CN115078678A - 一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统及方法，该系统包括远程控制子系统、储存传输子系统和分析子系统；远程控制子系统获取调控指令，将调控指令发送给储存传输子系统，储存传输子系统接收调控指令，并基于调控指令控制分析子系统到达监测点位置，分析子系统采集监测点位置处预设深度的水样，并对预设深度的水样进行分析，生成水样分析数据，将水样分析数据通过储存传输子系统发送给远程控制子系统，远程控制子系统基于水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据。本发明实现了对氨氮释放通量的远程监测，具有操作简单方便、户外作业时间和检测周期短、检测精确度高、可重复性强及节能等优点。

Description

一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统及方法
技术领域
本发明涉及水库生态调度技术领域，具体涉及一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统及方法。
背景技术
水库蓄水将引起河流水动力学条件的改变，导致颗粒物迁移、输运等过程发生显著变化，从而使水体中的氮、磷等营养元素的物质循环发生改变；湖泊的外部污染源得到控制后，沉积物中氮磷营养盐会在一定条件下进入湖泊水体，成为湖泊富营养化的主导因素，并且可以在较长时间内维持湖泊的营养状态，氮磷营养盐在沉积物-水界面的迁移释放影响着湖库水体的营养盐浓度高低，沉水植物是珍稀越冬候鸟赖以生存的食物来源，在满足其他生境条件的前提下，营养盐特别是氨氮是影响沉水植物生长的关键要素，可被沉水植物直接吸收利用，但浓度过高也会抑制植物的生长，同时氨氮也是地表水环境标准的重要指标，成为湖泊氨氮污染的重要因素。因此开展水库蓄水对通江湖泊营养盐中氨氮释放通量影响的研究是十分必要的。
目前对湖泊水体中氨氮释放通量的测量通常为实验室分析法，该方法需要去户外进行现场采样、预处理、储存运输、实验室实验分析等一系列复杂的步骤，同时沉积物具有一定的流动性，取样时很容易使沉积物之间产生干扰，降低实验的精确性，而且普遍存在分析周期长、可重复性弱等问题，每重复一次都会产生人力物力重复性的损耗等问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有对湖泊水体中氨氮释放通量的测量方法操作复杂，实验精确性低、分析周期长、可重复性弱和人力物理资源的浪费的缺陷，从而提供一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统及方法。
本发明实施例提供了一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，包括：设置在户内的远程控制子系统与设置在户外的储存传输子系统分析子系统；其中，所述远程控制子系统与所述储存传输子系统无线连接，所述储存传输子系统和所述分析子系统依次连接；
所述远程控制子系统获取调控指令，将所述调控指令发送给所述储存传输子系统，所述储存传输子系统接收所述调控指令，并基于所述调控指令控制所述分析子系统到达监测点位置，所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成水样分析数据，将所述水样分析数据通过所述储存传输子系统发送给所述远程控制子系统，所述远程控制子系统基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据。
本发明提供的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，该系统将远程控制子系统设置在户内，实现了对氨氮释放通量的远程监测，储存传输子系统和分析子系统设置在户外，实现了对监测点处预设深度的水样的采集与分析，并通过远程控制子系统与储存传输子系统无线连接克服了营养盐中氨氮释放通量的测量需户外现场取样、预处理、实验室分析等复杂步骤的问题，具有操作简单方便、户外作业时间和检测周期短、检测精确度高、可重复性强及节能等优点，节省了大量的人力物力和时间。
