用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法，該裝置包括水面控制單元和水底測(cè)件單元，水面控制單元設(shè)有浮臺(tái)，浮臺(tái)上設(shè)有第一無線通訊器、信號(hào)燈和卷揚(yáng)機(jī)，通過纜繩與測(cè)件單元相連接。水底測(cè)件單元包括設(shè)備箱、測(cè)量架和采集箱，設(shè)備箱內(nèi)安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第二無線通訊器，測(cè)量架上安裝有激光光源和熒光接收器；采集箱底面設(shè)置有小孔且內(nèi)部安裝有一塊可垂直上下活動(dòng)的齒板并通過電磁鐵控制升降狀態(tài)，采集箱左右兩側(cè)各有一個(gè)支架，采集箱右側(cè)和設(shè)備箱左側(cè)斜對(duì)稱分別安裝一個(gè)卷軸。本發(fā)明的特點(diǎn)在于通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)底泥藻細(xì)胞休眠后的全生命周期偵測(cè)湖庫(kù)水華暴發(fā)前兆，填補(bǔ)了不能對(duì)水華實(shí)施最早期預(yù)報(bào)的空白。
【專利說明】用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水環(huán)境保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向 遷移測(cè)量裝置及監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]湖泊水庫(kù)水華災(zāi)害波及面寬，次生災(zāi)害嚴(yán)重，快速準(zhǔn)確地預(yù)警水華暴發(fā)對(duì)湖庫(kù)水 環(huán)境治理十分重要。水華本質(zhì)是水生態(tài)系統(tǒng)突變后水體中藻類密度從低到高的急劇增長(zhǎng)現(xiàn) 象，影響水華暴發(fā)的原因包括非生物因素和生物因素兩方面，非生物因素(如水流、氣象、水 質(zhì)等)是水華暴發(fā)的誘因，而生物因素(藻類生理特性及繁殖策略)是水華暴發(fā)的內(nèi)因。
[0003]已有的水華預(yù)測(cè)工作往往從較易測(cè)量的外因這一角度入手，往往回避了較難測(cè)量 的水體藻類自身生理習(xí)性特征。目前常采用基于數(shù)學(xué)模型和原型觀測(cè)方法進(jìn)行水華預(yù)測(cè)， 但這些方法均存在以下一些明顯的缺點(diǎn):
[0004]1、數(shù)學(xué)模型是求解近似描述水生態(tài)系統(tǒng)的常微分方程組，涉及的近似參數(shù)往往超 過數(shù)十個(gè)，只能模擬出水生態(tài)系統(tǒng)變化的季度變化趨勢(shì)，不能實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)水華，預(yù)測(cè)誤差往往 超過數(shù)周乃至數(shù)月，即使通過改進(jìn)模型方程或求解技術(shù)也不能克服該問題。
[0005]2、原型觀測(cè)方法(包括遙感技術(shù))只能在局部水華暴發(fā)后進(jìn)行快速通報(bào)預(yù)警，不能 做到提前預(yù)警預(yù)報(bào)，究其原因，水華暴發(fā)過程非常短暫，在數(shù)小時(shí)之內(nèi)藻類就會(huì)大量聚集繁 殖覆蓋在水面，現(xiàn)有技術(shù)只能測(cè)量影響水華暴發(fā)的環(huán)境要素和藻類現(xiàn)有數(shù)量，不能實(shí)時(shí)觀 測(cè)水中藻類細(xì)胞的生理特性及繁殖策略。
[0006]孔繁翔等人所著的文獻(xiàn)“大型淺水富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中藍(lán)藻水華形成機(jī)理的思考”中 提到根據(jù)水生態(tài)學(xué)基本理論和野外水華過程原位觀測(cè)表明，湖庫(kù)水華(如常見藍(lán)藻水華)形 成過程大致分為“藻類休眠”、“藻類復(fù)蘇”、“生物量增加(生長(zhǎng))”、“上浮及聚集”四個(gè)階段。 由此可知，水華暴發(fā)是冬季休眠的藻細(xì)胞大量萌發(fā)復(fù)蘇，重新進(jìn)入上覆水、不斷垂向遷移進(jìn) 入上層水體吸收養(yǎng)分，待環(huán)境條件適宜時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)迅速繁殖聚集的全生命周期行為。
[0007]因此，開展實(shí)時(shí)水華預(yù)警最理想、最適宜的監(jiān)測(cè)階段應(yīng)是水華暴發(fā)前底泥休眠藻 類細(xì)胞的復(fù)蘇和上浮時(shí)段，一旦準(zhǔn)確獲知該時(shí)段底泥-上覆水藻細(xì)胞垂向遷移突變數(shù)據(jù)， 配合以外因監(jiān)測(cè)信息，既可在最早期準(zhǔn)確預(yù)警水華。由于藻類細(xì)胞尺寸微小、活動(dòng)狀態(tài)不明 顯、底泥邊界層出流態(tài)不恒定，目前尚無一項(xiàng)技術(shù)可以直接連續(xù)監(jiān)測(cè)水華暴發(fā)前藻類在底 泥休眠之后的復(fù)蘇、上浮、遷移情況:
