阅读说明：本技术 一种生态净水坝 (ecological water purification dam ) 是由 张楠 洪雷 邓学燊 商远刚 刘红平 李冲 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种生态净水坝,该生态净水坝通过水质检测端、水质净化端和可调坝体端这三个不同的功能端构建形成一个可持续运行生态净水系统,该生态净水坝通过该生态净水系统实现对水坝内部水体和河道内部水体的同步水质净化处理,并且该水质净化处理是根据该水坝内部水体水质状态和河道内部水体水质状态进行适应性的生态净化,该生态净化能够保证在净化过程中并不对水体以及水坝与河道附近的区域环境产生二次污染破坏,从而有效地改善水坝内部水体和河道内部水体的水质状态。(the invention provides an ecological water purification dam, which is constructed by three different functional ends, namely a water quality detection end, a water quality purification end and an adjustable dam end to form a sustainable ecological water purification system, wherein the ecological water purification dam realizes synchronous water quality purification treatment on water bodies inside the dam and water bodies inside a river channel through the ecological water purification system, the water quality purification treatment is adaptive ecological purification according to the water quality state of the water bodies inside the dam and the water quality state of the water bodies inside the river channel, and the ecological purification can ensure that secondary pollution damage is not generated on the water bodies and the regional environments near the dam and the river channel in the purification process, so that the water quality states of the water bodies inside the dam and the water bodies inside the river channel are effectively improved.)

一种生态净水坝

技术领域

本发明涉及生态环保工程的技术领域，特别涉及一种生态净水坝。

背景技术

水坝具有蓄水排洪的功能，其通常建设在河道的上游位置，以便于对河道的水流状态进行调节。虽然在河道上游建设水坝能够有效地保证河道的安全和提高河道的调节适应性，但是水坝同时会对水体进行截流，而截流后的水体容易发生水体富营养化、寄生虫繁殖和细菌病毒滋生等不同问题，还有水坝的截流作用还会导致河道下游的水流量减小，排放到河道下游的污染物无法及时被河水带走，从而导致河道下游发生水体污染的问题。现有的水坝只能根据河道流域所在区域的降水和干旱情况来进行蓄水或者放水操作，其并不能根据水坝内部水体和河道内部水体的水质情况进行相应的水质净化操作，这不仅对水坝附件的生态环境造成影响，同时还会加剧河道水体的污染程度。可见，现有技术急需一种能够对水坝内部和河道内部水体进行生态净化处理的水坝结构。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种生态净水坝，该生态净水坝通过水质检测端、水质净化端和可调坝体端这三个不同的功能端构建形成一个可持续运行生态净水系统，该生态净水坝通过该生态净水系统实现对水坝内部水体和河道内部水体的同步水质净化处理，并且该水质净化处理是根据该水坝内部水体水质状态和河道内部水体水质状态进行适应性的生态净化，该生态净化能够保证在净化过程中并不对水体以及水坝与河道附近的区域环境产生二次污染破坏，从而有效地改善水坝内部水体和河道内部水体的水质状态；此外，生态净水坝还通过构建关于坝体内水体的水质评价模型以及关于河道水体的水质评价模型来预测水坝内水体和河道水体的水质变化，以便于对不同区域的水体进行智能化可控的净化处理，从而有效地避免水体发生大规模污染的情况；还有，该生态净水坝通过水坝内部和河道内部两个不同区域的水质对比结果和不同区域的降水状态，来适应性地调整坝体闸口的动作模式，从而便于交替地或者同步地净化不同区域的水质以及提高水坝进行放水操作和蓄水操作的智能化程度。