可选地，所述远程控制子系统，包括：网络模块和控制模块；
所述控制模块通过所述网络模块与所述储存传输子系统连接，用于获取调控指令，将所述调控指令通过所述网络模块发送给所述储存传输子系统，并基于所述网络模块接收的所述水样分析数据构建色谱峰，基于所述色谱峰确定氨氮释放通量监测数据。
上述利用控制模块通过网络可实现对户外各系统的调控，减少工作人员户外工作的时间，操作简单方便。
可选地，所述分析子系统，包括：工作仓、设置在所述工作仓外部的支撑板和压力感应器与设置在所述工作仓内部的反应仓；其中，所述压力感应器固定设置在所述支撑板上；
所述压力感应器获取所述工作仓下降过程中的压力感应数值，并将所述压力感应数值与预设数值进行比较，当所述压力感应数值小于所述预设数值时，生成制动信号，所述工作仓基于所述制动信号停止下降，所述支撑板固定所述工作仓的位置，所述反应仓采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据。
上述分析子系统克服了原实验室分析法普遍存在的分析周期长、可重复性弱，每重复一次都会产生人力物力重复性的损耗的问题，可重复性强，且通过将反应仓设置在工作仓内部对采集的预设深度的水样进行分析，能够有效降低工作人员实验时的一些人为因素对样品产生的污染。
可选地，还包括：牵引子系统；
所述牵引子系统包括监测船与设置在所述监测船内的支撑结构、绞车和牵引绳；其中，所述绞车固定于所述支撑结构的一侧，所述牵引绳于支撑结构的一侧分别与所述绞车和所述储存传输子系统连接，于所述支撑结构的另一侧与所述分析子系统连接；
所述绞车接收所述制动信号，并基于所述制动信号控制所述牵引绳制动，以驱动所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样。
上述牵引子系统克服了由于沉积物具有一定的流动性，取样时很容易使沉积物之间产生干扰，降低实验的精确性的问题，通过获取制动信号实现分析子系统采集监测点位置处预设深度的水样，使得对水样的分析精确度得到了提高。
可选地，还包括：太阳能供电子系统；
所述太阳能供电子系统连接所述储存传输子系统、所述牵引子系统和所述分析子系统，用于为所述储存传输子系统、所述牵引子系统和所述分析子系统供电。
上述利用太阳能系统给户外各子系统供电，节能环保。
在本申请的第二个方面，还提出了一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，包括：
远程控制子系统获取调控指令，将所述调控指令发送给储存传输子系统；
所述储存传输子系统接收所述调控指令，并基于所述调控指令控制分析子系统到达监测点位置；
所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成水样分析数据，将所述水样分析数据通过所述储存传输子系统发送给所述远程控制子系统；
所述远程控制子系统基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据。
可选地，所述远程控制子系统基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据，包括：
网络模块接收的所述水样分析数据，控制模块基于所述水样分析数据构建色谱峰，基于所述色谱峰确定氨氮释放通量监测数据。
可选地，所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据，包括：
压力感应器获取工作仓下降过程中的压力感应数值，并将所述压力感应数值与预设数值进行比较，当所述压力感应数值小于所述预设数值时，生成制动信号；
所述工作仓基于所述制动信号停止下降，支撑板固定所述工作仓的位置；
反应仓采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据。
可选地，还包括：
绞车接收所述制动信号，并基于所述制动信号控制牵引绳制动；其中，所述绞车与所述牵引绳设置在牵引子系统中。
可选地，还包括：
利用太阳能供电子系统为所述储存传输子系统、所述牵引子系统和所述分析子系统供电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例1中一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统的示意图；
