CN112557611A - 一种河涌调水系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于河涌调水技术领域，具体公开一种河涌调水系统及其方法，所述河涌调水方法包括如下步骤：S1：建立河涌调水系统；S2：检测单元实时采集各个河道的检测数据；S3：判断当前河道的检测数据是否异常，若是则进入步骤S4，否则重复步骤S3；S4：根据当前河道的检测数据和相邻河道的检测数据，控制对应的河道闸门开闭，进行河涌调水操作。本发明解决了现有技术存在的缺乏合理的河涌调水、河涌无法进行良性循环以及达标率低下的问题。

Description

一种河涌调水系统及其方法

技术领域

本发明属于河涌调水技术领域，具体涉及一种河涌调水系统及其方法。

背景技术

随着时代的发展，人们对环境污染问题越来越重视，地表水，是指陆地表面上动态水和静态水的总称，亦称"陆地水"，包括各种液态的和固态的水体，主要有河流、湖泊、沼泽、冰川、冰盖等。它是人类生活用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分。为了更好的发挥水利工程对水生态环境的改善，如何实现在干涸地区的河涌调水成为本领域的研究对象。

现有技术中，缺乏对干涸河涌的合理补水，在洪水期也无法实现合理的排水调度，容易导致水环境的破坏和洪水决堤等自然灾害，河涌无法进行良性循环，达标率低下。

发明内容

本发明旨在于至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明目的在于提供一种河涌调水系统及其方法，用于解决现有技术存在的缺乏合理的河涌调水、河涌无法进行良性循环以及达标率低下的问题。

本发明所采用的技术方案为：

一种河涌调水系统，包括调水基站、数据中心、若干检测单元以及若干河道闸门，调水基站分别与数据中心、若干检测单元以及若干河道闸门通信连接，数据中心通信连接有外部的数据查询设备，若干检测单元一一对应的设置于各条河道的中部，若干河道闸门一一对应的设置于各条河道的末端。

进一步地，检测单元包括微处理器、第一通讯模块、第一定位模块、水质检测模块、海拔检测模块以及河涌检测模块，微处理器分别与第一通讯模块、第一定位模块、水质检测模块、海拔检测模块以及河涌检测模块通信连接，第一通讯模块与调水基站通信连接。

进一步地，水质检测模块包括PH值传感器、氨氮含量传感器、总磷含量传感器、溶解氧含量传感器以及化学需氧量含量传感器，微处理器分别与PH值传感器、氨氮含量传感器、总磷含量传感器、溶解氧含量传感器以及化学需氧量含量传感器通信连接。

进一步地，河涌检测模块包括水位传感器、水温传感器以及流速传感器，微处理器分别与水位传感器、水温传感器以及流速传感器通信连接。

进一步地，河道闸门包括闸门本体、闸门驱动电机、工控机、第二定位模块以及第二通讯模块，工控机分别与闸门驱动电机、第二定位模块以及第二通讯模块通信连接，闸门驱动电机与闸门本体连接，第二通讯模块与调水基站通信连接。

一种河涌调水方法，基于河涌调水系统，包括如下步骤：

S1：建立河涌调水系统；

S2：检测单元实时采集各个河道的检测数据；

S3：判断当前河道的检测数据是否异常，若是则进入步骤S4，否则重复步骤S3；

S4：根据当前河道的检测数据和相邻河道的检测数据，控制对应的河道闸门开闭，进行河涌调水操作。

进一步地，步骤S2中，检测数据包括当前河道的水质数据、检测点位置数据、海拔数据以及河涌数据。

进一步地，步骤S2中，水质数据包括当前河道的PH值、氯化物含量、硫酸盐含量、溶解氧含量以及硝酸盐含量；

河涌数据包括当前河道的水位、水温以及流速。

进一步地，步骤S3中，检测数据异常的判断公式为：

式中，H_i为检测数据中第i条河道的水位；H_min,H_max分别为正常水位的最低值和最高值；

为检测数据中第i条河道的第j项水质数据；

分别为第j项正常水质数据的最低值和最高值。

进一步地，步骤S4的具体步骤为：

S4-1：根据当前河道的海拔数据和相邻河道的海拔数据，建立上游河道矩阵和下游河道矩阵；

S4-2：判断当前河道的水位是否低于正常范围或水质数据异常，若是则根据检测点位置数据，选择上游河道矩阵中河道闸门关闭、水位满足要求且与当前河道欧氏距离最小的上游河道，选择下游河道矩阵中河道闸门打开且与当前河道欧氏距离最小的下游河道，并进入步骤S4-3，否则进入步骤S4-4；