本发明提供一种生态净水坝，所述生态净水坝包括水质检测端、水质净化端和可调坝体端，其特征在于：

所述水质检测端用于检测坝体内部处和/或河道处对应的水质状态，其包括坝体水质检测模块和河道水质检测模块；

所述水质净化端用于根据所述水质状态对所述坝体内部处和/或所述河道处进行生态净水处理，其包括坝体水质净化模块和河道水质净化模块；

所述可调坝体端用于根据所述仿生态净水处理的结果，适用性地调整坝体进行放水操作或蓄水操作；

进一步，所述坝体水质检测模块包括坝体水深检测子模块、坝体水流检测子模块、坝体异物检测子模块和坝体水质状态模型生成子模块；其中，

所述坝体水域检测子模块用于获取坝体内的实时水体水域数据；

所述坝体水流检测子模块用于获取坝体内水体的流动状态数据；

所述坝体异物检测子模块用于获取关于坝体内水体存在的宏观异物和/或微观异物状态对应的宏观异物状态数据和/或微观异物状态数据；

所述坝体水质状态模型生成子模块用于根据所述实时水体水域数据、所述流动状态数据、所述宏观异物状态数据和所述微观异物状态数据中的至少一者，构建关于坝体内水体的水质评价模型；

进一步，所述坝体水域检测子模块包括第一遥感拍摄单元水体深度计算单元和水域面积计算单元；其中，

所述第一遥感拍摄单元用于获取关于坝体内水体的遥感可见光图像和遥感红外图像；

所述水体深度计算单元用于对所述遥感可见光图像进行第一图像计算，以得到坝体内水体的深度数据作为所述实时水体水域数据；

所述水域面积计算单元用于对所述遥感红外图像进行第二图像计算，以得到坝体内水体的水域面积数据作为所述实时水体水域数据；

或者，

所述坝体水流检测子模块包括第二遥感拍摄单元、光谱信息提取单元和水流信息计算单元；其中

所述第二遥感拍摄单元用于获取关于坝体内水体在可见光波段至红外光波段对应的宽光谱图像；

所述光谱信息提取单元用于从所述宽光谱图像中提取关于坝体内水体的反射光谱分布信息；

所述水流信息计算单元用于根据所述反射光谱分布信息中对应的反射光谱随时间的变化信息，计算得到坝体内水体的表面水流速度和/或方向数据、或者坝体内水体的内部暗流速度和/或方向数据作为所述流动状态数据；

进一步，所述坝体异物检测子模块包括宏观异物检测单元和微观异物检测单元；其中，

所述宏观异物检测单元包括图像采集单元和图像分析单元；

所述图像采集单元用于获取关于坝体内水体的若干彩色图像；

所述图像分析单元用于对所述若干彩色图像进行像素色彩分析处理，以确定坝体内水体中宏观异物的分布位置和/或异物形状尺寸作为所述宏观异物状态数据；

所述微观异物检测单元包括微量杂质检测单元和微量杂质分布状态确定单元；其中，

所述微量杂质检测单元用于对坝体内水体进行抽样检测，以确定坝体内水体中存在的微量物质类型及其浓度；

所述微量杂质分布状态确定单元用于根据所述微量物质类型及其浓度，确定坝体内水体中微量物质与水体深度和水体面积之间的关系作为所述微观异物状态数据；

进一步，所述坝体水质状态模型生成子模块包括数据更新单元、评价模型构建单元和模型优化单元；其中，

所述数据更新单元用于对所述实时水体水域数据、所述流动状态数据或者所述宏观异物状态数据和/或所述微观异物状态数据进行合格性评判处理，并根据所述合格性评判处理的结果对上述数据进行适应性的跟新处理；

所述评价模型构建单元用于根据经过所述更新处理后的上述数据，构建得到所述水质评价模型；

所述模型优化单元用于对所述水质评价模型进行关于计算误差的优化处理；

进一步，所述河道水质检测模块包括河道水体更新检测子模块、异物扩散检测子模块和河道水质状态模型生成子模块；其中，

所述河道水体更新检测子模块用于获取河道预设区域对应的水体更新速度和/或水体更新容量；

所述异物扩散检测子模块用于获取所述河道预设区域对应的宏观异物和/或微观异物对应的扩散速度和/或异物浓度变化信息；

所述河道水质状态模型生成子模块用于根据所述水体更新速度、所述水体更新容量、所述扩散速度和所述异物浓度变化信息中的至少一者，构建关于河道水体的水质评价模型；

进一步，所述坝体水质净化模块包括第一过滤子模块、第一净化子模块、第一水体含氧量调整子模块和第一酸碱调整子模块；其中，

所述第一过滤子模块用于根据所述坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体进行若干层次的物理过滤处理；