图2为本发明实施例1中远程控制子系统的框图；
图3为本发明实施例1中分析子系统整体示意图；
图4为本发明实施例1中分析子系统排水示意图；
图5为本发明实施例1中分析子系统的俯视图；
图6为本发明实施例1中反应仓示意图；
图7为本发明实施例1中区域A的示意图；
图8为本发明实施例1中牵引子系统局部示意图；
图9为本发明实施例1中牵引绳结构示意图；
图10为本发明实施例1中分析子系统归位示意图；
图11为本发明实施例1中某水库2020年1月1日-7月31日水位变化过程图；
图12为本发明实施例1中蓄水期下游通江湖泊沉积物氨氮释放通量柱状图；
图13为本发明实施例1中防汛期下游通江湖泊沉积物氨氮释放通量柱状图；
图14为本发明实施例2中一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法的流程图；
图15为本发明实施例2中步骤S1403的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，如图1所示，包括：设置在户内的远程控制子系统1与设置在户外的储存传输子系统2和分析子系统3；其中，所述远程控制子系统1与所述储存传输子系统2无线连接，所述储存传输子系统2和所述分析子系统3依次连接；
所述远程控制子系统1获取调控指令，将所述调控指令发送给所述储存传输子系统2，所述储存传输子系统2接收所述调控指令，并基于所述调控指令控制所述分析子系统3到达监测点位置，所述分析子系统3采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成水样分析数据，将所述水样分析数据通过所述储存传输子系统2发送给所述远程控制子系统1，所述远程控制子系统1基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据。
具体地，远程控制子系统1发出调控指令后储存传输子系统2接收调控指令，调控分析子系统3使其到达作业区域，分析子系统3进行水样的提取及实验分析并对实验数据(即待测离子进入检测器后产生的电信号)进行预处理，然后由储存传输子系统2对初步分析结果进行保存和发送，远程控制子系统基于所述水样分析数据构建色谱峰，以出峰的时间定性，峰面积定量，通过监测时段内氨氮浓度的变化可以获得该监测点的氨氮释放通量。
进一步地，储存传输子系统2有5G网络模块和较大内存的文件储存模块，能够接收远程控制子系统1发出的调控指令对分析子系统3进行调控的同时对实验数据进行保存和发送；其中，5G网络模块可以使用信号质量好的5GSIM卡(Subscriber Identity Module卡，是GSM系统的移动用户所持有的IC卡，称为用户识别卡)及其配套的设备构成，较大内存的文件储存模块可以由容量为2T(太字节)的大移动硬盘组成；储存传输子系统2通过5G网络模块接收远程控制子系统1计算机发来的信息(如坐标位置，分析时段、分析步长、分析步数等)，将分析子系统3放入待测区域，分析结束后实验数据通过较大内存的文件储存模块进行保存，然后通过5G网络模块发送给远程控制子系统1。
上述一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，该系统将远程控制子系统设置在户内，实现了对氨氮释放通量的远程监测，储存传输子系统和分析子系统设置在户外，实现了对监测点处预设深度的水样的采集与分析，并通过远程控制子系统与储存传输子系统无线连接克服了营养盐中氨氮释放通量的测量需户外现场取样、预处理、实验室分析等复杂步骤的问题，具有操作简单方便、户外作业时间和检测周期短、检测精确度高、可重复性强及节能等优点，可以节省大量的人力物力和时间。
优选地，如图2所示，所述远程控制子系统1，包括：网络模块4和控制模块5；
所述控制模块5通过所述网络模块4与所述储存传输子系统2连接，用于获取调控指令，将所述调控指令通过所述网络模块4发送给所述储存传输子系统2，并基于所述网络模块4接收的所述水样分析数据构建色谱峰，基于所述色谱峰确定氨氮释放通量监测数据。
