專利名稱：基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)和預警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明涉及一種基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)和一種基于光合活性的藻華預警方法。
背景技術(shù)：
伴隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展的同吋，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，藻類過度繁埴產(chǎn)生的有害藻華(Harmful Algal Blooms,HABs)(包括海洋赤潮和淡水水華)持續(xù)高頻次發(fā)生，已嚴重影響到居民的飲水安全、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水體景觀價值等方面，造成了巨大的經(jīng)濟損失。在我國海域，從北至南都有大規(guī)模赤潮爆發(fā)的記錄，近幾年來東海成為赤潮爆發(fā)的重災區(qū)，水產(chǎn)養(yǎng)殖損失嚴重。在淡水領(lǐng)域，以太湖、巢湖、滇池為代表的大型淺水湖泊成為藍藻水華的重災區(qū)，在作為飲用水源地的許多大中型水庫也頻繁發(fā)生藍藻水華。對于有害藻華的監(jiān)測和預警已經(jīng)引起了各級政府部門和科研単位的高度重視。 目前對于藻華的監(jiān)測和預警，主要采用如下幾種方法I)定期采樣法監(jiān)測人員到現(xiàn)場采樣，現(xiàn)場測量或回實驗室后進行顯微鏡細胞計數(shù)和葉綠素含量測量。這種方法的缺點在于監(jiān)測頻率低，數(shù)據(jù)獲取相對滯后，不能做到實時監(jiān)測。2)連續(xù)監(jiān)測法以浮標或監(jiān)測站房為平臺，利用葉綠素熒光計(如Wet-Labs、TriOS, YSI等公司產(chǎn)的葉綠素熒光計)實時測量水體的葉綠素濃度，這種方法在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應用。此外，中國發(fā)明專利申請201110182842. X提出了ー種利用流式細胞計數(shù)法在浮標內(nèi)長期對水體浮游植物細胞密度進行監(jiān)測的方法。連續(xù)監(jiān)測法可以高頻率的獲取浮游植物細胞密度或葉綠素濃度等生物量信息，而生物量反映的是過去一段時間浮游植物細胞生長累積到現(xiàn)在的量，但僅僅靠這些信息難以對浮游植物未來的生長變化情況進行預警。3)衛(wèi)星遙感法通過衛(wèi)星搭載的光譜儀來大面積測量水色光譜，用特定公式估算水體中浮游植物的葉綠素濃度。這種方法測量的還是生物量，非常適合大尺度觀測藻華發(fā)生的范圍和嚴重程度，但也無法做到在藻華發(fā)生前的預警。綜上，無論是連續(xù)監(jiān)測還是定期測量，無論是實驗室分析還是衛(wèi)星遙感，目前對浮游植物監(jiān)測手段主要采用細胞計數(shù)和葉綠素濃度測量兩種方式，而這兩種方式都是反映的浮游植物生物量的歷史累積。顯然，僅僅靠生物量這種歷史數(shù)據(jù)對浮游植物未來的生長趨勢以及是否會發(fā)生藻華進行預警是遠遠不夠的。地球上一切生命活動的終極能量來源是太陽，而對太陽能的轉(zhuǎn)化主要靠浮游植物和高等植物的光合作用。浮游植物生長的原初驅(qū)動カ是其光合活性的高低，那么浮游植物光合作用活性的高低就可以用來預測未來的生長趨勢。測量浮游植物光合作用的技術(shù)主要包括I)光合放氧法利用Clark氧電極或黒白瓶測量光合放氧速率，缺點在于測量時間長，靈敏度低，無法在野外進行連續(xù)監(jiān)測。
2) C14同化法通過測量放射性元素C14被藻細胞吸收同化的速率來反映光合活性，缺點也在于測量時間長，無法連續(xù)監(jiān)測。3)調(diào)制熒光法通過檢測藻細胞在接受瞬間飽和脈沖光照射后調(diào)制熒光的變化來反映植物的光合活性，優(yōu)點在于測量速度快、靈敏度高、數(shù)據(jù)可靠，缺點在于原理較復雜，因此主要應用于科研領(lǐng)域，監(jiān)測領(lǐng)域應用很少。利用調(diào)制熒光技術(shù)測量的Fv/Fm反映了浮游植物轉(zhuǎn)化光能為化學能的效率，簡稱光合效率。目前尚未見到任何利用浮標系統(tǒng)對藻類光合活性連續(xù)監(jiān)測的報道。