CN110824133A - 一种湖泊各级生态容量的精确计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，属于环境生态研究方法领域，计算方法包括以下步骤：首先对湖泊环境水资源的调查；再收集每年排入、排出湖泊的氮、磷元素的含量以及湖泊中氮、磷的蕴藏量，再对水生生物资源的调查，统计各水生动物的生物量及分布情况；然后收集湖泊降水量与蒸发量；最后计算湖泊中总氮总磷水环境容量和湖泊中的各级生态容量；氮磷的蕴藏量收集过程汇总将湖泊划分为多个矩形区域，使用水体取样装置对每个矩形区域进行取样，通过对矩形区域的多点多深度的水体进行取样，可以实现获得湖泊中氮磷含量的精确数值，以便精确计算湖泊各级生物生态容量，以便指导湖泊的渔业生产与水生态环境保护。
Description
技术领域
本发明涉及环境生态研究方法领域，更具体地说，涉及一种湖泊各级生态容量的精确计算方法。
背景技术
生物生态容量指的是在不受任何人工干预的条件下，某一环境中能自然产出多少生物的生物量。这与目前提出的生物容量K(在某一环境区域在人工干预下能够容纳生物量最大值，超过此值，则生态环境会遭受严重破坏)有着本质的区别。
随着经济的发展，人工对自然界的干预越来越严重，而干预的结果反应在水质的恶化、天气的多变化、某种生物濒临灭绝、生态环境遭受到破坏、人类发病的年轻化等多个方面。为了人类长久的生存，“自然”、“原生态”、“原貌”等概念被很多人提出。而对于湖泊而言，未来会实行“人放天养”，即在没有人工干预的情况下，根据自然环境的生态容量来确定放养多少水产品(鱼类)、放养什么品种，然后依靠自然界的力量和资源来放养。
但目前，没有一种能准确研究出湖泊生物生态容量的方法，用以指导湖泊的渔业生产与水生态环境保护，且在对湖泊生物生态容量计算时大多需要对水体进行取样检测，来分析出水体的总氮总磷含量，以计算出水体的有机物容量，由于湖泊水宽度和深度各不相同，在对湖泊水进行水质检测之前，需要对湖泊内部各区域的水体进行取样，并且在取样过程中不易对不同水位水体进行采集，影响样品分析的准确性，且取样的方式大多是随机挑选多个地点进行取样，分析结果会产生较大的误差。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，它可以实现获得湖泊中氮磷含量的精确数值，以便精确计算出湖泊中的各级生物生态容量，以便指导湖泊的渔业生产与水生态环境保护。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，包括以下步骤：
第一步、对湖泊环境水资源的调查：调研并统计该湖泊周边的污水排放量，湖泊水的入水、排水水量；
第二步、收集每年排入湖泊的氮、磷元素的含量，每年排出湖泊的氮、磷元素的含量以及湖泊中氮、磷的蕴藏量，其中年调查次数为4-12次，取年平均值；
第三步、水生生物资源的调查：调查并统计待研究的湖泊中水生植物、水生动物及底栖生物的种类、生物量及分布情况；
第四步、降水量与蒸发量调查：根据当地气象部门所统计的近3-5年来的降水量，取年平均值。
第五步、计算湖泊中总氮总磷的水环境容量；
第六步、计算出湖泊中的各级生态容量。
进一步的，所述第二步中的湖泊中氮、磷的蕴藏量的测算方法为：将湖泊划分为多个100-200平方米的矩形区域，生成湖泊网格模型，然后对矩形区域进行多点随机取样，获取多个水体样本，对水体样本进行分析获取该矩形区域的氮、磷含量浓度，以所有矩形区域的平均氮、磷含量浓度作为该湖泊的氮、磷含量浓度。
进一步的，所述第五步中的总氮总磷的水环境容量的计算式为：
式中：Cp为总氮总磷的平衡浓度；R为总氮总磷在湖泊中的滞留系数；V为湖泊的容积；γ为冲刷速度常数；Qi、Qout为湖泊入水和排水的流量，Pi、Pout为湖泊输入和输出的总氮总磷浓度，Wi、Wout为湖泊输入和输出的总氮总磷量。
进一步的，所述第六步中的湖泊中的各级生态容量计算方法式为：
G1＝E*R*q*(d1*N+d2*P)/2；G2＝k*G1；G3＝k*G2；
式中:E为年平均的太阳辐照能量，R为太阳能的利用率；d为氮、磷对初级生物生态容量贡献效率的权重分配值d1+d2＝1；N为湖泊总氮总磷的可利用量即N＝Cp*V；P为湖泊中可利用总磷量；q为单位氮、磷量能产生的初级生物生态容量值，取值为350－510之间；k为上一级生物生态容量转化为下一级生物生态容量的转化率。
进一步的，所述湖泊输入和输出的总氮总磷浓度测算方法为：对靠近湖泊入水口和排水口的几个矩形区域定期进行多次取样检测，以获得湖泊入水口和排水口处的总氮总磷量变化，再参考湖泊入水排水流量来计算出湖泊输入和输出的总氮总磷浓度。
