專利名稱：用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本實(shí)用新型涉及一種用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)。
背景技術(shù)：
伴隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化。近年來我國水體富營養(yǎng)化日益加劇，藻類過度繁殖產(chǎn)生的有害藻華持續(xù)高頻次發(fā)生，已嚴(yán)重影響到居民的飲水安全、 水產(chǎn)養(yǎng)殖、水體景觀價(jià)值等方面，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。2007年太湖藍(lán)藻水華爆發(fā)影響無錫、蘇州等周邊城市的生活、飲用水供水安全，2009年廈門九龍江甲藻水華影響廈門市生活、飲用水供水安全。作為主要飲用水水源地的大中型水庫也頻繁爆發(fā)水華，僅2000-2009 年廣東省就有18座水庫發(fā)生藍(lán)藻水華。2009年三峽水庫香溪河庫灣爆發(fā)甲藻水華。為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的水華形式，水利部水文局于2008年3月下發(fā)《關(guān)于開展藻類監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工作的通知》(水文質(zhì)〔2008〕34號(hào))，部署藻類監(jiān)測(cè)試點(diǎn)工作。環(huán)保部在2010年9 月下發(fā)了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)分散式飲用水水源地環(huán)境保護(hù)工作的通知》，強(qiáng)調(diào)了飲用水水源地保護(hù)的緊迫性。藻類監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為了水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作中的重點(diǎn)。目前現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)藻類監(jiān)測(cè)的方法主要有以下幾種1)顯微鏡法測(cè)量細(xì)胞數(shù)監(jiān)測(cè)人員需要乘船到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行采樣并固定，帶回實(shí)驗(yàn)室后由專業(yè)人員進(jìn)行鏡檢分析。2)萃取法測(cè)量葉綠素含量監(jiān)測(cè)人員需要現(xiàn)場(chǎng)采樣并過濾濃縮，帶回實(shí)驗(yàn)室后用丙酮等有機(jī)溶劑萃取葉綠素并進(jìn)行測(cè)量。3)現(xiàn)場(chǎng)熒光法測(cè)量葉綠素含量監(jiān)測(cè)人員攜帶便攜式熒光儀到現(xiàn)場(chǎng)采樣并通過測(cè)量藻類色素的熒光強(qiáng)度來獲知藻類葉綠素含量，目前最新的熒光儀已有測(cè)量藍(lán)藻生物量和總藻類生物量的不同版本。4)藻類色素?zé)晒獗O(jiān)測(cè)浮標(biāo)熒光計(jì)探頭集成在浮標(biāo)上，在現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)水體中的藻類生物量，數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)桨渡匣尽?)無線視頻監(jiān)測(cè)浮標(biāo)授權(quán)公告號(hào)為CN 201689088U的中國實(shí)用新型專利中提到了采用無線視頻拍攝監(jiān)測(cè)藍(lán)藻濃度變化。它在浮標(biāo)上安裝監(jiān)控?cái)z像頭，用于拍攝浮標(biāo)水域的照片，無線傳輸?shù)桨渡匣?，由監(jiān)測(cè)人員根據(jù)水域照片判斷是否發(fā)生了水華。6)遙感測(cè)量藻類生物量通過衛(wèi)星搭載的光譜儀來大面積測(cè)量水色光譜，用特定公式估算水體的生物量。然而，現(xiàn)有的藻類監(jiān)測(cè)技術(shù)分別存在如下缺點(diǎn)1)顯微鏡法測(cè)量細(xì)胞數(shù)樣品從采樣到得出結(jié)果整個(gè)過程具有較大的時(shí)間滯后性，不能做到及時(shí)預(yù)警。此外，在顯微鏡下藻類分類和計(jì)數(shù)需要非常專業(yè)的人員，并且分析樣品的效率較低(一般而言，對(duì)一個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行定性、定量分析約需2小時(shí))。2)萃取法測(cè)量葉綠素含量采樣回來后丙酮等有機(jī)溶劑的萃取時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要1-2天才能獲取數(shù)據(jù)，無法做到及時(shí)預(yù)警。[0014]3)現(xiàn)場(chǎng)熒光法測(cè)量葉綠素含量雖然獲取數(shù)據(jù)非常快速，但當(dāng)藻密度較高時(shí)(例如超過100ygChl/L)熒光強(qiáng)度與藻類生物量不再呈線性關(guān)系，獲取的數(shù)據(jù)誤差較大。水體中溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)(CDOM)較多時(shí)，需要消除CDOM發(fā)出的本底熒光才能獲得較理想的數(shù)據(jù)。4)藻類色素?zé)晒獗O(jiān)測(cè)浮標(biāo)雖然可以做到無人值守、現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，但無法消除水體中CDOM熒光對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的干擾，對(duì)于很多富營養(yǎng)化嚴(yán)重的水體而言，這種干擾非常大。