如果能夠?qū)Ω∮沃参锏墓夂匣钚赃M行遠程無線監(jiān)測，就可以根據(jù)光合活性的變化預測未來幾天的浮游植物細胞密度變化情況，從而做到藻華的提前預警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)和預 警方法，能夠在野外無人值守、長期、連續(xù)地對水體中浮游植物的生物量和光合活性進行監(jiān)測，遠程傳輸數(shù)據(jù)，并發(fā)出藻華預警信號。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)，包括安裝在浮標內(nèi)部的電子艙単元、位于所述浮標上部的太陽能供電系統(tǒng)和豎直懸掛在所述浮標下方的剖面采樣單元；其中所述剖面采樣單元包括采樣管；多個進水三通閥，每隔一段距離安裝在所述采樣管上，用于采集并輸送不同深度的水樣；鋼纜，與所述浮標相連接；多個壓カ傳感器，每隔一段距離安裝在所述鋼纜上，與各個所述進水三通閥分別對應地安裝在同一水平面上，用于測量各個所述進水三通閥處的水壓；以及重錘，與所述鋼纜的最下端相連接，使所述鋼纜盡量保持豎直；所述電子艙單元包括抽水裝置，與所述采樣管相連接，用于抽取水樣；流量計，與所述抽水裝置相連接，用于測量抽取的水樣流速；樣品池，與所述流量計相連接，用于儲存抽取自不同深度的水樣；調(diào)制熒光測量單元，與所述樣品池相連接，用于對所述水樣進行光合作用活性和葉綠素濃度的測量分析；排水三通閥，通過排水管與所述樣品池相連接，用于將所述樣品池內(nèi)部儲存的水樣排出所述浮標；中央控制單元，分別與所述調(diào)制熒光測量単元、所述抽水裝置、所述流量計、多個所述進水三通閥和多個所述壓カ傳感器相連接，用于控制水樣的采集、排放和光合活性的測量、分析，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)；以及路由器，與所述中央控制單元相連接，用于通過無線通訊網(wǎng)絡將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端?？蛇x地，所述太陽能供電系統(tǒng)包括
太陽能板，用于采集太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能；蓄電池組，用于存儲所述電能；以及太陽能電池控制器，分別與所述太陽能板、所述蓄電池組和所述中央控制單元相連接，用于將所述太陽能板轉(zhuǎn)化的電能存儲到所述蓄電池組上，并將所述蓄電池組輸出的電カ穩(wěn)壓后向所述電子艙單兀輸送供電。可選地，所述進水三通閥和所述壓カ傳感器的數(shù)目均為2 200個?？蛇x地，所述樣品池包括樣品池腔，豎直安裝于所述調(diào)制熒光測量單元中，用于儲存待測量的水樣；樣品池進水管，與所述采樣管相連接，用于接收所述采樣管輸送來的水樣；
樣品池內(nèi)套管，一端與所述樣品池進水管相連接，另一端伸入所述樣品池腔的底部，用于將所述水樣豎直向下輸送入所述樣品池腔中；樣品池出水管，分別與所述樣品池腔的頂部和所述排水管相連接，用于將所述樣品池腔中的水樣排出到所述排水管；法蘭，分別位于所述樣品池進水管與所述采樣管相連接的端部以及所述樣品池出水管與所述排水管相連接的端部，確保各管路的密封。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供ー種上述任一項所述的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)進行藻華預警的方法，包括步驟a.中央控制單元控制某一深度的進水三通閥和排水三通閥打開；b.抽水裝置啟動，按設定的抽取時間抽取水樣，流量計同步測量抽取的水樣流速；c.達到所述抽取時間后，所述中央控制單元控制所述進水三通閥關(guān)閉、所述抽水裝置停止工作、所述排水三通閥處于止水狀態(tài)，使樣品池內(nèi)的水樣處于靜止狀態(tài)；d.所述中央控制單元控制調(diào)制熒光測量單元測量所述樣品池內(nèi)的水樣的光合作用活性和葉綠素濃度并形成監(jiān)測數(shù)據(jù)，所述監(jiān)測數(shù)據(jù)通過路由器經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡實時傳輸?shù)娇蛻舳耍籩.在上述步驟d的測量步驟結(jié)束后，所述中央控制單元控制另一深度的進水三通閥和排水三通閥打開，并重復上述步驟b d ;f.重復上述步驟e，直到所有深度的進水三通閥全部采樣結(jié)束，關(guān)閉所述進水三通閥、所述排水三通閥以及所述抽水裝置；g.根據(jù)所述客戶端顯示的監(jiān)測數(shù)據(jù)，一旦所述光合作用活性連續(xù)多天穩(wěn)步上升且上升幅度超過一定比例吋，實時發(fā)出藻華預警信號?？蛇x地，在上述步驟f之后還包括步驟Π.