S4-3：控制上游河道的河道闸门打开，控制上游河道的河道闸门关闭，直到当前河道的水位属于正常范围或水质数据属于正常范围，结束当前河涌调水操作；

S4-4：判断当前河道的水位是否高于正常范围，若是则根据检测点位置数据，选择上游河道矩阵中河道闸门打开且与当前河道欧氏距离最小的上游河道，选择下游河道矩阵中河道闸门关闭、水位满足要求且与当前河道欧氏距离最小的下游河道，并进入步骤S4-5，否则结束当前河涌调水操作；

S4-5：控制上游河道的河道闸门关闭，控制上游河道的河道闸门打开，直到当前河道的水位属于正常范围，结束当前河涌调水操作。

本发明的有益效果为：

本发明实时采集河道的水质数据和河涌数据，通过相邻河道在干涸期对河涌进行补水，在洪水期对河涌进行排水，实现了合理的河涌调水，保证了河涌水环境的良性循环，提高了河涌的达标率。

本发明的其他有益效果将在具体实施方式中进行详细说明。

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是河涌调水系统结构框图。

图2是河涌调水系统示意图。

图3是优河涌调水方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例来对本发明作进一步阐述。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明虽然是用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本发明公开的功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本发明阐述的实施例中。

应当理解，本发明使用的术语仅用于描述特定实施例，并不意在限制本发明的示例实施例。若术语“包括”、“包括了”、“包含”和/或“包含了”在本发明中被使用时，指定所声明的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在性，并且不排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、单元、组件和/或他们的组合存在性或增加。

应当理解，还应当注意到在一些备选实施例中，所出现的功能/动作可能与附图出现的顺序不同。例如，取决于所涉及的功能/动作，实际上可以实质上并发地执行，或者有时可以以相反的顺序来执行连续示出的两个图。

应当理解，在下面的描述中提供了特定的细节，以便于对示例实施例的完全理解。然而，本领域普通技术人员应当理解可以在没有这些特定细节的情况下实现示例实施例。例如可以在框图中示出系统，以避免用不必要的细节来使得示例不清楚。在其他实例中，可以不以不必要的细节来示出众所周知的过程、结构和技术，以避免使得示例实施例不清楚。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种河涌调水系统，包括调水基站、数据中心、若干检测单元以及若干河道闸门，调水基站分别与数据中心、若干检测单元以及若干河道闸门通信连接，数据中心通信连接有外部的数据查询设备，若干检测单元一一对应的设置于各条河道的中部，若干河道闸门一一对应的设置于各条河道的末端；

如图2所示，通过检测单元采集当前河道的水质数据、检测点位置数据、海拔数据以及河涌数据，发送至调水基站进行处理，数据中心用于存储检测数据并提供数据查询功能，数据查询设备为移动终端和PC端，调水基站根据检测数据控制上下游的河道闸门的开闭，实现目标河道的调水操作，通过相邻河道在干涸期对河涌进行补水，在洪水期对河涌进行排水，实现了合理的河涌调水，保证了河涌水环境的良性循环，提高了河涌的达标率。

作为优选，检测单元包括微处理器、第一通讯模块、第一定位模块、水质检测模块、海拔检测模块以及河涌检测模块，微处理器分别与第一通讯模块、第一定位模块、水质检测模块、海拔检测模块以及河涌检测模块通信连接，第一通讯模块与调水基站通信连接；

微处理器用于处理第一定位模块、水质检测模块、海拔检测模块以及河涌检测模块采集的数据，并通过第一通讯模块发送至调水基站。

作为优选，水质检测模块包括PH值传感器、氨氮含量传感器、总磷含量传感器、溶解氧含量传感器以及化学需氧量含量传感器，微处理器分别与PH值传感器、氨氮含量传感器、总磷含量传感器、溶解氧含量传感器以及化学需氧量含量传感器通信连接。