藻密度較高特別是發(fā)生水華時(shí)，由于喪失了熒光強(qiáng)度與生物量的線性關(guān)系，導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果誤差很大。5)無線視頻監(jiān)測(cè)浮標(biāo)通過無線傳輸來的現(xiàn)場(chǎng)照片只能對(duì)水體中的藻類進(jìn)行非常不科學(xué)的估算，不是嚴(yán)謹(jǐn)可靠的定量分析。6)遙感測(cè)量藻類生物量購買衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的費(fèi)用非常昂貴，且需要非常專業(yè)的人員進(jìn)行反演才能得到數(shù)據(jù)。天空中的云彩、空氣中的浮塵等會(huì)直接影響遙感測(cè)量的準(zhǔn)確性，需要進(jìn)行地面校準(zhǔn)。此外，目前國際上的衛(wèi)星遙感主要聚焦于海洋領(lǐng)域，對(duì)于淡水環(huán)境的遙感網(wǎng)格很大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的精度不高。綜上可知，上述現(xiàn)有的技術(shù)如顯微鏡法、萃取法、現(xiàn)場(chǎng)熒光法等都無法做到無人值守連續(xù)監(jiān)測(cè)；遙感法需要購買數(shù)據(jù)，受天氣影響很大；無線視頻監(jiān)測(cè)浮標(biāo)無法獲得可靠的數(shù)據(jù)；而熒光監(jiān)測(cè)浮標(biāo)又容易受到水體中溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)和藻密度的影響。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)，用于在野外無人值守、長(zhǎng)期、在線監(jiān)測(cè)飲用水水源地水域的剖面藻類細(xì)胞密度， 從而進(jìn)行藻類監(jiān)測(cè)和預(yù)警。本實(shí)用新型所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)，可以區(qū)分出經(jīng)常發(fā)生水華的微囊藻群體，用于監(jiān)測(cè)單細(xì)胞微囊藻和群體微囊藻的密度，進(jìn)行水華預(yù)警。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)，包括浮標(biāo)載體部分、支架部分和其余部分，所述浮標(biāo)載體部分浮于水面，所述支架部分設(shè)置于所述浮標(biāo)載體部分之上且露于水面上方，所述其余部分設(shè)置于所述浮標(biāo)載體部分之下且潛入水面下方；所述浮標(biāo)載體部分包括浮標(biāo)載體，其內(nèi)有儀器艙，所述儀器艙內(nèi)設(shè)置有蠕動(dòng)泵、藻類監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集器、無線通訊模塊、蓄電池組、光伏控制器和電源板；所述支架部分包括支架及支撐于其上的通訊天線和太陽能電池板；所述其余部分包括連接在所述浮標(biāo)載體上的浮筒、位于所述浮筒內(nèi)的升降馬達(dá)以及伸入水中的采樣管；其中，所述采樣管用于采集所述水源地的水樣；所述升降馬達(dá)與所述采樣管相連接，通過一轉(zhuǎn)盤控制所述采樣管的升降到達(dá)監(jiān)測(cè)剖面水樣所需要的采樣位置；所述蠕動(dòng)泵與所述采樣管相連接，用于控制所述采樣管采集水樣；所述藻類監(jiān)測(cè)儀與所述蠕動(dòng)泵相連接，用于監(jiān)測(cè)所述水樣中的總藻類細(xì)胞數(shù)和微囊藻群細(xì)胞數(shù)，并計(jì)算出細(xì)胞密度；[0029]所述數(shù)據(jù)采集器與所述藻類監(jiān)測(cè)儀相連接，用于采集所述藻類監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到和/ 或計(jì)算到的數(shù)據(jù)；所述無線通訊模塊與所述數(shù)據(jù)采集器相連接，用于將上述數(shù)據(jù)發(fā)送到進(jìn)行藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的監(jiān)測(cè)中心；所述通訊天線與所述無線通訊模塊相連接，用于將所述無線通訊模塊要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心；所述太陽能電池板用于采集太陽能轉(zhuǎn)換為電能；所述蓄電池組用于存儲(chǔ)由所述太陽能電池板產(chǎn)生的電能作為備用電能，當(dāng)太陽能發(fā)電不足時(shí)補(bǔ)充整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的電力供應(yīng)；所述光伏控制器分別與所述太陽能電池板和所述蓄電池組相連接，用于穩(wěn)定太陽能發(fā)電的電壓并使所述太陽能電池板對(duì)所述蓄電池組充電；以及所述電源板分別與所述升降馬達(dá)、所述藻類監(jiān)測(cè)儀、所述數(shù)據(jù)采集器、所述無線通訊模塊和所述光伏控制器相連接，用于向所述升降馬達(dá)、所述藻類監(jiān)測(cè)儀、所述數(shù)據(jù)采集器和所述無線通訊模塊提供所需的電力供應(yīng)。優(yōu)選地，所述支架部分還包括支撐于所述支架上的風(fēng)向傳感器，與所述數(shù)據(jù)采集器相連接，用于采集所述水源地的風(fēng)向數(shù)據(jù)；風(fēng)速傳感器，分別與所述電源板和所述數(shù)據(jù)采集器相連接，用于采集所述水源地的風(fēng)速數(shù)據(jù)；以及光合有效輻射傳感器，分別與所述電源板和所述數(shù)據(jù)采集器相連接，用于采集所述水源地的光合有效輻射數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述其余部分還包括錨系，連接在所述浮標(biāo)載體上，用于固定所述浮標(biāo)。