所述中央控制單元控制所述藻華預警浮標系統(tǒng)按照設定的時間間隔重復上述步驟a f，進行循環(huán)監(jiān)測?？蛇x地，所述抽取時間=所述水樣由當前深度到所述流量計的時間+所述水樣由所述流量計至所述樣品池的時間+測量時間+延長時間。可選地，所述中央控制單元在控制某一深度的進水三通閥打開進水時，同步獲取當前深度處的壓力傳感器測量到的水壓數(shù)據(jù)?？蛇x地，觸發(fā)藻華預警信號的所述光合作用活性的連續(xù)穩(wěn)步上升的天數(shù)范圍為2 5天?？蛇x地，觸發(fā)藻華預警信號的所述光合作用活性的上升幅度的比例為20 80%。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明通過監(jiān)測水體中浮游植物的光合作用活性變化來進行藻華預警，較傳統(tǒng)的測量生物量的預警方法可以提前數(shù)天進行預警，是真正的藻華預警系統(tǒng)。本發(fā)明通過剖面采樣，能夠?qū)Ι`個水柱 中浮游植物的生物量和光合作用活性進行監(jiān)測，能夠科學的反映水柱中浮游植物的生長變化趨勢和垂直遷移情況，是研究水體生態(tài)系統(tǒng)變化的重要基礎數(shù)據(jù)。本發(fā)明的剖面采樣單元采用鋼纜連接重錘，有效地避免了采樣管的漂移。即使在水流較大的地方，采樣管發(fā)生了小幅度漂移，每個進水三通閥附近的壓カ傳感器也可以對采樣深度做校準，并不影響對整個水柱的剖面分析。本發(fā)明采用太陽能供電系統(tǒng)提供電力，可以真正做到無人值守、長期、連續(xù)采樣的目的，結(jié)合浮標監(jiān)測裝置，可以對水體進行長期監(jiān)測。


本發(fā)明的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將通過下面結(jié)合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中圖I為本發(fā)明一個實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中所示實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)的實體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明一個實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)的樣品池的實體結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明一個實施例的采用基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)進行藻華預警的方法流程圖；圖5為本發(fā)明一個實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)對微囊藻的監(jiān)測結(jié)果曲線圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進ー步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下根據(jù)實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內(nèi)容限制本發(fā)明的保護范圍。圖I為本發(fā)明一個實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中所示實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)的實體結(jié)構(gòu)示意圖。需要注意的是，這些以及后續(xù)其他的附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本發(fā)明實際要求的保護范圍構(gòu)成限制。請同時結(jié)合圖I和圖2所示，該基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)主要包括安裝在浮標11內(nèi)部的電子艙単元100、位于浮標11上部的太陽能供電系統(tǒng)300和豎直懸掛在浮標11下方的剖面采樣單元200。其中，剖面采樣單元200主要包括采樣管12、多個進水三通閥101 Inn、鋼纜13、多個壓カ傳感器201 2nn和重錘14等。進水三通閥101 Inn的數(shù)目可以為2 200個，每隔一段距離安裝在采樣管12上，用于采集并輸送不同深度的水樣。