具体地，远程控制子系统1由计算机以及相应的软件构成，控制模块5可以通过计算机内的软件输入需要的参数(如坐标位置，分析时段、分析步长、分析步数等，上述参数基于实验情况设置)，并通过网络模块4在室内实现对户外各系统的控制，减少户外作业时间，同时对反馈的数据进行进一步分析。
优选地，如图3所示，所述分析子系统3，包括：工作仓6、设置在所述工作仓6外部的支撑板7和压力感应器8与设置在所述工作仓6内部的反应仓9；其中，所述压力感应器8固定设置在所述支撑板7上；
所述压力感应器8获取所述工作仓6下降过程中的压力感应数值，并将所述压力感应数值与预设数值进行比较，当所述压力感应数值小于所述预设数值时，生成制动信号，所述工作仓6基于所述制动信号停止下降，所述支撑板7固定所述工作仓6的位置，所述反应仓9采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据。
具体地，如图4-5所示，分析子系统3还包括在设置在工作仓6上方的四角的单向排水阀601，支撑板7设置在所述工作仓6下方的四周，压力感应器8设置在支撑板7的四角处；如图6所示，反应仓是一种智能化设备，具有数据处理等功能，在反应仓9上部设置有取水口901、取水阀门902、滤网903和单向平衡阀904，以及在反应仓9内部设置有0.03％硝酸淋洗液905、进样器906、阳离子分离柱907、抑制柱908和废液收集装置909；其中，取水口901与进样器906连接，滤网903设置在所述取水口901内部，取水阀门902与取水口901连接，0.03％硝酸淋洗液905、进样器906、阳离子分离柱907、抑制柱908和废液收集装置909依次连接。
进一步地，压力感应器8使用平面膜盒式压力感应器，采用40CR(铬)合金钢，高精度应变片，抗机械疲劳性能强，信号稳定抗干扰强，精度高；工作仓6采用5-3长0.8m(米)、宽0.8m、高0.8m采用高强度耐腐蚀10CrMoAl(铬钼钢)钢材制成，重32KG(千克)，外侧包裹一层防腐蚀涂料；单向排水阀401直径20cm(厘米)，当工作仓6下降时，便于排出其内部的水，位置在工作仓6上方的四角；反应仓9长0.6m、宽0.4m、高0.3m采用高强度全碳纤维制成，反应仓9固定于工作仓6中部的一根横梁上；0.03％硝酸淋洗液905体积750ml(毫升)，放置于棕色玻璃瓶内，每次监测时间大约10分钟，所需0.03％硝酸淋洗液905约5ml，注满可供系统监测约150次。
进一步地，分析子系统3的工作过程如下所示：随着牵引绳的下放，工作仓6入水，工作仓6上方四个单向排水阀401排出仓内的水，从而保证工作仓6内的水为沉积物的上覆水而非表层水，压力感应器8传出数据后支撑板7就位，工作仓6到达指定工作区域；取水阀门902和单向平衡阀904开启，反应仓9的泵开始工作，0.03％硝酸淋洗液905流量为0.5ml/min(毫升/分钟)，如图7所示，滤网903呈上凸的伞状结构，便于使其过滤的杂物脱落，水样经滤网903过滤，过滤后的水样通过0.2微米的滤膜进入进样器906通过输液泵以恒定的流速流入分析子系统3，顺次流动到阳离子分离柱907、抑制柱908，流出物导入电导池，数据处理系统(包括电导检测器和记录仪)将传输来的检测信号进行处理、记录和保存，废液流入废液收集装置909，此过程可以根据实际需求每间隔1h(小时)重复上述操作，最后数据(即水样分析数据)由反应仓9下方传输装置将数据上传到储存传输子系统2。
优选地，如图8所示，还包括：牵引子系统10；
所述牵引子系统10包括监测船11与设置在所述监测船11内的支撑结构12、绞车13和牵引绳14；其中，所述绞车13固定于所述支撑结构12的一侧，所述牵引绳14于支撑结构12的一侧分别与所述绞车13和所述储存传输子系统2连接，于所述支撑结构12的另一侧与所述分析子系统3连接；
所述绞车13接收所述制动信号，并基于所述制动信号控制所述牵引绳14制动，以驱动所述分析子系统3采集所述监测点位置处预设深度的水样。
具体地，如图9所示，牵引绳14包括电缆1401和钢丝绳1402，电缆1401连接分析子系统3与储存传输子系统2，钢丝绳1402连接所述分析子系统3与绞车13。