優(yōu)選地，所述藻類監(jiān)測(cè)儀包括激光產(chǎn)生器，用于產(chǎn)生激光并以90度角照射所述水樣；散射光檢測(cè)器，用于接收所述水樣中的顆粒散射過來的光，判斷所述顆粒的大小， 并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)；熒光檢測(cè)器，用于接收所述水樣中的顆粒散射過來的光和藻細(xì)胞色素發(fā)出的熒光，區(qū)分所述藻細(xì)胞的類群，并對(duì)所述類群的藻細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)。優(yōu)選地，所述藻類監(jiān)測(cè)儀中熒光檢測(cè)器的個(gè)數(shù)為3個(gè)。優(yōu)選地，所述激光的波長(zhǎng)為488nm。優(yōu)選地，所述支架為離水面高2米的不銹鋼支架。優(yōu)選地，所述采樣管底部安裝有過濾頭。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集器包括預(yù)警模塊，其中設(shè)置有預(yù)警參數(shù)，當(dāng)所述藻細(xì)胞密度達(dá)到一閾值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。優(yōu)選地，所述無線通訊模塊包括手機(jī)短信發(fā)送模塊，與所述預(yù)警模塊相連接，用于給所述監(jiān)測(cè)中心的工作人員發(fā)送報(bào)警短信。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型將藻類流式細(xì)胞測(cè)量技術(shù)整合進(jìn)浮標(biāo)中，通過測(cè)量水體中藻類細(xì)胞數(shù)來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不受水體中特別是富營養(yǎng)化水體中溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)熒光的干擾，且能在IO3-IOki 個(gè)細(xì)胞/L的大濃度范圍中適用，適合于各種不同藻細(xì)胞濃度和不同季節(jié)(藻細(xì)胞濃度在不同季節(jié)會(huì)發(fā)生變化)的水體中，從而大大提高了對(duì)飲用水水源地(特別是取水口區(qū)域)藻類細(xì)胞密度變化和藻群變化監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和適用性，為飲用水供水安全的早期預(yù)警提供了良好的監(jiān)測(cè)工具。本實(shí)用新型采用無線通訊和太陽能供電的工作方式，可以在野外無人值守的情況下長(zhǎng)期、連續(xù)、在線監(jiān)測(cè)飲用水水源地水體的藻類細(xì)胞密度，不需要監(jiān)測(cè)人員到現(xiàn)場(chǎng)去采樣分析，可以每天多次進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免了由于人力監(jiān)測(cè)頻次不夠而導(dǎo)致的漏報(bào)現(xiàn)象發(fā)生，并且整個(gè)監(jiān)測(cè)過程不受人工干擾，避免了由監(jiān)測(cè)人員手工測(cè)量引起的誤差。本實(shí)用新型將采樣管升降到任意所需要的采樣深度，可以對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同水層中的藻類數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，完整地獲知一個(gè)水柱剖面中的藻類數(shù)據(jù)，在藻類特別是藍(lán)藻還沒有遷移到水體表層時(shí)就能夠提前預(yù)測(cè)其垂直遷移的趨勢(shì)，用于藍(lán)藻水華的早期預(yù)警，大大提高了飲用水水源地的供水安全的預(yù)警時(shí)間。本實(shí)用新型可以區(qū)分出經(jīng)常發(fā)生水華的微囊藻群體，用于監(jiān)測(cè)單細(xì)胞微囊藻和群體微囊藻的密度，對(duì)微囊藻水華的早期預(yù)警具有重大價(jià)值。本實(shí)用新型由于用于水庫、河流及湖泊中，因此沒有外接市電的供應(yīng)，故其電源供應(yīng)采用太陽能電池板和蓄電池組合，既節(jié)約了能源同時(shí)又保證了浮標(biāo)的全天候正常運(yùn)行， 不至于出現(xiàn)因一種電源供應(yīng)中斷而導(dǎo)致浮標(biāo)無法工作的情形。本實(shí)用新型可以將風(fēng)速、風(fēng)向、光合有效輻射等當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)和所監(jiān)測(cè)的藻類數(shù)據(jù)與一起無線傳輸?shù)桨渡系谋O(jiān)測(cè)中心，供監(jiān)測(cè)人員綜合判斷藻類的生長(zhǎng)趨勢(shì)，以便盡早應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的藻華。本實(shí)用新型除了將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心之外，還可以在數(shù)據(jù)采集器中設(shè)置預(yù)警參數(shù)，例如當(dāng)藻細(xì)胞密度達(dá)到一定閾值時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警，例如給監(jiān)測(cè)中心的工作人員發(fā)送報(bào)警短信，實(shí)時(shí)地提示工作人員采取相應(yīng)的措施應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的藻華。