鋼纜13與浮標11相連接，壓カ傳感器201 2nn的數(shù)目與進水三通閥101 Inn的數(shù)目相匹配，也可以為2 200個，每隔一段距離安裝在鋼纜13上，與各個進水三通閥101 Inn分別對應地安裝在同一水平面上，用于測量各個進水三通閥101 Inn處的水壓。重錘14與鋼纜13的最下端相連接，使鋼纜13盡量保持豎直。而電子艙單元100主要包括調(diào)制熒光測量單元I、樣品池2、抽水裝置3、流量計4、排水三通閥5、中央控制單元6和路由器7等。抽水裝置3與采樣管12相連接，用于抽取水樣。流量計4與抽水裝置3相連接，用于測量抽取的水樣流速。樣品池2與流量計4相連接，用于儲存抽取自不同深度的水樣。調(diào)制熒光測量單元I與樣品池2相連接，用于對水樣進行光合作用活性和葉綠素濃度的測量分析。排水三通閥5通過排水管15與樣品池2相 連接，用于將樣品池2內(nèi)部儲存的水樣排出浮標11。中央控制單元6分別與調(diào)制熒光測量單元I、抽水裝置3、流量計4、多個進水三通閥101 Inn和多個壓カ傳感器201 2nn相連接并給予其控制，用于控制水樣的采集、排放和光合活性的測量、分析，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)。路由器7與中央控制單元6相連接，用于通過無線通訊網(wǎng)絡40將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端50。在本實施例中，抽水裝置3、流量計4、多個進水三通閥101 Inn、調(diào)制熒光測量單元I、排水三通閥5、多個壓カ傳感器201 2nn和路由器7的啟動均由中央控制單元6控制。在采取水樣時，中央控制單元6控制多個進水三通閥101 Inn按順序依次獨立エ作，例如當進水三通閥102工作時，其只抽取自身對應深度的水樣，其它深度的各進水三通閥都處于關(guān)閉狀態(tài)。而在進行調(diào)制熒光測量吋，中央控制單元6又會控制抽水裝置3暫停工作，以及控制排水三通閥5暫時止水，以保障樣品池2內(nèi)部的水樣處于靜止狀態(tài)，進行準確的光合作用測量工作。對于太陽能供電系統(tǒng)300，其主要包括太陽能電池控制器8、蓄電池組9和太陽能板10等。其中，太陽能板10用于采集太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能，蓄電池組9用于存儲電能。太陽能電池控制器8分別與太陽能板10、蓄電池組9和中央控制單元6相連接，用于將太陽能板10轉(zhuǎn)化的電能存儲到蓄電池組9上，并將蓄電池組9輸出的電カ穩(wěn)壓后向電子艙單元100輸送供電。圖3為本發(fā)明一個實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)的樣品池的實體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該樣品池2可以包括樣品池腔17、樣品池進水管18、樣品池內(nèi)套管16、樣品池出水管19和法蘭20等。其中，樣品池腔17可呈圓柱形，豎直安裝于調(diào)制熒光測量單元I中，用于儲存待測量的水樣。樣品池進水管18與采樣管12相連接，用于接收采樣管12輸送來的水樣。樣品池內(nèi)套管16 —端與樣品池進水管18相連接，另一端伸入樣品池腔17的底部，用于將水樣豎直向下輸送入樣品池腔17中。樣品池出水管19分別與樣品池腔17的頂部和排水管15相連接，用于將樣品池腔17中的水樣排出到排水管15。法蘭20分別位于樣品池進水管18與采樣管12相連接的端部以及樣品池出水管19與排水管15相連接的端部，確保各管路的密封。如此，樣品池2內(nèi)部水樣的流向可以為樣品池進水管18 —樣品池內(nèi)套管16 —樣品池腔17 —樣品池出水管19。
圖4為本發(fā)明一個實施例的采用前述基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)進行藻華預警的方法流程圖。本實施例沿用前述實施例的元件標號與部分內(nèi)容，其中采用相同的標號來表示相同或近似的元件，并且選擇性地省略了相同技術(shù)內(nèi)容的說明。關(guān)于省略部分的說明可參照前述實施例，本實施例不再重復贅述。如圖4所示，并適當參考圖I 圖3，該采用基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)進行藻華預警的方法流程主要包括如下步驟執(zhí)行步驟S401，中央控制單元6控制某一深度的進水三通閥和排水三通閥5打開。執(zhí)行步驟S402，抽水裝置3啟動，按設定的抽取時間抽取水樣，流量計4同步測量抽取的水樣流速。其中，抽取時間=水樣由當前深度到流量計4的時間+水樣由流量計4至樣品池2的時間+測量時間+延長時間。