[0008]1、現(xiàn)有藻類測(cè)量技術(shù)主要是在實(shí)驗(yàn)室對(duì)含藻水樣進(jìn)行抽濾萃取，然后用顯微鏡觀 測(cè)計(jì)數(shù)或者用分光光度法、熒光檢測(cè)法及高效液相色譜法測(cè)定藻類葉綠素及其降解產(chǎn)物。 這些方法雖然準(zhǔn)確精密，但是需要將含藻水體樣品取回實(shí)驗(yàn)室，用實(shí)驗(yàn)試劑進(jìn)行處理，再通 過精密儀器進(jìn)行觀測(cè)，操作較為復(fù)雜，對(duì)監(jiān)測(cè)條件要求也較高，存在明顯的時(shí)間滯后。例如， 專利申請(qǐng)?zhí)枮?012103918020、名稱為“一種捕集水庫(kù)藻類垂向遷移裝置”的發(fā)明專利公 開了一種捕集水庫(kù)藻類垂向遷移裝置，通過水樣收集柱和藻類捕集網(wǎng)的方式采集不同水深 (不涉及底泥-上覆水)中藻類樣本，帶回實(shí)驗(yàn)室后再進(jìn)行測(cè)定。[0009]2、常見的藻類監(jiān)測(cè)設(shè)備如探頭式藻類熒光儀等，由于設(shè)計(jì)缺陷均只做到對(duì)表層水 體中的藻類數(shù)量進(jìn)行測(cè)量，都不能夠直接、實(shí)時(shí)、微觀監(jiān)測(cè)底泥藻類細(xì)胞的復(fù)蘇以及藻類在 底泥與上覆水之間的垂向遷移情況，不能夠及時(shí)得知藻類越冬后的復(fù)蘇時(shí)間與遷移通量。
[0010]綜上所述，提供一種能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的局限和缺陷且快速準(zhǔn)確地預(yù)警水 華暴發(fā)的測(cè)量裝置及監(jiān)測(cè)方法，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
[0011]公開于該發(fā)明【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本發(fā)明的一般【背景技術(shù)】的理 解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有 技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂 向遷移監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)底泥中休眠藻類細(xì)胞的復(fù)蘇、底泥與上覆水之間的 垂向遷移的情況，并進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸，從而為潛在水華暴發(fā)提供最早期的預(yù)警信息。
[0013]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝 置，其包括水面控制單元和水底測(cè)件單元兩部分；所述水面控制單元設(shè)有浮臺(tái)，所述浮臺(tái)上 方安裝有第一無線通訊器和天線，該浮臺(tái)下方安裝有卷揚(yáng)機(jī)，所述卷揚(yáng)機(jī)通過纜繩與所述 水底測(cè)件單元相連接；所述水底測(cè)件單元包括設(shè)備箱、測(cè)量架和采集箱；所述的采集箱的 底面能夠粘附藻類細(xì)胞，所述采集箱的底面還設(shè)置有卷材，該卷材能夠粘附脫離了采集箱 底面的藻類細(xì)胞；所述的測(cè)量架上安裝有激光光源和熒光接收器，該激光光源發(fā)射激光于 卷材上從而激發(fā)卷材上粘附的藻類細(xì)胞發(fā)出熒光，產(chǎn)生熒光信號(hào)被熒光接收器接收；
[0014]所述采集箱的一側(cè)安裝一個(gè)第一卷軸，所述設(shè)備箱的一側(cè)安裝一個(gè)第二卷軸，該 卷材分別纏繞在第一卷軸和第二卷軸上；
[0015]所述的設(shè)備箱內(nèi)部安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第二無線通訊器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)為第二 卷軸提供動(dòng)力；所述處理器用于控制水底測(cè)件單元的啟動(dòng)和停止，接收并處理熒光接收器 接收的熒光信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述第二無線通訊器能夠與第一無線通訊器進(jìn)行無 線通訊，從而將從所述處理器轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)傳輸給第一無線通訊器。
[0016]優(yōu)選地，所述浮臺(tái)還包括信號(hào)燈，該浮臺(tái)由輕質(zhì)泡沫塑料制成并通過浮力作用保 證第一無線通訊器、信號(hào)燈、天線露出水面；纜繩的一端纏繞于浮臺(tái)下方的卷揚(yáng)機(jī)上，纜繩 的另一端與水底測(cè)件單元的設(shè)備箱相連接。
[0017]優(yōu)選地，所述采集箱底面均勻地分布有多個(gè)小孔，采集箱內(nèi)裝有藻類絮凝劑，藻類 絮凝劑通過采集箱底面的小孔滲出，形成膠滴，所述膠滴附著在采集箱底面，用以粘附垂向 遷移上浮的藻類細(xì)胞。
[0018]優(yōu)選地，所述的采集箱內(nèi)部有一塊能夠上下活動(dòng)的齒板和電磁鐵，通過電磁鐵控 制齒板的升降。
[0019]優(yōu)選地，采集箱內(nèi)部的齒板下表面均勻地分布有多個(gè)小齒，齒板下落時(shí)其上的小 齒與采集箱底面上的小孔咬合。
