智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)及控制方法，所述凈化系統(tǒng)包含多個濕地子模塊、智能控制子模塊和回用及補水模塊；所述濕地子模塊用于接收、儲存農(nóng)田面源來水，以及通過生物凈化作用凈化所述農(nóng)田面源來水后存儲或輸出；所述智能控制子模塊用于根據(jù)水文、水質(zhì)和氣象數(shù)據(jù)，控制所述濕地子模塊水位、進(jìn)出水量、回水灌溉水量和補水水量；所述回用及補水模塊用于通過啟閉水泵，將所述濕地子模塊儲存的所述農(nóng)田面源來水和/或凈化后的所述農(nóng)田面源來水回送至農(nóng)田灌溉。
【專利說明】
智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于生態(tài)環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)及 控制方法
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著環(huán)保技術(shù)的發(fā)展，點源污染逐漸被控制，面源污染逐漸成為治理的難點，其中 村落及農(nóng)田面源污染尤為突出。隨著降雨的沖刷，雨水徑流等面源污染進(jìn)入農(nóng)田溝渠、河 流、湖泊等水體，其中初期雨水的污染物含量在整個雨水徑流過程中所占比例最高，尤其是 豐水期初期雨水、農(nóng)田徑流等面源污染來水。因此若能有效收集初期雨水、農(nóng)田灌概退水并 進(jìn)行集中處理，就可W有效減少氮、憐等營養(yǎng)鹽流入受納水體，進(jìn)而保護(hù)收納水體水質(zhì)，控 制流域面源污染。
[0003] 面源污染濕地凈化技術(shù)是一種天然凈化與人工處理相結(jié)合的復(fù)合工藝，主要利用 基質(zhì)、植物和微生物等作用對面源污染進(jìn)行凈化，具有投資少、操作簡單、維護(hù)和運行費用 低等優(yōu)點，是治理和控制面源污染的重要技術(shù)手段之一。但從現(xiàn)有關(guān)于濕地技術(shù)的專利情 況看，專利發(fā)明重點是濕地結(jié)構(gòu)和濕地凈化生物的設(shè)計，未見關(guān)于針對濕地最優(yōu)化控制的 專利。個別專利雖然設(shè)及到自動控制功能，如中國專利"串聯(lián)式河道水質(zhì)改善和水資源調(diào)蓄 方法"（CN102329000A)公開的一種簡單的自動控制系統(tǒng)，但僅限于提出簡單的濃度反饋控 制和水位控制兩種原理，并未給出具體的控制邏輯。
[0004] 為此針對濕地處理農(nóng)田徑流面源污染時存在的水質(zhì)波動大、受降雨影響水量變化 大的問題，業(yè)內(nèi)亟需提供一種有效且高效的智能控制濕地凈化系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的在于在濕地適當(dāng)位置加裝了通用的水位、氨氮、濁度傳感器，在濕地進(jìn) 口、出口、單元過水通道安裝閩口，在濕地回水池中加裝了通用的控制水累，采用無線傳輸 實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)和控制信號遠(yuǎn)程傳輸;通過綜合考慮實時降雨、預(yù)測降雨、水位、水質(zhì)濃度參 數(shù)，設(shè)計各濕地子單元的最優(yōu)水位、進(jìn)出水量、回水灌概水量和補水水量智能控制程序，提 升面源污染的凈化效率。
[0006] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明具體提供一種智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)，所述凈化 系統(tǒng)包含多個濕地子模塊、智能控制子模塊和回用及補水模塊;所述濕地子模塊用于接收、 儲存農(nóng)田面源來水，W及通過生物凈化作用凈化所述農(nóng)田面源來水后存儲或輸出；所述智 能控制子模塊用于根據(jù)水文、水質(zhì)和氣象數(shù)據(jù)，控制所述濕地子模塊水位、進(jìn)出水量、回水 灌概水量和補水水量;所述回用及補水模塊用于通過啟閉水累，將所述濕地子模塊儲存的 所述農(nóng)田面源來水和/或凈化后的所述農(nóng)田面源來水回送至農(nóng)田灌概。