作为优选，河涌检测模块包括水位传感器、水温传感器以及流速传感器，微处理器分别与水位传感器、水温传感器以及流速传感器通信连接，

水位传感器采集当前河道的水位，用于判断当前河道是否需要执行调水操作，并且为需要下游河道提供补水时或接受上游河道排水时提供判断依据，水温传感器和流速传感器为补水和排水时安全流速提供依据。

作为优选，河道闸门包括闸门本体、闸门驱动电机、工控机、第二定位模块以及第二通讯模块，工控机分别与闸门驱动电机、第二定位模块以及第二通讯模块通信连接，闸门驱动电机与闸门本体连接，第二通讯模块与调水基站通信连接；

工控机用于接受第二定位模块的闸门位置数据，通过闸门驱动电机控制闸门本体的开闭，将闸门位置数据和闸门开闭数据通过第二通讯模块发送至调水基站。

一种河涌调水方法，基于河涌调水系统，如图3所示，包括如下步骤：

S1：建立河涌调水系统；

S2：检测单元实时采集各个河道的检测数据；

检测数据包括当前河道的水质数据、检测点位置数据、海拔数据以及河涌数据；

水质数据包括当前河道的PH值、氨氮含量、总磷含量、溶解氧含量以及化学需氧量含量；

河涌数据包括当前河道的水位、水温以及流速；

S3：判断当前河道的检测数据是否异常，若是则进入步骤S4，否则重复步骤S3；

检测数据异常的判断公式为：

式中，H_i为检测数据中第i条河道的水位；H_min,H_max分别为正常水位的最低值和最高值；

为检测数据中第i条河道的第j项水质数据；

分别为第j项正常水质数据的最低值和最高值；

S4：根据当前河道的检测数据和相邻河道的检测数据，控制对应的河道闸门开闭，进行河涌调水操作，具体步骤为：

S4-1：根据当前河道的海拔数据和相邻河道的海拔数据，建立上游河道矩阵和下游河道矩阵，当前河道为M_k，上游河道矩阵[M_k-p,M_k-p+1,...,M_k-1]，其中，k为河道指示量，p为上游河道数量，下游河道矩阵[M_k+1,...,M_k+q-1,M_k+q]，其中，q为上游河道数量；

S4-2：判断当前河道的水位是否低于正常范围或水质数据异常，若是则根据检测点位置数据，选择上游河道矩阵中河道闸门关闭、水位满足要求且与当前河道欧氏距离最小的上游河道，选择下游河道矩阵中河道闸门打开且与当前河道欧氏距离最小的下游河道，并进入步骤S4-3，否则进入步骤S4-4；

当前河道的水位低于正常范围，表面当前河道需要进行补水维持其水生态环境的正常，因此选择水位满足要求(水位高于正常范围最低下限)且与当前河道欧氏距离最小的一条上游河道为当前河道补水，其它上游河道维持原状，为了位置当前河道的水位，控制一条下游河道关闭，不关闭其它下游河道，保证水循环，同时通过上下游的河道阀门的流速作为附加依据，控制流量，防止发生安全事故；

S4-3：控制上游河道的河道闸门打开，控制上游河道的河道闸门关闭，直到当前河道的水位属于正常范围或水质数据属于正常范围，结束当前河涌调水操作；

S4-4：判断当前河道的水位是否高于正常范围，若是则根据检测点位置数据，选择上游河道矩阵中河道闸门打开且与当前河道欧氏距离最小的上游河道，选择下游河道矩阵中河道闸门关闭、水位满足要求且与当前河道欧氏距离最小的下游河道，并进入步骤S4-5，否则结束当前河涌调水操作；

当前河道的水位高于正常范围，表面当前河道需要进行排水维持其水生态环境的正常，避免出现决堤的安全事故，因此选择与当前河道欧氏距离最小的一条上游河道，关闭其与当前河道的连通，为了实现良性循环，选择水位满足要求(水位低于正常范围最高上限)且与当前河道欧氏距离最小的一条下游河道作为排水河道，同时通过上下游的河道阀门的流速作为附加依据，控制流量，防止发生安全事故；