一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，包括一种水体取样装置，所述水体取样装置包括快艇主体，所述快艇主体上固定连接有一对安装板，所述安装板上固定连接有卷扬机，所述安装板的下侧设有水体取样箱，所述水体取样箱与卷扬机之间连接有连接绳，所述安装板上固定连接有与连接绳相匹配的导向轮，所述水体取样箱包括支架，所述支架，所述支架的底端固定连接有定位锚，所述支架内固定连接有取样盒，所述取样盒上开凿有多个取样腔，所述取样腔内固定连接有电动推杆，所述电动推杆的伸缩端上固定连接有密封活塞，所述取样盒上开凿有与密封活塞相匹配的取样口，所述取样口上固定连接有滤网，所述取样盒内固定连接有位移传感器和无线信号通信模块，多个所述电动推杆和位移传感器均与无线信号通信模块电线连接。
进一步的，所述支架的上端固定连接有吊环，所述连接绳上固定连接有与吊环相匹配的卡扣。
进一步的，所述快艇主体上固定连接有控制台，所述控制台内安装有取样区域定位系统，所述取样区域定位系统包括GPS模块，取样区域划分模块和卫星通信模块，所述控制台内连接有控制模块，所述控制模块上连接有显示屏，所述控制模块与无线信号通信模块信号连接。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案将湖泊划分为多个等面积的矩形区域，使用水体取样装置对每个矩形区域进行取样，水体取样装置可对不同深度的水体进行多次取样，通过对矩形区域的多点多深度的水体进行取样，以获得精确的矩形区域区域的氮磷浓度含量分析结果，使计算结果更精确。
(2)本方案使用的水体取样装置带有取样区域定位系统，可将GPS模块所获得的湖泊地图按需求分割为矩形网图，结合GPS模块对快艇主体的定位信息后显示在显示屏上，使计算人员可精确的前往指定矩形区域区域进行取样工作，防止技术人员在湖面上迷失而采集到其他区域的水体样本。
(3)本方案的水体取样箱上开凿有多个取样腔，每个取样腔中安装带又密封活塞的电动推杆，电动推杆由快艇主体上的控制台控制，且水体取样箱内安装有位移传感器，使技术人员可检测水体取样箱的下降深度，使水体取样箱可对不同深度的水体进行多次采样。
附图说明
图1为本发明的计算方法流程图；
图2为本发明的水体取样装置立体图；
图3为本发明的水体取样箱的剖视图；
图4为本发明的水体取样装置的俯视图；
图5为本发明的水体取样装置电路原理图。
图中标号说明：
1快艇主体、2安装板、3卷扬机、4水体取样箱、401支架、402定位锚、403取样盒、404密封活塞、405电动推杆、406无线信号通信模块、407滤网、408位移传感器、5连接绳、6导向轮、7吊环、8卡扣、9控制台、901卫星通信模块、902GPS模块、903取样区域划分模块、10显示屏、11控制模块。
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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，包括以下步骤：
第一步、对湖泊环境水资源的调查：调研并统计该湖泊周边的污水排放量，湖泊水的入水、排水水量；
第二步、收集每年排入湖泊的氮、磷元素的含量，每年排出湖泊的氮、磷元素的含量以及湖泊中氮、磷的蕴藏量，其中年调查次数为4-12次，取年平均值；氮、磷的蕴藏量的测算方法为：将湖泊划分为多个100-200平方米的矩形区域，生成湖泊网格模型，然后对矩形区域进行多点随机取样，获取多个水体样本，对水体样本进行分析获取该矩形区域的氮、磷含量浓度，以所有矩形区域的平均氮、磷含量浓度作为该湖泊的氮、磷含量浓度；湖泊输入和输出的总氮总磷浓度测算方法为：对靠近湖泊入水口和排水口的几个矩形区域定期进行多次取样检测，以获得湖泊入水口和排水口处的总氮总磷量变化，通过总氮总磷量变化率和湖泊湖泊入水和排水流量即可计算出湖泊输入和输出的总氮总磷浓度。
第三步、水生生物资源的调查：调查并统计待研究的湖泊中水生植物、水生动物及底栖生物的种类、生物量及分布情况；
第四步、降水量与蒸发量调查：根据当地气象部门所统计的近3-5年来的降水量，取年平均值；
第五步、计算湖泊中总氮总磷的水环境容量；总氮总磷的水环境容量的计算式为：
式中：Cp为总氮总磷的平衡浓度；R为总氮总磷在湖泊中的滞留系数；V为湖泊的容积；γ为冲刷速度常数；Qi、Qout为湖泊入水和排水的流量，Pi、Pout为湖泊输入和输出的总氮总磷浓度，Wi、Wout为湖泊输入和输出的总氮总磷量；