[0007] 在上述智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)中，優(yōu)選的，所述智能控制子模塊包含傳 感單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、處理分析單元W及閩/閥口控制單元;所述傳感單元包含多個傳感 器，所述傳感器設(shè)置于多個所述濕地子模塊的進(jìn)水通道口或出水通道口外水域中，用于檢 測所述水域的水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù);所述數(shù)據(jù)傳輸單元包含數(shù)據(jù)采集器W及數(shù)據(jù)傳輸器，用 于將所述傳感器采集獲得的水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)輸出至所述處理分析單元;所述處理分析 單元用于根據(jù)所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)值發(fā)出控制信息控制所述閩/閥口控制單 元，控制閩口開度及閥口的開關(guān);所述閩/閥口控制單元包含進(jìn)水閩口、出水閩口、過水閩 n、泄水閩口和管線閥口。所述進(jìn)水閩口設(shè)置于所述濕地子模塊進(jìn)水通道口，所述出水閩口 設(shè)置于所述濕地子模塊出水通道口，所述過水閩口設(shè)置于多個所述濕地子模塊之間的過水 通道中，所述泄水閩口位于來水區(qū)末端，所述管線閥口設(shè)置于所述回用及補水模塊與所述 濕地子模塊的相連管道上，所述閩/閥口控制單元用于根據(jù)所述處理單元發(fā)出的控制信息 控制所述進(jìn)水閩n、出水閩口、過水閩口、泄水閩口開度W及管線閥口的開關(guān)。
[0008] 在上述智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)中，優(yōu)選的，所述智能控制子模塊還包含 通信單元，所述通信單元與所述處理分析單元相連，用于接收終端控制器發(fā)出的人工控制 指令及天氣信息，W及通過所述處理單元獲取所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)并反饋至所述終端 控制器。
[0009] 在上述智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)中，優(yōu)選的，所述回用及補水模塊包含回 用池、補水池、回水水累和補水水累;所述回用池設(shè)置于所述濕地子模塊的低法區(qū)域，所述 回水水累設(shè)置于所述回用池內(nèi)，用于將回水送至農(nóng)田灌概;所述補水池設(shè)置于濕地外排水 區(qū)，所述補水水累設(shè)置于補水池內(nèi)，用于對濕地子模塊補水。
[0010] 本發(fā)明還提供一種適用于上述智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)的控制方法，所述 方法包含人工控制模式和自動控制模式;所述人工控制模式包含:將接收到的終端控制器 發(fā)出的控制指令輸出至所述處理分析單元，由所述處理分析單元控制所述閩/閥口控制單 元控制閩口開度，調(diào)節(jié)各過水通道的過水流量W及控制管線閥口的開關(guān);所述自動控制模 式包含:循環(huán)周期的將預(yù)設(shè)條件與通過所述通信單元獲得天氣信息W及通過所述傳感單元 獲得水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)輸出至所述處理分析單元，供所述處理分析單元分析比對;將所述 天氣信息和/或所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)條件進(jìn)行分析判斷，當(dāng)符合預(yù)設(shè)條件時， 控制所述閩/閥口控制單元控制閩口開度，調(diào)節(jié)各過水通道的過水流量W及控制管線閥口 的開關(guān)。
[0011] 在上述控制方法中，優(yōu)選的，所述方法還包含當(dāng)所述人工控制模式處于工作時，所 述自動控制模式中斷工作，當(dāng)所述人工控制模式終止工作時，所述自動控制模式工作。
[0012] 在上述控制方法中，優(yōu)選的，所述天氣信息包含：當(dāng)前降雨量、近期降雨量和前期 降雨量;其中所述當(dāng)前降水量為W當(dāng)前時間點為終點之前的8小時到72小時內(nèi)所述濕地子 模塊區(qū)域的實際降雨量;所述近期降雨量為W當(dāng)前為起點之后一個時間預(yù)定周期內(nèi)所述濕 地子模塊區(qū)域的預(yù)測降雨量;所述前期降雨量為W當(dāng)前時間點為終點之前的7天~30天內(nèi) 所述濕地子模塊區(qū)域的實際降雨量。
[0013] 在上述控制方法中，優(yōu)選的，所述自動控制模式還包含:將當(dāng)前降雨量、近期降雨 量和前期降雨量分別與預(yù)先設(shè)定的當(dāng)前降雨量、近期降雨量和前期降雨量闊值進(jìn)行比較， 獲得第一比較結(jié)果；W及將所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)分別與預(yù)定水位闊值和預(yù)定水質(zhì)闊值 進(jìn)行比較，獲得第二比較結(jié)果與第=比較結(jié)果;根據(jù)所述第一比較結(jié)果、所述第二比較結(jié)果 和所述第=比較結(jié)果，從預(yù)置的多個控制方案中獲得目標(biāo)控制方案;根據(jù)所述目標(biāo)控制方 案控制所述閩/閥口控制單元，控制閩口開度與閥口開關(guān)。