本實(shí)用新型的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的模塊結(jié)構(gòu)圖；圖2為本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的模塊結(jié)構(gòu)圖；圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的藻類監(jiān)測(cè)儀的工作原理示意圖；圖5為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的儀器艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的模塊結(jié)構(gòu)圖。該浮標(biāo)可以布放于水庫、河流、湖泊等水源地，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水體中藻類細(xì)胞密度和主要藻群(特別是藍(lán)藻微囊藻)的密度，實(shí)時(shí)傳輸?shù)桨渡匣?，為飲用水水源地藻類的監(jiān)測(cè)預(yù)警提供數(shù)據(jù)。圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的外觀結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1和圖3所示，該浮標(biāo)100大體可以分為浮標(biāo)載體部分、支架部分和其余部分。其中，浮標(biāo)載體部分浮于水面，包括一浮標(biāo)載體7，其內(nèi)有儀器艙11，蠕動(dòng)泵16、 藻類監(jiān)測(cè)儀8、數(shù)據(jù)采集器10、無線通訊模塊9、蓄電池組13、光伏控制器12和電源板17設(shè)置于儀器艙11內(nèi)；支架部分設(shè)置于浮標(biāo)載體部分之上，露于水面上方，包括通訊天線3、太陽能電池板5和支撐上述各部件的支架6 ；其余部分設(shè)置于浮標(biāo)載體部分之下，潛入水面下方，包括連接在浮標(biāo)載體7上的一浮筒18，設(shè)置于浮筒18內(nèi)的一升降馬達(dá)19以及伸入水中的采樣管15，升降馬達(dá)19通過一轉(zhuǎn)盤20控制采樣管15的升降。另外，該其余部分還包括連接在浮標(biāo)載體7上的一個(gè)或多個(gè)錨系14，用于固定浮標(biāo)100。圖2為本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的模塊結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，本實(shí)施例的浮標(biāo)200在圖1所示的實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還可以包括支撐于支架6上的風(fēng)向傳感器1、風(fēng)速傳感器4和光合有效輻射傳感器2，其均屬于支架部分，設(shè)置于浮標(biāo)載體部分之上且露于水面上方。下面結(jié)合圖3對(duì)本實(shí)用新型的浮標(biāo)的各組成部件進(jìn)行詳細(xì)描述。在圖1所示的浮標(biāo)100中，采樣管15用于采集水源地的水樣；升降馬達(dá)19用于通過轉(zhuǎn)盤20控制采樣管15 的升降到達(dá)監(jiān)測(cè)剖面水樣所需要的采樣位置；蠕動(dòng)泵16用于控制采樣管15采集水樣；藻類監(jiān)測(cè)儀8，與蠕動(dòng)泵16相連接，用于監(jiān)測(cè)水樣中的總藻類細(xì)胞數(shù)和微囊藻群細(xì)胞數(shù)，并計(jì)算出細(xì)胞密度；數(shù)據(jù)采集器10用于采集藻類監(jiān)測(cè)儀8監(jiān)測(cè)到和/或計(jì)算到的數(shù)據(jù)；無線通訊模塊9用于將數(shù)據(jù)采集器10獲得的上述數(shù)據(jù)發(fā)送到進(jìn)行藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的監(jiān)測(cè)中心40 ； 通訊天線3用于將無線通訊模塊9要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)30發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心40 ； 太陽能電池板5用于采集太陽能轉(zhuǎn)換為電能；蓄電池組13用于存儲(chǔ)由太陽能電池板5產(chǎn)生的電能作為備用電能，當(dāng)太陽能發(fā)電不足時(shí)補(bǔ)充整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的電力供應(yīng)；光伏控制器12 用于穩(wěn)定太陽能發(fā)電的電壓并使太陽能電池板5對(duì)蓄電池組13充電；以及電源板17用于向升降馬達(dá)19、藻類監(jiān)測(cè)儀8、數(shù)據(jù)采集器10和無線通訊模塊9提供所需的電力供應(yīng)。而在圖2所示的浮標(biāo)100中，另有位于支架6上的風(fēng)向傳感器1，用于采集水源地的風(fēng)向數(shù)據(jù)；風(fēng)速傳感器4用于采集水源地的風(fēng)速數(shù)據(jù)；以及光合有效輻射傳感器2用于采集水源地的光合有效輻射數(shù)據(jù)。其中，風(fēng)向傳感器1不需要電能，只與數(shù)據(jù)采集器10相連接，而風(fēng)速傳感器4和光合有效輻射傳感器2均分別與電源板17和數(shù)據(jù)采集器10相連接。還是如圖3所示，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，浮標(biāo)載體7作為整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的載體漂浮在水面，由錨系14固定。