进一步地，监测船11船体长8m宽6m，采用高强度耐腐蚀10CrMoAl钢材制成，外侧包裹一层防腐蚀涂料；绞车13采用纯铜芯电机，额定功率为480w，起吊重量100KG；牵引绳14由直径5mm的加粗钢丝绳1202和供电电缆1201组成，可调节长度为30m，总质量9.5KG；支撑结构12底部由3根长1.5m、直径5cm与水平方向呈60°(单位：度)夹角的钢管焊接而成，上部横杆长1.2m、直径4.5cm、斜支杆长1.6m、直径4.5cm，上部结构可以根据需求满足水平180°垂直90°旋转，上述钢管均采用高密度碳钢，承重强不易变形。
进一步地，所述牵引子系统10的工作过程为：根据GPS系统(Global PositioningSystem，全球定位系统)将监测船11驶入待测地区后，绞车13下放牵引绳14，绞车13通过接收压力感应器8的信号控制牵引绳14当压力感应器8数值小于设定值，牵引绳14制动，分析子系统3到达作业深度，如图10所示，监测结束后，绞车13收绳，分析子系统3归位。
优选地，还包括：太阳能供电子系统15；
所述太阳能供电子系统15连接所述储存传输子系统2、所述牵引子系统10和所述分析子系统3，用于为所述储存传输子系统2、所述牵引子系统10和所述分析子系统3供电。
其中，如图1所示，太阳能供电系统包括储能电池1501、太阳能电板1502，太阳能供电系统负责对户外的各个系统电能的供应；其中，太阳能电板1502由12块尺寸长164cm、宽99cm、功率300W(瓦)的光伏板构成；储能电池1501由5块220V太阳能移动电池和1块应急储备电池组成，上述电池尺寸为40*70*34cm，容量200万毫安，电池电芯为三元聚合物，太阳能移动电池与光伏板之间通过3m的太阳能连接线连接；操作时太阳能电板打开将太阳能转化为储能电池的电能，提供给户外各系统以及监测船11使用，节约能源。
进而，一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测装置的工作过程包括：使用前的准备，包括设置储存传输子系统2，牵引子系统10和分析子系统3的仪器参数，向分析子系统3内补充0.03％硝酸淋洗液905，排空废液收集装置909内的废液；远程控制子系统1发出指令，储存传输子系统2接收指令调控牵引子系统10；牵引子系统10中监测船11在湖泊中运行到监测点位置，绞车13下放牵引绳14；分析子系统3随牵引绳14下沉过程中内部的水由单向排水阀401排出，绞车13通过接收压力感应器8的信号控制牵引绳14使分析子系统3到达作业区域；分析子系统3、取水阀门902和单向平衡阀904开启同时泵开始工作，单向平衡阀904在废液流入废液收集装置909时排除内部多余空气，单次工作时长约10分钟，其中0.03％硝酸淋洗液905为0.5ml/min，由泵控制流量，使其与水样混合，水样经0.2微米的滤膜进入滤网903过滤后通过进样器906以稳定的流速进入分析体系依次流经阳离子分离柱907，抑制柱908，水样通过色谱柱发生离子交换过程，待测离子进入检测器产生信号，由电导分析器分析记录仪记录后，废液流入废液收集装置909中，同时传输装置将实验数据发送给储存传输子系统2。此步骤每间隔1小时可循环进行，同一地点循环24次、共收集24组数据；储存传输子系统2将实验数据进行保存并发送给远程控制子系统1，实验中传输的电信号在计算机色谱工作站中形成色谱峰，以出峰的时间定性，峰面积定量，通过监测时段内氨氮浓度的变化可以获得该监测点的氨氮释放通量；监测结束后，远程控制子系统1通过储存传输子系统2向牵引子系统10发送停止指令，牵引子系统10中绞车13收回牵引绳14，各部分装置回归原位。
下面将通过一个具体的实施例来说明一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测装置的工作过程的。
某水库2020年1月1日至2020年7月31日水位变化如图11所示，其中1月1日-3月31日为蓄水水位，6月1日-7月10日为防汛限制水位。
为探究水库蓄水对通江湖泊候鸟栖息地营养盐中氨氮释放通量的影响可采用该方法进行监测，研究时段分别为蓄水期1月15日-21日、防汛期6月15日-21日，研究地点分别为S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7共七处，每处监测时长为一日。
使用时，远程控制子系统由计算机以及相应的软件构成，可以通过计算机内的软件输入需要的参数(如坐标位置，分析时段、分析步长、分析步数等)通过数据网络在室内实现对户外各系统的控制，减少户外作业时间，同时对反馈的数据进行进一步分析。