式中延長時間是指系統(tǒng)為了確保抽取的水樣是特定深度處的水，排除干擾所需要的保險時間。執(zhí)行步驟S403，達到抽取時間后，中央控制單元6控制進水三通閥關(guān)閉、抽水裝置 3停止工作、排水三通閥5處于止水狀態(tài)，使樣品池2內(nèi)的水樣處于靜止狀態(tài)。執(zhí)行步驟S404，中央控制單元6控制調(diào)制熒光測量単元I測量樣品池2內(nèi)的水樣的光合作用活性和葉綠素濃度并形成監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過路由器7經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡40實時傳輸?shù)娇蛻舳?0。執(zhí)行步驟S405，在上述步驟S404的測量步驟執(zhí)行結(jié)束后，中央控制單元6控制另一深度的進水三通閥和排水三通閥5打開，并重復執(zhí)行上述步驟S402 S404。執(zhí)行步驟S406，重復執(zhí)行上述步驟S405，直到所有深度的進水三通閥101 Inn全部采樣結(jié)束，關(guān)閉進水三通閥101 Inn、排水三通閥5以及抽水裝置3。執(zhí)行步驟S408，根據(jù)客戶端50顯示的監(jiān)測數(shù)據(jù)，一旦光合作用活性連續(xù)多天穩(wěn)步上升且上升幅度超過一定比例吋，實時發(fā)出藻華預警信號。在本實施例中，例如觸發(fā)藻華預警信號的光合作用活性的連續(xù)穩(wěn)步上升的天數(shù)為2 5天；上升幅度的比例為20 80%。在本實施例中，在執(zhí)行完上述步驟S406之后，沒有發(fā)現(xiàn)需要跟進處理的其他信息時，可以對上述水體剖面采樣、測量分析、傳輸數(shù)據(jù)的步驟進行不斷地循環(huán)重復。即在采集完一遍水體剖面數(shù)據(jù)后，還可以包括步驟執(zhí)行步驟S407，中央控制單元6控制藻華預警浮標系統(tǒng)按照設定的時間間隔重復執(zhí)行上述步驟S401 S406，進行循環(huán)監(jiān)測。另外，在本實施例中，中央控制單元6在步驟S401中控制某一深度的進水三通閥打開進水吋，還可以同步獲取當前深度處的壓力傳感器測量到的水壓數(shù)據(jù)，用以更準確地測量當前進水三通閥處的水深深度，避免由于水流過大引起鋼纜13漂移造成的深度誤差。圖5為本發(fā)明一個實施例的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)對微囊藻的監(jiān)測結(jié)果曲線圖。在本實施例中，采用的是淡水典型水華藍藻銅綠微囊藻(MiCTocysisaeruginosa)為材料進行試驗。取適量處于對數(shù)生長期的微囊藻藻液接入BGll培養(yǎng)基中按常規(guī)方法培養(yǎng)，光-暗周期12h: 12h，培養(yǎng)溫度25 °C，光照強度100 μ mo I IiT2s'程序設定每隔12h抽取藻液進入樣品池測量光合活性和葉綠素濃度。在接種后，藻類生物量(本實施例中為葉綠素濃度)的變化一般由延遲期、對數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期四個階段組成。既然光合活性是藻細胞生長的原初驅(qū)動力，那么光合活性的變化在理論上就應該比生物量的變化要早，也就是說，是先有光合活性的變化，再有生物量的變化。本實施例的監(jiān)測結(jié)果如圖5所示，接種后0-4天，光合活性和葉綠素濃度都處于延遲期，無明顯變化 ’從第4天開始，光合活性即進入對數(shù)生長期，而葉綠素濃度在第4-6天只有輕微升高；直到第6天開始，葉綠素濃度才進入對數(shù)生長期。由此可以看出，在進入對數(shù)期生長階段的轉(zhuǎn)折點上，本實施例中光合活性的轉(zhuǎn)折點比葉綠素濃度的轉(zhuǎn)折點提前了2天。從第9天開始光 合活性即進入穩(wěn)定期，而葉綠素濃度要到第12天才進入穩(wěn)定期，在進入穩(wěn)定期的轉(zhuǎn)折點上光合活性比葉綠素濃度提前了 3天。從第13天開始，光合活性即進入衰亡期，而葉綠素濃度要到第17天才進入衰亡期，在進入衰亡期的轉(zhuǎn)折點上，光合活性比葉綠素濃度提前了 4天。從本實施例可以看出，無論是延遲期-対數(shù)期、對數(shù)期-穩(wěn)定期還是穩(wěn)定期-衰亡期的轉(zhuǎn)折點上，光合活性都比葉綠素濃度提前數(shù)天，起到了很好的預測預警的作用，說明本系統(tǒng)不僅可以用于藻華發(fā)生的提前預警，也可以用于藻華整個生消過程的提前預測。