儀器艙11穩(wěn)固地安裝于浮標(biāo)載體7內(nèi)，兩者的連接處做防水防腐蝕處理，保證內(nèi)部?jī)x器的正常運(yùn)行。在浮標(biāo)載體7的頂部豎一個(gè)離水面高兩米的不銹鋼支架6， 在其上部安裝風(fēng)向傳感器1、風(fēng)速傳感器4、光合有效輻射傳感器2、通訊天線3和太陽能電池板5。各傳感器通過數(shù)據(jù)線接到儀器艙11內(nèi)的數(shù)據(jù)采集器10上，通訊天線3通過數(shù)據(jù)線連接到儀器艙11內(nèi)的無線通訊模塊9上。儀器艙11內(nèi)安裝有藻類監(jiān)測(cè)儀8、光伏控制器12、蓄電池組13、數(shù)據(jù)采集器10、無線通訊模塊9和蠕動(dòng)泵16，并有一根采樣管15穿過儀器艙11和浮標(biāo)載體7下部的孔延伸到水中，用于采集水樣。在儀器艙11和浮標(biāo)載體7穿孔處做防水防腐蝕處理。浮標(biāo)載體7下方懸掛一個(gè)圓柱形的浮筒18，內(nèi)置可以控制采樣管 15的轉(zhuǎn)盤20和升降馬達(dá)19，通過儀器艙11電源板17為升降馬達(dá)19供電來控制轉(zhuǎn)盤20 的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而控制采樣管15的升降到達(dá)采樣位置。安裝在浮標(biāo)載體7頂部支架6上的太陽能電池板5與儀器艙11內(nèi)的光伏控制器12連接，通過該光伏控制器12為蓄電池組13充電，然后為整套系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)供電。光伏控制器12通過電源板17連接到藻類監(jiān)測(cè)儀8、 數(shù)據(jù)采集器10、無線通訊模塊9和升降馬達(dá)19上，為其正常工作供電。當(dāng)太陽能供電不能滿足需求時(shí)，蓄電池組13可以提供備用電。數(shù)據(jù)采集器10采集整套系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，然后傳送給無線通訊模塊9，經(jīng)過浮標(biāo)載體7頂部的通訊天線3遠(yuǎn)程傳輸至監(jiān)測(cè)中心40 (本圖中未示出)。浮標(biāo)載體7由實(shí)心的橡膠及金屬等材料制成，整個(gè)系統(tǒng)懸浮在水面上。浮標(biāo)載體 7底部通過鋼鏈與沉放在水底的錨系14連接固定。儀器艙11內(nèi)部安裝的藻類監(jiān)測(cè)儀8、蠕動(dòng)泵16、蓄電池組13、光伏控制器12、數(shù)據(jù)采集器10和無線通訊模塊9屬于整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。蓄電池組13和光伏控制器12組成內(nèi)部備用供電系統(tǒng)，在天氣不好的情況下(如陰雨天氣)保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行。蠕動(dòng)泵 16和安裝在浮筒18中的升降馬達(dá)19和轉(zhuǎn)盤20配合，控制采樣管15分層采集水樣到藻類監(jiān)測(cè)儀8中進(jìn)行測(cè)量。該采樣管15通過在浮標(biāo)載體7底部打孔伸入懸掛在浮標(biāo)100底部的浮筒18，經(jīng)過在轉(zhuǎn)盤20上纏繞幾圈后伸入水中。采樣管15底部安裝有過濾頭，防止水中雜質(zhì)進(jìn)入造成阻塞。數(shù)據(jù)采集器10采集蓄電池組13的電量、風(fēng)向傳感器1、風(fēng)速傳感器4、 光合有效輻射傳感器2和藻類監(jiān)測(cè)儀8測(cè)量的數(shù)據(jù)，通過無線通訊模塊9進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，方便用戶的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。其中藻類監(jiān)測(cè)儀8具體來說是一臺(tái)專門用于浮游植物研究的流式細(xì)胞測(cè)量系統(tǒng)， 通過儀器艙11內(nèi)的蠕動(dòng)泵16控制延伸到浮標(biāo)載體7底部的采樣管15采集水樣。水樣進(jìn)入藻類監(jiān)測(cè)儀8的流路后，在鞘液的包裹下快速經(jīng)過測(cè)量區(qū)。圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的藻類監(jiān)測(cè)儀的工作原理示意圖。如圖所示， 測(cè)量區(qū)有一束通過一激光產(chǎn)生器501產(chǎn)生的例如488nm波長(zhǎng)的激光呈90度角照射到水樣中的藻類和其它顆粒上，這些藻細(xì)胞和顆粒會(huì)對(duì)照射過來的光產(chǎn)生散射，同時(shí)藻細(xì)胞內(nèi)部的色素也會(huì)發(fā)出熒光。藻類監(jiān)測(cè)儀8還包括兩個(gè)散射光檢測(cè)器502和503，以及三個(gè)熒光檢測(cè)器504 506。藻類監(jiān)測(cè)儀8通過內(nèi)置的熒光檢測(cè)器504 506和散射光檢測(cè)器502 和503可以接收水樣中的顆粒散射過來的光和藻細(xì)胞色素發(fā)出的熒光，其中散射光檢測(cè)器 502和503判斷顆粒的大小，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，熒光檢測(cè)器504 506區(qū)分藻細(xì)胞的類群，并對(duì)類群的藻細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此來區(qū)分檢測(cè)到的顆粒是藻細(xì)胞還是其它非生物顆粒，并且對(duì)它們進(jìn)行快速計(jì)數(shù)。另外，再結(jié)合進(jìn)樣體積就可以得出水體中的藻細(xì)胞濃度。其通過散射光可以判斷藻細(xì)胞和其它顆粒的大小，再結(jié)合熒光檢測(cè)就可以獲知水體中單細(xì)胞藍(lán)藻和群體藍(lán)藻(特別是微囊藻)的比例，從而對(duì)藍(lán)藻水華進(jìn)行早期預(yù)警。