一種水下光照調(diào)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光照設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于改善水下光照條件，以促進(jìn)生態(tài)平衡、消除污染的的水下光照調(diào)控裝置，主要用于水污染治理，特別是促進(jìn)自然水體的自凈能力，其次用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，增加產(chǎn)量，降低病死率。
【背景技術(shù)】
[0002]2015年4月2日國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計(jì)劃》(即“水十條”)，提出到2020年全國水環(huán)境質(zhì)量得到階段性改善，污染嚴(yán)重水體較大幅度減少，飲用水安全保障水平持續(xù)提升，地下水超采得到嚴(yán)格控制，地下水污染加劇趨勢得到初步遏制，近岸海域環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)中趨好，京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域水生態(tài)環(huán)境狀況有所好轉(zhuǎn)。到2030年，力爭全國水環(huán)境質(zhì)量總體改善，水生態(tài)系統(tǒng)功能初步恢復(fù)。到本世紀(jì)中葉，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面改善，生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。
[0003]水環(huán)境保護(hù)事關(guān)人民群眾切身利益，事關(guān)全面建成小康社會，事關(guān)實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國夢。當(dāng)前，我國一些地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量差、水生態(tài)受損重、環(huán)境隱患多等問題十分突出，影響和損害群眾健康，不利于經(jīng)濟(jì)社會持續(xù)發(fā)展。
[0004]當(dāng)前，全國水環(huán)境的形勢非常嚴(yán)峻。體現(xiàn)在三個方面:第一，就整個地表水而言，受到嚴(yán)重污染的劣V類水體所占比例較高，全國約10%，有些流域甚至大大超過這個數(shù)。如海河流域劣V類的比例高達(dá)39.1%。第二，流經(jīng)城鎮(zhèn)的一些河段，城鄉(xiāng)接合部的一些溝渠塘壩污染普遍比較重，并且由于受到有機(jī)物污染，黑臭水體較多，受影響群眾多，公眾關(guān)注度高，不滿意度高。第三，涉及飲水安全的水環(huán)境突發(fā)事件的數(shù)量依然不少。
[0005]污水治理除了利用污水處理廠來凈化以外，自然水體也有自凈能力。污水排入水體后，一方面對水體產(chǎn)生污染，另一方面水體本身有一定的凈化污水的能力，即經(jīng)過水體的物理、化學(xué)與生物的作用，使污水中污染物的濃度得以降低，經(jīng)過一段時間后，水體往往能恢復(fù)到受污染前的狀態(tài)，并在微生物的作用下進(jìn)行分解，從而使水體由不潔恢復(fù)為清潔，這一過程稱為水體的自凈過程。但其自凈需要的時間長，范圍大。如果能夠提高自然水體的自凈能力則非常有利于全國水環(huán)境改善。BOD5(生化需氧量)就是一個表示水體被有機(jī)物污染程度的重要指標(biāo)。
[0006]空氣中的分子態(tài)氧溶解在水中稱為溶解氧。溶解氧值是研宄水自凈能力的一種依據(jù)。水里的溶解氧被消耗，要恢復(fù)到初始狀態(tài)，所需時間短，說明該水體的自凈能力強(qiáng)，或者說水體污染不嚴(yán)重。否則說明水體污染嚴(yán)重，自凈能力弱，甚至失去自凈能力。
[0007]水體富營養(yǎng)化是指因湖泊、河流、水庫等水體中氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)含量過多所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象。生活污水以及化肥、食品、洗滌劑等工業(yè)產(chǎn)生的廢水中，含有大量的氮、磷等植物營養(yǎng)元素。這些物質(zhì)進(jìn)入水體后，使水中營養(yǎng)物質(zhì)過剩，藻類大量繁殖，引起水中溶解氧大量減少，水質(zhì)惡化，最終導(dǎo)致魚、蝦等水生生物死亡。這種現(xiàn)象在湖泊出現(xiàn)叫“水華”，在海灣出現(xiàn)叫“赤潮”。
[0008]治理水體富營養(yǎng)化，我們從一種典型的水生植物一一水葫蘆入手，水葫蘆學(xué)名鳳眼蓮。水葫蘆莖葉懸垂于水上，蘗枝匍匐于水面，其須根發(fā)達(dá)，分蘗繁殖快，管理粗放，是美化環(huán)境、凈化水質(zhì)的良好植物。
[0009]但是，水葫蘆的繁殖能力極其旺盛，一旦有適合它生長的環(huán)境，它便快速生長，并成為當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢物種，抑制或影響其他物種的生長，破壞生態(tài)多樣性，極易造成該地區(qū)生態(tài)惡化，物種單一。水葫蘆繁殖速度極快，生長時會消耗大量溶解氧，幾乎成了“污染”的代名詞，滇池、太湖、黃浦江及武漢東湖等著名水體，均出現(xiàn)過水葫蘆泛濫成災(zāi)的情況，耗費(fèi)巨資也無法根治，水葫蘆給滇池造成損失的案例是入侵物種危害的經(jīng)典案例之一。
