一種利用藻類生長(zhǎng)曲線原位區(qū)域優(yōu)化控制藻類濃度的方法
水體富營(yíng)養(yǎng)化是全球普遍存在的重要水環(huán)境問題。隨著我國(guó)對(duì)污染排放的嚴(yán)格控制及水質(zhì)管理力度的加大，外源氮、磷、重金屬等污染物的輸入已逐漸得到控制，但每到夏季，氣溫升高光照加強(qiáng)，導(dǎo)致藻類開始瘋狂生長(zhǎng)，一旦暴發(fā)將會(huì)花費(fèi)很多人力物力去治理。
傳統(tǒng)治理方法有生態(tài)防治法、化學(xué)法、機(jī)械打撈法等。生態(tài)防治法是通過投加魚類治理藻類，若是在水質(zhì)污染嚴(yán)重的水域，魚類將無(wú)法繁衍生長(zhǎng)；化學(xué)法是通過投加硫酸銅等試劑進(jìn)行治理，但是硫酸銅具有毒性且二價(jià)銅離子對(duì)生物幼體的變態(tài)具有致畸性；機(jī)械打撈法是由人力將藍(lán)藻連水一起撈出的方法，治標(biāo)不治本，并且消耗人力物力巨大。
因此，需要提供一種更加智能、操作簡(jiǎn)便、成本低的藻類治理方案。
下面提供了一種利用藻類生長(zhǎng)曲線原位區(qū)域優(yōu)化控制藻類濃度的方法。
S100：獲取目標(biāo)水域的藻類生長(zhǎng)曲線。
本實(shí)施例中，目標(biāo)水域可以是湖泊、人工湖等需要控制藻類濃度的水域。藻類生長(zhǎng)曲線可以由無(wú)人船自控檢測(cè)測(cè)得，也可以根據(jù)歷史保存的藻類生長(zhǎng)數(shù)據(jù)得到。需要指出的是，不同水域的藻類生長(zhǎng)曲線因所處環(huán)境和水質(zhì)條件的不同而有所差異，如圖2中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條曲線對(duì)應(yīng)三種不同的藻類生長(zhǎng)曲線，其縱坐標(biāo)代表藻類濃度，橫坐標(biāo)代表對(duì)應(yīng)水域內(nèi)藻類生長(zhǎng)時(shí)間。
S200：檢測(cè)所述目標(biāo)水域的藻類濃度，繪制所述目標(biāo)水域內(nèi)藻類濃度的實(shí)時(shí)分布圖，得到第一實(shí)時(shí)分布圖。
本實(shí)施例中，第一實(shí)時(shí)分布圖可以理解為常規(guī)的藻類濃度的實(shí)時(shí)分布圖，具體可以利用無(wú)人船對(duì)湖泊等目標(biāo)水域的藻類濃度分布進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)算，以獲得目標(biāo)水域內(nèi)藻類濃度的實(shí)時(shí)分布圖。藻類濃度的檢測(cè)具體可以采用藻濃度檢測(cè)器、葉綠素檢測(cè)器等進(jìn)行。
S300：根據(jù)所述藻類生長(zhǎng)曲線和所述第一實(shí)時(shí)分布圖，判別所述目標(biāo)水域中藻類濃度達(dá)到濃度閾值的區(qū)域，得到所述目標(biāo)水域的第一預(yù)防水域，并規(guī)劃治理路徑得到第一治理路徑。
本實(shí)施例中，可以根據(jù)藻類生長(zhǎng)曲線確定藻類進(jìn)入快速生長(zhǎng)期的濃度閾值，根據(jù)第一實(shí)時(shí)分布圖確定藻類實(shí)時(shí)濃度分布，將實(shí)時(shí)濃度與濃度閾值進(jìn)行匹配，即可得到目標(biāo)水域中需要治理的區(qū)域即第一預(yù)防水域。在具體實(shí)施時(shí)，可以由無(wú)人船判別藻類濃度達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)陡增期前的區(qū)域即藻類濃度達(dá)到濃度閾值的區(qū)域，并自動(dòng)規(guī)劃治理路徑得到具體的行駛路徑即第一治理路徑。自動(dòng)規(guī)劃路徑指通過藻類濃度判別，標(biāo)記點(diǎn)，將點(diǎn)自動(dòng)規(guī)劃連接成優(yōu)化最短路徑，并確定藻類抑制劑噴灑點(diǎn)。
S400：根據(jù)所述第一治理路徑，在所述第一預(yù)防水域噴灑藻類抑制劑。
本實(shí)施例中，可以由無(wú)人船按照規(guī)劃的行駛路徑，在濃度達(dá)到設(shè)定值的區(qū)域即第一預(yù)防水域中的藻類抑制劑噴灑點(diǎn)自動(dòng)噴灑合適計(jì)量的藻類抑制劑。
在一種具體的實(shí)施方式中，利用無(wú)人船上的藻類濃度檢測(cè)器探測(cè)水域內(nèi)藻類生長(zhǎng)情況和狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)擬合得出藻類含量較多的區(qū)域。利用無(wú)人船搭載藻類抑制劑噴灑裝置，遠(yuǎn)程遙控規(guī)劃無(wú)人船行駛路徑和噴灑劑量。噴灑面積乘以1米水深計(jì)量使用水體體積。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，還包括以下步驟：
S500：按照預(yù)設(shè)時(shí)間間隔檢測(cè)所述目標(biāo)水域的藻類濃度，更新所述第一實(shí)時(shí)分布圖，得到第二實(shí)時(shí)分布圖；
S600：根據(jù)所述藻類生長(zhǎng)曲線和所述第二實(shí)時(shí)分布圖，判別所述目標(biāo)水域中藻類濃度達(dá)到濃度閾值的區(qū)域，得到所述目標(biāo)水域的第二預(yù)防水域，并規(guī)劃治理路徑得到第二治理路徑；S700：根據(jù)所述第二治理路徑，在所述第二預(yù)防水域噴灑藻類抑制劑。
