本发明专利技术公开了一种乡村水环境生态链式修复系统，其包括水质预测模型单元，基于农村水环境历史信息，构建农村水环境的水质预测模型，并基于水质预测模型预测农村水环境下一时刻的水质状况；专家决策单元，用于将预测的水质状况输入专家知识系统中，并输出与预测水质状况对应的修复方案；修复执行单元，用于根据专家决策单元输出的修复方案修复农村水环境。本发明专利技术采用多种组合方式进行农村污水净化，并将净化后的水体导入农村水环境中，通过实时采集水环境的参数信息，构建水环境的水质预测模型，用于预测未来水环境的负荷情况，并根据预测的负荷情况，实时调整污水的处理参数，以达到提前预警提前布施的作用。到提前预警提前布施的作用。到提前预警提前布施的作用。
【技术实现步骤摘要】
一种乡村水环境生态链式修复系统
[0001]本专利技术属于生态修复的
，具体涉及一种乡村水环境生态链式修复系统。
技术介绍
[0002]随着农村经济发展，农村的生活质量得到了大幅提高，与此同时，农村也出现了许多环境问题，最为突出的便是农村水体污染，农村水体的污染使农村生态环境遭到严重损坏，生态环境失去平衡。
[0003]现有技术采用水生植物进行生态修复，水生植物的恢复与重建在淡水生态系统的稳态转化中具有重要作用，除本身能吸收同化污染物外，还能提高湿地、河道生态系统的微生物数量，调整其组成类型等。据调查统计，我国水生植物资源丰富，共有61科、168属、741种。根据生活方式一般分为挺水植物、浮叶植物、沉水植物和漂浮植物以及湿生植物，目前用于湿地、河道修复等生态处理技术的主要有芦苇、香蒲、菖蒲等挺水植物以及苦草、菹草、金鱼藻等沉水植物。
[0004](1)水生植物的主要功能与作用
[0005]水生植物根系具有沁氧功能，剩余未被利用的氧气由根系直接释放到外界环境。发达的根系具有较大的表面积，易在根区土壤形成好氧环境，而在距根区较远的区域形成缺氧和厌氧环境，为微生物的硝化、反硝化作用及其他吸附代谢作用提供适宜的环境，扩大了水质净化的有效空间。其次，发达根系能够穿透介质层，提高基质孔隙度，增强透水性能和水力传导作用，有效避免土壤板结、水力流通不畅等问题，有研究认为，植物的去污效果除了随根系发达程度递增外，还随着水力负荷减小逐渐升高。另外，根系细胞在植物生长过程中向周围环境释放的大量无机离子、糖类和有机酸等分泌物，为微生物代谢提供了多种易降解的有机碳源，而充足的有机碳源是保证反硝化过程顺利进行的前提。
[0006](2)典型挺水植物净化效果
[0007]挺水植物生命周期比藻类、浮水植物长，氮磷储存稳定，易通过收割去除，并且依靠发达的根系和较强的输氧能力进一步提高氮磷去除率。选择适当的挺水植物是构建湿地环境和污水深度处理的关键。
[0008](3)典型沉水植物净化效果
[0009]沉水植物扎根于水底淤泥中，根、茎、叶与水体接触面积大，对水体中营养物质的吸收充分，同时能在水体中通过光合作用提供氧分环境，在湿地生态、河道修复中独具优势。
[0010](4)不同类型植物组合净化效果
[0011]过度单一的植物类型净化能力有限、受季节的影响更明显以及存在抗逆性和抗虫性等问题，水质处理效果不稳定。合理的多种生活型水生植物群落比单一水生植物净化效果更稳定，缓冲能力更强，还能控制藻类生长，降低叶绿素a密度，提高水体透明度。
[0012]但现有技术并不能根据水环境的负荷，实时调整水环境污染治理方案的调节，以至于不能针对性的进行水体净化，更不能实现对水环境水体负荷的预测，以实现提前布设
提前预警的功能。
技术实现思路
[0013]本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种乡村水环境生态链式修复系统，以解决或改善上述的问题。
[0014]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0015]一种乡村水环境生态链式修复系统，其包括：
[0016]水质预测模型单元，基于农村水环境历史信息，构建农村水环境的水质预测模型，并基于水质预测模型预测农村水环境下一时刻的水质状况；
[0017]专家决策单元，用于将预测的水质状况输入专家知识系统中，并输出与预测水质状况对应的修复方案；
[0018]修复执行单元，用于根据专家决策单元输出的修复方案修复农村水环境。
[0019]进一步地，水质预测模型的构建方法包括：
[0020]S1、采集目标区域的农村水环境历史数据，并对历史数据进行预处理，得到关于水环境的时间序列数据；
[0021]S2、基于时间序列数据，构建水质预测模型：
[0022]P
*(t+1)
＝αP
(t)
+(1
‑
β)P
*t
+λt2+M
[0023]其中，P
*(t+1)
为t+1时刻水环境负荷值的预测值，其为无量纲值；P
*t
为t时刻水环境负荷值的预测值；α为短期内影响水环境负荷的权重系数；P