所述第一净化子模块用于根据所述坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体进行微量化学物质的生物分解处理；

所述第一水体含氧量调整子模块用于根据所述坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体的含氧量进行调整处理，以维持所述坝体内水体的游离氧平衡状态；

所述第一酸碱调整子模块用于根据所述坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体的pH值进行调整处理，以维持所述坝体内水体的酸碱平衡状态；

进一步，所述河道水质净化模块包括第二过滤子模块、第二净化子模块、第二水体含氧量调整子模块和第二酸碱调整子模块；其中，

所述第二过滤子模块用于根据所述河道水体的水质评价模型，对河道内水体进行杂质拦截的物理过滤处理；

所述第二净化子模块用于根据所述河道水体的水质评价模型，对河道内水体进行微量化学物质的生物分解处理；

所述第二水体含氧量调整子模块用于根据所述河道水体的水质评价模型，对河道内水体的含氧量进行调整处理，以维持所述坝体内水体的游离氧平衡状态；

所述第二酸碱调整子模块用于根据所述河道水体的水质评价模型，对河道内水体的pH值进行调整处理，以维持所述坝体内水体的酸碱平衡状态；

进一步，所述可调坝体端包括水质状态对比模块、区域降水状态确定模块和坝体调整模式确定模块；其中，

所述水质状态对比模块用于构建关于坝体内水体和河道内水体各自的水质状态随时间的对比变化曲线；

所述区域降水状态确定模块用于坝体和/或河道所处区域对应的降水雷达信息；

所述坝体调整模式确定模块用于根据所述对比变化曲线和所述降水雷达信息，确定坝体闸口对应的动作模式，以实现所述放水操作或所述蓄水操作；

进一步，所述可调坝体端还包括坝体闸口驱动模块、闸口水流传感模块和闸口动作报警模块；其中，

所述坝体闸口驱动模块用于根据所述动作模式，驱动坝体闸口进行升降动作或开闭动作；

所述闸口水流传感模块用于获取坝体闸口对应区域的水流动态信息；

所述闸口动作报警模块用于根据所述坝体闸口的实时动作状态和所述水流动态信息，进行适应性的报警响应操作。

进一步，所述水质净化端在根据水质状态对河道处进行生态净水处理时包括如下步骤：

步骤A1、根据水质检测端检测到的河道水质状态以及获取的河道信息，确定所述河道的污染程度；

其中，c为河道的污染程度，Cw为污水排放时污染物浓度，Qw为污水排放量，Qs为上游流入污水的污染物浓度，Qw为上游流入污水的量，Qy为河道中途汇入的水量，x为监测点距离河流源头的距离；

步骤A2、确定水坝的自动调节能力；

Fc＝(100*E(Cm-Cd)+0.036*Qs*ΔT*(Cd-Cs))Cd

其中，Fc为水坝的自动调节能力，E为水坝的需水量，Cm为预设的标准情况下水中的污染物浓度，Cd为水坝中当前水中的污染物浓度，ΔT为水坝的调节时间；

步骤A4、确定所述河道的下游的污染程度；

其中，cx为河道的下游的污染程度，V为一阶动力反应速度，s为河道总长度，Ds为河道水流流速；

步骤A5、判断所述水坝的自动调节能力是否大于河道的污染程度与下游的污染程度的和的均值，若大于，则所述水质净化端不需要启动，所述水坝能自动调节河道的污染物，若不大于，则需要启动水质净化端对所述河道进行生态净水处理，从而智能的调节所述河道的水中污染物，使得所述河道中的污染物下降至预设标准。