通過藻細(xì)胞大小和色素?zé)晒饪梢詫?duì)水體中主要藻群的生物量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。例如每次監(jiān)測(cè)設(shè)置不少于10000個(gè)藻細(xì)胞作為閾值，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)采集器10中包括預(yù)警模塊(未圖示)，其中設(shè)置有預(yù)警參數(shù)，當(dāng)藻細(xì)胞密度達(dá)到一閾值(即設(shè)定的預(yù)警值)時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)通過無線通訊系統(tǒng)(包括無線通訊模塊9和通訊天線幻自動(dòng)向監(jiān)測(cè)中心發(fā)送該報(bào)警信號(hào)。此外，無線通訊系統(tǒng)包括手機(jī)短信發(fā)送模塊(未圖示)，與預(yù)警模塊相連接，用于給監(jiān)測(cè)中心的工作人員的手機(jī)發(fā)送報(bào)警短信，提示工作人員采取相應(yīng)的措施應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的藻華。另外，風(fēng)速傳感器1、風(fēng)向傳感器4、光合有效輻射傳感器2屬于氣象傳感器，它們安裝在浮標(biāo)載體7上部，離水面高2米，周圍沒有遮擋物，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。位于儀器艙11內(nèi)的蠕動(dòng)泵16，以及位于浮標(biāo)載體7下部浮筒18中的升降馬達(dá)19、 轉(zhuǎn)盤20和采樣管15屬于分層采樣系統(tǒng)。升降馬達(dá)19通過控制轉(zhuǎn)盤20的旋轉(zhuǎn)來控制采樣管15的升降，從而采集不同水層中的水樣。位于儀器艙11內(nèi)的無線通訊模塊9和位于浮標(biāo)載體7頂部的通訊天線3屬于無線通訊系統(tǒng)，可以通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)40將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁采w了無線通訊信號(hào)的任何區(qū)域。位于浮標(biāo)載體7頂部的太陽能電池板5和位于儀器艙11內(nèi)的光伏控制器12、蓄電池組13以及電源板17屬于太陽能供電系統(tǒng)，為整個(gè)浮標(biāo)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)(包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)傳輸)提供電力保障。圖5為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)的儀器艙的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，在圖3所示的儀器艙11內(nèi)包括有藻類監(jiān)測(cè)儀8、蠕動(dòng)泵 16、光伏控制器12、蓄電池組13、電源板17、數(shù)據(jù)采集器10和無線通訊模塊9。同時(shí)示出了各儀器之間的電源連接及信號(hào)連接，在圖中實(shí)線為電源線，虛線為信號(hào)線。首先太陽能電池板5連接到光伏控制器12的電源輸入端子a上，光伏控制器12 的輸出端子b與電源板17的輸入端子f連接，進(jìn)一步通過電源板17的多個(gè)輸出端子g分別連接到氣象傳感器(風(fēng)向傳感器1不需供電，故只需兩個(gè)輸入端子分別給風(fēng)速傳感器4 和光合有效輻射傳感器2供電即可)、無線通訊模塊9 (端子h)、數(shù)據(jù)采集器10 (端子j)和藻類監(jiān)測(cè)儀8 (端子η)，為它們的正常運(yùn)轉(zhuǎn)供電。其中藻類監(jiān)測(cè)儀8還有一個(gè)輸出端子m連接到蠕動(dòng)泵16的輸入端子1上，控制蠕動(dòng)泵16的采樣。光伏控制器12上還有一個(gè)端子c 和蓄電池組13的端子d連接，平時(shí)用于為蓄電池組13充電。當(dāng)太陽能供電不足時(shí)，光伏控制器12切換由蓄電池組13提供各儀器正常運(yùn)行的電源；當(dāng)太陽能供電充足時(shí)，光伏控制器 12切換由太陽能供電，同時(shí)給蓄電池組13充電，保證蓄電池組13的電量充足。藻類監(jiān)測(cè)儀 8的信號(hào)輸出端子ο、蓄電池組13的信號(hào)輸出端子e和氣象傳感器的信號(hào)線分別連接到數(shù)據(jù)采集器10的輸入端子ρ上，然后經(jīng)數(shù)據(jù)采集器10的信號(hào)輸出端子k連接到無線通訊模塊9的信號(hào)輸入端子i上，無線通訊模塊9連接通訊天線3通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)將測(cè)量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程輸送到監(jiān)測(cè)中心(圖中未示出)。儀器艙11內(nèi)的眾多設(shè)備放置要能夠保證浮標(biāo)100的平衡，即整個(gè)浮標(biāo)100的中心線最好與重心線重合，必要時(shí)可以增加配重以保證平衡。本系統(tǒng)由于用于水庫、河流及湖泊中，因此沒有外接市電的供應(yīng)，所以采用太陽能電池板5作為整套監(jiān)測(cè)設(shè)備的電力的提供者，同時(shí)配備一組蓄電池組13作為備用電源，如在陰雨天氣，太陽能不足時(shí)蓄電池組將提供監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行的電力供應(yīng)，同時(shí)在太陽能電池板5與眾設(shè)備之間增加了光伏控制器12，對(duì)太陽能電源的電壓起了穩(wěn)定作用，防止太陽能電池板5在天氣不穩(wěn)的情況下由于電壓波動(dòng)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)也對(duì)蓄電池組13起到充電的功能，保證了蓄電池組13電力的穩(wěn)定。