[0014] 在上述控制方法中，優(yōu)選的，所述水位闊值包含防洪水位、安全高水位、高效水位 和最低水位;所述防洪水位為所述濕地子模塊因防洪要求允許的最高水位高度;所述安全 高水位為所述濕地子模塊維持生物凈化系統(tǒng)能夠長期運行的最大蓄水水位高度;所述高效 水位為預(yù)設(shè)的所述濕地子模塊實現(xiàn)生物凈化高效率時的蓄水水位高度;所述最低水位為維 持所述濕地子模塊生存的最低水位高度。
[0015] 在上述控制方法中，優(yōu)選的，所述自動控制模式還包含：當(dāng)所述濕地子模塊的水位 低于所述最低水位時，控制所述回用及補水模塊向所述濕地子模塊進(jìn)行補水和/或?qū)竦?外部補水池水補入所述濕地子模塊；當(dāng)所述濕地子模塊的水位高于所述高效水位且上游農(nóng) 田需灌概時，控制所述濕地子模塊依次從首級濕地至末級濕地的回水池向農(nóng)田進(jìn)行回水灌 概。
[0016] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于:一是通過采集和控制系統(tǒng)改造可適用于常規(guī)各種結(jié) 構(gòu)的單級或多級面源凈化濕地;二是可W自動運行，無需人為干預(yù);=是引入天氣參數(shù)來優(yōu) 化濕地運行模式，可W有效收集初期雨水、農(nóng)田退水，最大程度發(fā)揮濕地的凈化功能，提高 凈化效果；四是可W利用濕地調(diào)蓄雨水進(jìn)行農(nóng)田回用，不僅提升凈化效率，也節(jié)約農(nóng)田用 水。
【附圖說明】
[0017] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0018] 圖1為本發(fā)明的農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)總體構(gòu)成圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明的控制子系統(tǒng)原理圖。
[0020] 附圖標(biāo)號
[0021] 101、進(jìn)水水位、水質(zhì)傳感器102、進(jìn)水閩口 103、濕地進(jìn)水通道
[0022] 104、首級濕地單元水位、水質(zhì)傳感器
[0023] 105、中間級濕地單元水位、水質(zhì)傳感器106、出水水位、水質(zhì)傳感器
[0024] 107、首級濕地單元與中間級濕地單元過水閩口
[0025] 108、首級濕地單元與中間級濕地單元過水通道
[00%] 109、中間級濕地單元與末級濕地單元過水閩口
[0027] 110、中間級濕地單元與末級濕地單元過水通道
[002引 111、出水閩口 112、濕地出水通道113、泄水閩口
[0029] 201、首級濕地單元回用池202、中間級濕地單元回用池
[0030] 203、末級濕地單元回用池204、補水池205、首級濕地單元回水水累206、中間級 濕地單元回水水累
[0031] 207、末級濕地單元回水水累208、補水水累
[0032] 209~217、回用及補水模塊管線閥口
【具體實施方式】
[0033] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附 圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明， 但并不作為對本發(fā)明的限定。
[0034] 本發(fā)明具體提供一種智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)，所述凈化系統(tǒng)包含多個濕 地子模塊、智能控制子模塊和回用及補水模塊;所述濕地子模塊用于接收、儲存農(nóng)田面源來 水，W及通過生物凈化作用凈化所述農(nóng)田面源來水后存儲或輸出；所述智能控制子模塊用 于根據(jù)水文、水質(zhì)和氣象數(shù)據(jù)，控制所述濕地子模塊水位、進(jìn)出水量、回水灌概水量和補水 水量；；所述回用及補水模塊用于通過啟閉水累，將所述濕地子模塊儲存的所述農(nóng)田面源來 水和/或凈化后的所述農(nóng)田面源來水回送至農(nóng)田灌概。
[0035] 在上述實施例中，所述濕地子模塊具體可包含濕地來水區(qū)、首級濕地單元、中間級 濕地單元、末級濕地單元和濕地排水區(qū)，農(nóng)田面源來水經(jīng)由濕地來水區(qū)W此通過首級濕地 單元、中間級濕地單元、末級濕地單元直到濕地排水區(qū)；其中首級濕地單元、中間級濕地單 元和末級濕地單元的凈化效率依次遞減，首級濕地單元凈化效率最高，末級濕地單元凈化 效率相應(yīng)較低，；各級濕地單元均設(shè)有抽水裝置，當(dāng)該濕地單元蓄水高度高于高效水位且農(nóng) 田需灌概時，可通過該抽水裝置將壓力分擔(dān)至農(nóng)田灌概系統(tǒng)中，并節(jié)約農(nóng)田用水。