相比于现有技术，该生态净水坝通过水质检测端、水质净化端和可调坝体端这三个不同的功能端构建形成一个可持续运行生态净水系统，该生态净水坝通过该生态净水系统实现对水坝内部水体和河道内部水体的同步水质净化处理，并且该水质净化处理是根据该水坝内部水体水质状态和河道内部水体水质状态进行适应性的生态净化，该生态净化能够保证在净化过程中并不对水体以及水坝与河道附近的区域环境产生二次污染破坏，从而有效地改善水坝内部水体和河道内部水体的水质状态；此外，生态净水坝还通过构建关于坝体内水体的水质评价模型以及关于河道水体的水质评价模型来预测水坝内水体和河道水体的水质变化，以便于对不同区域的水体进行智能化可控的净化处理，从而有效地避免水体发生大规模污染的情况；还有，该生态净水坝通过水坝内部和河道内部两个不同区域的水质对比结果和不同区域的降水状态，来适应性地调整坝体闸口的动作模式，从而便于交替地或者同步地净化不同区域的水质以及提高水坝进行放水操作和蓄水操作的智能化程度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种生态净水坝的结构示意图。

图2为本发明提供的一种生态净水坝中水质检测端的结构示意图。

图3为本发明提供的一种生态净水坝中水质净化端的结构示意图。

图4为本发明提供的一种生态净水坝中可调坝体端的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，为本发明实施例提供的一种生态净水坝的结构示意图。该生态净水坝包括水质检测端、水质净化端和可调坝体端；其中，该水质检测端用于检测坝体内部处和/或河道处对应的水质状态；该水质净化端用于根据该水质状态对该坝体内部处和/或该河道处进行生态净水处理；该可调坝体端用于根据该仿生态净水处理的结果，适用性地调整坝体进行放水操作或蓄水操作。

参阅图2，为本发明提供的一种生态净水坝中水质检测端的结构示意图。该水质检测端包括坝体水质检测模块和河道水质检测模块。

优选地，该坝体水质检测模块包括坝体水深检测子模块、坝体水流检测子模块、坝体异物检测子模块和坝体水质状态模型生成子模块；

优选地，该坝体水域检测子模块用于获取坝体内的实时水体水域数据；

优选地，该坝体水流检测子模块用于获取坝体内水体的流动状态数据；

优选地，该坝体异物检测子模块用于获取关于坝体内水体存在的宏观异物和/或微观异物状态对应的宏观异物状态数据和/或微观异物状态数据；

优选地，该坝体水质状态模型生成子模块用于根据该实时水体水域数据、该流动状态数据、该宏观异物状态数据和该微观异物状态数据中的至少一者，构建关于坝体内水体的水质评价模型；

优选地，该坝体水域检测子模块包括第一遥感拍摄单元水体深度计算单元和水域面积计算单元；

优选地，该第一遥感拍摄单元用于获取关于坝体内水体的遥感可见光图像和遥感红外图像；

优选地，该水体深度计算单元用于对该遥感可见光图像进行第一图像计算，以得到坝体内水体的深度数据作为该实时水体水域数据；

优选地，该水域面积计算单元用于对该遥感红外图像进行第二图像计算，以得到坝体内水体的水域面积数据作为该实时水体水域数据；

优选地，该坝体水流检测子模块包括第二遥感拍摄单元、光谱信息提取单元和水流信息计算单元；

优选地，该第二遥感拍摄单元用于获取关于坝体内水体在可见光波段至红外光波段对应的宽光谱图像；

优选地，该光谱信息提取单元用于从该宽光谱图像中提取关于坝体内水体的反射光谱分布信息；

优选地，该水流信息计算单元用于根据该反射光谱分布信息中对应的反射光谱随时间的变化信息，计算得到坝体内水体的表面水流速度和/或方向数据、或者坝体内水体的内部暗流速度和/或方向数据作为该流动状态数据；