第六步、计算出湖泊中的各级生态容量；湖泊中的各级生态容量计算方法式为：
G1＝E*R*q*(d1*N+d2*P)/2；G2＝k*G1；G3＝k*G2；
式中:E为年平均的太阳辐照能量，R为太阳能的利用率；d为氮、磷对初级生物生态容量贡献效率的权重分配值，d1+d2＝1；N为湖泊总氮总磷的可利用量即N＝Cp*V；P为湖泊中可利用总磷量；q为单位氮、磷量能产生的初级生物生态容量值，取值为350－510之间；k为上一级生物生态容量转化为下一级生物生态容量的转化率。
请参阅图2-3，一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，包括一种水体取样装置，水体取样装置包括快艇主体1，快艇主体1上固定连接有一对安装板2，安装板2上固定连接有卷扬机3，安装板2的下侧设有水体取样箱4，水体取样箱4与卷扬机3之间连接有连接绳5，安装板2上固定连接有与连接绳5相匹配的导向轮6，水体取样箱4包括支架401，支架401的上端固定连接有吊环7，连接绳5上固定连接有与吊环7相匹配的卡扣8。
请参阅图2-4，支架401的底端固定连接有定位锚402，支架401内固定连接有取样盒403，取样盒403上开凿有多个取样腔，取样腔内固定连接有电动推杆405，电动推杆405的伸缩端上固定连接有密封活塞404，取样盒403上开凿有与密封活塞404相匹配的取样口，取样口上固定连接有滤网407，取样盒403远离滤网407的一端固定连接有带有启闭阀的排水管，排水管与取样腔相通。
本方案的水体取样箱4上开凿有多个取样腔，每个取样腔中安装带又密封活塞404的电动推杆405，电动推杆405由快艇主体1上的控制台9控制，且水体取样箱4内安装有位移传感器408，使技术人员可检测水体取样箱4的下降深度，使水体取样箱4可对不同深度的水体进行多次采样。
请参阅图5，快艇主体1上固定连接有控制台9，控制台9内安装有取样区域定位系统，取样区域定位系统包括GPS模块902，取样区域划分模块903和卫星通信模块901，控制台9上连接有控制模块11，控制模块11上连接有显示屏10，取样盒403内固定连接有位移传感器408和无线信号通信模块406，多个电动推杆405和位移传感器408均与无线信号通信模块406电线连接，控制模块11与无线信号通信模块406信号连接，使技术人员孔通过控制模块11控制多个电动推杆405工作，使位移传感器408检测到的水体取样箱4下沉深度数值可显示在显示屏10上。
本方案使用的水体取样装置带有取样区域定位系统903，可将GPS模块902所获得的湖泊地图按需求分割为矩形网图，结合GPS模块902对快艇主体1的定位信息后显示在显示屏10上，使计算人员可精确的前往指定矩形区域区域进行取样工作，防止技术人员在湖面上迷失而采集到其他区域的水体样本。
取样前，技术人员先通过卫星通信模块901和GPS模块902获取湖泊卫星地图，然后使用取样区域划分系统将湖泊卫星地图划分为多个150立方米的矩形区域，然后将图形数据发送给显示屏10，通过GPS模块902进行快艇主体1的定位，使技术人员可将快艇主体1驾驶至指定矩形区域的指定点。
然后使用者驾驶快艇主体1前往矩形区域进行取样，取样时，使用者控制安装板2进行放线，使水体取样箱4下沉进水中，当水体取样箱4下沉至指定深度时，安装板2停止放线，然后技术人员使用控制台9控制一个取样盒403工作，使取样盒403带动密封活塞404收缩，使一个取样腔开启进行水体取样，取样完成后，取样盒403带动密封活塞404复位，使取样腔封闭，完成一次取样，技术人员可将水体取样箱4放至其他深度或将快艇主体1驾驶至其他位置来进行不同位置和深度的取样，通过对一个矩形区域的不同点和不同深度的水体进行取样调查，可更精确的分析出该矩形区域的平均氮、磷含量浓度。
本方案将湖泊划分为多个等面积的矩形区域，技术人员可使用快艇主体1移动至每个矩形区域，水体取样装置可对不同深度的水体进行多次取样，通过对矩形区域的多点多深度的水体进行取样，以获得精确的矩形区域区域的氮磷浓度含量分析结果，使计算结果更精确，有效减少误差，通过所有矩形区域的平均氮、磷含量浓度可计算出湖泊的氮、磷含量浓度，获得湖泊的氮、磷含量浓度即可进一步的计算出总氮总磷的水环境容量和湖泊中的各级生态容量。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步、对湖泊环境水资源的调查：调研并统计该湖泊周边的污水排放量，湖泊水的入水、排水水量；
第二步、收集每年排入湖泊的氮、磷元素的含量，每年排出湖泊的氮、磷元素的含量以及湖泊中氮、磷的蕴藏量，其中年调查次数为4-12次，取年平均值；
