所述多参数测 量架为圆柱形框架，底部有凸出尖端可插入模拟池内；多参数测量架内水平设有三层下凹 的铁丝网，分别用于固定水位传感器、叶绿素传感器和溶解氧传感器；多参数测量架通过水 质监测模块与控制平台进行信号连接。 作为优选，所述源水存储装置为开敞式水箱，用于存储从现场采集的源水，与水藻 分离装置通过管道连接；所述水藻分离装置为开敞式水箱，包含集水池、过滤池、收集池、出 水池四部分，所述集水池安置在上游，过滤池安置在中游，出水池安置在下游，收集池安置 在过滤池和出水池的正下方，用于将源水存储装置提供的天然源水进行水、藻的分离后分 别输入无藻水存储装置和含藻水存储装置中；所述无藻水存储装置为开敞式水箱，与出水 池通过上出水管连接，用于接收并存储水藻分离装置输出的不含藻水体；所述含藻水存储 装置为恒温透明培养罐，内设微气泡曝气装置和外设照明单元，与水藻分离装置的收集池 通过下出水管连接，用于接收并存储高浓度含藻水；所述调配装置包括第一水罐和第二水 罐，第一水罐用于调配低浓度含藻水进而为多功能模拟单元提供实验用水，第二水罐用于 调配高浓度含藻水进而为水华投放单元提供实验用水，第一水罐和第二水罐均有两个进水 口分别与无藻水存储装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变化环境下应急调控水华的模拟系统，其特征在于：包括用水定制单元、多功能模拟单元、环境调节单元、水华投放单元、水质监测单元、控制平台；所述用水定制单元包含源水存储装置、水藻分离装置、无藻水存储装置、含藻水存储装置、调配装置，源水存储装置与水藻分离装置连接，水藻分离装置同时与无藻水存储装置和含藻水存储装置连接，无藻水存储装置和含藻水存储装置同时与调配装置连接；所述多功能模拟单元包含环形水槽、模拟池、连通水道、投影装置，所述环形水槽布置在所述模拟池的外围一圈，两者之间通过若干个可拆卸的连通水道连接，所述环形水槽的外壁留有进水口，与调配装置的出水口连接，同时环形水槽内壁预留多个可拆卸式出水口，每个出水口可连接一条连通水道，连通水道内设可逆流量调节阀，投影装置为一台高清投影仪，位于模拟池中心的正上方，连通水道和投影装置分别通过连通水道控制模块和投影装置控制模块与控制平台进行信号连接；所述环境调节单元包含密闭罩、光照调节单元、温度调节单元、风场调节单元，用于模拟现场气象环境，所述密闭罩为圆柱型的密闭罩体，密闭罩位于模拟池的上方，能完全罩住多功能模拟单元，密闭罩罩体边壁由双层透明材质制成，内部设有竖向导轨；所述光照调节单元为安装在密闭罩顶部的发光板，用于模拟不同的光照强度；所述温度调节单元包含安装在密闭罩四周边壁内的多圈温控管，通过控制多圈温控管管内液体的温度实现对密闭空间内的气温控制，多圈温控管安装高度不低于风场调节单元的顶端；所述风场调节单元包含固定在密闭罩四周边壁内的八台鼓风机，所述鼓风机在同一高度上等距布置，高度不低于模拟池的顶部；环境调节单元通过环境调控制模块与控制平台进行信号连接；所述水华投放单元位于模拟池上方，包含承重杆、顶盘、投放管、气泵，所述承重杆水平安置，两端安装在密闭罩边壁上的竖向导轨内，可上下升降；顶盘为水平圆盘，通过连接杆安装在承重杆的中心，顶盘的直径不小于模拟池的直径，顶盘上均匀密布多个圆孔；所述投放管上端固定在顶盘的圆孔上，下端管口处内置可充气橡胶小球，可通过充放气控制小球的体积进而控制投放管内液体的释放流量；所述气泵通过在顶盘上部网状布置的充气管道与橡胶小球相连；水华投放单元通过水华投放控制模块与控制平台进行信号连接；所述水质监测单元包含多参数测量架，用于采集水情与水质信息，所述多参数测量架为圆柱形框架，底部有凸出尖端可插入模拟池内，多参数测量架内水平设有三层下凹的铁丝网，分别用于固定水位传感器、叶绿素传感器和溶解氧传感器，多参数测量架通过水质监测模块与控制平台进行信号连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毛劲乔，戴会超，常曼琪，张培培，王茹，徐点点，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32