[0036] 實際工作中，所述智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)可如附圖1所示，本發(fā)明中包括 的濕地子模塊由首級濕地單元、中間級濕地單元、末級濕地單元、濕地進(jìn)水通道103、各級濕 地之間過水通道108和110 (數(shù)量由濕地級數(shù)決定）、濕地出水通道112、濕地來水區(qū)和濕地排 水區(qū)構(gòu)成。如果濕地為單級，首、中間和末級濕地合并為一個整體，沒有各級濕地之間過水 通道。每級濕地可W是簡單的自然濕地，也可W是(包括庫塘、氧化塘等)表流人工濕地，承 擔(dān)蓄水和凈化水質(zhì)的功能。濕地進(jìn)水通道103為自然水道、人工溝渠或管道，位于首級濕地 單元的首端，承擔(dān)從濕地來水區(qū)向首級濕地單元供水的功能。各級濕地之間的過水通道108 和110為自然水道、人工溝渠或管道，位于兩級濕地單元之間，負(fù)責(zé)將上級濕地單元的出水 引入下級濕地單元。濕地出水通道112為自然水道、人工溝渠或管道，位于末級濕地單元和 濕地排水區(qū)之間，負(fù)責(zé)將末級濕地單元的出水引入濕地排水區(qū)。濕地來水區(qū)通常為農(nóng)田面 源退水溝渠、或小型河道(匯水區(qū)），濕地排水區(qū)為湖泊、河流、排水溝渠等。
[0037] 在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，所述智能控制子模塊包含傳感單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、 處理分析單元W及閥口控制單元;所述傳感單元包含多個傳感器，所述傳感器設(shè)置于多個 所述濕地子模塊的進(jìn)水通道口或出水通道口外水域中，用于檢測所述水域的水位和/或水 質(zhì)數(shù)據(jù);所述數(shù)據(jù)傳輸單元包含數(shù)據(jù)采集器W及數(shù)據(jù)傳輸器，用于將所述傳感器采集獲得 的水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)輸出至所述處理分析單元；
[0038] 所述處理分析單元用于根據(jù)所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)值發(fā)出控制信息控 審IJ所述閩/閥口控制單元，控制閩口開度及閥口的開關(guān);所述閩/閥口控制單元包含進(jìn)水閩 n、出水閩口、過水閩口、泄水閩口和管線閥口。所述進(jìn)水閩口設(shè)置于所述濕地子模塊進(jìn)水 通道口，所述出水閩口設(shè)置于所述濕地子模塊出水通道口，所述過水閩口設(shè)置于多個所述 濕地子模塊之間的過水通道中，所述泄水閩口位于來水區(qū)末端，所述管線閥口設(shè)置于所述 回用及補水模塊與所述濕地子模塊的相連管道上，所述閩/閥口控制單元用于根據(jù)所述處 理單元發(fā)出的控制信息控制所述進(jìn)水閩口、出水閩口、過水閩口、泄水閩口的閩口開度W及 管線閥口的開關(guān)。其中，所述智能控制子模塊還包含通信單元，所述通信單元與所述處理單 元相連，用于接收終端控制器發(fā)出的控制指令及天氣信息，W及通過所述處理單元獲取所 述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)并反饋至所述終端控制器。
[0039] 在上述實施例中，具體可如附圖2所示，所述智能控制子模塊由傳感單元、數(shù)據(jù)傳 輸單元、處理分析單元、閩/閥口控制單元和通信單元組成。傳感單元可包含有多組濕地進(jìn) 水水位、水質(zhì)傳感器，濕地各級水位、水質(zhì)傳感器，濕地出水水位、水質(zhì)傳感器;該些傳感器 可分別安裝在首級濕地單元進(jìn)水通道、末級出水通道的前端水域，也可選擇部分或全部過 水通道的前端水域安裝水質(zhì)、水位傳感器，負(fù)責(zé)檢測濕地來水區(qū)、各級濕地單元的水位和濕 地來水區(qū)、各級濕地單元(擬)排水的水質(zhì)。數(shù)據(jù)傳輸單元由無線傳輸無器件和數(shù)據(jù)采集器 構(gòu)成，負(fù)責(zé)將水位、水質(zhì)傳感器采集的數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)教幚矸治鰡卧?。處理分析單元可?計算機或化C，負(fù)責(zé)處理采集的水位、水質(zhì)數(shù)據(jù)，并按設(shè)定程序向執(zhí)行的閩/閥口控制單元的 各部件發(fā)送動作指令，該閩/閥口控制單元具體可包含濕地進(jìn)水閩口、濕地過水閩口、濕地 出水閩口、濕地泄水閩口、濕地管道閥口，上述各閩口或閥口分別安置在流水管道的進(jìn)口或 出口位置，W有效控制流水流量。在本發(fā)明的智能控制子模塊還包括一個通信單元，該通信 單元既接收遠(yuǎn)端服務(wù)器(或移動終端)發(fā)出的人工控制指令和天氣信息，又可將采集的水 位、水質(zhì)參數(shù)通過網(wǎng)絡(luò)傳送回至遠(yuǎn)端服務(wù)器(或移動終端）。