使用时，太阳能电板由12块尺寸长164cm、宽99cm、功率300W的光伏板构成。储能电池由5块220V太阳能移动电池和1块应急储备电池组成，上述电池尺寸为40*70*34cm，容量200万毫安，电池电芯为三元聚合物，太阳能移动电池与光伏板之间通过3m的太阳能连接线连接，操作时太阳能电板打开将太阳能转化为储能电池的电能，提供给户外各系统以及监测船使用，节约能源。
使用时，网络模块可以使用信号质量好的5GSIM卡及其配套的设备构成，较大内存的文件储存模块可以由容量为2T的大移动硬盘组成；储存传输子系统通过网络模块接收远程控制子系统计算机发来的信息(如坐标位置，分析时段、分析步长、分析步数等)，控制牵引子系统根据GPS系统将监测船驶入待测地区，将分析子系统放入待测区域；分析结束后实验数据通过较大内存的文件储存模块进行保存，然后通过网络模块发送给远程控制子系统。
使用时，监测船船体长8m宽6m，采用高强度耐腐蚀10CrMoAl钢材制成，外侧包裹一层防腐蚀涂料；绞车采用纯铜芯电机，额定功率为490w，起吊重量100KG；牵引绳由直径5mm的加粗钢丝绳和供电电缆组成，可调节长度为30m，总质量9.5KG；支撑结构底部由3根长1.5m、直径5cm与水平方向呈60°夹角的钢管焊接而成，上部横杆长1.2m、直径4.5cm、斜支杆长1.6m、直径4.5cm，上部结构可以根据需求满足水平180°垂直90°旋转，上述钢管均采用高密度碳钢，承重强不易变形；操作时，监测船到达待测地区后，绞车下放牵引绳，当分析子系统触底时压力感应器传出信号绞车固定；监测结束后，绞车收绳，分析子系统归位。
使用时，压力感应器使用平面膜盒式压力感应器，采用40CR合金钢，高精度应变片，抗机械疲劳性能强，信号稳定抗干扰强，精度高；工作仓6采用长0.8m、宽0.8m、高0.8m采用高强度耐腐蚀10CrMoAl钢材制成，重32KG，外侧包裹一层防腐蚀涂料；单向排水阀直径20cm，当工作仓下降时，便于排出其内部的水，位置在工作仓上方的四角；反应仓长0.6m、宽0.4m、高0.3m采用高强度全碳纤维制成，反应仓固定于工作仓中部的一根横梁上；0.03％硝酸淋洗液体积750ml，放置于棕色玻璃瓶内，每次监测时间大约10分钟，所需0.03％硝酸淋洗液约5ml，注满可供系统监测约150次；操作时，随着牵引绳的下放，工作仓入水，工作仓上方四个单向排水阀排出仓内的水，从而保证工作仓内的水为沉积物的上覆水而非表层水；压力感应器传出数据后支撑板就位，工作仓到达指定工作区域；取水阀门和单向平衡阀开启，反应仓的泵开始工作，0.03％硝酸淋洗液流量为0.5ml/min，滤网呈上凸的伞状结构，便于使其过滤的杂物脱落，水样经滤网过滤，过滤后的水样通过0.2微米的滤膜进入进样器通过输液泵以恒定的流速流入分析子系统，顺次流动到阳离子分离柱、抑制柱，流出物导入电导池，数据处理系统将传输来的检测信号进行处理、记录和保存，废液流入废液收集装置，此实验过程每间隔1小时重复上述操作，同一地点共循环24次，收集24组数据。
数据由反应仓下方传输装置将数据上传到储存传输子系统，最后共收集336组数据，对收集的水样分析数据可以得到图12、13所示的氨氮释放通量。
实施例2
本实施例提供一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，如图14所示，包括：
S1401、远程控制子系统获取调控指令，将所述调控指令发送给储存传输子系统。
S1402、所述储存传输子系统接收所述调控指令，并基于所述调控指令控制分析子系统到达监测点位置。
具体地，储存传输子系统通过5G网络模块接收远程控制子系统发来的信息(如坐标位置，分析时段、分析步长、分析步数等)，将分析子系统放入待测区域，分析结束后实验数据通过较大内存的文件储存模块进行保存，然后通过5G网络模块发送给远程控制子系统。
S1403、所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成水样分析数据，将所述水样分析数据通过所述储存传输子系统发送给所述远程控制子系统。