优选地，该坝体异物检测子模块包括宏观异物检测单元和微观异物检测单元；

优选地，该宏观异物检测单元包括图像采集单元和图像分析单元；

优选地，该图像采集单元用于获取关于坝体内水体的若干彩色图像；

优选地，该图像分析单元用于对该若干彩色图像进行像素色彩分析处理，以确定坝体内水体中宏观异物的分布位置和/或异物形状尺寸作为该宏观异物状态数据；

优选地，该微观异物检测单元包括微量杂质检测单元和微量杂质分布状态确定单元；

优选地，该微量杂质检测单元用于对坝体内水体进行抽样检测，以确定坝体内水体中存在的微量物质类型及其浓度；

优选地，该微量杂质分布状态确定单元用于根据该微量物质类型及其浓度，确定坝体内水体中微量物质与水体深度和水体面积之间的关系作为该微观异物状态数据；

优选地，该坝体水质状态模型生成子模块包括数据更新单元、评价模型构建单元和模型优化单元；

优选地，该数据更新单元用于对该实时水体水域数据、该流动状态数据或者该宏观异物状态数据和/或该微观异物状态数据进行合格性评判处理，并根据该合格性评判处理的结果对上述数据进行适应性的跟新处理；

优选地，该评价模型构建单元用于根据经过该更新处理后的上述数据，构建得到该水质评价模型；

优选地，该模型优化单元用于对该水质评价模型进行关于计算误差的优化处理；

优选地，该河道水质检测模块包括河道水体更新检测子模块、异物扩散检测子模块和河道水质状态模型生成子模块；

优选地，该河道水体更新检测子模块用于获取河道预设区域对应的水体更新速度和/或水体更新容量；

优选地，该异物扩散检测子模块用于获取该河道预设区域对应的宏观异物和/或微观异物对应的扩散速度和/或异物浓度变化信息；

优选地，该河道水质状态模型生成子模块用于根据该水体更新速度、该水体更新容量、该扩散速度和该异物浓度变化信息中的至少一者，构建关于河道水体的水质评价模型。

参阅图3，为本发明提供的一种生态净水坝中水质净化端的结构示意图。该水质净化端包括坝体水质净化模块和河道水质净化模块。

优选地，该坝体水质净化模块包括第一过滤子模块、第一净化子模块、第一水体含氧量调整子模块和第一酸碱调整子模块；

优选地，该第一过滤子模块用于根据该坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体进行若干层次的物理过滤处理；

优选地，该第一净化子模块用于根据该坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体进行微量化学物质的生物分解处理；

优选地，该第一水体含氧量调整子模块用于根据该坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体的含氧量进行调整处理，以维持该坝体内水体的游离氧平衡状态；

优选地，该第一酸碱调整子模块用于根据该坝体内水体的水质评价模型，对坝体内水体的pH值进行调整处理，以维持该坝体内水体的酸碱平衡状态；

优选地，该河道水质净化模块包括第二过滤子模块、第二净化子模块、第二水体含氧量调整子模块和第二酸碱调整子模块；

优选地，该第二过滤子模块用于根据该河道水体的水质评价模型，对河道内水体进行杂质拦截的物理过滤处理；

优选地，该第二净化子模块用于根据该河道水体的水质评价模型，对河道内水体进行微量化学物质的生物分解处理；

优选地，该第二水体含氧量调整子模块用于根据该河道水体的水质评价模型，对河道内水体的含氧量进行调整处理，以维持该坝体内水体的游离氧平衡状态；

优选地，该第二酸碱调整子模块用于根据该河道水体的水质评价模型，对河道内水体的pH值进行调整处理，以维持该坝体内水体的酸碱平衡状态。

参阅图4，为本发明提供的一种生态净水坝中可调坝体端的结构示意图。该可调坝体端包括水质状态对比模块、区域降水状态确定模块、坝体调整模式确定模块、坝体闸口驱动模块、闸口水流传感模块和闸口动作报警模块。

