CN104459071B - 变化环境下应急调控水华的模拟系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变化环境下应急调控水华的模拟系统及方法，所述系统包括用水定制单元、多功能模拟单元、环境调节单元、水华投放单元、水质监测单元、控制平台，其中的用水定制单元用于将源水处理定制成为实验用水，多功能模拟单元针对大尺度水域进行物理建模并模拟水华应急措施，环境调节单元用于仿真现场光照、温度、风场等环境条件的组合变化，水华投放单元实现对初始时刻任意形态水华的空间分布模拟，水质监测单元用于实时测量关键水质指标的时空分布，控制平台用于控制关键装置的运行状态。本发明适用于大尺度水域水华暴发后的应急处置方案效果预测与优选，能够便捷准确地预测流域调水、局部水循环、曝气法等水华应急措施的实施效果。

Description

变化环境下应急调控水华的模拟系统及运行方法

技术领域

本发明涉及一种变化环境下应急调控水华的模拟系统及方法，属于水资源与水环境保护技术领域。

背景技术

随着工业化和城镇化的不断加速，大量污水排放使得生态环境不断恶化。其中的湖泊水体富营养化问题尤为突出，威胁着经济社会的可持续发展。对于水流交换不畅的富营养化湖泊(如太湖、巢湖、滇池等)，容易出现严重水华灾害。当藻类在短时间内大量繁殖聚集后，会造成生物多样性下降、鱼类大量死亡、居民饮用水短缺等不良后果。治理湖泊水华是当前水环境治理的重中之重，常见的水华应急调控措施主要包括流域调水、局部水循环、人工曝气等。

应急调控湖泊水华的现有研究手段主要有现场观测、数学模型两种。然而，实践表明，现场观测方法往往只适用于工程实施阶段的后评估，或仅能为类似工程规划提供定性的参考依据，难以服务于规划论证与方案优选。另一方面，数学模型手段存在着两方面的局限，其一是模型的率定与验证需要大量历史实测数据(水文、水动力、水质等)的支撑，其二是该手段往往更适用于历史水华事件的时空模拟，尚难以对复杂变化条件下(气象、水文、水动力等)的水华事件进行准确模拟和应急调控效果预测。

室内模拟实验具有便捷、高效、直观的优点，已有学者对水华治理的模拟实验技术进行了探索，如一种模拟湖泊修复生态机理的装置和方法(专利申请号201110004505.1)，利用实验柱体模拟湖泊生态环境以对湖泊生态修复机理进行研究；又如一种模拟水华暴发的实验装置(专利申请号201020688297.2)，通过模拟不同水流流速、不同水质条件对藻类发生规律的影响；另有针对水利工程影响下的水华生消过程实验研究系统(专利申请号201410045838.2)，可用于定量实验研究水利工程影响下复杂水动力条件变化、动水条件下藻类生长变化、上下游单个或梯级水利工程优化调度抑制水华效果分析与预测等多种功能。

分析现有类似技术可知，当前手段基本只能利用规则形状的水槽、柱体等仪器进行水华暴发的机理研究或分析环境变化对水华的影响，不能对复杂环境条件下、具有复杂边界条件的湖泊进行水华暴发及多种应急调控的实验测试。因此，研发适用于变化环境下应急调控水华的模拟系统及方法，在实验室内实现对复杂环境条件下水华事件的准确模拟、对多种应急调控替代方案的优选，是我国水体富营养治理与水华调控的现实需求。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种变化环境下应急调控水华的模拟系统及运行方法，用于对复杂环境条件下、具有复杂边界条件的湖泊进行水华暴发实验模拟及应急调控测试，使之能便捷准确地预测流域调水、局部水循环、曝气法等水华应急措施的实施效果，进行方案优选。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种变化环境下应急调控水华的模拟系统，包括用水定制单元、多功能模拟单元、环境调节单元、水华投放单元、水质监测单元、控制平台，

所述用水定制单元包含源水存储装置、水藻分离装置、无藻水存储装置、含藻水存储装置、调配装置，源水存储装置与水藻分离装置连接，水藻分离装置同时与无藻水存储装置和含藻水存储装置连接，无藻水存储装置和含藻水存储装置同时与调配装置连接；

所述多功能模拟单元包含环形水槽、模拟池、连通水道、投影装置，所述环形水槽布置在所述模拟池的外围一圈，两者之间通过若干个可拆卸的连通水道连接，所述环形水槽的外壁留有进水口，与调配装置的出水口连接，同时环形水槽内壁预留多个可拆卸式出水口，每个出水口可连接一条连通水道，连通水道内设可逆流量调节阀，投影装置为一台高清投影仪，位于模拟池中心的正上方，连通水道和投影装置分别通过连通水道控制模块和投影装置控制模块与控制平台进行信号连接；

所述环境调节单元包含密闭罩、光照调节单元、温度调节单元、风场调节单元，用于模拟现场气象环境，所述密闭罩为圆柱型的密闭罩体，密闭罩位于模拟池的上方，能完全罩住多功能模拟单元，密闭罩罩体边壁由双层透明材质制成，内部设有竖向导轨；所述光照调节单元为安装在密闭罩顶部的发光板，用于模拟不同的光照强度；所述温度调节单元包含安装在密闭罩四周边壁内的多圈温控管，通过控制多圈温控管管内液体的温度实现对密闭空间内的气温控制，多圈温控管安装高度不低于风场调节单元的顶端；所述风场调节单元包含固定在密闭罩四周边壁内的八台鼓风机，所述鼓风机在同一高度上等距布置，高度不低于模拟池的顶部；环境调节单元通过环境调控制模块与控制平台进行信号连接；

所述水华投放单元位于模拟池上方，包含承重杆、顶盘、投放管、气泵，所述承重杆水平安置，两端安装在密闭罩边壁上的竖向导轨内，可上下升降；顶盘为水平圆盘，通过连接杆安装在承重杆的中心，顶盘的直径不小于模拟池的直径，顶盘上均匀密布多个圆孔；所述投放管上端固定在顶盘的圆孔上，下端管口处内置可充气橡胶小球，可通过充放气控制小球的体积进而控制投放管内液体的释放流量；所述气泵通过在顶盘上部网状布置的充气管道与橡胶小球相连；水华投放单元通过水华投放控制模块与控制平台进行信号连接；

