[發(fā)明專利]一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010854038.0
• 申請日: 2020-08-20
• 公開（公告）號: CN111880458A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 才碩;時紅;龔來紅
• 申請（專利權(quán)）人: 江西省贛撫平原水利工程管理局（江西省灌溉試驗(yàn)中心站）
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01D21/02;C02F1/00;C02F11/00
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1.一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置及方法，其特征在于：渠道模塊(4)由渠道(402)與固裝在渠道(402)上的軌道(401)構(gòu)成，在所述渠道模塊(4)上安裝有天車模塊(1)，天車模塊(1)上安裝有操作臂模塊(2)；所述渠道模塊(4)一端與首部模塊(3)固裝，所述首部模塊(3)由首部水箱(301)及首部水箱(301)壁面上的出水孔(302)構(gòu)成，渠道模塊(4)另一端與回水模塊(5)固裝，所述回水模塊(5)由與渠道(402)固裝的過濾結(jié)構(gòu)(501)以及與過濾結(jié)構(gòu)(501)連接的集水箱(502)構(gòu)成，所述過濾結(jié)構(gòu)(501)外壁上有出水口(503)；所述集水箱(502)與首部水箱(301)的底部依次通過攏水管(305)、氮磷檢測傳感器(306)、增壓泵II(303)和疏水管(304)相連通；所述集水箱(502)外側(cè)固裝有排水管(504)，排水管(504)上安裝有抽水泵(505)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置及方法，其特征在于：天車模塊(1)的電動主動輪(111)、多普勒流速傳感器(113)和超聲波水位傳感器(112)固裝在天車外殼(101)的底部，電路總成(120)安裝在天車外殼(101)的內(nèi)部，在天車外殼(101)底部預(yù)留有起落口(110)；在所述天車外殼(101)上固裝有藥料罐(108)、底泥料罐(105)和水罐(102)，所述藥料罐(108)下端安裝有孔盤電機(jī)(116)，孔盤電機(jī)(116)的轉(zhuǎn)軸上固裝有限位椎(114)，所述限位椎(114)的邊緣固裝有列位孔盤(115)；在藥料罐(108)外部固裝有氣壓泵(107)，氣壓泵(107)通過輸氣管(118)與氣嘴(117)相固裝，所述氣嘴(117)與輸藥管(109)固裝在藥料罐(108)的內(nèi)壁上并分別與列位孔盤(115)的上下表面滑動連接，氣嘴(117)通過列位孔盤(115)的預(yù)留孔洞可以與輸藥管(109)連通，所述輸藥管(109)的末端與藥料噴嘴(211)連接，藥料噴嘴(211)安裝在機(jī)械臂IV(208)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置及方法，其特征在于：底泥料罐(105)通過螺旋泵(119)與輸料管(106)連接；水罐(102)通過增壓泵I(103)與輸水管(104)連接，所述輸水管(104)的末端與輸料管(106)的末端通過混料器(209)與噴嘴(210)連通，所述混料器(209)固裝在機(jī)械臂IV(208)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置及方法，其特征在于：電機(jī)I(201)固裝在天車外殼(101)內(nèi)，電機(jī)I(201)的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械臂I(202)固裝，在所述機(jī)械臂I(202)的末端固裝有電機(jī)II(203)，所述電機(jī)II(203)的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械臂II(204)固裝，在機(jī)械臂II(204)的末端固裝有電機(jī)III(205)，所述電機(jī)III(205)的轉(zhuǎn)軸上固裝有機(jī)械臂III(206)，在機(jī)械臂III(206)的末端固裝有電機(jī)IV(207)，所述電機(jī)IV(207)的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械臂IV(208)固裝。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置及方法，其特征在于：電路總成(120)由單片機(jī)控制單元(121)、電機(jī)驅(qū)動模塊(122)和無線傳輸模塊(123)構(gòu)成；所述單片機(jī)控制單元(121)分別與無線傳輸模塊(123)、氮磷檢測傳感器(306)、多普勒流速傳感器(113)、超聲波水位傳感器(112)及電機(jī)驅(qū)動模塊(122)連通，單片機(jī)控制單元(121)通過電機(jī)驅(qū)動模塊(122)分別與電機(jī)I(201)、電機(jī)II(203)、電機(jī)III(205)、電機(jī)IV(207)、電動主動輪(111)、孔盤電機(jī)(116)、氣壓泵(107)、螺旋泵(119)、抽水泵(505)及增壓泵I(103)連通。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置及方法，其特征在于：治理方法包括如下步驟：

S1：針對所需治理的農(nóng)村河道選擇典型河段測定其淤泥厚度h和平均流速v，并采集淤泥和河水運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室；