优选地，该水质状态对比模块用于构建关于坝体内水体和河道内水体各自的水质状态随时间的对比变化曲线；

优选地，该区域降水状态确定模块用于坝体和/或河道所处区域对应的降水雷达信息；

优选地，该坝体调整模式确定模块用于根据该对比变化曲线和该降水雷达信息，确定坝体闸口对应的动作模式，以实现该放水操作或该蓄水操作；

优选地，该坝体闸口驱动模块用于根据该动作模式，驱动坝体闸口进行升降动作或开闭动作；

优选地，该闸口水流传感模块用于获取坝体闸口对应区域的水流动态信息；

优选地，该闸口动作报警模块用于根据该坝体闸口的实时动作状态和该水流动态信息，进行适应性的报警响应操作。

从上述实施例可以看出，该生态净水坝通过水质检测端、水质净化端和可调坝体端这三个不同的功能端构建形成一个可持续运行生态净水系统，该生态净水坝通过该生态净水系统实现对水坝内部水体和河道内部水体的同步水质净化处理，并且该水质净化处理是根据该水坝内部水体水质状态和河道内部水体水质状态进行适应性的生态净化，该生态净化能够保证在净化过程中并不对水体以及水坝与河道附近的区域环境产生二次污染破坏，从而有效地改善水坝内部水体和河道内部水体的水质状态；此外，生态净水坝还通过构建关于坝体内水体的水质评价模型以及关于河道水体的水质评价模型来预测水坝内水体和河道水体的水质变化，以便于对不同区域的水体进行智能化可控的净化处理，从而有效地避免水体发生大规模污染的情况；还有，该生态净水坝通过水坝内部和河道内部两个不同区域的水质对比结果和不同区域的降水状态，来适应性地调整坝体闸口的动作模式，从而便于交替地或者同步地净化不同区域的水质以及提高水坝进行放水操作和蓄水操作的智能化程度。

优选地，所述水质净化端在根据水质状态对河道处进行生态净水处理时包括如下步骤：

步骤A1、根据水质检测端检测到的河道水质状态以及获取的河道信息，确定所述河道的污染程度；

其中，c为河道的污染程度，Cw为污水排放时污染物浓度，Qw为污水排放量，Qs为上游流入污水的污染物浓度，Qw为上游流入污水的量，Qy为河道中途汇入的水量，x为监测点距离河流源头的距离；

步骤A2、确定水坝的自动调节能力；

Fc＝(100*E(Cm-Cd)+0.036*Qs*ΔT*(Cd-Cs))Cd

其中，Fc为水坝的自动调节能力，E为水坝的需水量，Cm为预设的标准情况下水中的污染物浓度，Cd为水坝中当前水中的污染物浓度，ΔT为水坝的调节时间；

步骤A4、确定所述河道的下游的污染程度；

其中，cx为河道的下游的污染程度，V为一阶动力反应速度，s为河道总长度，Ds为河道水流流速；

步骤A5、判断所述水坝的自动调节能力是否大于河道的污染程度与下游的污染程度的和的均值，若大于，则所述水质净化端不需要启动，所述水坝能自动调节河道的污染物，若不大于，则需要启动水质净化端对所述河道进行生态净水处理，从而智能的调节所述河道的水中污染物，使得所述河道中的污染物下降至预设标准。

有益效果：

利用上述技术可以根据水质状态对河道处进行生态净水处理，且在所述净水处理的过程中，不需要人为的进行干预，仅需要通过一些简单的检测则能得到河道的监测点污染程度，使得所述过程仅仅需要简单的计算，而不需要进行大量的污水取样实验，使得所述监控过程能够达到实时监控，获取污染物程度，从而达到实时调节。

且上述过程中，根据河道的自身情况，能确定大坝的自动调节能力，从而使得所述智能调节能够适应各种不同的河道。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。