所述水质监测单元包含多参数测量架，用于采集水情与水质信息；所述多参数测量架为圆柱形框架，底部有凸出尖端可插入模拟池内；多参数测量架内水平设有三层下凹的铁丝网，分别用于固定水位传感器、叶绿素传感器和溶解氧传感器；多参数测量架通过水质监测模块与控制平台进行信号连接。

作为优选，所述源水存储装置为开敞式水箱，用于存储从现场采集的源水，与水藻分离装置通过管道连接；所述水藻分离装置为开敞式水箱，包含集水池、过滤池、收集池、出水池四部分，所述集水池安置在上游，过滤池安置在中游，出水池安置在下游，收集池安置在过滤池和出水池的正下方，用于将源水存储装置提供的天然源水进行水、藻的分离后分别输入无藻水存储装置和含藻水存储装置中；所述无藻水存储装置为开敞式水箱，与出水池通过上出水管连接，用于接收并存储水藻分离装置输出的不含藻水体；所述含藻水存储装置为恒温透明培养罐，内设微气泡曝气装置和外设照明单元，与水藻分离装置的收集池通过下出水管连接，用于接收并存储高浓度含藻水；所述调配装置包括第一水罐和第二水罐，第一水罐用于调配低浓度含藻水进而为多功能模拟单元提供实验用水，第二水罐用于调配高浓度含藻水进而为水华投放单元提供实验用水，第一水罐和第二水罐均有两个进水口分别与无藻水存储装置和含藻水存储装置相连，同时均设有一个出水口。

作为优选，所述集水池在靠近上游的壁上有进水口，与源水存储装置相连，集水池和过滤池之间由隔板隔开，隔板上均匀分布有多个小孔，每个孔直径不小于5cm；

所述过滤池内沿水流方向等距安置有三层向下游倾斜安置的滤网，拦截水中的藻使之易于聚集沉淀；所述过滤池与出水池由隔板隔开，隔板上均匀分布有多个小孔，每个孔直径不大于1cm；

所述出水池在过滤池的下游，高度与过滤池一致，在靠近下游的壁上顶部安置有一根上出水管，与无藻水存储装置相连，为其提供不含藻水体；

所述收集池在过滤池和出水池的正下方，底部与集水池的底部相接；收集池与出水池、集水池均不连通，收集池与过滤池之间通过安置在每层滤网前的可翻转连通阀板进行连通，可将过滤池滤网前聚集的藻类向下翻转落入收集池中；收集池下游一侧留有出口，通过下出水管与含藻水存储装置相连，为其提供含藻水体；

所述水藻分离装置的底板，即集水池与收集池的底部，自上游向下游呈倾斜安置，倾斜角不大于3度。

作为优选，所述模拟池的附属部件包括卡槽、支撑杆、围隔帘、曝气孔、糙率塞，模拟池为圆形水池，用于对发生水华的水域进行物理建模及模拟水华应急措施，模拟池底板上均匀分布有圆孔状的卡槽，每个卡槽的底部预留有曝气孔；所述模拟池底板下设有中空的底座，内部布设网状的供气管，通过外置气泵为曝气孔供气，控制平台通过曝气控制模块控制外置气泵；所述连通水道用于模拟水域的支流，设有可逆流量调节阀，控制平台通过无线信号控制可逆流量调节阀；所述投影装置为安装在高度可调的铁架上的一台高清投影仪，位于模拟池中心正上方，向下投影，控制平台通过投影装置控制模块控制投影装置；所述支撑杆为若干根预先定制而成的塑料棒，上粗下细，下部较细的一段可插入底板卡槽内；围隔帘为透明材质的不透水加厚塑料膜，与支撑杆配合使用，用于在模拟池内拼装出水域边界；所述糙率塞包括下部尖端与上部塞帽，下部尖端可塞入卡槽，上部塞帽扁平略凸起，用于调节模拟池底部糙率。

所述模拟池底板上均匀分布有多个圆孔状的卡槽，每个卡槽有四种可选的工作状态：一是插入支撑杆，用于制作复杂水域边界；二是插入糙率塞，用于模拟水域内床底糙率；三是插入多参数测量架，用于实时测量该位置的水位、叶绿素和溶解氧浓度变化；四是卡槽底部曝气孔进入工作状态。

作为优选，所述水质监测单元还包括多层取样管，多层取样管包括外管和内管，均为透明有机玻璃材质，所述外管的高度大于模拟池的池深，底部装有支撑架，外管管壁有一条从上端管口至下端管底的竖直镂空带，可透水；所述内管的高度与外管一致，管径略小于外管的管径，可完全放入外管且与之紧密贴合，内管管壁也有一条从上端管口至下端管底边的竖直镂空带，可透水，且尺寸与外管的镂空带一致；内管的外底部与外管的内底部通过螺纹连接，内管的上端固接有转动片，用于水平转动内管；内管的内部有多片水平的不透水玻璃片，将内管沿垂向分割为多层。

特别的，所述多层取样管有两个工作步骤：一是竖直放入取样位置后，利用支撑架稳定安放在模拟池的底板上，此时取样管处于开放状态，即外管镂空带与内管镂空带完全重合，水流可以进入；二是当水通过镂空带流入内管后，旋转内管上的转动片使得取样管处于封闭状态，即外管镂空带与内管镂空带完全不重合且内外两管底部螺纹咬合，随后取出多层取样管。

一种基于上述变化环境下应急调控水华的模拟系统的运行方法，包含以下步骤：

(1)水域建模

(1-1)比尺设定：基于目标水域实际尺寸和模拟池大小限制，确定实验物理模型的水平比尺λ_L、垂直比尺λ_V与时间比尺λ_T，进而将实际目标水域按照比尺缩放得到模型尺寸、地形数据和糙率空间分布的物理模型数据集，将其制成平面图形；

上述的λ_L＝L_p/L_m，式中L_p为目标水域实际长度，L_m为模拟池中的对应长度；上述的λ_V＝D_p/D_m，式中D_p为目标水域实际平均水深，D_m为模拟池的对应平均水深；上述的λ_T＝λ_L ^0.5；

(1-2)投影：将投影装置的高清投影仪安装在铁架上后摆放在模拟池正中心的上方；将目标水域的模型尺寸、地形数据和糙率空间分布的物理模型数据集平面图像通过高清投影仪向下投影到模拟池上；通过控制平台调节高清投影仪的高度及投影焦距，使投影成像的水平比尺与步骤(1-1)中的水平比尺λ_L一致；