(t)
为t时刻水环境负荷值的实际值；β为波动权重系数；λ为弹性修正系数；M为季节影响因子；
[0024]选取与预测值最近范围内的若干组浮动小于阈值的时间序列数据，并采用加权平均法计算短期内影响水环境负荷的权重系数α；
[0025]选取与预测值最近范围内的若干组浮动大于阈值的的时间序列数据，并采用指数平滑法计算波动权重系数β。
[0026]S3、将预测得到的水环境负荷值与预存在专家知识系统中的标准负荷值进行比较，若预测值超出阈值，则发出警告，并调整修复执行单元中的参数。
[0027]进一步地，计算弹性修正系数λ：
[0028][0029]其中，R
i
为水环境梯度理查森数；η1为污染物物质扩散比例系数，η2为水环境溶解氧变化系数；
[0030]当时，P
*(t+1)
＝αP
(t)
+(1
‑
β)P
*t
‑
λt2+M
[0031]当时，P
*(t+1)
＝αP
(t)
+(1
‑
β)P
*t
+λt2+M。
[0032]进一步地，计算的物质扩散浓度计算物质扩散比例系数η1，包括：
[0033]计算主要污染氨氮、氮、磷物质的物质扩散浓度；
[0034][0035]其中，C为氨氮、氮、磷物质的扩散浓度；u、v、w分别为x、y、z三个方向的流速；D
x
、D
y
、D
Z
分别为x、y、z三个方向的扩散系数；S
C
为源汇项；P
C
为生化反应；
[0036]根据计算的物质扩散浓度计算物质扩散比例系数η1：
[0037][0038]其中，C
′
为氨氮、氮、磷物质的标准物质扩散浓度。
[0039]进一步地，基于污染物质扩散后的浓度，计算水环境梯度理查森数R
i
：
[0040][0041]其中，g为重力加速度；ρ为不同水层处水环境水密度；h为水环境深度，ρ
*
为水环境的平均密度；u为水体流动速度；
[0042]进一步地，计算水环境溶解氧变化系数η2，为：
[0043][0044]其中，O
′
为水环境含氧量，O1为水环境氧气补给量，O2为水环境氧气消耗量，O3为水环境氧气缓解量。
[0045]进一步地，计算季节影响因子M，包括：
[0046]根据不同季节水环境的进出水量对水环境自身负荷的影响，计算季节影响因子M：
[0047]Log
...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种乡村水环境生态链式修复系统，其特征在于，包括：水质预测模型单元，基于农村水环境历史信息，构建农村水环境的水质预测模型，并基于水质预测模型预测农村水环境下一时刻的水质状况；专家决策单元，用于将预测的水质状况输入专家知识系统中，并输出与预测水质状况对应的修复方案；修复执行单元，用于根据专家决策单元输出的修复方案修复农村水环境。2.根据权利要求1所述的乡村水环境生态链式修复系统，其特征在于，所述水质预测模型的构建方法包括：S1、采集目标区域的农村水环境历史数据，并对历史数据进行预处理，得到关于水环境的时间序列数据；S2、基于时间序列数据，构建水质预测模型：P
*(t+1)
＝αP
(t)
+(1
‑
β)P
*t
+λt2+M其中，P
*(t+1)
为t+1时刻水环境负荷值的预测值，其为无量纲值；P
*t
为t时刻水环境负荷值的预测值；α为短期内影响水环境负荷的权重系数；P
(t)
为t时刻水环境负荷值的实际值；β为波动权重系数；λ为弹性修正系数；M为季节影响因子；选取与预测值最近范围内的若干组浮动小于阈值的时间序列数据，并采用加权平均法计算短期内影响水环境负荷的权重系数α；选取与预测值最近范围内的若干组浮动大于阈值的的时间序列数据，并采用指数平滑法计算波动权重系数β。S3、将预测得到的水环境负荷值与预存在专家知识系统中的标准负荷值进行比较，若预测值超出阈值，则发出警告，并调整修复执行单元中的参数。3.根据权利要求2所述的乡村水环境生态链式修复系统，其特征在于，计算弹性修正系数λ：其中，R
i
为水环境梯度理查森数；η1为污染物物质扩散比例系数，η2为水环境溶解氧变化系数；当时，P
*(t+1)
＝αP
(t)
+(1
‑
β)P
*t
‑
λt2+M当时，P
*(t+1)
＝αP
(t)
+(1
‑
β)P
*t
+λt2+M。4.根据权利要求3所述的乡村水环境生态链式修复系统，其特征在于，计算的物质扩散浓度计算物质扩散比例系数η1，包括：计算主要污染氨氮、氮、磷物质的物质扩散浓度；其中，C为氨氮、氮、磷物质的...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪邦稳，张靖雨，袁先江，夏小林，朱昊宇，
申请(专利权)人：安徽省水利部淮河水利委员会水利科学研究院安徽省水利工程质量检测中心站，
类型：发明
国别省市：
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