具体地，根据GPS系统将监测船驶入待测地区后，绞车下放牵引绳，绞车通过接收压力感应器的信号控制牵引绳当压力感应器数值小于设定值，牵引绳制动，分析子系统到达作业深度，监测结束后，绞车收绳，分析子系统归位；其中，绞车与牵引绳设置在牵引子系统中。
S1404、所述远程控制子系统基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据。
具体地，远程控制子系统中的控制模块通过计算机内的软件输入需要的参数(如坐标位置，分析时段、分析步长、分析步数等，上述参数基于实验情况设置)，并通过网络模块在室内实现对户外各系统的控制，减少户外作业时间，同时对反馈的数据进行进一步分析，即远程控制子系统基于所述水样分析数据构建色谱峰，以出峰的时间定性，峰面积定量，通过监测时段内氨氮浓度的变化可以获得该监测点的氨氮释放通量。
上述一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，将远程控制子系统设置在户内，实现了对氨氮释放通量的远程监测，储存传输子系统和分析子系统设置在户外，实现了对监测点处预设深度的水样的采集与分析，并通过远程控制子系统与储存传输子系统无线连接克服了营养盐中氨氮释放通量的测量需户外现场取样、预处理、实验室分析等复杂步骤的问题，具有操作简单方便、户外作业时间和检测周期短、检测精确度高、可重复性强及节能等优点，可以节省大量的人力物力和时间。
优选地，如图15所示，上述步骤S1403，即所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据，包括：
S14031、压力感应器获取工作仓下降过程中的压力感应数值，并将所述压力感应数值与预设数值进行比较，当所述压力感应数值小于所述预设数值时，生成制动信号。
S14032、所述工作仓基于所述制动信号停止下降，支撑板固定所述工作仓的位置；反应仓采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据。
进一步地，反应仓是一种智能化设备，具有数据处理等功能，随着牵引绳的下放，工作仓入水，工作仓上方四个单向排水阀排出仓内的水，从而保证工作仓内的水为沉积物的上覆水而非表层水，压力感应器传出数据后支撑板就位，工作仓到达指定工作区域；取水阀门和单向平衡阀开启，反应仓的泵开始工作，0.03％硝酸淋洗液流量为0.5ml/min，滤网呈上凸的伞状结构，便于使其过滤的杂物脱落，水样经滤网过滤，过滤后的水样通过0.2微米的滤膜进入进样器通过输液泵以恒定的流速流入分析子系统，顺次流动到阳离子分离柱、抑制柱，流出物导入电导池，数据处理系统(包括电导检测器和记录仪)将传输来的检测信号进行处理、记录和保存，废液流入废液收集装置，此过程可以根据实际需求每间隔1h(小时)重复上述操作，最后数据(即水样分析数据)由反应仓下方传输装置将数据上传到储存传输子系统。
优选地，还包括：
利用太阳能供电子系统为所述储存传输子系统、所述牵引子系统和所述分析子系统供电。
具体地，太阳能电板打开将太阳能转化为储能电池的电能，提供给户外各系统以及监测船使用，节约能源。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，其特征在于，包括：设置在户内的远程控制子系统与设置在户外的储存传输子系统和分析子系统；其中，所述远程控制子系统与所述储存传输子系统无线连接，所述储存传输子系统和所述分析子系统依次连接；
所述远程控制子系统获取调控指令，将所述调控指令发送给所述储存传输子系统，所述储存传输子系统接收所述调控指令，并基于所述调控指令控制所述分析子系统到达监测点位置，所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成水样分析数据，将所述水样分析数据通过所述储存传输子系统发送给所述远程控制子系统，所述远程控制子系统基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据。
2.根据权利要求1所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，其特征在于，所述远程控制子系统，包括：网络模块和控制模块；