(1-3)岸边界建模：将支撑杆逐个插入与投影图像中边界轮廓重合的卡槽内；然后用围隔帘沿着安插好的支撑杆外围依次将其包裹，并将所有接口处密封，初步形成待实验的水域，并在出入支流的位置预留进出口；

(1-4)支流建模：针对每一个支流进出口的实际位置，选择安装对应的连通水道，将其一端安置在环形水槽内壁，另一端加接柔性导流槽后安装在步骤(1-3)中预留的支流进出口处；

(1-5)监测点布置：按照实际目标水域中水源地、半封闭港湾等重要位置，在模拟池中选取对应监测点，将多参数测量架安置在对应位置的卡槽内；

(1-6)糙率布置：根据目标水域物理模型的糙率空间分布数据集，选择尺寸对应的糙率塞逐个安装在模拟池上的卡槽内，使得待实验的水域的糙率与目标水域糙率变化相符；

完成上述步骤后，移除投影装置；

(2)实验准备阶段

(2-1)实验用水定制：将源水存储装置中的含藻源水输入水藻分离装置进行水、藻分离后，将不含藻水体输入无藻水存储装置，将高浓度含藻水输入含藻水存储装置，进而通过调配装置调配出与实际水华含藻浓度一致的实验用水，供水华投放单元备用；

(2-2)背景实验用水加注：从无藻水存储装置向模拟池内加注不含藻水体，直至水深为D_m，其中D_m＝D_p/λ_V，式中D_p为目标水域实际平均水深，λ_V为垂直比尺；

(2-3)水华投放单元准备：根据目标水域暴发水华的实际空间位置分布，在水华投放单元的顶盘的对应位置的圆孔上安装投放管，此时投放管底部处于密闭状态，将调配装置的实验用水注入投放管内；

(2-4)环境条件设定：安装好环境调节单元，使得密闭罩完全罩住多功能模拟单元；根据目标水域暴发水华期间的实际气象条件，通过环境调节控制模块控制光照调节单元、温度调节单元、风场调节单元，使其在密闭罩内模拟出对应的实验光照、温度与风场条件；其中风场调节单元设定时的风速比尺λ_W＝λ_L ^0.5；

(3)实际水华分布模拟

(3-1)支流设定模拟：根据目标水域支流出入流的实际情况，通过连通水道控制模块控制连通水道的相应入流量或出流量，实现对支流出入流的模拟；

(3-2)水华初始时刻模拟：在步骤(3-1)运行时间t后，其中t＝1.5V_m/Q_in，式中V_m为步骤(2-2)中注入模拟池中的不含藻水体体积，Q_in为实验中支流入流总量，所述的其中Q_in,p为实际支流入流总量；随后，通过水华投放单元控制模块控制水华投放单元，使其缓慢下移，当水华投放单元的投放管底部接触到模拟池内水面时，通过气泵对可充气橡胶小球抽气，使投放管内含藻水缓慢注入模拟池中；当注入预设体积含藻水后，通过气泵对可充气橡胶小球充气，重新密闭投放管，抬升水华投放单元回归原位；

(3-3)水质监测：一方面，通过水质监测控制模块启动模拟池内的多参数测量架，实时采集关键位置的水位、叶绿素和溶解氧变化情况；另一方面，每间隔一定时段，通过多层取样管在没有安装固定测量柱的空白水域进行手动采集水样进行离线水化学分析，对实时监测进行补充测量。

作为优选，还包括流域调水调控水华效果预测：

①通过调节步骤(1-4)中已安装的连通水道流量变化模拟出不同调水方案，观测不同调水方案影响下水华变化情况；在上述流量调节过程中需要遵循流量守恒，即增加其中的单个支流或多个支流的入流量Q_a，同时对应地增加其中的单个支流或多个支流的出流量Q_b，使得Q_a＝Q_b，其中Q_a＝Q_a,p/(λ_L ^1.5λ_V)，Q_b＝Q_b,p/(λ_L ^1.5λ_V)，Q_a,p、Q_b,p为实际支流的入流、出流量；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台将采集到的各调水备选方案的水质观测数据进行存储；

③对步骤①和②中采集的各调水备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过调水措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施。

作为优选，还包括局部水循环调控水华效果预测：

①针对拟定的多个局部水循环消减水华的备选方案依次进行实验，具体实施方法是：在步骤(1)-(3)的硬件配置基础上，在水华暴发的水域周边加装一套局部水循环设备，包括一个抽水管和一个排水管，两管的末端放入岸边水体中，另一端通过塑料管连通，形成回路；依据每一个备选方案的抽水、排水位置及其流量，在微型水泵的作用下通过抽水管将目标水域的水体抽出后，再由回路通过排水管重新排入另一端的水体中，形成局部水循环；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台将采集到的各局部水循环备选方案的水质观测数据进行存储；

③对步骤①和②中采集的各局部水循环备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过局部水循环措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施。

作为优选，还包括曝气措施调控水华效果预测：

①针对拟定的多个曝气措施消减水华的备选方案依次进行实验，具体实施方法是：在不改变步骤(1)-(3)的硬件配置前提下，通过曝气控制模块调节模拟池底板上的特定位置的若干曝气孔向水体输入特定量的气体，观测不同曝气方案影响下水华的变化情况；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台将采集到的各曝气措施备选方案的水质观测数据进行存储；

③对步骤①和②中采集的各曝气措施备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过曝气措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施。

在本发明中，多功能模拟单元中的连通水道用于模拟目标水域的支流河道，为可拆卸的刚性水槽，使用时一端连接在环形水槽内壁上的可拆卸式出水口，另一端连接在模拟池池壁上的可拆卸式的进水口或延伸加接柔性导流槽。

特别的，所述连通水道中间设有一个可逆流量调节阀，由控制平台通过无线信号控制工作状态，有两个可选的工作状态：一是控制水流方向由环形水槽流向模拟池，用于模拟入流型支流；二是控制水流方向由模拟池流向环形水槽，用于模拟出流型支流。

