[发明专利]一种人工上升流系统及基于人工上升流寡营养盐海区的调控方法

说明书

本发明公开了一种人工上升流系统及基于人工上升流寡营养盐海区的调控方法，该系统包括供能系统、控制系统、注气系统和用户端，所述供能系统包括太阳能发电板、蓄电池、逆变器和直流电压转换器；所述控制系统包括PLC、第一微控制器和第二微控制器；注气系统包括传感器单元和m×n阵列排布的注气泵；可应用于海洋环境生态与修复领域。寡营养盐海区可用开式注气系统产生人工上升流，为表层海水带来丰富的营养盐，营造有利于藻类生长的环境。本发明通过温度、光照、系统电量、环境流速来控制气泵的工作，实现表层海水带来充足营养盐的同时，使整个系统实现高效率、低能耗。

技术领域

本发明涉及海洋工程领域和海洋生态领域，尤其涉及一种人工上升流系统及基于人工上升流寡营养盐海区的调控方法。

背景技术

自然上升流是一种海洋学现象，指从海水表层以下沿直线上升的海流，其可将富营养盐的深层海水提升至真光层，为表层浮游植物的生长提供充足的养分，从而提升海洋的初级生产力。而在自然界中，海洋的上升流受到地域、时间的限制，无法为所有表层海水带来充足的营养盐。因此，在没有自然上升流的寡营养盐海区，通过放置人工系统，形成自海底到海面的海水涌升，可以模拟自然上升流过程，为表层海水带来充足的营养盐，以实现增值渔业资源、增加碳汇、改善海洋生态环境的目的。

人工上升流技术作为一种地球工程手段，已得到学界的广泛关注。已有的人工上升流技术按照驱动方式可划分为以下五种，分别是：人造山脉式人工上升流、机械泵式人工上升流、盐泉式人工上升流、波流泵式人工上升流和气力式人工上升流。目前用于制造上升流的装置较多地实现了海水的提升，但很少真正用于改变整个寡营养盐海区的营养盐分布问题。

用人工上升流系统对寡营养盐海区进行调控，需要考虑较多的外界因素，如洋流流速、海水浊度等，以低能耗、高效率来实现系统的高效控制。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种人工上升流系统及基于人工上升流寡营养盐海区的调控方法，在达到为表层海水带来充足营养盐的同时，使整个控制系统实现高效率、低能耗。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种人工上升流系统，包括供能系统、控制系统、注气系统和用户端，所述供能系统包括太阳能发电板、蓄电池、逆变器和直流电压转换器；所述控制系统包括PLC、第一微控制器和第二微控制器；注气系统包括传感器单元和m×n阵列排布的注气泵；蓄电池的一端与太阳能发电板相连，另一端连接逆变器和直流电压转化器，直流电压转化器为PLC、传感器单元、第一微控制器和第二微控制器提供直流电源；PLC分别与逆变器、第一微控制器、气泵相连，第一微控制器控制PLC，PLC再控制气泵的开关，逆变器为气泵提供交流电源；第二微控制器连接传感器单元；所述第一微控制器和第二微控制器通过4G网络与用户端相连；相邻两个注气泵之间通过绳子相连，绳子上养殖海带，为20-30株每米。

进一步的，所述传感器单元包括光照传感器、流速仪、温度传感器和电量传感器。

进一步的，所述用户端为可联网的个人电脑。

进一步的，所述第一微控制器和第二微控制器均为树莓派。

本发明的另一目的是提供一种利用上述的人工上升流系统的寡营养盐海区的调控方法，包括以下步骤：

步骤1：通过传感器单元，获得人工上升流系统参数和海域状况参数，前者包括蓄电池剩余电量，后者包括光照强度、温度和环境流速；

步骤2：将获得的参数传递给第二微控制器，若剩余电量超过最低电量阈值，且光强和温度超过光强阈值和温度阈值，则注气系统上电，否则关闭；