[0040] 在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，所述回用及補水模塊包含回用池、補水池、回水水累 和補水水累;所述回用池設(shè)置于所述濕地子模塊的低法區(qū)域，所述回水水累設(shè)置于所述回 用池內(nèi)，用于將回水送至農(nóng)田灌概;所述補水池設(shè)置于濕地外排水區(qū)，所述補水水累設(shè)置于 補水池內(nèi)，用于對濕地子模塊補水。進(jìn)一步的，所述回用及補水模塊也可作為所述濕地子模 塊的分壓系統(tǒng)，例如當(dāng)所述濕地子模塊水位高于高效水位且農(nóng)田需水灌概時，還可將所述 濕地子模塊內(nèi)多余的水抽取至農(nóng)田灌概系統(tǒng)，W此一方面提高所述濕地子模塊凈化效率的 同時，也有效處理多余的農(nóng)田面源水，節(jié)約了農(nóng)田用水。
[0041] 在實際工作中，具體可如附圖1所示，所述回用及補水模塊由回用池201~203、補 水池204、回水水累205~207、補水水累208、閥口209~216和連接管線217組成?；赜贸?01 ~203為位于各級凈化濕地低法地帶的簡易人工坑或擱筑的水槽，負(fù)責(zé)向回用及補水模塊 的管線供水或承接回用及補水模塊的管線來水?；厮?05~207為通用水累，安裝在回 用池201~203里面或回用池的出水管線上，負(fù)責(zé)從回用池201~203向外部輸水。補水水累 208為通用水累，安裝在補水池204適當(dāng)位置，負(fù)責(zé)向濕地單元輸送水。連接管線217將回用 池201~203、補水池204和農(nóng)田灌概系統(tǒng)連接在一起，通過與閥口組209~216相配合，負(fù)責(zé) 實現(xiàn)各級濕地水向農(nóng)田灌概系統(tǒng)輸水回用、補水池204向各級濕地補水的功能，為最大程度 降低濕地處理負(fù)荷，在進(jìn)行濕地水向農(nóng)田灌概系統(tǒng)輸水回用時，優(yōu)先抽取首級濕地單元回 用池201內(nèi)的水。
[0042] 本發(fā)明還提供一種適用于上述智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)的控制方法，所述 方法包含人工控制模式和自動控制模式;所述人工控制模式包含:將接收到的終端控制器 發(fā)出的控制指令輸出至所述處理分析單元，由所述處理單元控制所述閩/閥口控制單元控 制閩口開度和管線閥口的開關(guān)，調(diào)節(jié)各過水通道的過水流量，控制回水灌概水量與補水水 量;所述自動控制模式包含:循環(huán)周期的將預(yù)設(shè)條件與通過所述通信單元獲得天氣信息W 及通過所述傳感單元獲得水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)輸出至所述處理分析單元，供所述處理分析 單元分析比對;將所述天氣信息和/或所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)條件進(jìn)行分析判 斷，當(dāng)符合預(yù)設(shè)條件時，控制所述閩/閥口控制單元控制閥口開度，調(diào)節(jié)各過水通道的過水 流量，控制回水灌概水量與補水水量。值得說明的是，當(dāng)所述人工控制模式處于工作時，所 述自動控制模式中斷工作，當(dāng)所述人工控制模式終止工作時，所述自動控制模式工作。
[0043] 上述實施例中，所述控制方法包括兩種模式:人工控制模式和自動控制模式。人工 控制模式是由操作人員過程發(fā)布操作指令，通過本發(fā)明控制子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)(短信)端口傳送 至處理分析單元，處理分析單元按照操作指令控制執(zhí)行部件（閥口控制單元），啟/閉通道和 調(diào)節(jié)各過水通道的過水流量，控制回水灌概水量與補水水量。自動控制模式是控制子系統(tǒng) 根據(jù)設(shè)定的循環(huán)時間間隔循環(huán)執(zhí)行預(yù)設(shè)程序，由處理分析單元采集降雨、水位和水質(zhì)數(shù)據(jù)， 并按照設(shè)定程序判斷確定操作指令控制執(zhí)行部件（閩/閥口控制單元），啟/閉通道和調(diào)節(jié)各 過水通道的過水流量，控制回水灌概水量與補水水量。人工控制模式優(yōu)先于自動控制模式， 控制子系統(tǒng)隨時可接收人工指令，當(dāng)人工控制模式執(zhí)行時，自動控制模式處于中斷狀態(tài)。當(dāng) 人工指令執(zhí)行結(jié)束后，控制子系統(tǒng)自動切換回自動控制模式繼續(xù)執(zhí)行。
[0044] 在上述實施例中，所述天氣信息包含：當(dāng)前降雨量、近期降雨量和前期降雨量;其 中所述當(dāng)前降水量為W當(dāng)前時間點為終點之前的8小時到72小時內(nèi)所述濕地子模塊區(qū)域的 實際降雨量;所述近期降雨量為W當(dāng)前為起點之后一個時間預(yù)定周期內(nèi)所述濕地子模塊區(qū) 域的預(yù)測降雨量;所述前期降雨量為W當(dāng)前時間點為終點之前的7天~30天內(nèi)所述濕地子 模塊區(qū)域的實際降雨量。