S2：在一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置的系統(tǒng)中輸入如下參數(shù)：典型河段測定的淤泥厚度h和平均流速v，以及藥劑植入深度h_藥、藥劑植入密度ρ_藥的參數(shù)范圍，數(shù)據(jù)庫集合數(shù)N，預(yù)期處理時間t₀，預(yù)設(shè)最大處理期限t_max，允許誤差比例Δ_{預(yù)設(shè)}；系統(tǒng)通過粘性相似準(zhǔn)則轉(zhuǎn)換出模擬淤泥厚度h_擬和模擬平均流速_v擬，以及藥劑模擬植入深度h_藥擬、藥劑模擬植入密度ρ_藥擬的參數(shù)范圍；

S3：隨機(jī)在藥劑模擬植入深度h_藥擬、藥劑模擬植入密度ρ_藥擬的參數(shù)范圍內(nèi)選擇施藥參數(shù)，分別通過一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置根據(jù)模擬淤泥厚度h_擬制成的模擬河道上進(jìn)行藥劑布局，并按照模擬平均流速v_擬開始試驗(yàn)，記錄不同時間的水體氮磷含量；

S4：若經(jīng)過預(yù)期處理時間t₀后，氮含量N＞2mg/L或磷含量P＞0.4mg/L，則通過現(xiàn)有檢測的氮含量、磷含量數(shù)據(jù)與處理時間計算擬合函數(shù)，并以N＝2-0.1^-10mg/L、P＝0.4-0.1^-10mg/L為參數(shù)通過所述擬合函數(shù)計算理論處理時間t，如果理論處理時間t＞預(yù)設(shè)最大處理時間t_max，則該次試驗(yàn)不計入有效試驗(yàn)次數(shù)N_有效之中，隨后停止試驗(yàn)，自動清理該模擬裝置，并從步驟S3再次開始；如果理論處理時間t＜預(yù)設(shè)最大處理時間t_max，則將理論處理時間t、N＝2-0.1^-10mg/L、P＝0.4-0.1^-10mg/L，以及其對應(yīng)的藥劑模擬植入深度h_藥擬、藥劑模擬植入密度ρ_藥擬作為一組數(shù)據(jù)計入數(shù)據(jù)庫，并將該次試驗(yàn)計入有效試驗(yàn)次數(shù)N_有效之中，隨后停止試驗(yàn)，自動清理該模擬裝置，并從步驟S3再次開始；若經(jīng)過預(yù)期處理時間t₀后，氮含量N＜2mg/L且磷含量P＜0.4mg/L，則檢測當(dāng)前的氮含量、磷含量，并和預(yù)期時間t₀，以及其對應(yīng)的藥劑模擬植入深度h_藥擬、藥劑模擬植入密度ρ_藥擬作為一組數(shù)據(jù)計入數(shù)據(jù)庫，并將該次試驗(yàn)計入有效試驗(yàn)次數(shù)N_有效之中，隨后停止試驗(yàn)，自動清理該模擬裝置，并從步驟S3重新開始，直到有效試驗(yàn)次數(shù)N_有效等于數(shù)據(jù)庫集合數(shù)N；

S5：利用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型迭代計算預(yù)期處理時間t₀條件下當(dāng)N＝2-0.1^-10mg/L、P＝0.4-0.1^-10mg/L時，藥劑模擬植入密度的最小值ρ_藥min以及其對應(yīng)的藥劑模擬植入深度h_{藥對應(yīng)}，并通過一種農(nóng)村河道水環(huán)境治理模擬裝置測定在藥劑模擬植入密度的最小值ρ_藥min以及其對應(yīng)的藥劑模擬植入深度h_{藥對應(yīng)}條件下，在預(yù)期處理時間t₀時，水體氮含量N_{對應(yīng)}和磷含量P_{對應(yīng)}，并將該次測量數(shù)據(jù)作為一組新數(shù)據(jù)計入數(shù)據(jù)庫，隨后，停止試驗(yàn)，自動清理該模擬裝置，并從S4再次開始，直到(N-N_{對應(yīng)})/N＜Δ_{預(yù)設(shè)}且(P-P_{對應(yīng)})/P＜Δ_{預(yù)設(shè)}時為止，輸出最后一次循環(huán)試驗(yàn)中的藥劑模擬植入密度的最小值ρ_藥min以及其對應(yīng)的藥劑模擬植入深度h_{藥對應(yīng)}，系統(tǒng)通過粘性相似準(zhǔn)則轉(zhuǎn)換出藥劑植入深度h_藥、藥劑植入密度ρ_藥，該組數(shù)據(jù)即為所需治理農(nóng)村河道的最佳藥劑使用參數(shù)。