第三步、水生生物资源的调查：调查并统计待研究的湖泊中水生植物、水生动物及底栖生物的种类、生物量及分布情况；
第四步、降水量与蒸发量调查：根据当地气象部门所统计的近3-5年来的降水量，取年平均值；
第五步、计算湖泊中总氮总磷的水环境容量；
第六步、计算出湖泊中的各级生态容量。
2.根据权利要求1所述的一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，其特征在于：所述第二步中的湖泊中氮、磷的蕴藏量的测算方法为：将湖泊划分为多个100-200平方米的矩形区域，生成湖泊网格模型，然后对矩形区域进行多点随机取样，获取多个水体样本，对水体样本进行分析获取该矩形区域的氮、磷含量浓度，以所有矩形区域的平均氮、磷含量浓度作为该湖泊的氮、磷含量浓度。
3.根据权利要求1所述的一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，其特征在于：所述第五步中的总氮总磷的水环境容量的计算式为：
式中：Cp为总氮总磷的平衡浓度；R为总氮总磷在湖泊中的滞留系数；V为湖泊的容积；γ为冲刷速度常数；Qi、Qout为湖泊入水和排水的流量，Pi、Pout为湖泊输入和输出的总氮总磷浓度，Wi、Wout为湖泊输入和输出的总氮总磷量。
4.根据权利要求1所述的一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，其特征在于：所述第六步中的湖泊中的各级生态容量计算方法式为：
G1＝E*R*q*(d1*N+d2*P)/2；G2＝k*G1；G3＝k*G2；。
式中:E为年平均的太阳辐照能量，R为太阳能的利用率；d为氮、磷对初级生物生态容量贡献效率的权重分配值d1+d2＝1；N为湖泊总氮总磷的可利用量即N＝Cp*V；P为湖泊中可利用总磷量；q为单位氮、磷量能产生的初级生物生态容量值，取值为350－510之间；k为上一级生物生态容量转化为下一级生物生态容量的转化率。
5.根据权利要求1所述的一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，其特征在于：所述湖泊输入和输出的总氮总磷浓度测算方法为：对靠近湖泊入水口和排水口的几个矩形区域定期进行多次取样检测，以获得湖泊入水口和排水口处的总氮总磷量变化，再参考湖泊入水排水流量来计算出湖泊输入和输出的总氮总磷浓度。
6.根据权利要求1所述的一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，包括一种水体取样装置，其特征在于：所述水体取样装置包括快艇主体(1)，所述快艇主体(1)上固定连接有一对安装板(2)，所述安装板(2)上固定连接有卷扬机(3)，所述安装板(2)的下侧设有水体取样箱(4)，所述水体取样箱(4)与卷扬机(3)之间连接有连接绳(5)，所述安装板(2)上固定连接有与连接绳(5)相匹配的导向轮(6)，所述水体取样箱(4)包括支架(401)，所述支架(401)的底端固定连接有定位锚(402)，所述支架(401)内固定连接有取样盒(403)，所述取样盒(403)上开凿有多个取样腔，所述取样腔内固定连接有电动推杆(405)，所述电动推杆(405)的伸缩端上固定连接有密封活塞(404)，所述取样盒(403)上开凿有与密封活塞(404)相匹配的取样口，所述取样口上固定连接有滤网(407)，所述取样盒(403)内固定连接有位移传感器(408)和无线信号通信模块(406)，多个所述电动推杆(405)和位移传感器(408)均与无线信号通信模块(406)电线连接。
7.根据权利要求6所述的一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，其特征在于：所述支架(401)的上端固定连接有吊环(7)，所述连接绳(5)上固定连接有与吊环(7)相匹配的卡扣(8)。
8.根据权利要求6所述的一种湖泊各级生态容量的精确计算方法，其特征在于：所述快艇主体(1)上固定连接有控制台(9)，所述控制台(9)内安装有取样区域定位系统，所述取样区域定位系统包括GPS模块(902)，取样区域划分模块(903)和卫星通信模块(901)，所述控制台(9)内连接有控制模块(11)，所述控制模块(11)上连接有显示屏(10)，所述控制模块(11)与无线信号通信模块(406)信号连接。
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