多功能模拟单元中模拟池的池壁可分段拆卸组装，每段池壁均预留可拆卸式的进水口，可与连通水道连接。特别的，多功能模拟单元有两个可选的工作状态：一是当周围一圈池壁不拆卸时即为标准的圆形实验水池，可用于基础实验；二是在模拟具有复杂边界的水域时，首先拆除池壁，后在投影装置的辅助作用下配合加装支撑杆和围隔帘后在模拟池底板上模拟出实际水域边界。

在本发明中，投放管有两种可选的工作状态：一是可充气橡胶小球充气膨胀后可将管口密闭，此时可加注不同含藻浓度的实验用水；二是可充气橡胶小球被抽气后体积减小，管内的实验用水依靠自重流入模拟池内，同时通过控制可充气橡胶小球的体积大小来控制硬塑料管内液体出流量。

有益效果：本发明的基于上述变化环境下应急调控水华的模拟系统及运行方法，具有以下优点：

(1)本发明克服了以往水华应急调控实验装置只适用于机理研究的不足，可以适用于复杂的环境变化，能更准确地模拟出气象(光照、温度、方向)、水文、水动力等实际环境变化对水华的影响；

(2)本发明克服了以往水华应急调控实验装置只适用于模拟规则水域的不足，可以适用于具有复杂边界以及多个进出流的湖泊水体内的水华，更为实用与直观；

(3)本发明实现了对现场源水的灵活定制与浓度调配，可以充分满足各种工况下实验的需求，使得模拟结果更为可信；

(4)本发明通过多组件的组合操作，可以快速对多种水华应急调控措施进行模拟实验，克服了大尺度水域水华难以进行应急措施效果评价测与优选的难题，可以在水华暴发的第一时间内快速实现对各类应急调控措施的模拟。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图2为本发明的用水定制单元的组成结构示意图；

图3为本发明的用水定制单元中的水藻分离装置侧视图；

图4为本发明的多功能模拟单元的主体结构示意图；

图5为本发明的承重杆结构示意图；

图6为本发明的密闭罩结构示意图；

图7为本发明的水华投放单元主体结构示意图；

图8为本发明的多参数测量架结构示意图；

图9为本发明的多层取样管结构示意图；

图10为本发明实施例的边界、支流及测点位置示意图；

图11为本发明实施例4-1方案一的实验结果比较；

图12为本发明实施例4-1方案二的实验结果比较；

图13为本发明实施例4-2方案一的实验结果比较；

图14为本发明实施例4-2方案二的实验结果比较；

图15为本发明实施例4-3的实验结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种变化环境下应急调控水华的模拟系统包括用水定制单元1、多功能模拟单元2、环境调节单元3、水华投放单元4、水质监测单元5、控制平台6。

如图2所示，用水定制单元1中的源水存储装置11为开敞式水箱，用于存储从现场采集的源水；无藻水存储装置12为80cm×50cm×80cm的有机玻璃制的开敞式水箱；水藻分离装置14为200cm×50cm×65cm有机玻璃制的开敞式水箱，如图3所示，置于一个高80cm的铁架，其中的集水池1401长40cm，高65cm，出水池1405长40cm，高45cm，过滤池1402长120cm，高45cm，位于过滤池1402下部的收集池1404高20cm，上出水管1406和下出水管1407选用外径10mm的PVC透明软管，滤网1403选用平纹尼龙过滤网，上游隔板1408孔径为5cm，下游隔板1409孔径为0.8cm，水藻分离装置14底部采用上游向下游倾角为2度的倾斜安置；所述含藻水存储装置13为恒温透明培养罐，微气泡曝气装置采用CAF涡凹曝气机，外设有照明单元，与水藻分离装置14的收集池1404通过下出水管1407连接，用于接受并存储其提供的高浓度含藻水；所述调配装置15包括两个有机玻璃水罐，其中第一水罐用于调配低浓度含藻水进而为多功能模拟单元2提供实验用水，另一个第二水罐用于调配高浓度含藻水进而为水华投放单元4提供实验用水，每个水罐均有两个进水口分别与无藻水存储装置12和含藻水存储装置13相连，同时均设有一个出水口，与多功能模拟单元2相连。

如图4所示，所述多功能模拟单元2中的环形水槽21采用有机玻璃制成，半径(圆心到水槽中心线)240cm、宽30cm、水槽壁高30cm，放置于高80cm的X型铁架上，所述环形水槽21的外壁留有直径为4cm的圆形进水口，与调配装置15的出水口连接，同时环形水槽21内壁预留多个3cm×4cm的矩形出水口，每个出水口可连接一条与模拟池22相连的连通水道23；模拟池22接口处四周设有螺纹孔，用于固定模拟池22与连通水道23接口处的橡胶制矩形封闭片，令连接的水管可拆卸以及出水口可封闭；模拟池22采用有机玻璃制成，直径300cm，净高(底板到池壁顶部)100cm，底部中空部分高20cm，在底部中空底座对应卡槽25中心位置布设曝气孔28；所述连通水道23用于模拟水域的支流，设有可逆流量调节阀，阀门采用ZDLP电动调节阀，由控制平台6通过连通水道控制模块61控制；所述投影装置24采用ES300T投影仪，将其安装在高度可调的铁架上，位于模拟池22中心正上方，向下投影，由控制平台6通过投影装置控制模块62控制；所述模拟池22中的卡槽25孔径0.5cm，深3cm；支撑杆26为有机玻璃杆，底部较细段直径0.5cm，与卡槽25内径相等；围隔帘27采用厚度为0.2cm的PVC膜，连接处用玻璃胶密封；曝气孔28采用单孔膜曝气器，通过外置气泵20为曝气孔28供气；糙率塞29为底部直径0.5cm的橡胶塞。

如图5和图6所示，所述环境调节单元3中的密闭罩31边壁由双层透明有机玻璃制成，内部设有竖向LWL12轴承钢制直线导轨；温度调节单元33由安装在密闭罩31四周边壁内的多圈铝合金温控管组成，通过控制管内循环流通的液体温度实现对密闭空间内的气温控制，温控管由铁架固定，安装于距地面100cm处；所述风场调节单元34包含固定在密闭罩31四周边壁内的八台鼓风机，在同一高度上等距布置，高度在模拟池22的顶部上方20cm，所述鼓风机采用R9P旋涡式鼓风机，与TDI8000变频器连接以控制鼓风机流量和风速。

