智能调控农田面源湿地净化系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种智能调控农田面源湿地净化系统及控制方法，所述净化系统包含多个湿地子模块、智能控制子模块和回用及补水模块；所述湿地子模块用于接收、储存农田面源来水，以及通过生物净化作用净化所述农田面源来水后存储或输出；所述智能控制子模块用于根据水文、水质和气象数据，控制所述湿地子模块水位、进出水量、回水灌溉水量和补水水量；所述回用及补水模块用于通过启闭水泵，将所述湿地子模块储存的所述农田面源来水和/或净化后的所述农田面源来水回送至农田灌溉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生态环保
，具体涉及一种智能调控农田面源湿地净化系统及控制方法
技术介绍
随着环保技术的发展，点源污染逐渐被控制，面源污染逐渐成为治理的难点，其中村落及农田面源污染尤为突出。随着降雨的冲刷，雨水径流等面源污染进入农田沟渠、河流、湖泊等水体，其中初期雨水的污染物含量在整个雨水径流过程中所占比例最高，尤其是丰水期初期雨水、农田径流等面源污染来水。因此若能有效收集初期雨水、农田灌溉退水并进行集中处理，就可以有效减少氮、磷等营养盐流入受纳水体，进而保护收纳水体水质，控制流域面源污染。面源污染湿地净化技术是一种天然净化与人工处理相结合的复合工艺，主要利用基质、植物和微生物等作用对面源污染进行净化，具有投资少、操作简单、维护和运行费用低等优点，是治理和控制面源污染的重要技术手段之一。但从现有关于湿地技术的专利情况看，专利专利技术重点是湿地结构和湿地净化生物的设计，未见关于针对湿地最优化控制的专利。个别专利虽然涉及到自动控制功能，如中国专利“串联式河道水质改善和水资源调蓄方法”(CN102329000A)公开的一种简单的自动控制系统，但仅限于提出简单的浓度反馈控制和水位控制两种原理，并未给出具体的控制逻辑。为此针对湿地处理农田径流面源污染时存在的水质波动大、受降雨影响水量变化大的问题，业内亟需提供一种有效且高效的智能控制湿地净化系统。
技术实现思路
本专利技术目的在于在湿地适当位置加装了通用的水位、氨氮、浊度传感器，在湿地进口、出口、单元过水通道安装闸门，在湿地回水池中加装了通用的控制水泵，采用无线传输实现采集数据和控制信号远程传输；通过综合考虑实时降雨、预测降雨、水 位、水质浓度参数，设计各湿地子单元的最优水位、进出水量、回水灌溉水量和补水水量智能控制程序，提升面源污染的净化效率。为达上述目的，本专利技术具体提供一种智能调控农田面源湿地净化系统，所述净化系统包含多个湿地子模块、智能控制子模块和回用及补水模块；所述湿地子模块用于接收、储存农田面源来水，以及通过生物净化作用净化所述农田面源来水后存储或输出；所述智能控制子模块用于根据水文、水质和气象数据，控制所述湿地子模块水位、进出水量、回水灌溉水量和补水水量；所述回用及补水模块用于通过启闭水泵，将所述湿地子模块储存的所述农田面源来水和/或净化后的所述农田面源来水回送至农田灌溉。在上述智能调控农田面源湿地净化系统中，优选的,所述智能控制子模块包含传感单元、数据传输单元、处理分析单元以及闸/阀门控制单元；所述传感单元包含多个传感器，所述传感器设置于多个所述湿地子模块的进水通道口或出水通道口外水域中，用于检测所述水域的水位和/或水质数据；所述数据传输单元包含数据采集器以及数据传输器，用于将所述传感器采集获得的水位和/或水质数据输出至所述处理分析单元；所述处理分析单元用于根据所述水位和/或水质数据，按预设值发出控制信息控制所述闸/阀门控制单元，控制闸门开度及阀门的开关；所述闸/阀门控制单元包含进水闸门、出水闸门、过水闸门、泄水闸门和管线阀门。