需要注意的是，蓄電池組13在首次使用時(shí)最好應(yīng)充足電量。本實(shí)用新型將藻類流式細(xì)胞測(cè)量技術(shù)整合進(jìn)浮標(biāo)中，通過測(cè)量水體中藻類細(xì)胞數(shù)來進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不受水體中特別是富營養(yǎng)化水體中溶解態(tài)有機(jī)質(zhì)熒光的干擾，且能在IO3-IOki 個(gè)細(xì)胞/L的大濃度范圍中適用，適合于各種不同藻細(xì)胞濃度和不同季節(jié)(藻細(xì)胞濃度在不同季節(jié)會(huì)發(fā)生變化)的水體中，從而大大提高了對(duì)飲用水水源地(特別是取水口區(qū)域)藻類細(xì)胞密度變化和藻群變化監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和適用性，為飲用水供水安全的早期預(yù)警提供了良好的監(jiān)測(cè)工具。本實(shí)用新型采用無線通訊和太陽能供電的工作方式，可以在野外無人值守的情況下長(zhǎng)期、連續(xù)、在線監(jiān)測(cè)飲用水水源地水體的藻類細(xì)胞密度，不需要監(jiān)測(cè)人員到現(xiàn)場(chǎng)去采樣分析，可以每天多次進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免了由于人力監(jiān)測(cè)頻次不夠而導(dǎo)致的漏報(bào)現(xiàn)象發(fā)生，并且整個(gè)監(jiān)測(cè)過程不受人工干擾，避免了由監(jiān)測(cè)人員手工測(cè)量引起的誤差。本實(shí)用新型將采樣管升降到任意所需要的采樣深度，可以對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同水層中的藻類數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，完整地獲知一個(gè)水柱剖面中的藻類數(shù)據(jù)，在藻類特別是藍(lán)藻還沒有遷移到水體表層時(shí)就能夠提前預(yù)測(cè)其垂直遷移的趨勢(shì)，用于藍(lán)藻水華的早期預(yù)警，大大提高了飲用水水源地的供水安全的預(yù)警時(shí)間。本實(shí)用新型可以區(qū)分出經(jīng)常發(fā)生水華的微囊藻群體，用于監(jiān)測(cè)單細(xì)胞微囊藻和群體微囊藻的密度，對(duì)微囊藻水華的早期預(yù)警具有重大價(jià)值。本實(shí)用新型由于用于水庫、河流及湖泊中，因此沒有外接市電的供應(yīng)，故其電源供應(yīng)采用太陽能電池板和蓄電池組合，既節(jié)約了能源同時(shí)又保證了浮標(biāo)的全天候正常運(yùn)行， 不至于出現(xiàn)因一種電源供應(yīng)中斷而導(dǎo)致浮標(biāo)無法工作的情形。本實(shí)用新型可以將風(fēng)速、風(fēng)向、光合有效輻射等當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)和所監(jiān)測(cè)的藻類數(shù)據(jù)與一起無線傳輸?shù)桨渡系谋O(jiān)測(cè)中心，供監(jiān)測(cè)人員綜合判斷藻類的生長(zhǎng)趨勢(shì)，以便盡早應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的藻華。本實(shí)用新型除了將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心之外，還可以在數(shù)據(jù)采集器中設(shè)置預(yù)警參數(shù)，例如當(dāng)藻細(xì)胞密度達(dá)到一定閾值時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)預(yù)警，例如給監(jiān)測(cè)中心的工作人員發(fā)送報(bào)警短信，實(shí)時(shí)地提示工作人員采取相應(yīng)的措施應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的藻華。本實(shí)用新型雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)，其特征在于，包括浮標(biāo)載體部分、支架部分和其余部分，所述浮標(biāo)載體部分浮于水面，所述支架部分設(shè)置于所述浮標(biāo)載體部分之上且露于水面上方，所述其余部分設(shè)置于所述浮標(biāo)載體部分之下且潛入水面下方；所述浮標(biāo)載體部分包括浮標(biāo)載體，其內(nèi)有儀器艙，所述儀器艙內(nèi)設(shè)置有蠕動(dòng)泵、藻類監(jiān)測(cè)儀、數(shù)據(jù)采集器、無線通訊模塊、蓄電池組、光伏控制器和電源板； 所述支架部分包括支架及支撐于其上的通訊天線和太陽能電池板； 所述其余部分包括連接在所述浮標(biāo)載體上的浮筒、位于所述浮筒內(nèi)的升降馬達(dá)以及伸入水中的采樣管；其中，所述采樣管采集所述水源地的水樣；所述升降馬達(dá)與所述采樣管相連接，通過一轉(zhuǎn)盤控制所述采樣管的升降到達(dá)監(jiān)測(cè)剖面水樣所需要的采樣位置；所述蠕動(dòng)泵與所述采樣管相連接，控制所述采樣管采集水樣； 