本發(fā)明通過監(jiān)測水體中浮游植物的光合作用活性變化來進行藻華預警，較傳統(tǒng)的測量生物量的預警方法可以提前數(shù)天進行預警，是真正的藻華預警系統(tǒng)。本發(fā)明通過剖面采樣，能夠?qū)Ι`個水柱中浮游植物的生物量和光合作用活性進行監(jiān)測，能夠科學的反映水柱中浮游植物的生長變化趨勢和垂直遷移情況，是研究水體生態(tài)系統(tǒng)變化的重要基礎數(shù)據(jù)。本發(fā)明的剖面采樣單元采用鋼纜連接重錘，有效地避免了采樣管的漂移。即使在水流較大的地方，采樣管發(fā)生了小幅度漂移，每個進水三通閥附近的壓カ傳感器也可以對采樣深度做校準，并不影響對整個水柱的剖面分析。本發(fā)明采用太陽能供電系統(tǒng)提供電力，可以真正做到無人值守、長期、連續(xù)采樣的目的，結(jié)合浮標監(jiān)測裝置，可以對水體進行長期監(jiān)測。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)，包括安裝在浮標(11)內(nèi)部的電子艙單元(100)、位于所述浮標(11)上部的太陽能供電系統(tǒng)(300)和豎直懸掛在所述浮標(11)下方的剖面采樣單元(200);其中 所述剖面采樣單元(200)包括 米樣管(12)； 多個進水三通閥(101 Inn)，每隔一段距離安裝在所述采樣管(12)上，用于采集并輸送不同深度的水樣； 鋼纜(13)，與所述浮標(11)相連接； 多個壓力傳感器(201 2nn)，每隔一段距離安裝在所述鋼纜(13)上，與各個所述進 水三通閥(101 Inn)分別對應地安裝在同一水平面上，用于測量各個所述進水三通閥(101 Inn)處的水壓；以及 重錘(14)，與所述鋼纜(13)的最下端相連接，使所述鋼纜(13)盡量保持豎直； 所述電子艙單元(100)包括 抽水裝置(3)，與所述采樣管(12)相連接，用于抽取水樣； 流量計(4)，與所述抽水裝置(3)相連接，用于測量抽取的水樣流速； 樣品池(2)，與所述流量計(4)相連接，用于儲存抽取自不同深度的水樣； 調(diào)制熒光測量單元(I)，與所述樣品池(2)相連接，用于對所述水樣進行光合作用活性和葉綠素濃度的測量分析； 排水三通閥(5)，通過排水管(15)與所述樣品池(2)相連接，用于將所述樣品池(2)內(nèi)部儲存的水樣排出所述浮標(11); 中央控制單元￠)，分別與所述調(diào)制熒光測量單元(I)、所述抽水裝置(3)、所述流量計(4)、多個所述進水三通閥(101 Inn)和多個所述壓力傳感器(201 2nn)相連接，用于控制水樣的采集、排放和光合活性的測量、分析，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)；以及 路由器(7)，與所述中央控制單元(6)相連接，用于通過無線通訊網(wǎng)絡(40)將所述監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端(50)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藻華預警浮標系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能供電系統(tǒng)(300)包括 太陽能板(10)，用于采集太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能； 蓄電池組(9)，用于存儲所述電能；以及 太陽能電池控制器(8)，分別與所述太陽能板(10)、所述蓄電池組(9)和所述中央控制單元(6)相連接，用于將所述太陽能板(10)轉(zhuǎn)化的電能存儲到所述蓄電池組(9)上，并將所述蓄電池組(9)輸出的電力穩(wěn)壓后向所述電子艙單元(100)輸送供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的藻華預警浮標系統(tǒng)，其特征在于，所述進水三通閥(101 Inn)和所述壓力傳感器(201 2nn)的數(shù)目均為2 200個。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的藻華預警浮標系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品池(2)包括 樣品池腔(17)，豎直安裝于所述調(diào)制熒光測量單元(I)中，用于儲存待測量的水樣； 樣品池進水管(18)，與所述采樣管(12)相連接，用于接收所述采樣管(12)輸送來的水樣； 樣品池內(nèi)套管(16)，一端與所述樣品池進水管(18)相連接，另一端伸入所述樣品池腔(17)的底部，用于將所述水樣豎直向下輸送入所述樣品池腔(17)中； 樣品池出水管(19)，分別與所述樣品池腔(17)的頂部和所述排水管(15)相連接，用于將所述樣品池腔(17)中的水樣排出到所述排水管(15)； 法蘭(20)，分別位于所述樣品池進水管(18)與所述采樣管(12)相連接的端部以及所述樣品池出水管(19)與所述排水管(15)相連接的端部，確保各管路的密封。