[0020]優(yōu)選地，所述采集箱左右兩側(cè)各有一個(gè)支架，所述發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)第二卷軸使得卷材 從第一卷軸通過支架傳輸?shù)降诙磔S。[0021]優(yōu)選地，所述卷材由間隔分布的防水粘性膜構(gòu)成，卷材的邊緣有柔性尼龍繩，每片 防水粘性膜間隔固定在尼龍繩上；卷材的寬度D、每片防水粘性膜的長(zhǎng)度LI以及防水粘性 膜間隔長(zhǎng)度L2的尺寸大小分別由以下公式計(jì)算得出:D=D8-10cm ；L1=L8 ；L2=L8+H8 ;其中， D為卷材的寬度，LI為每片防水粘性膜的長(zhǎng)度，L2為防水粘性膜間隔長(zhǎng)度，D8為采集箱的 寬度，L8為采集箱的長(zhǎng)度，H8為采集箱的高度，單位均為cm。
[0022]優(yōu)選地，所述齒板下落時(shí)，齒板上的小齒穿過采集箱底面上的小孔將采集箱底面 粘附的藻類細(xì)胞打離采集箱底面而使藻類細(xì)胞粘附于卷材的防水粘性膜上。
[0023]優(yōu)選地，所述激光光源發(fā)出的激光波長(zhǎng)范圍為400nm到700nm，光強(qiáng)范圍為8mW到 12mff,投射在卷材上的光照范圍大于卷材上一片防水粘性膜的面積。
[0024]優(yōu)選地，所述齒板上面的至少兩個(gè)角部各固定有一個(gè)豎直的細(xì)桿，細(xì)桿的頂端固 接一個(gè)磁鐵，細(xì)桿的一端連接一連桿并通過該連桿與支架的末端相連。
[0025]優(yōu)選地，所述連桿的中心鉸接在采集箱的側(cè)壁，支架的每根豎直桿上都有一個(gè)套 筒，套筒固定在采集箱或設(shè)備箱的側(cè)壁，套筒的內(nèi)側(cè)面有一圈橡膠。
[0026]本發(fā)明還提供一種監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法為使用所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù) 蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置對(duì)藻類復(fù)蘇及垂向遷移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:
[0027]第一無線通訊器接受信號(hào)，設(shè)定采集時(shí)間間隔At，卷揚(yáng)機(jī)啟動(dòng)將水底測(cè)件單元下 放到水中使得藻類細(xì)胞粘附于采集箱底面；
[0028]At時(shí)間之后，粘附于采集箱底面的藻類細(xì)胞脫離采集箱底面而粘附于卷材上；
[0029]激光光源發(fā)出激光照射在卷材上并激發(fā)其上的藻類細(xì)胞發(fā)出熒光，產(chǎn)生熒光信號(hào) 被熒光接收器接收；
[0030]接收到的熒光信號(hào)經(jīng)過處理傳輸給第一無線通訊器。
[0031]優(yōu)選地，所述水底測(cè)件單元下放到水中直至采集箱底面至水底泥面的距離為 10 ?20cm。
[0032]優(yōu)選地，所述采集時(shí)間間隔A t為0.75小時(shí)?1.5小時(shí)。
[0033]優(yōu)選地，所述熒光信號(hào)為光信號(hào)，通過所述處理器轉(zhuǎn)換為藻類數(shù)量的數(shù)字信號(hào)進(jìn) 行儲(chǔ)存并通過第二無線通訊器傳輸給第一無線通訊器。
[0034]本發(fā)明的有益效果是:
[0035]1、本發(fā)明提供的裝置能夠長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量底泥-上覆水界面的藻類生長(zhǎng)和垂向遷 移情況，填補(bǔ)了水華形成過程中水底藻類生理活動(dòng)數(shù)據(jù)缺失的空白。
[0036]2、本發(fā)明提供的裝置解決了水華暴發(fā)前底泥藻類復(fù)蘇和垂向遷移情況的全自動(dòng) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)問題，可以準(zhǔn)確界定藻類從休眠到復(fù)蘇的時(shí)段，在水華暴發(fā)前的最早期就可進(jìn)行 預(yù)警預(yù)報(bào)，從而為防治水華危害爭(zhēng)取了寶貴的提前時(shí)間。
[0037]3、本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單，易于操作，能夠與遙感技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，可用于遠(yuǎn)程全 自動(dòng)的剖面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置的組成示意 圖。
[0039]圖2為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置的水面控制單元及其設(shè)備的示意圖。
[0040]圖3為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置的水底測(cè)件 單元及其設(shè)備的示意圖。
[0041]圖4為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置所用卷材的 示意圖。
[0042]圖5為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置的齒板和支 架的示意圖。
[0043]圖6為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置的齒板上升 時(shí)的原理示意圖。
[0044]圖7為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置的齒板下落 時(shí)的原理示意圖。
[0045]圖8為根據(jù)本發(fā)明的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)底泥藻類復(fù)蘇后垂向遷移數(shù)量變化圖。