S4-5：控制上游河道的河道闸门关闭，控制上游河道的河道闸门打开，直到当前河道的水位属于正常范围，结束当前河涌调水操作。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所描述的实施例仅仅是示意性的，若涉及到作为分离部件说明的单元，其可以是或者也可以不是物理上分开的；若涉及到作为单元显示的部件，其可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。本领域技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可理解并实施。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种河涌调水系统，其特征在于：包括调水基站、数据中心、若干检测单元以及若干河道闸门，所述调水基站分别与数据中心、若干检测单元以及若干河道闸门通信连接，数据中心通信连接有外部的数据查询设备，若干所述检测单元一一对应的设置于各条河道的中部，若干所述河道闸门一一对应的设置于各条河道的末端。

2.根据权利要求1所述一种河涌调水系统，其特征在于：所述检测单元包括微处理器、第一通讯模块、第一定位模块、水质检测模块、海拔检测模块以及河涌检测模块，所述微处理器分别与第一通讯模块、第一定位模块、水质检测模块、海拔检测模块以及河涌检测模块通信连接，所述第一通讯模块与调水基站通信连接。

3.根据权利要求2所述一种河涌调水系统，其特征在于：所述水质检测模块包括PH值传感器、氨氮含量传感器、总磷含量传感器、溶解氧含量传感器以及化学需氧量含量传感器，所述微处理器分别与PH值传感器、氨氮含量传感器、总磷含量传感器、溶解氧含量传感器以及化学需氧量含量传感器通信连接。

4.根据权利要求2所述一种河涌调水系统，其特征在于：所述河涌检测模块包括水位传感器、水温传感器以及流速传感器，所述微处理器分别与水位传感器、水温传感器以及流速传感器通信连接。

5.根据权利要求1所述一种河涌调水系统，其特征在于：所述河道闸门包括闸门本体、闸门驱动电机、工控机、第二定位模块以及第二通讯模块，所述工控机分别与闸门驱动电机、第二定位模块以及第二通讯模块通信连接，所述闸门驱动电机与闸门本体连接，所述第二通讯模块与调水基站通信连接。

6.一种河涌调水方法，基于如权利要求1-5所述河涌调水系统，其特征在于：包括如下步骤：

S1：建立河涌调水系统；

S2：检测单元实时采集各个河道的检测数据；

S3：判断当前河道的检测数据是否异常，若是则进入步骤S4，否则重复步骤S3；

S4：根据当前河道的检测数据和相邻河道的检测数据，控制对应的河道闸门开闭，进行河涌调水操作。

7.根据权利要求6所述一种河涌调水方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述检测数据包括当前河道的水质数据、检测点位置数据、海拔数据以及河涌数据。

8.根据权利要求7所述一种河涌调水方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述水质数据包括当前河道的PH值、氨氮含量、总磷含量、溶解氧含量以及化学需氧量含量；

所述河涌数据包括当前河道的水位、水温以及流速。

9.根据权利要求8所述一种河涌调水方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述检测数据异常的判断公式为：

式中，H_i为检测数据中第i条河道的水位；H_min,H_max分别为正常水位的最低值和最高值；

为检测数据中第i条河道的第j项水质数据；

分别为第j项正常水质数据的最低值和最高值。

10.根据权利要求8所述一种河涌调水方法，其特征在于：所述步骤S4的具体步骤为：

S4-1：根据当前河道的海拔数据和相邻河道的海拔数据，建立上游河道矩阵和下游河道矩阵；

S4-2：判断当前河道的水位是否低于正常范围或水质数据异常，若是则根据检测点位置数据，选择上游河道矩阵中河道闸门关闭、水位满足要求且与当前河道欧氏距离最小的上游河道，选择下游河道矩阵中河道闸门打开且与当前河道欧氏距离最小的下游河道，并进入步骤S4-3，否则进入步骤S4-4；

S4-3：控制上游河道的河道闸门打开，控制上游河道的河道闸门关闭，直到当前河道的水位属于正常范围或水质数据属于正常范围，结束当前河涌调水操作；

S4-4：判断当前河道的水位是否高于正常范围，若是则根据检测点位置数据，选择上游河道矩阵中河道闸门打开且与当前河道欧氏距离最小的上游河道，选择下游河道矩阵中河道闸门关闭、水位满足要求且与当前河道欧氏距离最小的下游河道，并进入步骤S4-5，否则结束当前河涌调水操作；

S4-5：控制上游河道的河道闸门关闭，控制上游河道的河道闸门打开，直到当前河道的水位属于正常范围，结束当前河涌调水操作。

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