[0045] 在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，所述自動控制模式還包含:將當(dāng)前降雨量、近期降雨 量和前期降雨量分別與預(yù)先設(shè)定的當(dāng)前降雨量、近期降雨量和前期降雨量闊值進(jìn)行比較， 獲得第一比較結(jié)果；W及將所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)分別與預(yù)定水位闊值和預(yù)定水質(zhì)闊值 進(jìn)行比較，獲得第二比較結(jié)果與第=比較結(jié)果;根據(jù)所述第一比較結(jié)果、所述第二比較結(jié)果 和所述第=比較結(jié)果，從預(yù)置的多個控制方案中獲得目標(biāo)控制方案;根據(jù)所述目標(biāo)控制方 案控制所述閩/閥口控制單元，控制閩口開度與閥口開關(guān)。具體的，所述自動控制模式通過 天氣（降雨）、進(jìn)水水位和進(jìn)出水濃度=組數(shù)據(jù)綜合判斷確定多級濕地子模塊最優(yōu)蓄水量， 啟閉閩口調(diào)節(jié)濕地子模塊的進(jìn)水流量和出水流量，直至達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。自動控制模式使用 的天氣數(shù)據(jù)包括當(dāng)前降雨量、較短時間預(yù)測降雨量(近期降雨量)和前期降雨量。智能控制 子模塊負(fù)責(zé)將當(dāng)前、近期和前期降雨量分別與事先設(shè)定的當(dāng)前、近期和前期降雨量闊值進(jìn) 行比較，結(jié)合進(jìn)水水位與防洪水位、安全高水位，高效水位和最低水位的大小對比、濕地進(jìn) 水濃度和出水濃度是否超標(biāo)、濕地進(jìn)水濃度與出水濃度的大小對比，最終確定多級濕地子 模塊最優(yōu)蓄水策略，通過調(diào)節(jié)濕地子模塊進(jìn)水流量、出水流量、回水灌概水量和補水水量， 實現(xiàn)預(yù)定的控制蓄水目標(biāo)。
[0046] 在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，所述水位闊值從高到低包括防洪水位、安全高水位、 高效水位和最低水位;所述防洪水位為所述濕地子模塊因防洪要求允許的最高水位高度； 所述安全高水位為所述濕地子模塊維持生物凈化系統(tǒng)能夠長期運行的最大蓄水水位高度； 所述高效水位為預(yù)設(shè)的所述濕地子模塊實現(xiàn)生物凈化高效率時的蓄水水位高度;所述最低 水位為維持所述濕地子模塊生存的最低水位高度。
[0047] 在上述實施例中，自動控制模式收集到天氣(降雨）、水位和濃度數(shù)據(jù)后，啟動自動 控制程序，按照表1所列控制策略控制濕地運行，在表1中設(shè)定智能控制系統(tǒng)的判斷參數(shù)如 下：
[004引 P1為當(dāng)前降雨量闊值，用單位時間降雨量表示，可W參照濕地所在地多年雨季平 均降雨量，通過系統(tǒng)運行試驗確定。
[0049] P2為近期降雨量闊值，用單位時間降雨量表示，可W參照濕地所在地多年雨季平 均降雨量，通過系統(tǒng)運行試驗確定。
[0050] P3為前期降雨量闊值，用單位時間降雨量表示，可W參照濕地所在地多年雨季平 均降雨量，通過系統(tǒng)運行試驗確定。
[0051] Tl為當(dāng)前時間段，表示W(wǎng)現(xiàn)在為終點前溯的一個時間長度。
[0052] T2為近期時間段，表示W(wǎng)現(xiàn)在為起點后延的一個時間長度。
[0化3 ] Ql為當(dāng)前降雨量，表示T1時間內(nèi)已經(jīng)發(fā)生的單位時間（例如:8小時到72小時）降雨 量。
[0054] Q2為近期降雨量，表示T2時間內(nèi)即將發(fā)生的單位時間降雨量。
[0055] Q3為前期降雨量，表示W(wǎng)當(dāng)前為終點的之前一個時間預(yù)定周期內(nèi)所述濕地子模塊 區(qū)域的實際降雨量，周期范圍為7天~30天。
[0056] Dl為進(jìn)水水位，表示濕地進(jìn)水區(qū)實際水位值。
[0057] D化為設(shè)定的進(jìn)水區(qū)防洪水位，表示濕地進(jìn)水區(qū)允許洪峰的水位值。
[005引N為能夠達(dá)標(biāo)排放的水質(zhì)濃度闊值。
[0化9] Nl為濕地進(jìn)水水質(zhì)濃度。
[0060] N2為濕地出水水質(zhì)濃度。
[0061] 表 1
[00621
[0063] 在本發(fā)明一優(yōu)選的實施例中，所述自動控制模式還包含：當(dāng)所述濕地子模塊的水 位低于所述最低水位時，控制所述回用及補水模塊向所述濕地子模塊進(jìn)行補水和/或?qū)⑼?部水源補入所述濕地子模塊；當(dāng)所述濕地子模塊的水位高于高效水位時且農(nóng)田需水灌概 時，控制所述濕地子模塊由濕地來水區(qū)至濕地排水區(qū)依次向農(nóng)田灌概系統(tǒng)回水。