所述藻類監(jiān)測(cè)儀與所述蠕動(dòng)泵相連接，監(jiān)測(cè)所述水樣中的總藻類細(xì)胞數(shù)和微囊藻群細(xì)胞數(shù)，并計(jì)算出細(xì)胞密度；所述數(shù)據(jù)采集器與所述藻類監(jiān)測(cè)儀相連接，采集所述藻類監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)到和/或計(jì)算到的數(shù)據(jù)；所述無線通訊模塊與所述數(shù)據(jù)采集器相連接，將上述數(shù)據(jù)發(fā)送到進(jìn)行藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的監(jiān)測(cè)中心；所述通訊天線與所述無線通訊模塊相連接，將所述無線通訊模塊要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過無線通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心；所述太陽能電池板采集太陽能轉(zhuǎn)換為電能；所述蓄電池組存儲(chǔ)由所述太陽能電池板產(chǎn)生的電能作為備用電能，當(dāng)太陽能發(fā)電不足時(shí)補(bǔ)充整個(gè)設(shè)備運(yùn)行的電力供應(yīng)；所述光伏控制器分別與所述太陽能電池板和所述蓄電池組相連接，穩(wěn)定太陽能發(fā)電的電壓并使所述太陽能電池板對(duì)所述蓄電池組充電；以及所述電源板分別與所述升降馬達(dá)、所述藻類監(jiān)測(cè)儀、所述數(shù)據(jù)采集器、所述無線通訊模塊和所述光伏控制器相連接，向所述升降馬達(dá)、所述藻類監(jiān)測(cè)儀、所述數(shù)據(jù)采集器和所述無線通訊模塊提供所需的電力供應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述支架部分還包括支撐于所述支架上的風(fēng)向傳感器，與所述數(shù)據(jù)采集器相連接，采集所述水源地的風(fēng)向數(shù)據(jù)； 風(fēng)速傳感器，分別與所述電源板和所述數(shù)據(jù)采集器相連接，采集所述水源地的風(fēng)速數(shù)據(jù)；以及光合有效輻射傳感器，分別與所述電源板和所述數(shù)據(jù)采集器相連接，采集所述水源地的光合有效輻射數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述其余部分還包括錨系，連接在所述浮標(biāo)載體上，固定所述浮標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述藻類監(jiān)測(cè)儀包括 激光產(chǎn)生器，產(chǎn)生激光并以90度角照射所述水樣；散射光檢測(cè)器，接收所述水樣中的顆粒散射過來的光，判斷所述顆粒的大小，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)；熒光檢測(cè)器，接收所述水樣中的顆粒散射過來的光和藻細(xì)胞色素發(fā)出的熒光，區(qū)分所述藻細(xì)胞的類群，并對(duì)所述類群的藻細(xì)胞進(jìn)行計(jì)數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述藻類監(jiān)測(cè)儀中熒光檢測(cè)器的個(gè)數(shù)為3個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述激光的波長(zhǎng)為488nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述支架為離水面高2米的不銹鋼支^K O
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述采樣管底部安裝有過濾頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集器包括預(yù)警模塊，其中設(shè)置有預(yù)警參數(shù)，當(dāng)所述藻細(xì)胞密度達(dá)到一閾值時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的浮標(biāo)，其特征在于，所述無線通訊模塊包括手機(jī)短信發(fā)送模塊，與所述預(yù)警模塊相連接，給所述監(jiān)測(cè)中心的工作人員發(fā)送報(bào)警短信。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)預(yù)警的浮標(biāo)，包括采樣管，采集水樣；升降馬達(dá)，控制采樣管的升降；蠕動(dòng)泵，控制采樣管采集水樣；藻類監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)水樣中的總藻類和微囊藻群細(xì)胞數(shù)，并計(jì)算出細(xì)胞密度；數(shù)據(jù)采集器，采集監(jiān)測(cè)到和/或計(jì)算到的數(shù)據(jù)；無線通訊模塊，將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)測(cè)中心；太陽能電池板，采集太陽能轉(zhuǎn)換為電能；蓄電池組，存儲(chǔ)電能備用；光伏控制器，穩(wěn)定電壓并使蓄電池組充電；電源板，向各用電模塊提供電力供應(yīng)。本實(shí)用新型的浮標(biāo)通過測(cè)量藻類細(xì)胞數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不受CDOM熒光的干擾，且能在103-1010個(gè)細(xì)胞/L的大濃度范圍中適用，適合于各種不同藻細(xì)胞濃度和不同季節(jié)的水體中，大大提高了飲用水水源地藻類監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性和適用性。
文檔編號(hào)B63B22/00GK202175170SQ20112022962
公開日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者張會(huì)勇, 邱昀, 韓志國, 顧群 申請(qǐng)人:上海澤泉科技有限公司