[发明专利]一种用于蓝藻水华预警及自主投药抑藻的无人船和方法

说明书

本发明涉及一种用于蓝藻水华预警及自主抑藻的无人船和方法。该无人船的系统设计包括船体、动力驱动系统、监测预警系统、自主投药系统、控制及信号传输系统。预警技术与抑藻功能结合的实现方法是通过改良Monod方程的积分形式结合无人船监测探头测得的氮磷、Chl‑a浓度来推算未来Chl‑a达到风险阈值所需的时间，随后结合过氧化钙‑海藻酸缓释剂有效抑藻的缓释微粒浓度(抑制率达到80％)与所需天数的线性关系，从而在对蓝藻水华预警的基础上实现自主定量的投药控藻。本发明将蓝藻水华预警技术与抑藻控藻技术相联立，在增强了水质在线监测的能力的同时也提升了处理蓝藻水华暴发事件的效率。

技术领域

本发明属于蓝藻水华监测、预警和抑藻技术领域，具体涉及一种用于蓝藻水华预警及自主投药抑藻的方法，以及实现该方法的无人船。

背景技术

近年来在全世界范围内，蓝藻水华的分布范围、发生频率以及它们的危害都在明显增加。在我国太湖、巢湖、滇池、洱海等内陆湖泊也都面临着蓝藻水华的威胁。在未来数十年时间内，我国水环境仍然会频繁出现蓝藻水华问题。因此对蓝藻水华发生的时机和强度进行预测、将水华动态发展趋势事先向人们发出预警预报，同时采取措施进行抑藻等措施的控制，减少水华灾害带来的损失，对于水体管理十分必要。

对水体中的藻类进行模拟是研究种群动态以及预测水华暴发的时机和位置的重要工具。确定性的生态数学模型一般关注影响藻类群落变化的物理、生物和化学过程，用一些代数或者微分方程表示。确定性数学模型的好处在于它们可以对环境系统变化提供各种各样的估计。控制蓝藻水华的方法可分为物理法、生物法和化学法。物理法常用疏浚、超声波等方法，投资大，难以从根本上解决蓝藻再生问题；生物法往往成效较慢，适宜于良性生态系统的长期构建但不适用于蓝藻水华暴发的紧急风险应对；化学法除藻效果显著，但目前的除藻剂如硫酸铜、氯化钙等存在二次污染的问题，相比之下，过氧化钙缓释剂具有良好的杀菌除藻效果且不存在二次污染的风险。

当前对蓝藻水华的防治往往将预警与除藻分开为两个环节进行，通过各种预警方法对水体蓝藻水华暴发可能性进行评估之后，再单独对具有暴发风险水域进行多种方式的除藻抑藻工作。这样延误了大量时间，增大了错过最佳防治时间的可能性，大大降低了防治工作的效率，导致蓝藻水华的防治效果往往不能达到预期目标。同时，对水体取样后的异位检测大幅增加了工作量。通过氮磷营养盐浓度、叶绿素a(Chl-a)浓度的检测探头可以实时得到水体的水质情况，并向地面站进行在线的数据回传。根据这些实时检测的水质指标数据，可以更加准确地对蓝藻生长情况做出判断。因此无人水质监测装备的原位化、在线化、智慧化对蓝藻预警与抑藻除藻工作的结合成为目前相关产品研发的热点。

目前，无人船技术已经广泛应用于水环境污染治理领域，以往的发明大多利用无人船进行单纯的水质在线监测以节省水样异位检测所耗费的人力物力，或者利用无人船搭载水体治理的药品例如除藻剂、除虫剂等进行遥控作业。但将基于水质监测的蓝藻预警与自主投药抑藻功能相结合的无人船技术并未被开发。因为水质监测的目的是为了水体治理，而水体治理的依据又来自水质的监测，所以将这两个环节结合到一个无人船装置上才是真正意义上的实现了人力和时间成本的降低。

发明内容

针对以上部分提出的问题，本部分提出的解决方案是：一种同时具有蓝藻水华预警和自主投药抑藻的无人船，该无人船设备包括船体、动力驱动系统、监测预警系统、自主投药系统、控制及信号传输系统，并提出了预警和投药的方法，将蓝藻水华预警算法与抑藻剂定量投加算法相结合。从而实现了在单个无人船设备上实现蓝藻水华预警与自主抑藻两大功能，增强水质在线监测的能力的同时也提升处理蓝藻水华暴发事件的效率。

Monod方程常被用来描述蓝藻生物量的比增长速率与水体胞外营养盐浓度之间的响应关系。

式中，

μ为微生物的比增长速度，即单位生物量的增长速度，t^-1；