[0064] 在上述實施例中，具體的可在自動控制模式預(yù)置有濕地子模塊防洪水位保護(hù)控制 邏輯;當(dāng)濕地子模塊水位超過防洪水位時，自動控制模式啟動防洪水位自動保護(hù)流程，通過 調(diào)節(jié)濕地排水量降低濕地子模塊水位直至安全高水位限值。進(jìn)一步的，如圖1所示，還可利 用所述回用及補水模塊進(jìn)行如下保護(hù)動作：當(dāng)某級濕地單元低于最低水位時，啟動補水程 序，調(diào)整補水回用連通管線閥組啟閉狀態(tài)，建立對應(yīng)的補水通道，開啟補水水累208向濕地 單元補水。當(dāng)濕地水相對充裕，農(nóng)田水源緊張時，啟動回水程序，調(diào)整補水回用連通管線閥 組啟閉狀態(tài)，建立回水通道，開啟濕地單元回用池201~203水累向農(nóng)田灌概系統(tǒng)回水。為最 大程度降低濕地處理負(fù)荷，在進(jìn)行濕地水向農(nóng)田灌概系統(tǒng)輸水回用時，優(yōu)先抽取首級濕地 單元回用池201內(nèi)的水。
[0065] 將本發(fā)明所提供的智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)及控制方法運用到一具體實 施例（云南某湖泊濕地項目）中，使用了=級凈化濕地結(jié)構(gòu)，農(nóng)田徑流區(qū)面積210000m2，=級 濕地的面積69553m2,濕地系統(tǒng)來水區(qū)為人工灌概水渠，濕地排水區(qū)為湖泊，沒有采用補水 回用系統(tǒng)，采用了化C作為處理單元，水質(zhì)參數(shù)采用了氨氮濃度，采用了表1所示的S時間段 十六模式的智能控制模式，其中平均降雨量闊值(P)采用了 0.8倍濕地所在地多年雨季平均 日降雨量，Tl設(shè)定為12小時，T2為設(shè)定24小時。實施例經(jīng)過3個多月的試運行評估，運行效果 非常穩(wěn)定，初步測算提升濕地凈化功能30% W上（W濕地凈化減少氮排放量核算）。
[0066] W上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，W上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保 護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述凈化系統(tǒng)包含多個濕地子 模塊、智能控制子模塊和回用及補水模塊； 所述濕地子模塊用于接收、儲存農(nóng)田面源來水，以及通過生物凈化作用凈化所述農(nóng)田 面源來水后存儲或輸出； 所述智能控制子模塊用于根據(jù)水文、水質(zhì)和氣象數(shù)據(jù)，控制所述濕地子模塊的水位、進(jìn) 出水量、回水灌溉水量和補水水量； 所述回用及補水模塊用于通過啟閉水栗，將所述濕地子模塊儲存的所述農(nóng)田面源來水 和/或凈化后的所述農(nóng)田面源來水回送至農(nóng)田灌溉。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制 子模塊包含傳感單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、處理分析單元以及閘/閥門控制單元； 所述傳感單元包含多個傳感器，所述傳感器設(shè)置于多個所述濕地子模塊的進(jìn)水通道口 或出水通道口外水域中，用于檢測所述水域的水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)； 所述數(shù)據(jù)傳輸單元包含數(shù)據(jù)采集器以及數(shù)據(jù)傳輸器，用于將所述傳感器采集獲得的水 位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)輸出至所述處理分析單元； 所述處理分析單元用于根據(jù)所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)，按預(yù)設(shè)值發(fā)出控制信息控制所 述閘/閥門控制單元，控制閘門開度及管線閥門的開關(guān)； 所述閘/閥門控制單元包含進(jìn)水閘門、出水閘門、過水閘門、泄水閘門和管線閥門；所述 進(jìn)水閘門設(shè)置于所述濕地子模塊進(jìn)水通道口，所述出水閘門設(shè)置于所述濕地子模塊出水通 道口，所述過水閘門設(shè)置于多個所述濕地子模塊之間的過水通道中，所述泄水閘門位于來 水區(qū)末端，所述管線閥門設(shè)置于所述回用及補水模塊與所述濕地子模塊的相連管道上，所 述閘/閥門控制單元用于根據(jù)所述處理單元發(fā)出的控制信息控制所述進(jìn)水閘門、出水閘門、 過水閘門、泄水閘門開度以及管線閥門的開關(guān)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述智能控制 子模塊還包含通信單元，所述通信單元與所述處理分析單元相連，用于接收終端控制器發(fā) 出的人工控制指令及天氣信息，以及通過所述處理分析單元獲取所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù) 并反饋至所述終端控制器。