5.一種采用權(quán)利要求I至4中任一項所述的基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)進行藻華預警的方法，包括步驟 a.中央控制單元(6)控制某一深度的進水三通閥和排水三通閥(5)打開； b.抽水裝置(3)啟動，按設定的抽取時間抽取水樣，流量計(4)同步測量抽取的水樣流速； c.達到所述抽取時間后，所述中央控制單元(6)控制所述進水三通閥關(guān)閉、所述抽水裝置(3)停止工作、所述排水三通閥(5)處于止水狀態(tài)，使樣品池(2)內(nèi)的水樣處于靜止狀態(tài)； d.所述中央控制單元(6)控制調(diào)制熒光測量單元(I)測量所述樣品池(2)內(nèi)的水樣的光合作用活性和葉綠素濃度并形成監(jiān)測數(shù)據(jù)，所述監(jiān)測數(shù)據(jù)通過路由器(7)經(jīng)由無線通訊網(wǎng)絡(40)實時傳輸?shù)娇蛻舳?50)； e.在上述步驟d的測量步驟結(jié)束后，所述中央控制單元(6)控制另一深度的進水三通閥和排水三通閥(5)打開，并重復上述步驟b d ； f.重復上述步驟e，直到所有深度的進水三通閥(101 Inn)全部采樣結(jié)束，關(guān)閉所述進水三通閥(101 Inn)、所述排水三通閥(5)以及所述抽水裝置(3)； g.根據(jù)所述客戶端(50)顯示的監(jiān)測數(shù)據(jù)，一旦所述光合作用活性連續(xù)多天穩(wěn)步上升且上升幅度超過一定比例時，實時發(fā)出藻華預警信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的進行藻華預警的方法，其特征在于，在上述步驟f之后還包括步驟 fl.所述中央控制單元(6)控制所述藻華預警浮標系統(tǒng)按照設定的時間間隔重復上述步驟a f，進行循環(huán)監(jiān)測。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的進行藻華預警的方法，其特征在于，所述抽取時間=所述水樣由當前深度到所述流量計(4)的時間+所述水樣由所述流量計(4)至所述樣品池(2)的時間+測量時間+延長時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的進行藻華預警的方法，其特征在于，所述中央控制單元(6)在控制某一深度的進水三通閥打開進水時，同步獲取當前深度處的壓力傳感器測量到的水壓數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的進行藻華預警的方法，其特征在于，觸發(fā)藻華預警信號的所述光合作用活性的連續(xù)穩(wěn)步上升的天數(shù)范圍為2 5天。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或9所述的進行藻華預警的方法，其特征在于，觸發(fā)藻華預警信號的所述光合作用活性的上升幅度的比例為20 80%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于光合活性的藻華預警浮標系統(tǒng)和預警方法，該系統(tǒng)包括浮標內(nèi)部的電子艙單元、太陽能供電系統(tǒng)和懸掛在浮標下方的剖面采樣單元；剖面采樣單元包括采樣管和間隔安裝其上的進水三通閥；鋼纜和安裝其上的壓力傳感器，與各進水三通閥對應安裝在同一平面；重錘，與鋼纜末端連接；電子艙單元包括抽水裝置；流量計；樣品池；調(diào)制熒光測量單元，對水樣作測量分析；排水三通閥，將樣品池內(nèi)的水樣排出；中央控制單元，控制水樣的采集排放和光合活性的測量分析，形成監(jiān)測數(shù)據(jù)；路由器，將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端。本發(fā)明能夠在野外無人值守、長期、連續(xù)地對水體中浮游植物的生物量和光合活性進行監(jiān)測，遠程傳輸數(shù)據(jù)，實時發(fā)出藻華預警信號。
文檔編號G01N33/18GK102854295SQ201210326080
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者韓志國, 畢昆, 姜星, 錢程, 呂中賢, 王陽陽, 顧群 申請人:上海澤泉科技有限公司