如图7所示，所述水华投放单元4中的承重杆41由不锈钢制成，通过在承重杆41中心的连接杆与塑料制的顶盘42相连，顶盘42上按列分布直径为3cm的圆孔，圆孔中心间距为10cm，圆孔内壁为螺纹状，用于固定投放管43；投放管43为塑料制，管径3cm，高20cm，下端管口直径为1cm，可充气橡胶小球4303通过在顶盘42上部网状布置的充气管道与气泵44相连，气泵44选用V-0.48/7型气泵。

如图8所示，所述水质监测单元5中的多参数测量架51为圆柱形框架，可透水，底部有直径0.5cm的凸出尖端可插入模拟池22底板的卡槽25内，多参数测量架51内设有三层下凹的铁丝网，分别用于固定水位传感器、叶绿素传感器和溶解氧传感器，将三者分别布设于下层、上层、中层，通过无线信号与控制平台6进行信号连接；所述水质监测单元5中的多层取样管52外管内径及内管外径为3cm，如图9所示，多层取样管52包括外管5201和内管5202，均为透明有机玻璃材质，其中：所述外管5201的高度大于模拟池22的池深，底部装有支撑架5203，管壁有一条从上端管口至下端管底的竖直镂空带，可透水；所述内管5202的高度与外管5201一致，管径略小于外管5201的管径，可完全放入外管5201且与之紧密贴合，内管管壁也有一条从上端管口至下端管底边的竖直镂空带，可透水，且尺寸与外管5201的镂空带一致；内管5202的外底部与外管5201的内底部通过螺纹连接，内管5202的上端固接有转动片5204，用于水平转动内管5202；内管5202的内部有多片水平的不透水玻璃片，将内管5202沿垂向分割为多层。

在本发明中，控制平台6采用STM32F103VET6，控制平台6内设无线通讯模块，控制平台通过无线通讯模块与水道控制模块61、投影装置控制模块62、曝气控制模块63、环境调节控制模块64、水华投放控制模块65和水质监测控制模块66进行信号连接，从而通过水道控制模块61、投影装置控制模块62、曝气控制模块63、环境调节控制模块64、水华投放控制模块65和水质监测控制模块66分别控制连通水道23、投影装置24、外置气泵20、环境调节单元3、水华投放单元4、多参数测量架51。

所述多层取样管52有两个工作步骤：一是竖直放入取样位置后，利用支撑架5203稳定安放在模拟池22的底板上，此时取样管52处于开放状态，即外管镂空带与内管镂空带完全重合，水流可以进入；二是当水通过镂空带流入内管5202后，旋转内管上的转动片5204使得取样管52处于封闭状态，即外管镂空带与内管镂空带完全不重合且内外两管底部螺纹咬合，随后取出多层取样管52。

本发明一种变化环境下应急调控水华的模拟系统的运行方法的工作步骤如下：

(1)水域建模

(1-1)比尺设定：选取某浅水湖泊湖湾水域为研究对象，参见图10。根据某湖湾地形数据，边界最长直线距离16895m及模拟池22直径3m，选取水平比尺λ_L＝1：5632，根据某湖湾水文数据，年平均水位D_p＝1.8m及模拟池22平均水深D_m＝0.8m，选取垂直比尺λ_V＝1：2.25；

(1-2)投影：将某湖湾地形数据输入控制平台6，将投影装置24安置在模拟池22正中心上方250cm处，将某湖湾地形数据向下投影至投影池22，调整高度及焦距令投影成像的水平比尺与步骤(1-1)中的水平比尺λ_L一致；

(1-3)岸边界建模：将支撑杆26逐个插入与投影图像中边界轮廓重合的卡槽25内；然后用围隔帘27沿着安插好的支撑杆26外围依次将其包裹密封，初步形成待实验的某湖湾模拟水域，根据某湖湾水文资料，主要支流有三个，分别为支流1、支流2、支流3，在边界上对应三个河道的河口位置预留进出口，模拟池22中的模拟水域面积Am＝4.24㎡；

(1-4)支流建模：针对三个河道的河口位置，分别选择在环形水槽21上距离河口位置最近的接口，安装连通水道23，将其一段安置在环形水槽21内壁，另一端加接柔性导流槽后安装在步骤(1-3)中预留的进出口处，特别的，由于某湖湾南部与湖心水体相连，因此某湖湾南部边界选取为投影对应的模拟池22边壁，并在南部边界对应的所有环形水槽21内壁接口与模拟池22边壁接口之间安装连通水道23，以模拟湖心水体与某湖湾的水体交换；

(1-5)监测点布置：在模拟池22中对应实验水域布设4个监测点M1、M2、M3、M4，将多参数测量架51安置在对应位置的卡槽25内；

(1-6)糙率布置：针对某湖湾湖底平缓、属于淤泥型底质的特点，选取相应的糙率塞29，逐个安装在模拟池22中实验水域的卡槽25内；

移除投影装置24；

(2)实验准备阶段

(2-1)实验用水定制：使用某湖湾含藻水为源水，将源水存储装置11中的含藻源水输入水藻分离装置14进行水、藻分离后，将不含藻水体输入无藻水存储装置12，将高浓度含藻水输入含藻水存储装置13，进而通过调配装置15调配出叶绿素a浓度为60μg/L的含藻水作为实验用水，供水华投放单元4备用；

(2-2)背景实验用水加注：从无藻水存储装置12向培养池内加注不含藻水体，直至水深为D_m＝0.8m，注入的不含藻水体体积V_m＝A_m×D_m＝3.4m³，其中A_m＝4.24m²；

(2-3)水华投放单元4准备：根据某湖湾蓝藻水华分布图，其北部及西南部有大量水华分布，在水华投放单元4的顶盘42的对应位置的圆孔上安装投放管43，打开气泵44将可充气橡胶小球4303充气至投放管43底部处于密闭状态，将调配装置15的实验用水注入投放管43内；

(2-4)环境条件设定：安装好环境调节单元3，使得密闭罩31完全罩住多功能模拟单元2；根据某湖湾5月的气象条件，设定为温度22℃，光照设定为6000lx/h，光照时间9h/d，由于风速较小，不开启鼓风设备，通过环境调节控制模块64控制光照调节单元32、温度调节单元33、风场调节单元34，使其在密闭罩31内模拟出对应的实验光照、温度与风场条件；