[0046]主要部件符號(hào)說明:
[0047]I 浮臺(tái)
[0048]2 第一無線通訊器
[0049]3 信號(hào)燈
[0050]4 天線
[0051]5 纜繩
[0052]6 設(shè)備箱
[0053]7 測(cè)量架
[0054]8 采集箱
[0055]9 第一卷軸
[0056]10第二卷軸
[0057]11激光光源
[0058]12熒光接收器
[0059]13卷揚(yáng)機(jī)
[0060]14 支架
[0061]15 卷材
[0062]16 套筒
[0063]17 細(xì)桿
[0064]18 磁鐵
[0065]19 連桿
[0066]20 齒板
[0067]21電磁鐵
[0068]D 卷材的寬度
[0069]LI每片防水粘性膜的長(zhǎng)度
[0070]L2防水粘性膜間隔長(zhǎng)度
[0071]D8采集箱的寬度[0072]L8采集箱的長(zhǎng)度
[0073]H8采集箱的高度。
【具體實(shí)施方式】
[0074]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以 很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況 下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0075]本發(fā)明提供了一種用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移的監(jiān)測(cè)裝置及監(jiān)測(cè)方法， 該裝置包括水面控制單元和水底測(cè)件單元兩部分。
[0076]水面控制單元設(shè)有浮臺(tái)，浮臺(tái)上方安裝有第一無線通訊器、信號(hào)燈、天線，浮臺(tái)下 方安裝有卷揚(yáng)機(jī)，浮臺(tái)通過卷揚(yáng)機(jī)上的纜繩與水底測(cè)件單元相連接。
[0077]水底測(cè)件單元由上到下分為設(shè)備箱、測(cè)量架和采集箱三部分。其中，設(shè)備箱內(nèi)安裝 有微型發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第二無線通訊器；測(cè)量架上安裝有激光光源和熒光接收器；采集 箱底面密布均勻小孔，內(nèi)部有一塊可上下活動(dòng)的齒板，通過電磁鐵控制升降；采集箱左右兩 側(cè)各有一個(gè)支架，采集箱右側(cè)和設(shè)備箱左側(cè)各有一個(gè)卷軸用于傳輸卷材。
[0078]浮臺(tái)由輕質(zhì)泡沫塑料制成，所受的浮力保證整個(gè)裝置的第一無線通訊器、信號(hào)燈、 天線能露出水面正常運(yùn)行。卷揚(yáng)機(jī)設(shè)在浮臺(tái)下側(cè)正中位置，其上纏繞有足夠長(zhǎng)的纜繩，纜繩 的一端連接在測(cè)件的設(shè)備箱頂面中心位置?？梢酝ㄟ^卷揚(yáng)機(jī)控制水底測(cè)件單元在水中的深 度位置。
[0079]水底測(cè)件單元的設(shè)備箱做防水處理，設(shè)備箱內(nèi)部安裝有微型發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第 二無線通訊器。微型發(fā)動(dòng)機(jī)為設(shè)備箱左側(cè)的第二卷軸提供動(dòng)力，使卷材從第一卷軸經(jīng)過設(shè) 備箱底面、測(cè)量架側(cè)面?zhèn)鬏數(shù)降诙磔S；處理器采用微型單片機(jī)，用于控制水底測(cè)件單元所 含各個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)和停止，并接收測(cè)量架上熒光接收器接收的熒光信號(hào)，將熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換 為藻類數(shù)量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也即通過所述處理器將熒光信號(hào)轉(zhuǎn)換為藻類數(shù)量的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行 儲(chǔ)存，第二無線通訊器能夠接收浮臺(tái)上第一無線通訊器的信號(hào)，并將測(cè)量的藻類數(shù)量的數(shù) 字信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸給第一無線通訊器從而傳輸給遠(yuǎn)程控制中心，。
[0080]測(cè)量架上安裝有激光光源和熒光接收器，用以檢測(cè)防水粘性膜上所附的藻類的數(shù) 量；激光光源和熒光接收器做防水處理。激光光源發(fā)出的激光波長(zhǎng)范圍為400nm到700nm， 光強(qiáng)范圍為8mW到12mW，較佳選擇10mW，投射的光斑中心在測(cè)量架的左側(cè)中心，投射在卷 材上的光照范圍大于卷材上一塊防水粘性膜的面積，具體地，一塊防水粘性膜的面積為 DXLI，其中，D為卷材的寬度，LI為每片防水粘性膜的長(zhǎng)度。
[0081]所述采集箱左右兩側(cè)各有一個(gè)支架，采集箱的右側(cè)安裝一個(gè)第一卷軸，其上的卷 材可由第一卷軸通過支架傳輸?shù)皆O(shè)備箱左側(cè)的第二卷軸。第二卷軸為主動(dòng)軸，與設(shè)備箱里 的微型發(fā)動(dòng)機(jī)相連，為卷材傳輸提供動(dòng)力。該卷材為間隔分布的防水粘性膜，卷材的邊緣有 柔性細(xì)尼龍繩，防水粘性膜固定在尼龍繩上。