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)，其特征在于，所述回用及補 水模塊包含回用池、補水池、回水水栗和補水水栗； 所述回用池設(shè)置于所述濕地子模塊的低洼區(qū)域，所述回水水栗設(shè)置于所述回用池內(nèi)， 用于將回水送至農(nóng)田灌溉;所述補水池設(shè)置于濕地外排水區(qū)，所述補水水栗設(shè)置于補水池 內(nèi)，用于對所述濕地子模塊補水。5. -種適用于權(quán)利要求3所述的智能調(diào)控農(nóng)田面源濕地凈化系統(tǒng)的控制方法，其特征 在于，所述方法包含人工控制模式和自動控制模式； 所述人工控制模式包含:將接收到的終端控制器發(fā)出的人工控制指令輸出至所述處理 分析單元，由所述處理分析單元控制所述閘/閥門控制單元控制閘門開度與管線閥門的開 關(guān)，調(diào)節(jié)各過水通道的過水流量以及控制回水灌溉水量與補水水量； 所述自動控制模式包含:循環(huán)周期的將預(yù)設(shè)條件與通過所述通信單元獲得天氣信息以 及通過所述傳感單元獲得水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)輸出至所述處理單元，供所述處理分析單元 分析比對； 將所述天氣信息和/或所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)按照預(yù)設(shè)條件進(jìn)行分析判斷，當(dāng)符合預(yù) 設(shè)條件時，控制所述閘/閥門控制單元控制閘門開度與管線閥門的開關(guān)，調(diào)節(jié)各過水通道的 過水流量及控制回水灌溉水量與補水水量。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述方法還包含當(dāng)所述人工控制模式 處于工作時，所述自動控制模式中斷工作，當(dāng)所述人工控制模式終止工作時，所述自動控制 模式工作。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述天氣信息包含：當(dāng)前降雨量、近期 降雨量和前期降雨量； 其中所述當(dāng)前降水量為以當(dāng)前時間點為終點之前的8小時到72小時內(nèi)所述濕地子模塊 區(qū)域的實際降雨量； 所述近期降雨量為以當(dāng)前為起點之后一個時間預(yù)定周期內(nèi)所述濕地子模塊區(qū)域的預(yù) 測降雨量； 所述前期降雨量為以當(dāng)前時間點為終點之前的7天~30天內(nèi)所述濕地子模塊區(qū)域的實 際降雨量。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述自動控制模式還包含： 將當(dāng)前降雨量、近期降雨量和前期降雨量分別與預(yù)先設(shè)定的當(dāng)前降雨量、近期降雨量 和前期降雨量閾值進(jìn)行比較，獲得第一比較結(jié)果； 以及將所述水位和/或水質(zhì)數(shù)據(jù)分別與預(yù)定水位閾值和預(yù)定水質(zhì)閾值值進(jìn)行比較，獲 得第二比較結(jié)果與第三比較結(jié)果； 根據(jù)所述第一比較結(jié)果、所述第二比較結(jié)果和所述第三比較結(jié)果，從預(yù)置的多個控制 方案中獲得目標(biāo)控制方案； 根據(jù)所述目標(biāo)控制方案控制所述閘/閥門控制單元，控制閘門開度與閥門開關(guān)。9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述水位閾值包含防洪水位、安全高 水位、高效水位和最低水位； 所述防洪水位為所述濕地子模塊因防洪要求允許的最高水位高度； 所述安全高水位為所述濕地子模塊維持生物凈化系統(tǒng)能夠長期運行的最大蓄水水位 高度； 所述高效水位為預(yù)設(shè)的所述濕地子模塊實現(xiàn)生物凈化高效率時的蓄水水位高度； 所述最低水位為維持所述濕地子模塊生存的最低水位高度。10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述自動控制模式還包含： 當(dāng)來水區(qū)缺水引發(fā)所述濕地子模塊的水位低于所述最低水位時，控制所述回用及補水 模塊將補水池的水補入所述濕地子模塊維持濕地最低水位； 當(dāng)所述濕地子模塊的水位高于所述高效水位且上游農(nóng)田需灌溉時，控制所述濕地子模 塊依次從首級濕地至末級濕地回水池向農(nóng)田進(jìn)行回水灌溉。
【文檔編號】G05D27/02GK106020295SQ201610368077
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】儲昭生, 金春玲, 儲勝利
【申請人】中國環(huán)境科學(xué)研究院