(3)实际水华分布模拟

(3-1)支流设定模拟：由于某湖湾与外界水体交换主要通过支流1、支流2、支流3及南部的湖心水体(设定为支流4)，其中支流4在模拟池22中包括3个连通水道23接口，根据某湖湾水文资料，其年平均流速极小，现设定支流1、支流2、支流3、支流4流量为零，即对应可逆流量调节阀关闭；

(3-2)水华初始时刻模拟：此时模拟池22中的水体已经静止，即可通过水华投放单元控制模块65控制水华投放单元4，使其缓慢下移，当水华投放单元4的投放管43底部接触到模拟池22内水面时，通过气泵44对可充气橡胶小球4303抽气，使投放管43内含藻水缓慢注入模拟池22中；预设注入含藻水体积V_p＝A_p×D_p＝2.1×0.3＝0.63m³，其中A_p为某湖湾水华分布面积，D_p为某湖湾水华分布厚度，当注入预设体积含藻水后，通过气泵44对可充气橡胶小球4303充气，重新密闭投放管43，抬升水华投放单元4回归原位；

(3-3)水质监测：一方面，通过水质监测控制模块66启动模拟池22内的多参数测量架51，实时采集关键位置的水位、叶绿素和溶解氧变化情况；另一方面，每间隔两小时通过多层取样管52在没有安装固定测量柱51的空白水域进行手动采集水样进行离线水化学分析，对实时监测进行补充测量，每测量一次对观测点及观测时间进行记录；

(4)应急措施效果预测

在步骤(1)-(3)的基础上，针对常见应急调控水华措施的不同特点，提供三种独立的应急调控水华措施效果模拟工况及其组合工况，所述三种独立工况如下：

(4-1)流域调水调控水华效果预测：

①针对拟定的多个调水消减水华的备选方案依次进行实验，实验前预先培养时间设定为6小时，现设定两个方案：

方案一：支流1、支流2零流量，支流3以50m³/s的流量抽清洁水入湖，支流4以总流量50m³/s流出某湖湾；相应的实验流量为支流1、支流2零流量，支流3以52.6cm³/s流入模拟池22、支流4包含的三个连通水道23分别以17.5cm³/s流出模拟池22；

方案二：支流1、支流2零流量，支流3以30m³/s的流量抽清洁水入湖，支流4以总流量30m³/s流出某湖湾；相应的实验流量为支流1、支流2零流量，支流3以31.6cm³/s流入模拟池22、支流4包含的三个连通水道23分别以10.5cm³/s流出模拟池22；

以上两个方案，每个方案分别运行50小时；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台6将采集到的各调水备选方案的水质观测数据进行存储，每20分钟存储一次；

③对步骤①和②中采集的两个调水备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过调水措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施；图11和图12为方案一和方案二的实验结果比较示例。

(4-2)局部水循环效果预测：

①拟定在某湖湾西南部及北部分别进行局部水循环实验，

方案一：对某湖湾西南部进行如下实验：实验前预先培养时间设定为2小时，具体实施方法是：(a)在步骤(1)-(3)的硬件配置基础上，利用支撑铁架将环形水槽21水平面调至与模拟池22水平面相等，打开支流4对应的可逆流量调节阀，令(4-1)中的支流4与环形水槽21处于连通状态；(b)在实验水域西南部选择两个连通水道23，分别用于抽水和排水，将两个连通水道23位于环形水槽21端的接口通过塑料管连通，形成回路；(c)设定局部水循环实验的抽排水流量为50m³/s，即相应实验流量为52.6cm³/s，在ZDLP电动调节阀的作用下通过抽水管将实验水域的水体抽出后，再由回路通过排水管重新排入另一端的水体中，形成局部水循环；

方案二：对湖湾北部按上述相同实施方法进行实验，其中步骤(b)中两个连通水道接口选在实验水域北部；

以上两个方案，每个方案运行5小时；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台6将采集到的各局部水循环备选方案的水质观测数据进行存储，每20分钟存储一次；

③步骤①和②中采集的各局部水循环备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过局部水循环措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施；图13和图14为方案一和方案二的实验结果比较示例。

(4-3)曝气措施：

①拟定在某湖湾北部实施曝气，现设计实验方案，实验前预先培养时间设定为2小时，具体实施方法是：在不改变步骤(1)-(3)的硬件配置前提下，通过曝气控制模块63调节模拟池22底板上的北部0.6m²的区域内的曝气孔28向水体输入1m³/h流量的气体，观测不同曝气方案影响下水华的变化情况；

该方案运行5小时；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台6将采集到的曝气措施备选方案的水质观测数据进行存储，每20分钟存储一次；

③步骤①和②中采集的水质数据进行分析，分析经过曝气措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度是否能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析；图15为实验结果比较示例。

上述(4-1)(4-2)(4-3)的应急调控措施可组合使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种变化环境下应急调控水华的模拟系统，其特征在于：包括用水定制单元、多功能模拟单元、环境调节单元、水华投放单元、水质监测单元、控制平台；

所述用水定制单元包含源水存储装置、水藻分离装置、无藻水存储装置、含藻水存储装置、调配装置，源水存储装置与水藻分离装置连接，水藻分离装置同时与无藻水存储装置和含藻水存储装置连接，无藻水存储装置和含藻水存储装置同时与调配装置连接；

所述多功能模拟单元包含环形水槽、模拟池、连通水道、投影装置，所述环形水槽布置在所述模拟池的外围一圈，两者之间通过若干个可拆卸的连通水道连接，所述环形水槽的外壁留有进水口，与调配装置的出水口连接，同时环形水槽内壁预留多个可拆卸式出水口，每个出水口可连接一条连通水道，连通水道内设可逆流量调节阀，投影装置为一台高清投影仪，位于模拟池中心的正上方，连通水道和投影装置分别通过连通水道控制模块和投影装置控制模块与控制平台进行信号连接；

所述环境调节单元包含密闭罩、光照调节单元、温度调节单元、风场调节单元，用于模拟现场气象环境，所述密闭罩为圆柱型的密闭罩体，密闭罩位于模拟池的上方，能完全罩住多功能模拟单元，密闭罩罩体边壁由双层透明材质制成，内部设有竖向导轨；所述光照调节单元为安装在密闭罩顶部的发光板，用于模拟不同的光照强度；所述温度调节单元包含安装在密闭罩四周边壁内的多圈温控管，通过控制多圈温控管管内液体的温度实现对密闭空间内的气温控制，多圈温控管安装高度不低于风场调节单元的顶端；所述风场调节单元包含固定在密闭罩四周边壁内的八台鼓风机，所述鼓风机在同一高度上等距布置，高度不低于模拟池的顶部；环境调节单元通过环境调控制模块与控制平台进行信号连接；