[0082]卷材的寬度D、每片防水粘性膜的長(zhǎng)度LI以及防水粘性膜間隔長(zhǎng)度L2的尺寸大 小分別由以下公式計(jì)算得出:D=D8-10cm (公式I) ；L1=L8 (公式2) ；L2=L8+H8 (公式3);其 中，D為卷材的寬度，LI為每片防水粘性膜的長(zhǎng)度，L2為防水粘性膜間隔長(zhǎng)度，D8為采集箱 的寬度，L8為采集箱的長(zhǎng)度，H8為采集箱的高度，單位均為cm。[0083]采集箱的底面分布有密集均勻的小孔，采集箱內(nèi)裝有藻類絮凝劑，絮凝劑會(huì)由箱 底的小孔滲出，在水解作用下生成膠體，從而形成一層密集的膠滴粘附在箱底，用以粘附從 底泥垂向遷移上浮的藻細(xì)胞。
[0084]采集箱內(nèi)部有一通過電磁鐵控制的可上下活動(dòng)的齒板，板上分布有密集均勻的小 齒；當(dāng)齒板下落時(shí)，其上的小齒與采集箱底面上的小孔咬合，小齒穿過小孔，將采集箱底面 粘附有藻類的膠滴打離采集箱底面。同時(shí)，齒板下落帶動(dòng)支架升起，其上的卷材也上移，此 時(shí)采集箱下方的卷材處于防水粘性膜段并且具有粘性的一面朝上，防水粘性膜上移貼在采 集箱底面，將脫落的帶藻膠滴粘住，并隨之傳輸?shù)綔y(cè)量架。
[0085]為達(dá)到上述齒板可以通過電磁鐵控制而上下活動(dòng)的目的，采取如下技術(shù)方案:齒 板上表面的四角各固定有一個(gè)豎直的細(xì)桿，細(xì)桿的頂端固接一個(gè)磁鐵，當(dāng)電磁鐵正向通電 時(shí)，電磁鐵下端的磁極與磁鐵上端的磁極相異，電磁鐵吸引磁鐵，使細(xì)桿上移，從而帶動(dòng)齒 板上移；當(dāng)電磁鐵反向通電時(shí)，電磁鐵下端的磁極與磁鐵上端的磁極相同，電磁鐵排斥磁 鐵，使細(xì)桿下移，從而帶動(dòng)齒板下移。
[0086]為達(dá)到上述齒板下落帶動(dòng)支架升起的目的，采取如下技術(shù)方案:齒板上的細(xì)桿通 過連桿與支架豎直桿的末端相連，連桿的中心鉸接在采集箱的側(cè)壁，支架的每根豎直桿上 都套有一個(gè)套筒，套筒固定在采集箱或設(shè)備箱的側(cè)壁，套筒內(nèi)側(cè)面有一圈橡膠，使豎直桿在 摩擦力作用下保證卷材傳輸時(shí)支架靜止不動(dòng)；當(dāng)齒板下落時(shí)，拉動(dòng)連桿使支架的豎直桿上 升，從而支架上升；當(dāng)齒板上升時(shí)，推動(dòng)連桿使支架的豎直桿下落，從而支架下落。
[0087]為達(dá)到上述齒板上升帶動(dòng)支架下落的目的，采取如下技術(shù)方案:齒板和支架的結(jié) 構(gòu)同上，當(dāng)齒板上升時(shí)，推動(dòng)連桿使支架的豎直桿下落，從而支架下落。
[0088]本發(fā)明的監(jiān)測(cè)方法如下所述。裝置運(yùn)行時(shí)，根據(jù)第一無線通訊器接受到的信號(hào)，設(shè) 定采集時(shí)間間隔At，該采集時(shí)間間隔At為0.75小時(shí)?1.5小時(shí)，較佳選擇I小時(shí)。卷揚(yáng) 機(jī)啟動(dòng)，根據(jù)接收的測(cè)點(diǎn)水深信號(hào)，將水底測(cè)件單元下放到水中直至采集箱的底面距離底 泥10-20cm。初始時(shí)，水底測(cè)件單元處于采集狀態(tài)，采集箱下方的卷材處于間隔處，即采集箱 下方只有兩根細(xì)尼龍繩。電磁鐵通正向電流，齒板處在抬升狀態(tài)，支架處在下落狀態(tài)。藻類 絮凝劑通過采集箱下底面的小孔滲出，形成膠滴附著在底面上，當(dāng)有藻類上浮到達(dá)采集箱 底面時(shí)，就會(huì)被粘附在膠滴上。
[0089]At時(shí)間之后，水底測(cè)件單元達(dá)到測(cè)量狀態(tài)，設(shè)備箱里的微型發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)第 二卷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使卷材開始從第一卷軸向第二卷軸傳輸，當(dāng)一片防水粘性膜恰好位于采集箱 的正下方(即傳輸距離為L(zhǎng)I)，微型發(fā)動(dòng)機(jī)停止。上述過程結(jié)束后，微型電磁鐵自動(dòng)轉(zhuǎn)為通反 向電流，齒板下落，支架上升，使防水粘性膜貼在采集箱的底面，齒板上的小齒穿過采集箱 底面的小孔，將粘附有藻類的膠滴打離采集箱底面，粘在防水粘性膜上。
[0090]隨后，電磁鐵自動(dòng)重新通正向電流，齒板上升，支架下落，微型發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，卷材開 始從第一卷軸向第二卷軸傳輸，到粘附有藻類的防水粘性膜恰好豎直位于測(cè)量架左側(cè)，采 集箱的正下方和左側(cè)壁對(duì)著卷材的間隔處(即傳輸距離為L(zhǎng)2)，微型發(fā)動(dòng)機(jī)停止，水底測(cè)件 單元回到采集狀態(tài)。此時(shí)，測(cè)量架上的激光光源打開，發(fā)出激光照射在豎直位于測(cè)量架左側(cè) 壁中間的防水粘性膜上，光線范圍大于一片防水粘性膜面積。粘附在防水粘性膜上的藻類 因?yàn)榫哂袩晒馓匦裕w內(nèi)的葉綠素在激光的照射下發(fā)出熒光，激發(fā)出的熒光被熒光接收器 接收。接受到的熒光信號(hào)傳輸?shù)皆O(shè)備箱中的處理器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為藻類數(shù)量的數(shù)字信號(hào)，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并通過第二無線通訊器傳輸給第一無線通訊器，從而傳輸給遠(yuǎn)程控制中心。