所述进水闸门设置于所述湿地子模块进水通道口，所述出水闸门设置于所述湿地子模块出水通道口，所述过水闸门设置于多个所述湿地子模块之间的过水通道中，所述泄水闸门位于来水区末端，所述管线阀门设置于所述回用及补水模块与所述湿地子模块的相连管道上，所述闸/阀门控制单元用于根据所述处理单元发出的控制信息控制所述进水闸门、出水闸门、过水闸门、泄水闸门开度以及管线阀门的开关。在上述智能调控农田面源湿地净化系统中，优选的,所述智能控制子模块还包含通信单元，所述通信单元与所述处理分析单元相连，用于接收终端控制器发出的人工控制指令及天气信息，以及通过所述处理单元获取所述水位和/或水质数据并反馈至所述终端控制器。在上述智能调控农田面源湿地净化系统中，优选的,所述回用及补水模块包含回用池、补水池、回水水泵和补水水泵；所述回用池设置于所述湿地子模块的低洼区域，所述回水水泵设置于所述回用池内，用于将回水送至农田灌溉；所述补水池设置于湿 地外排水区，所述补水水泵设置于补水池内，用于对湿地子模块补水。本专利技术还提供一种适用于上述智能调控农田面源湿地净化系统的控制方法，所述方法包含人工控制模式和自动控制模式；所述人工控制模式包含：将接收到的终端控制器发出的控制指令输出至所述处理分析单元，由所述处理分析单元控制所述闸/阀门控制单元控制闸门开度，调节各过水通道的过水流量以及控制管线阀门的开关；所述自动控制模式包含：循环周期的将预设条件与通过所述通信单元获得天气信息以及通过所述传感单元获得水位和/或水质数据输出至所述处理分析单元，供所述处理分析单元分析比对；将所述天气信息和/或所述水位和/或水质数据按照预设条件进行分析判断，当符合预设条件时，控制所述闸/阀门控制单元控制闸门开度，调节各过水通道的过水流量以及控制管线阀门的开关。在上述控制方法中，优选的，所述方法还包含当所述人工控制模式处于工作时，所述自动控制模式中断工作，当所述人工控制模式终止工作时，所述自动控制模式工作。在上述控制方法中，优选的，所述天气信息包含：当前降雨量、近期降雨量和前期降雨量；其中所述当前降水量为以当前时间点为终点之前的8小时到72小时内所述湿地子模块区域的实际降雨量；所述近期降雨量为以当前为起点之后一个时间预定周期内所述湿地子模块区域的预测降雨量；所述前期降雨量为以当前时间点为终点之前的7天～30天内所述湿地子模块区域的实际降雨量。在上述控制方法中，优选的，所述自动控制模式还包含：将当前降雨量、近期降雨量和前期降雨量分别与预先设定的当前降雨量、近期降雨量和前期降雨量阈值进行比较，获得第一比较结果；以及将所述水位和/或水质数据分别与预定水位阈值和预定水质阈值进行比较，获得第二比较结果与第三比较结果；根据所述第一比较结果、所述第二比较结果和所述第三比较结果，从预置的多个控制方案中获得目标控制方案；根据所述目标控制方案控制所述闸/阀门控制单元，控制闸门开度与阀门开关。在上述控制方法中，优选的，所述水位阈值包含防洪水位、安全高水位、高效水位和最低水位；所述防洪水位为所述湿地子模块因防洪要求允许的最高水位高度；所述安全高水位为所述湿地子模块维持生物净化系统能够长期运行的最大蓄水水位高度；所述高效水位为预设的所述湿地子模块实现生物净化高效率时的蓄水水位高度；所述最低水位为维持所述湿地子模块生存的最低水位高度。在上述控制方法中，优选的，所述自动控制模式还包含：当所述湿地子模块的水位低于所述最低水位时，控制所述回用及补水模块向所述湿地子模块进行补水和/或将湿地外部补水池水补入所述湿地子模块；当所述湿地子模块的水位高于所述高效水位且上游农田需灌溉时，控制所述湿地子模块依次从首级湿地至末级湿地的回水池向农田进行回水灌溉。