所述水华投放单元位于模拟池上方，包含承重杆、顶盘、投放管、气泵，所述承重杆水平安置，两端安装在密闭罩边壁上的竖向导轨内，可上下升降；顶盘为水平圆盘，通过连接杆安装在承重杆的中心，顶盘的直径不小于模拟池的直径，顶盘上均匀密布多个圆孔；所述投放管上端固定在顶盘的圆孔上，下端管口处内置可充气橡胶小球，可通过充放气控制小球的体积进而控制投放管内液体的释放流量；所述气泵通过在顶盘上部网状布置的充气管道与橡胶小球相连；水华投放单元通过水华投放控制模块与控制平台进行信号连接；

所述水质监测单元包含多参数测量架，用于采集水情与水质信息，所述多参数测量架为圆柱形框架，底部有凸出尖端可插入模拟池内，多参数测量架内水平设有三层下凹的铁丝网，分别用于固定水位传感器、叶绿素传感器和溶解氧传感器，多参数测量架通过水质监测模块与控制平台进行信号连接。

2.根据权利要求1所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统，其特征在于：所述源水存储装置为开敞式水箱，用于存储从现场采集的源水，与水藻分离装置通过管道连接；所述水藻分离装置为开敞式水箱，包含集水池、过滤池、收集池、出水池四部分，所述集水池安置在上游，过滤池安置在中游，出水池安置在下游，收集池安置在过滤池和出水池的正下方，用于将源水存储装置提供的天然源水进行水、藻的分离后分别输入无藻水存储装置和含藻水存储装置中；所述无藻水存储装置为开敞式水箱，与出水池通过上出水管连接，用于接收并存储水藻分离装置输出的不含藻水体；所述含藻水存储装置为恒温透明培养罐，内设微气泡曝气装置和外设照明单元，与水藻分离装置的收集池通过下出水管连接，用于接收并存储高浓度含藻水；所述调配装置包括第一水罐和第二水罐，第一水罐用于调配低浓度含藻水进而为多功能模拟单元提供实验用水，第二水罐用于调配高浓度含藻水进而为水华投放单元提供实验用水，第一水罐和第二水罐均有两个进水口分别与无藻水存储装置和含藻水存储装置相连，同时均设有一个出水口。

3.根据权利要求2所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统，其特征在于：所述集水池在靠近上游的壁上有进水口，与源水存储装置相连，集水池和过滤池之间由隔板隔开，隔板上均匀分布有多个小孔，每个孔直径不小于5cm；

所述过滤池内沿水流方向等距安置有三层向下游倾斜安置的滤网，拦截水中的藻类使之易于聚集沉淀；所述过滤池与出水池由隔板隔开，隔板上均匀分布有多个小孔，每个孔直径不大于1cm；

所述出水池在过滤池的下游，高度与过滤池一致，在靠近下游的壁上顶部安置有一根上出水管，与无藻水存储装置相连，为其提供不含藻水体；

所述收集池在过滤池和出水池的正下方，底部与集水池的底部相接；收集池与出水池、集水池均不连通，收集池与过滤池之间通过安置在每层滤网前的可翻转连通阀板进行连通，可将过滤池滤网前聚集的藻类向下翻转落入收集池中；收集池下游一侧留有出口，通过下出水管与含藻水存储装置相连，为其提供含藻水体；

所述水藻分离装置的底板，即集水池与收集池的底部，自上游向下游呈倾斜安置，倾斜角不大于3度。

4.根据权利要求1所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统，其特征在于：所述模拟池的附属部件包括卡槽、支撑杆、围隔帘、曝气孔、糙率塞，模拟池为圆形水池，用于对发生水华的水域进行物理建模及模拟水华应急措施，模拟池底板上均匀分布有圆孔状的卡槽，每个卡槽的底部预留有曝气孔；所述模拟池底板下设有中空的底座，内部布设网状的供气管，通过外置气泵为曝气孔供气，控制平台通过曝气控制模块控制外置气泵；所述连通水道用于模拟水域的支流，设有可逆流量调节阀，控制平台通过无线信号控制可逆流量调节阀；所述投影装置为安装在高度可调的铁架上的一台高清投影仪，位于模拟池中心正上方，向下投影，控制平台通过投影装置控制模块控制投影装置；所述支撑杆为若干根预先定制而成的塑料棒，上粗下细，下部较细的一段可插入底板卡槽内；围隔帘为透明材质的不透水加厚塑料膜，与支撑杆配合使用，用于在模拟池内拼装出水域边界；所述糙率塞包括下部尖端与上部塞帽，下部尖端可塞入卡槽，上部塞帽扁平略凸起，用于调节模拟池底部糙率。

5.根据权利要求1所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统，其特征在于：所述水质监测单元还包括多层取样管，多层取样管包括外管和内管，均为透明有机玻璃材质，所述外管的高度大于模拟池的池深，底部装有支撑架，外管管壁有一条从上端管口至下端管底的竖直镂空带，可透水；所述内管的高度与外管一致，管径略小于外管的管径，可完全放入外管且与之紧密贴合，内管管壁也有一条从上端管口至下端管底边的竖直镂空带，可透水，且尺寸与外管的镂空带一致；内管的外底部与外管的内底部通过螺纹连接，内管的上端固接有转动片，用于水平转动内管；内管的内部有多片水平的不透水玻璃片，将内管沿垂向分割为多层。

6.根据权利要求4所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统的运行方法，其特征在于，包含以下步骤：

(1)水域建模

(1-1)比尺设定：基于目标水域实际尺寸和模拟池大小限制，确定实验物理模型的水平比尺λ_L、垂直比尺λ_V与时间比尺λ_T，进而将实际目标水域按照比尺缩放得到模型尺寸、地形数据和糙率空间分布的物理模型数据集，将其制成平面图形；

上述的λ_L＝L_p/L_m，式中L_p为目标水域实际长度，L_m为模拟池中的对应长度；上述的λ_V＝D_p/D_m，式中D_p为目标水域实际平均水深，D_m为模拟池的对应平均水深；上述的λ_T＝λ_L ^0.5；