[0091]下面通過具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0092]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其 包括水面控制單元和水底測(cè)件單元兩部分。
[0093]水面控制單元設(shè)有浮臺(tái)1，浮臺(tái)I上有第一無線通訊器2、信號(hào)燈3、天線4，浮臺(tái)I 下方安裝有卷揚(yáng)機(jī)13，浮臺(tái)I通過卷揚(yáng)機(jī)13上的纜繩5與水底測(cè)件單元相連接。
[0094]水底測(cè)件單元由上到下分為設(shè)備箱6、測(cè)量架7和采集箱8三部分；設(shè)備箱6內(nèi)安 裝有微型發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第二無線通訊器(上述微型發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第二無線通訊器在 圖中未示出)；測(cè)量架7上安裝有激光光源11和熒光接收器12 ;采集箱8底面密布均勻小 孔，內(nèi)部有一塊可上下活動(dòng)的齒板20，通過電磁鐵21控制升降；采集箱8左右兩側(cè)各有一 個(gè)支架14，采集箱右側(cè)和設(shè)備箱左側(cè)分別有一個(gè)第一卷軸9和第二卷軸10。
[0095]該浮臺(tái)I及其上設(shè)備如圖2所示,浮臺(tái)I為底面半徑100cm、高150cm的圓柱體,底 部50cm高度為空腔。浮臺(tái)I由輕質(zhì)泡沫塑料制成，所受的浮力保證第一無線通訊器2、信號(hào) 燈3、天線4露出水面。
[0096]該水底測(cè)件單元部分如圖3所示，其中的設(shè)備箱6的尺寸為IIOcmX IIOcmX 50cm，
設(shè)備箱的內(nèi)部安裝有微型發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第二無線通訊器。
[0097]測(cè)量架7的高度為110cm，由4根直徑2cm的圓桿組成；采集箱8的尺寸為 IlOcmX IlOcmX 30cm,頂面和側(cè)壁厚度為0.5cm,底面厚度為0.2cm。第一卷軸9和第二卷 軸10的長(zhǎng)度均為110cm。
[0098]由公式I至公式3計(jì)算得出，卷材15的寬度D為100cm，每片防水粘性膜的長(zhǎng)度 LI為IlOcm,間隔長(zhǎng)度L2為140cm,該卷材尺寸示意圖如圖4所示。
[0099]齒板20和支架14的示意圖如圖5所示，齒板20的尺寸為109cmX 109cm，板厚
0.2cm,其上的小齒高為0.3cm,優(yōu)選形狀為梯形臺(tái)的形狀；細(xì)桿17的直徑為0.5cm,高度為 17cm ;磁鐵18為底面直徑5cm、高3cm的圓柱體磁鐵；連桿19的長(zhǎng)度為5cm,兩端和中心各 有一個(gè)連接鉸；支架14的豎直桿直徑為0.5cm，長(zhǎng)20cm，水平桿直徑0.5cm，長(zhǎng)102cm ;套筒 16長(zhǎng)3cm,外徑Icm,內(nèi)側(cè)橡膠圈的內(nèi)徑為0.5cm。采集箱8的底面小孔的直徑為2mm,相鄰 兩孔的距離為5mm (相鄰小孔圓心的距離)。藻類絮凝劑選用聚氯化鋁(PAC)絮凝劑。
[0100]裝置運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)13，將水底測(cè)件單元下放到水中直至采集箱8的底面距 離底泥約20cm，設(shè)定采集時(shí)間間隔為I小時(shí)。初始時(shí)，水底測(cè)件單元處于采集狀態(tài)，采集箱 8下方的卷材15處于間隔處，即采集箱下方只有兩根細(xì)尼龍繩。電磁鐵21通正向電流，吸 住細(xì)桿17上的磁鐵18，齒板20處在抬升狀態(tài)，支架14處在下落狀態(tài)，如圖6所示。藻類絮 凝劑通過采集箱8下底面的小孔滲出，形成膠滴附著在底面上，當(dāng)有藻類上浮接近膠滴時(shí)， 就會(huì)被粘附在膠滴上。
[0101]一個(gè)小時(shí)之后，水底測(cè)件單元達(dá)到測(cè)量狀態(tài)，設(shè)備箱6里的微型發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng) 第二卷軸10轉(zhuǎn)動(dòng)，使卷材15開始從第一卷軸9向第二卷軸10傳輸，到一片防水粘性膜恰 位于采集箱8的正下方(傳輸距離為L(zhǎng)I，其值為IlOcm)，微型發(fā)動(dòng)機(jī)停止。隨后，微型電磁 鐵21自動(dòng)轉(zhuǎn)為通反向電流,如圖7所示，電磁鐵21排斥磁鐵18,細(xì)桿17下落,帶動(dòng)齒板20 同時(shí)下落，并通過連桿19帶動(dòng)支架14上的豎直桿上升，從而支架14上升，使防水粘性膜貼 在采集箱8的底面，齒板20上的小齒穿過采集箱8底面的小孔，將粘附有藻類的膠滴打離采集箱8，粘在防水粘性膜上。
[0102]隨后，電磁鐵21自動(dòng)轉(zhuǎn)回通正向電流，齒板20上升，支架14下落，微型發(fā)動(dòng)機(jī)啟 動(dòng)，卷材15開始從第一卷軸9向第二卷軸10傳輸，到粘附有藻類的防水粘性膜恰好豎直 位于測(cè)量架7左側(cè)壁的中間，采集箱8的正下方和左側(cè)壁對(duì)著卷材的間隔處(傳輸距離為 L2=140cm)，微型發(fā)動(dòng)機(jī)停止，水底測(cè)件單元回到采集狀態(tài)。