本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)時(shí)間間隔可以為3-15天。第二實(shí)時(shí)分布圖可以理解為對(duì)第一實(shí)時(shí)分布圖進(jìn)行藻類濃度更新后的常規(guī)的藻類濃度的實(shí)時(shí)分布圖，更新的數(shù)據(jù)具體可以利用無(wú)人船對(duì)湖泊等目標(biāo)水域的藻類濃度分布進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)算得到。第二預(yù)防水域的具體確定方法可以參照第一預(yù)防水域的確定方法。第二治理路徑的具體確定方法可以參照第一治理路徑的確定方法。在具體實(shí)施時(shí)，可以每隔3-14天實(shí)時(shí)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)藻類濃度，一旦發(fā)現(xiàn)藻類濃度達(dá)到濃度閾值所處濃度區(qū)域，持續(xù)進(jìn)行抑制劑自動(dòng)噴灑工作，實(shí)現(xiàn)了一種動(dòng)態(tài)的藻類濃度控制方法，以此可以將藻類濃度控制在較低水平，避免了藻類大暴發(fā)產(chǎn)生高昂的治理費(fèi)用及大量藻類殘?bào)w對(duì)水體的污染。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述濃度閾值根據(jù)所述藻類生長(zhǎng)曲線中藻類增長(zhǎng)的延滯期至對(duì)數(shù)增長(zhǎng)陡增期確定。
本實(shí)施例中，濃度閾值對(duì)應(yīng)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期前的藻類濃度臨界點(diǎn)。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期前具體指藻類由延滯期開始增長(zhǎng)至進(jìn)入對(duì)數(shù)增長(zhǎng)陡增區(qū)域之間的時(shí)間。在一種具體的實(shí)施方式中，藻類濃度達(dá)到5×104cell/L，或藻類生長(zhǎng)曲線斜率達(dá)到30°時(shí)，實(shí)時(shí)的藻類濃度視為達(dá)到濃度閾值。優(yōu)選地，濃度閾值根據(jù)藻類生長(zhǎng)曲線的斜率確定，生長(zhǎng)曲線前期與對(duì)數(shù)增長(zhǎng)陡增區(qū)域之間臨界點(diǎn)所在斜率作為濃度閾值的確定標(biāo)準(zhǔn)，即生長(zhǎng)曲線前期與對(duì)數(shù)增長(zhǎng)陡增區(qū)域之間臨界點(diǎn)所在的藻類濃度值視為濃度閾值。如圖2，藻類生長(zhǎng)曲線斜率達(dá)到30°時(shí)，時(shí)間點(diǎn)t1、t2、t3對(duì)應(yīng)的藻類濃度值視為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條藻類生長(zhǎng)曲線對(duì)應(yīng)的濃度閾值。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述濃度閾值為5×104cell/L。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述濃度閾值為所述藻類生長(zhǎng)曲線上斜率為30°時(shí)的藻類濃度。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在規(guī)劃治理路徑時(shí)，基于藻類濃度規(guī)劃最短路徑，并確定噴灑藻類抑制劑的藻類抑制劑噴灑點(diǎn)。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述藻類抑制劑的用量為0.5-3g/m3。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述藻類濃度達(dá)到105cell/L或在所述藻類生長(zhǎng)曲線上斜率達(dá)到40°時(shí)，所述藻類抑制劑的用量取3g/m3。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述藻類濃度達(dá)到5×104cell/L或在所述藻類生長(zhǎng)曲線上斜率達(dá)到30°時(shí)，所述藻類抑制劑的用量取0.5g/m3。
本實(shí)施例中，藻類抑制劑用量為0.5-3g/m3，按照噴灑面積乘以1米水深計(jì)量使用水體體積，并根據(jù)藻類濃度實(shí)時(shí)調(diào)整量，藻類濃度達(dá)到105cell/L或在藻類生長(zhǎng)曲線上斜率達(dá)到40°時(shí)藻類抑制劑用量取3g/m3，藻類濃度達(dá)到5×104cell/L或在藻類生長(zhǎng)曲線上斜率達(dá)到30°時(shí)藻類抑制劑用量取0.5g/m3，其他范圍濃度可由兩端插值獲得使用量。
如圖2，藻類生長(zhǎng)曲線可歸結(jié)為Ⅰ-Ⅲ3種，因?yàn)樗幍沫h(huán)境和水質(zhì)條件差異，僅從藻類濃度上判斷容易造成判斷的滯后，錯(cuò)失最佳防止點(diǎn)，使藻類進(jìn)入快速生長(zhǎng)期，藻類生長(zhǎng)速度過快而失去控制。而通過斜率確定濃度閾值，可以避免判斷的滯后，如圖2，當(dāng)斜率出現(xiàn)30°時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)t1-t3均為生長(zhǎng)曲線前期，能夠很好地提早對(duì)藻類進(jìn)行防治，減少防治成本，且減少了藻類爆發(fā)后產(chǎn)生的次生災(zāi)害問題。
在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述藻類抑制劑采用生物環(huán)保型藻類抑制劑。
本實(shí)施例中，藻類抑制劑是生物環(huán)保型藻類抑制劑，而非重金屬、強(qiáng)化學(xué)氧化劑等生物殺滅物質(zhì)，生物環(huán)保型藻類抑制劑主要成分為各種化感物質(zhì)、生物酶及微生物組合，通過抑制藻類生長(zhǎng)和競(jìng)爭(zhēng)藻類所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到控制藻類生長(zhǎng)的目的，具有環(huán)境影響小，作用時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。
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