(1-2)投影：将投影装置的高清投影仪安装在铁架上后摆放在模拟池正中心的上方；将目标水域的模型尺寸、地形数据和糙率空间分布的物理模型数据集平面图像通过高清投影仪向下投影到模拟池上；通过控制平台调节高清投影仪的高度及投影焦距，使投影成像的水平比尺与步骤(1-1)中的水平比尺λ_L一致；

(1-3)岸边界建模：将支撑杆逐个插入与投影图像中边界轮廓重合的卡槽内；然后用围隔帘沿着安插好的支撑杆外围依次将其包裹，并将所有接口处密封，初步形成待实验的水域，并在出入支流的位置预留进出口；

(1-4)支流建模：针对每一个支流进出口的实际位置，选择安装对应的连通水道，将其一端安置在环形水槽内壁，另一端加接柔性导流槽后安装在步骤(1-3)中预留的支流进出口处；

(1-5)监测点布置：按照实际目标水域中水源地、半封闭港湾等重要位置，在模拟池中选取对应监测点，将多参数测量架安置在对应位置的卡槽内；

(1-6)糙率布置：根据目标水域物理模型的糙率空间分布数据集，选择尺寸对应的糙率塞逐个安装在模拟池上的卡槽内，使得待实验的水域的糙率与目标水域糙率变化相符；

完成上述步骤后，移除投影装置；

(2)实验准备阶段

(2-1)实验用水定制：将源水存储装置中的含藻源水输入水藻分离装置进行水、藻分离后，将不含藻水体输入无藻水存储装置，将高浓度含藻水输入含藻水存储装置，进而通过调配装置调配出与实际水华含藻浓度一致的实验用水，供水华投放单元备用；

(2-2)背景实验用水加注：从无藻水存储装置向模拟池内加注不含藻水体，直至水深为D_m，其中D_m＝D_p/λ_V，式中D_p为目标水域实际平均水深，λ_V为垂直比尺；

(2-3)水华投放单元准备：根据目标水域暴发水华的实际空间位置分布，在水华投放单元的顶盘的对应位置的圆孔上安装投放管，此时投放管底部处于密闭状态，将调配装置的实验用水注入投放管内；

(2-4)环境条件设定：安装好环境调节单元，使得密闭罩完全罩住多功能模拟单元；根据目标水域暴发水华期间的实际气象条件，通过环境调节控制模块控制光照调节单元、温度调节单元、风场调节单元，使其在密闭罩内模拟出对应的实验光照、温度与风场条件；其中风场调节单元设定时的风速比尺λ_W＝λ_L ^0.5；

(3)实际水华分布模拟

(3-1)支流设定模拟：根据目标水域支流出入流的实际情况，通过连通水道控制模块控制连通水道的相应入流量或出流量，实现对支流出入流的模拟；

(3-2)水华初始时刻模拟：在步骤(3-1)运行时间t后，其中t＝1.5V_m/Q_in，式中V_m为步骤(2-2)中注入模拟池中的不含藻水体体积，Q_in为实验中支流入流总量，所述的其中Q_in,p为实际支流入流总量；随后，通过水华投放单元控制模块控制水华投放单元，使其缓慢下移，当水华投放单元的投放管底部接触到模拟池内水面时，通过气泵对可充气橡胶小球抽气，使投放管内含藻水缓慢注入模拟池中；当注入预设体积含藻水后，通过气泵对可充气橡胶小球充气，重新密闭投放管，抬升水华投放单元回归原位；

(3-3)水质监测：一方面，通过水质监测控制模块启动模拟池内的多参数测量架，实时采集关键位置的水位、叶绿素和溶解氧变化情况；另一方面，每间隔一定时段，通过多层取样管在没有安装固定测量柱的空白水域进行手动采集水样进行离线水化学分析，对实时监测进行补充测量。

7.根据权利要求6所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统的运行方法，其特征在于，还包括流域调水调控水华效果预测：

①通过调节步骤(1-4)中已安装的连通水道流量变化模拟出不同调水方案，观测不同调水方案影响下水华变化情况；在上述流量调节过程中需要遵循流量守恒，即增加其中的单个支流或多个支流的入流量Q_a，同时对应地增加其中的单个支流或多个支流的出流量Q_b，使得Q_a＝Q_b，其中Q_a＝Q_a,p/(λ_L ^1.5λ_V)，Q_b＝Q_b,p/(λ_L ^1.5λ_V)，Q_a,p、Q_b,p为实际支流的入流、出流量；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台将采集到的各调水备选方案的水质观测数据进行存储；

③对步骤①和②中采集的各调水备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过调水措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施。

8.根据权利要求6所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统的运行方法，其特征在于，还包括局部水循环调控水华效果预测：

①针对拟定的多个局部水循环消减水华的备选方案依次进行实验，具体实施方法是：在步骤(1)-(3)的硬件配置基础上，在水华暴发的水域周边加装一套局部水循环设备，包括一个抽水管和一个排水管，两管的末端放入岸边水体中，另一端通过塑料管连通，形成回路；依据每一个备选方案的抽水、排水位置及其流量，在微型水泵的作用下通过抽水管将目标水域的水体抽出后，再由回路通过排水管重新排入另一端的水体中，形成局部水循环；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台将采集到的各局部水循环备选方案的水质观测数据进行存储；

③对步骤①和②中采集的各局部水循环备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过局部水循环措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施。

9.根据权利要求6所述的变化环境下应急调控水华的模拟系统的运行方法，其特征在于，还包括曝气措施调控水华效果预测：

①针对拟定的多个曝气措施消减水华的备选方案依次进行实验，具体实施方法是：在不改变步骤(1)-(3)的硬件配置前提下，通过曝气控制模块调节模拟池底板上的特定位置的若干曝气孔向水体输入特定量的气体，观测不同曝气方案影响下水华的变化情况；

②同步的，依据步骤(3-3)的方法观测叶绿素和溶解氧浓度的时空变化，通过控制平台将采集到的各曝气措施备选方案的水质观测数据进行存储；

③对步骤①和②中采集的各曝气措施备选方案的水质数据进行对比分析，首先筛选出经过曝气措施后叶绿素浓度与溶解氧浓度均能水质达标的若干组工况，再对其进行成本分析，最后得出最优应急措施。