[0010]水葫蘆的危害根源主要包括兩個方面，一方面是對其生活的水面采取了野蠻的封鎖策略，擋住陽光，導(dǎo)致水下植物得不到足夠光照而死亡，破壞水下動物的食物鏈，導(dǎo)致水生動物死亡。另一方面是某些其代謝產(chǎn)物對于其它水生植物產(chǎn)生的化感作用一一但這種化感作用經(jīng)研宄在其根區(qū)光照充足的時候得到抑制(影響水生高等植物與藻類之間克生作用的因素唐萍)。
[0011]目前解決水葫蘆的危害的方法打撈法，機(jī)械打碎沉底法，化學(xué)除草法等。打撈法是目前最常用的方法，效果雖好但人力物力投入很大，而且不治本，常常反復(fù)。機(jī)械打碎水葫蘆并將其沉底的方法過于簡單粗暴，且營養(yǎng)依然存在水中，而且腐爛的水葫蘆加劇了水質(zhì)惡化。化學(xué)除草法更加破壞生態(tài)平衡，同時沒有清除水中的營養(yǎng)，效果最差。
[0012]雖說泛濫的水葫蘆造成了生態(tài)災(zāi)難，但是水葫蘆確實(shí)能治污水:水葫蘆的吸污能力在所有的水草中，被認(rèn)為是最強(qiáng)的，在適宜條件下，一公頃水葫蘆能將800人排放的氮、磷元素當(dāng)天吸收掉，水葫蘆還能從污水中除去鎘、鉛、汞、鉈、銀、鈷、鍶等重金屬元素。
[0013]然而，現(xiàn)有技術(shù)是無論哪種方法，都是要消滅浮水植物，費(fèi)時費(fèi)力而且效果不佳，有的方法還增加了其它污染(例如用化學(xué)除草劑)。
[0014]如果能夠即保持水葫蘆正常生長，又能讓水體中的生物生存，則可以使水體保持較高的自凈能力，也能保證生物多樣化。
[0015]水相對于空氣是一種光密介質(zhì)，依據(jù)光學(xué)原理，光在兩種介質(zhì)間傳播時，在光疏介質(zhì)，光線與法線的夾角比光密介質(zhì)光線與法線的夾角大，入射角與折射角為正相關(guān)。當(dāng)太陽高度角越低，即入射角越大，則照射入水中的折射角越大，達(dá)到相同深度的光線的光程越長，受到的削弱越多，因此水中的照度越小。同時，當(dāng)太陽高度角越低，折射的光線就越少，反射的光線越多，照射進(jìn)水中的光線就越少，水面及水里的雜質(zhì)、浮游生物、水生動植物等都會遮擋陽光，影響陽光在水中的照明。
[0016]如圖1所示，針對以上影響水下光照條件的因素，可采用“物理開窗”的方式進(jìn)行改善，具體方式是采用某種物理結(jié)構(gòu)(例如框架等)放置在水葫蘆I的水域，擠占水葫蘆I的生長區(qū)域，從而在水體上形成若干類似天窗的透光區(qū)域，通過這些透光區(qū)域向水下投射光線，改善水下光照條件，在利用水葫蘆I解決水體富營養(yǎng)化引發(fā)的各種水華、赤潮等問題的同時，可避免水葫蘆I對水體生態(tài)系統(tǒng)造成不利影響，從而達(dá)到保持生態(tài)平衡，消除污染的目的。
[0017]但是，根據(jù)光學(xué)知識可知，在通過窗口向水下投射光線時會存在較大的死角區(qū)域H，導(dǎo)致投射的光照范圍較為有限，對此，要么增大水域上的窗口面積，要么增加水域上的窗口數(shù)量，不論哪一種方式都會過多的擠占浮水植物的生長空間，導(dǎo)致凈水效果變差，而且所需要的設(shè)備體積較大、數(shù)量較多，成本將大幅提高。
[0018]因此，在向水下投射光線的過程中，如何避免過多的擠占浮水植物的生長空間即可達(dá)到改善光照條件的目的，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0019]本實(shí)用新型的目的是提供一種水下光照調(diào)控裝置。該裝置向水下投射光線的范圍可擴(kuò)展至死角區(qū)域，所需的布置面積和數(shù)量都大為減少，不會過多的擠占浮水植物的生長空間，進(jìn)而保證了凈水效果。
[0020]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種水下光照調(diào)控裝置，用于分布在需光水域，包括能夠漂浮于或安置于水面的光路器件，所述光路器件的主體部分為透光區(qū)域，所述光路器件為凹透鏡或光學(xué)特性等效于凹透鏡的透光體，其光線收集面向上，光線擴(kuò)散面向下，并擠壓水體形成與光線擴(kuò)散面相一致的形狀，以向其下方及周邊的受遮擋區(qū)域投射光線。
[0021]優(yōu)選地，所述透光體由透明材料制成，其光線擴(kuò)散面為球面。
[0022]優(yōu)選地，所述透光體由透明材料制成，其光線擴(kuò)散面的橫截面輪廓為二次曲線、二次曲線的的等效曲線或者內(nèi)接于所述二次曲線、等效曲線的多段線。
[0023]優(yōu)選地，所述透光體由其橫截面輪廓沿放樣路徑放樣形成，所述放樣路徑為原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)放樣路徑、直線放樣路徑、曲線放樣路徑或多段線放樣路徑，且放樣為等截面放樣或變截面放樣。
[0024]優(yōu)選地，所述透光體上方設(shè)有透光頂蓋或與之上下對稱的另一透光體。
[0025]優(yōu)選地，所述凹透鏡或透光體的光線擴(kuò)散面下方設(shè)有光導(dǎo)管。
[0026]優(yōu)選地，所述光導(dǎo)管下端設(shè)有另一凹透鏡或透光體。