本专利技术的有益技术效果在于：一是通过采集和控制系统改造可适用于常规各种结构的单级或多级面源净化湿地；二是可以自动运行，无需人为干预；三是引入天气参数来优化湿地运行模式，可以有效收集初期雨水、农田退水，最大程度发挥湿地的净化功能，提高净化效果；四是可以利用湿地调蓄雨水进行农田回用，不仅提升净化效率，也节约农田用水。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能调控农田面源湿地净化系统，其特征在于,所述净化系统包含多个湿地子模块、智能控制子模块和回用及补水模块；所述湿地子模块用于接收、储存农田面源来水，以及通过生物净化作用净化所述农田面源来水后存储或输出；所述智能控制子模块用于根据水文、水质和气象数据，控制所述湿地子模块的水位、进出水量、回水灌溉水量和补水水量；所述回用及补水模块用于通过启闭水泵，将所述湿地子模块储存的所述农田面源来水和/或净化后的所述农田面源来水回送至农田灌溉。

【技术特征摘要】
2015.08.27 CN 20151053500061.一种智能调控农田面源湿地净化系统，其特征在于,所述净化系统包含多个湿地子模块、智能控制子模块和回用及补水模块；所述湿地子模块用于接收、储存农田面源来水，以及通过生物净化作用净化所述农田面源来水后存储或输出；所述智能控制子模块用于根据水文、水质和气象数据，控制所述湿地子模块的水位、进出水量、回水灌溉水量和补水水量；所述回用及补水模块用于通过启闭水泵，将所述湿地子模块储存的所述农田面源来水和/或净化后的所述农田面源来水回送至农田灌溉。2.根据权利要求1所述的智能调控农田面源湿地净化系统，其特征在于,所述智能控制子模块包含传感单元、数据传输单元、处理分析单元以及闸/阀门控制单元；所述传感单元包含多个传感器，所述传感器设置于多个所述湿地子模块的进水通道口或出水通道口外水域中，用于检测所述水域的水位和/或水质数据；所述数据传输单元包含数据采集器以及数据传输器，用于将所述传感器采集获得的水位和/或水质数据输出至所述处理分析单元；所述处理分析单元用于根据所述水位和/或水质数据，按预设值发出控制信息控制所述闸/阀门控制单元，控制闸门开度及管线阀门的开关；所述闸/阀门控制单元包含进水闸门、出水闸门、过水闸门、泄水闸门和管线阀门；所述进水闸门设置于所述湿地子模块进水通道口，所述出水闸门设置于所述湿地子模块出水通道口，所述过水闸门设置于多个所述湿地子模块之间的过水通道中，所述泄水闸门位于来水区末端，所述管线阀门设置于所述回用及补水模块与所述湿地子模块的相连管道上，所述闸/阀门控制单元用于根据所述处理单元发出的控制信息控制所述进水闸门、出水闸门、过水闸门、泄水闸门开度以及管线阀门的开关。3.根据权利要求2所述的智能调控农田面源湿地净化系统，其特征在于,所述智能控制子模块还包含通信单元，所述通信单元与所述处理分析单元相连，用于接收终端控制器发出的人工控制指令及天气信息，以及通过所述处理分析单元获取所述水位和/或水质数据并反馈至所述终端控制器。4.根据权利要求1所述的智能调控农田面源湿地净化系统，其特征在于,所述回
\t用及补水模块包含回用池、补水池、回水水泵和补水水泵；所述回用池设置于所述湿地子模块的低洼区域，所述回水水泵设置于所述回用池内，用于将回水送至农田灌溉；所述补水池设置于湿地外排水区，所述补水水泵设置于补水池内，用于对所述湿地子模块补水。5.一种适用于权利要求3所述的智能调控农田面源湿地净化系统的控制方法，其特征在于，所述方法包含人工控制模式和自动控制模式；所述人工控制模式包含：...

【专利技术属性】
技术研发人员：储昭生，金春玲，储胜利，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11