[0103]此時(shí)，測(cè)量架7上的激光光源11打開，發(fā)出激光照射在豎直位于測(cè)量架7左側(cè)壁 中間的防水粘性膜上，光線范圍大于膜面積。粘附在膜上的藻類因?yàn)榫哂袩晒馓匦裕大w內(nèi) 的葉綠素在激光的照射下發(fā)出熒光，激發(fā)出的熒光被熒光接收器12接收，將接受到的熒光 信號(hào)傳輸?shù)皆O(shè)備箱6中的處理器，處理后得出藻類的數(shù)量，將數(shù)據(jù)儲(chǔ)存并通過第二無線通 訊器傳輸給第一無線通訊器2，從而傳輸給遠(yuǎn)程控制中心。
[0104]按照上述過程，裝置可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)“采集”和“測(cè)量”工作，即可得到底泥 復(fù)蘇上浮后向上覆水垂向遷移的連續(xù)變化過程。圖8為裝置在某河道型水庫(kù)壅水區(qū)進(jìn)行 藻類復(fù)蘇及垂向遷移連續(xù)監(jiān)測(cè)的第7天時(shí)的底泥藻類向上覆水垂向遷移的數(shù)量與時(shí)間的 關(guān)系圖，從圖中可以看出，底泥藻類的復(fù)蘇時(shí)間約在這一天的第8個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段(即上午8時(shí) 左右)，此后藻類垂向遷移上浮的數(shù)量越來越多，在第10到11個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段的上浮增量達(dá)到
1.086 X IO7 個(gè)/L.hr。
[0105]綜上，按照上述過程長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)采集，即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)底泥藻類復(fù)蘇后向上覆水垂 向遷移通量，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值發(fā)生顯著增長(zhǎng)變化時(shí)表明底泥藻類開始復(fù)蘇進(jìn)入上浮及聚集階 段，在環(huán)境適宜條件下(如高溫、強(qiáng)光)就極可能暴發(fā)水華并發(fā)出警報(bào)。
[0106]上述實(shí)施例是用于例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，但是本發(fā)明并不限于上述 實(shí)施方式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，在權(quán)利要求保護(hù)范圍 內(nèi)，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此本發(fā)明的保護(hù)范圍，應(yīng)如本發(fā)明的權(quán)利要求書覆蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其包括水面控制單元和水底測(cè)件單元兩部分；所述水面控制單元設(shè)有浮臺(tái)(I)，所述浮臺(tái)(I)上方安裝有第一無線通訊器(2 )和天線(4)，該浮臺(tái)(I)下方安裝有卷揚(yáng)機(jī)(13)，所述卷揚(yáng)機(jī)(13)通過纜繩(5)與所述水底測(cè)件單元相連接；所述水底測(cè)件單元包括設(shè)備箱(6)、測(cè)量架(7)和采集箱(8)；所述的采集箱(8)的底面能夠粘附藻類細(xì)胞，所述采集箱(8)的底面還設(shè)置有卷材 (15)，該卷材(15)能夠粘附脫離了采集箱(8)底面的藻類細(xì)胞；所述的測(cè)量架(7)上安裝有激光光源(11)和熒光接收器(12)，該激光光源(11)發(fā)射激光于卷材(15)上從而激發(fā)卷材(15)上粘附的藻類細(xì)胞發(fā)出熒光，產(chǎn)生熒光信號(hào)被熒光接收器(12)接收；所述采集箱(8)的一側(cè)安裝一個(gè)第一卷軸(9)，所述設(shè)備箱(6)的一側(cè)安裝一個(gè)第二卷軸(10 )，該卷材(15 )分別纏繞在第一卷軸(9 )和第二卷軸(10 )上；所述的設(shè)備箱(6)內(nèi)部安裝有發(fā)動(dòng)機(jī)、處理器和第二無線通訊器，所述發(fā)動(dòng)機(jī)為第二卷軸(10)提供動(dòng)力；所述處理器用于控制水 底測(cè)件單元的啟動(dòng)和停止，接收并處理熒光接收器(12)接收的熒光信號(hào)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述第二無線通訊器能夠與第一無線通訊器(2)進(jìn)行無線通訊，從而將從所述處理器轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)傳輸給第一無線通訊器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述浮臺(tái)(I)還包括信號(hào)燈(3)，該浮臺(tái)(I)由輕質(zhì)泡沫塑料制成并通過浮力作用保證第一無線通訊器(2)、信號(hào)燈(3)、天線(4)露出水面；纜繩(5)的一端纏繞于浮臺(tái)(I)下方的卷揚(yáng)機(jī)(13)上，纜繩(5)的另一端與水底測(cè)件單元的設(shè)備箱(6)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述采集箱(8)底面分布有多個(gè)小孔，采集箱(8)內(nèi)裝有藻類絮凝劑，藻類絮凝劑通過采集箱(8)底面的小孔滲出，形成膠滴，所述膠滴附著在采集箱(8)底面，用以粘附垂向遷移上浮的藻類細(xì)胞。