一種利用藻類生長曲線原位區(qū)域優(yōu)化控制藻類濃度的方法
水體富營養(yǎng)化是全球普遍存在的重要水環(huán)境問題。隨著我國對污染排放的嚴(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，導(dǎo)致藻類開始瘋狂生長，一旦暴發(fā)將會花費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，魚類將無法繁衍生長；化學(xué)法是通過投加硫酸銅等試劑進行治理，但是硫酸銅具有毒性且二價銅離子對生物幼體的變態(tài)具有致畸性；機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、操作簡便、成本低的藻類治理方案。
下面提供了一種利用藻類生長曲線原位區(qū)域優(yōu)化控制藻類濃度的方法。
S100：獲取目標(biāo)水域的藻類生長曲線。
本實施例中，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。藻類生長曲線可以由無人船自控檢測測得，也可以根據(jù)歷史保存的藻類生長數(shù)據(jù)得到。需要指出的是，不同水域的藻類生長曲線因所處環(huán)境和水質(zhì)條件的不同而有所差異，如圖2中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條曲線對應(yīng)三種不同的藻類生長曲線，其縱坐標(biāo)代表藻類濃度，橫坐標(biāo)代表對應(yīng)水域內(nèi)藻類生長時間。
S200：檢測所述目標(biāo)水域的藻類濃度，繪制所述目標(biāo)水域內(nèi)藻類濃度的實時分布圖，得到第一實時分布圖。
本實施例中，第一實時分布圖可以理解為常規(guī)的藻類濃度的實時分布圖，具體可以利用無人船對湖泊等目標(biāo)水域的藻類濃度分布進行檢測和驗算，以獲得目標(biāo)水域內(nèi)藻類濃度的實時分布圖。藻類濃度的檢測具體可以采用藻濃度檢測器、葉綠素檢測器等進行。
S300：根據(jù)所述藻類生長曲線和所述第一實時分布圖，判別所述目標(biāo)水域中藻類濃度達到濃度閾值的區(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。
本實施例中，可以根據(jù)藻類生長曲線確定藻類進入快速生長期的濃度閾值，根據(jù)第一實時分布圖確定藻類實時濃度分布，將實時濃度與濃度閾值進行匹配，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。在具體實施時，可以由無人船判別藻類濃度達到對數(shù)生長陡增期前的區(qū)域即藻類濃度達到濃度閾值的區(qū)域，并自動規(guī)劃治理路徑得到具體的行駛路徑即第一治理路徑。自動規(guī)劃路徑指通過藻類濃度判別，標(biāo)記點，將點自動規(guī)劃連接成優(yōu)化最短路徑，并確定藻類抑制劑噴灑點。
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。
本實施例中，可以由無人船按照規(guī)劃的行駛路徑，在濃度達到設(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自動噴灑合適計量的藻類抑制劑。
在一種具體的實施方式中，利用無人船上的藻類濃度檢測器探測水域內(nèi)藻類生長情況和狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)擬合得出藻類含量較多的區(qū)域。利用無人船搭載藻類抑制劑噴灑裝置，遠(yuǎn)程遙控規(guī)劃無人船行駛路徑和噴灑劑量。噴灑面積乘以1米水深計量使用水體體積。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，還包括以下步驟：
S500：按照預(yù)設(shè)時間間隔檢測所述目標(biāo)水域的藻類濃度，更新所述第一實時分布圖，得到第二實時分布圖；
S600：根據(jù)所述藻類生長曲線和所述第二實時分布圖，判別所述目標(biāo)水域中藻類濃度達到濃度閾值的區(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。
本實施例中，預(yù)設(shè)時間間隔可以為3-15天。第二實時分布圖可以理解為對第一實時分布圖進行藻類濃度更新后的常規(guī)的藻類濃度的實時分布圖，更新的數(shù)據(jù)具體可以利用無人船對湖泊等目標(biāo)水域的藻類濃度分布進行檢測和驗算得到。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。在具體實施時，可以每隔3-14天實時檢測區(qū)域內(nèi)藻類濃度，一旦發(fā)現(xiàn)藻類濃度達到濃度閾值所處濃度區(qū)域，持續(xù)進行抑制劑自動噴灑工作，實現(xiàn)了一種動態(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)生高昂的治理費用及大量藻類殘體對水體的污染。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述濃度閾值根據(jù)所述藻類生長曲線中藻類增長的延滯期至對數(shù)增長陡增期確定。
本實施例中，濃度閾值對應(yīng)對數(shù)生長期前的藻類濃度臨界點。對數(shù)生長期前具體指藻類由延滯期開始增長至進入對數(shù)增長陡增區(qū)域之間的時間。在一種具體的實施方式中，藻類濃度達到5×104cell/L，或藻類生長曲線斜率達到30°時，實時的藻類濃度視為達到濃度閾值。優(yōu)選地，濃度閾值根據(jù)藻類生長曲線的斜率確定，生長曲線前期與對數(shù)增長陡增區(qū)域之間臨界點所在斜率作為濃度閾值的確定標(biāo)準(zhǔn)，即生長曲線前期與對數(shù)增長陡增區(qū)域之間臨界點所在的藻類濃度值視為濃度閾值。如圖2，藻類生長曲線斜率達到30°時，時間點t1、t2、t3對應(yīng)的藻類濃度值視為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三條藻類生長曲線對應(yīng)的濃度閾值。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述濃度閾值為5×104cell/L。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述濃度閾值為所述藻類生長曲線上斜率為30°時的藻類濃度。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，在規(guī)劃治理路徑時，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。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述藻類抑制劑的用量為0.5-3g/m3。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述藻類濃度達到105cell/L或在所述藻類生長曲線上斜率達到40°時，所述藻類抑制劑的用量取3g/m3。
在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述藻類濃度達到5×104cell/L或在所述藻類生長曲線上斜率達到30°時，所述藻類抑制劑的用量取0.5g/m3。
本實施例中，藻類抑制劑用量為0.5-3g/m3，按照噴灑面積乘以1米水深計量使用水體體積，并根據(jù)藻類濃度實時調(diào)整量，藻類濃度達到105cell/L或在藻類生長曲線上斜率達到40°時藻類抑制劑用量取3g/m3，藻類濃度達到5×104cell/L或在藻類生長曲線上斜率達到30°時藻類抑制劑用量取0.5g/m3，其他范圍濃度可由兩端插值獲得使用量。
如圖2，藻類生長曲線可歸結(jié)為Ⅰ-Ⅲ3種，因為所處的環(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，錯失最佳防止點，使藻類進入快速生長期，藻類生長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，對應(yīng)的時間點t1-t3均為生長曲線前期，能夠很好地提早對藻類進行防治，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，通過抑制藻類生長和競爭藻類所需營養(yǎng)物質(zhì)，達到控制藻類生長的目的，具有環(huán)境影響小，作用時間長的特點。
相關(guān)新聞推薦
1、?土壤中有哪些微生物？土壤微生物在生態(tài)系統(tǒng)中的作用
4、銀杏內(nèi)生細(xì)菌JX-3最佳生長條件與影響因素
5、?微生物生長動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)揭示：膳食干預(yù)比微生物移植更有效驅(qū)動小鼠菌群重建