所述控制模块通过所述网络模块与所述储存传输子系统连接，用于获取调控指令，将所述调控指令通过所述网络模块发送给所述储存传输子系统，并基于所述网络模块接收的所述水样分析数据构建色谱峰，基于所述色谱峰确定氨氮释放通量监测数据。
3.根据权利要求1所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，其特征在于，所述分析子系统，包括：工作仓、设置在所述工作仓外部的支撑板和压力感应器与设置在所述工作仓内部的反应仓；其中，所述压力感应器固定设置在所述支撑板上；
所述压力感应器获取所述工作仓下降过程中的压力感应数值，并将所述压力感应数值与预设数值进行比较，当所述压力感应数值小于所述预设数值时，生成制动信号，所述工作仓基于所述制动信号停止下降，所述支撑板固定所述工作仓的位置，所述反应仓采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据。
4.根据权利要求3所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，其特征在于，还包括：牵引子系统；
所述牵引子系统包括监测船与设置在所述监测船内的支撑结构、绞车和牵引绳；其中，所述绞车固定于所述支撑结构的一侧，所述牵引绳于支撑结构的一侧分别与所述绞车和所述储存传输子系统连接，于所述支撑结构的另一侧与所述分析子系统连接；
所述绞车接收所述制动信号，并基于所述制动信号控制所述牵引绳制动，以驱动所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样。
5.根据权利要求4所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测系统，其特征在于，还包括：太阳能供电子系统；
所述太阳能供电子系统连接所述储存传输子系统、所述牵引子系统和所述分析子系统，用于为所述储存传输子系统、所述牵引子系统和所述分析子系统供电。
6.一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，其特征在于，包括：
远程控制子系统获取调控指令，将所述调控指令发送给储存传输子系统；
所述储存传输子系统接收所述调控指令，并基于所述调控指令控制分析子系统到达监测点位置；
所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成水样分析数据，将所述水样分析数据通过所述储存传输子系统发送给所述远程控制子系统；
所述远程控制子系统基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据。
7.根据权利要求6所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，其特征在于，所述远程控制子系统基于所述水样分析数据确定氨氮释放通量监测数据，包括：
网络模块接收的所述水样分析数据，控制模块基于所述水样分析数据构建色谱峰，基于所述色谱峰确定氨氮释放通量监测数据。
8.根据权利要求6所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，其特征在于，所述分析子系统采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据，包括：
压力感应器获取工作仓下降过程中的压力感应数值，并将所述压力感应数值与预设数值进行比较，当所述压力感应数值小于所述预设数值时，生成制动信号；
所述工作仓基于所述制动信号停止下降，支撑板固定所述工作仓的位置；
反应仓采集所述监测点位置处预设深度的水样，并对所述预设深度的水样进行分析，生成所述水样分析数据。
9.根据权利要求8所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，其特征在于，还包括：
绞车接收所述制动信号，并基于所述制动信号控制牵引绳制动；其中，所述绞车与所述牵引绳设置在牵引子系统中。
10.根据权利要求9所述的一种湖泊营养盐中氨氮释放通量的监测方法，其特征在于，还包括：
利用太阳能供电子系统为所述储存传输子系统、所述牵引子系统和所述分析子系统供电。
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