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述的采集箱(8)內(nèi)部有一塊能夠上下活動(dòng)的齒板(20)和電磁鐵(21)，通過電磁鐵(21)控制齒板(20)的升降。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，采集箱(8)內(nèi)部的齒板(20)下表面分布有多個(gè)小齒，齒板(20)下落時(shí)其上的小齒與采集箱(8)底面上的小孔咬合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述采集箱(8)左右兩側(cè)各有一個(gè)支架(14)，所述發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)第二卷軸(10)使得卷材(15)從第一卷軸(9)通過支架(14)傳輸?shù)降诙磔S(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述卷材(15)由間隔分布的防水粘性膜構(gòu)成，卷材(15)的邊緣有柔性尼龍繩，每片防水粘性膜間隔固定在尼龍繩上；卷材的寬度(D)、每片防水粘性膜的長(zhǎng)度(LI)以及防水粘性膜間隔長(zhǎng)度(L2)的尺寸大小分別由以下公式計(jì)算得出:D=D8_10cm ；L1=L8 ；L2=L8+H8 ；其中，D為卷材(15)的寬度，LI為每片防水粘性膜的長(zhǎng)度，L2為防水粘性膜間隔長(zhǎng)度， D8為采集箱(8)的寬度，L8為采集箱(8)的長(zhǎng)度，H8為采集箱(8)的高度，單位均為cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述齒板(20)下落時(shí)，齒板(20)上的小齒穿過采集箱(8)底面上的小孔將采集箱(8) 底面粘附的藻類細(xì)胞打離采集箱(8)底面而使藻類細(xì)胞粘附于卷材(15)的防水粘性膜上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述激光光源(11)發(fā)出的激光波長(zhǎng)范圍為400nm到700nm，光強(qiáng)范圍為8mW到12mW，投射在卷材(15)上的光照范圍大于卷材(15)上一片防水粘性膜的面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述齒板(20)上面的至少兩個(gè)角部各固定有一個(gè)豎直的細(xì)桿(17)，細(xì)桿(17)的頂端固接一個(gè)磁鐵(18)，細(xì)桿(17)的一端連接一連桿(19)并通過該連桿(19)與支架(14)的末端相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述連桿(19)的中心鉸接在采集箱(8)的側(cè)壁，支架(14)的每根豎直桿上都有一個(gè)套筒(16 )，套筒(16 )固定在采集箱(8 )或設(shè)備箱(6 )的側(cè)壁，套筒(16 )的內(nèi)側(cè)面有一圈橡膠。
12.—種監(jiān)測(cè)方法，所述監(jiān)測(cè)方法為使用權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的用于水華預(yù)警的藻類復(fù)蘇及垂向遷移監(jiān)測(cè)裝置對(duì)藻類復(fù)蘇及垂向遷移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其特征在于，所述監(jiān)測(cè)方法包括如下步驟:第一無線通訊器(2)接受.信號(hào)，設(shè)定采集時(shí)間間隔At，卷揚(yáng)機(jī)(13)啟動(dòng)將水底測(cè)件單元下放到水中使得藻類細(xì)胞粘附于采集箱(8)底面；At時(shí)間之后，粘附于采集箱(8)底面的藻類細(xì)胞脫離采集箱(8)底面而粘附于卷材(15)上；激光光源(11)發(fā)出激光照射在卷材(15)上并激發(fā)其上的藻類細(xì)胞發(fā)出熒光，產(chǎn)生熒光信號(hào)被熒光接收器(12)接收；接收到的熒光信號(hào)經(jīng)過處理傳輸給第一無線通訊器(2 )。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述水底測(cè)件單元下放到水中時(shí)， 采集箱(8)底面至水底泥面的距離為10?20cm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述采集時(shí)間間隔At為0.75小時(shí)?1.5小時(shí)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述熒光信號(hào)為光信號(hào)，通過所述處理器轉(zhuǎn)換為藻類數(shù)量的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行儲(chǔ)存并通過第二無線通訊器傳輸給第一無線通訊器⑵。
【文檔編號(hào)】G01N21/64GK103439303SQ201310346478
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】戴會(huì)超, 毛勁喬, 張培培, 戴凌全 申請(qǐng)人:中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司