本發(fā)明屬于水環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，涉及湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置與方法。

背景技術(shù)：

內(nèi)陸湖泊水庫的水體較為封閉，容易出現(xiàn)營養(yǎng)化問題，從而導致浮游生物大量繁殖形成水華，破壞原有水體的生態(tài)平衡。準確高效監(jiān)測藻類種群與生物量的變化，是有效防治湖庫富營養(yǎng)化與水華的先決條件。傳統(tǒng)量測技術(shù)主要依靠人工檢測法，通過人為操作室內(nèi)測量儀器以分析水體中藻類種群組成并估算其數(shù)目，存在強度大、效率低、出錯率高、難以校驗等缺點。隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，陸續(xù)出現(xiàn)了一些更為準確快捷的室內(nèi)測量分析替代技術(shù)，主要包括分光光度法、高效液相色譜法和熒光檢測法等。

但目前尚無一種成熟可靠的原位監(jiān)測分析技術(shù)可用于湖庫藻種群生物量一體化量測?，F(xiàn)有技術(shù)中，分光光度法難以適應(yīng)實時、現(xiàn)場、快速檢測水體藻類生長情況；高效液相色譜法精密度和準確度較高，但所使用的設(shè)備昂貴，不能夠被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場，更適宜科研目的的分析領(lǐng)域。熒光檢測技術(shù)因其有靈敏度高，受干擾小及對藻類具有良好的鑒別性能等優(yōu)點使其在藻類識別中受到重視；但在自然條件下，藻類受太陽光線激發(fā)產(chǎn)生葉綠素a的熒光弱信號易受到懸浮物質(zhì)影響，較難準確獲取。此外，藻類在水體中的垂向分布及變化對于藻類監(jiān)測有著重要的意義，在特定氣象與水文條件下優(yōu)勢種群的藍藻群體在淺水水域動態(tài)分布對水華形成起著重要影響。常見的大范圍藻類監(jiān)測技術(shù)如遙感法，只能做到對表面水體中的藻類數(shù)量進行測量，不能直接用于實時監(jiān)測水域藻類細胞垂向分布情況。

綜上所述，提供一種能夠克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的局限和缺陷，快速準確地實現(xiàn)藻生物量的實時垂向測量、同步識別藻類種群組成、兼具局部水域清除藻類的一體化技術(shù)，成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置與方法，此裝置集藻類原位監(jiān)測、種群識別和藻類清除的多功能一體化，為水華的預警和藻類的清除提供了一個快捷而有效的裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置，包括設(shè)置在水面上的工作面板、水下工作箱、操作組件、動力組件、測量組件和識別組件；

所述操作組件包括輸入裝置、啟動芯片和通訊單元，輸入裝置和啟動芯片分別安裝在工作面板上，啟動芯片分別與輸入裝置、通訊單元和動力組件連接，啟動芯片根據(jù)輸入裝置內(nèi)的設(shè)定信息對通訊單元和動力組件下達啟動指令；

所述通訊單元包含設(shè)置在工作面板上的第一無線通訊器、設(shè)置在水下工作箱的外箱體上方的防水罩內(nèi)部的第二無線通訊器和單片機，第一無線通訊器和第二無線通訊器互相傳遞和接收信號，第二無線通訊器將信號傳遞給單片機的同時也接收單片機傳遞來的信號；

所述動力組件包括設(shè)置在工作面板上的第一動力單元、設(shè)置在外箱體上部防水罩中的第二動力單元，第一動力單元通過鋼絲繩和外箱體的上端中部連接，第一動力單元帶動外箱體做豎直方向的運動，第二動力單元與第二轉(zhuǎn)軸上端連接，單片機與第二動力單元連接，排水口處第二轉(zhuǎn)軸的下端設(shè)有固定連接的導流葉片，第二動力單元接收單片機的啟動信息后開啟第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，從而帶動導流葉片旋轉(zhuǎn)形成渦旋單向流，實現(xiàn)了水流從外箱體的進水口流入，流經(jīng)測量單元后從排水口流出箱外；

所述外箱體包括設(shè)置在外箱體左端上部的進水口和設(shè)置在外箱體下端的排水口，外箱體內(nèi)部設(shè)置有用于測量待檢測水質(zhì)中的藻生物量的測量組件，含藻水體從進水口流入測量組件，測量后的水從測量組件排到外箱體內(nèi)最終從排水口流出外箱體，測量組件的下方設(shè)置有用于識別藻種群組成及含量比的識別組件，從測量組件產(chǎn)出的藻絮凝物進入識別組件進行識別，單片機分別與測量組件和識別組件連接，單片機控制測量組件和識別組件的同時也接收并處理測量組件和識別組件傳遞來的信息。

進一步的，所述測量組件包含反應(yīng)池、噴藥單元及設(shè)置在反應(yīng)池正下方的內(nèi)箱，所述反應(yīng)池的左側(cè)與進水口連通右側(cè)設(shè)置有出口，出口設(shè)置在內(nèi)箱右側(cè)的上方，反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有上下交錯設(shè)置的高度小于反應(yīng)池高度的擋板，噴藥單元設(shè)置在反應(yīng)池上方的靠近進水口一端的防水罩內(nèi)，與單片機連接的為含藻水體提供絮凝劑及磁性粉狀顆粒的噴藥單元的噴嘴設(shè)置在反應(yīng)池內(nèi)，藻類與絮凝劑及磁性粉狀顆粒形成藻絮凝物。

進一步的，所述內(nèi)箱為上部開口大下部開口小的正四棱臺形狀，內(nèi)箱包括過濾卡槽、過濾材料、支撐柱及排藻門，兩個直桿十字交叉成的十字桿的中部與第二轉(zhuǎn)軸垂直固定連接，十字桿的四個端部分別與四個支撐柱的上端連接；

過濾卡槽分別安放在內(nèi)箱側(cè)壁的上下兩端，上下過濾卡槽之間安裝有可拆卸清洗的過濾材料，過濾材料用于高效隔離過濾藻絮凝物，過濾藻絮凝物在內(nèi)箱中旋轉(zhuǎn)沉降，所述內(nèi)箱底部設(shè)置有排藻門，排藻門內(nèi)設(shè)置有用于測量充分旋轉(zhuǎn)絮凝后沉降的藻絮凝物重量的荷重傳感器，荷重傳感器與單片機連接，單片機將荷重傳感器傳遞來的信號計算處理，同時單片機定時控制排藻門打開，將藻絮凝物排入識別組件。

進一步的，所述識別組件包括與單片機連接的測樣單元及收集單元，上部設(shè)置有開口的測樣單元設(shè)置在收集單元的上方，測樣單元與收集單元的頂部之間留有空隙，所述測樣單元內(nèi)部由兩個對凹的兩隔板隔開，形成中部的臨時取樣室及左右兩側(cè)對稱的左、右測量室，所述隔板表面由吸水材料構(gòu)成，所述臨時取樣室通過設(shè)置在兩側(cè)隔板中下部上的取樣孔分別與左、右測量室連接，臨時取樣室底部中間設(shè)置有通過由單片機控制開關(guān)的兩片對開式長方形集藻門；

少量藻絮凝物樣本通過取樣孔進入左、右測量室，左、右測量室實時測樣得到藻絮凝物中種群組成及比例后將信號傳遞給單片機，單片機將信息處理后反饋給噴藥單元，噴藥單元進行調(diào)節(jié)，單片機控制所述集藻門在取樣測量結(jié)束后定期打開。

進一步的，所述收集單元為可拆卸的藻絮凝物收集箱，收集單元內(nèi)部上面板右側(cè)設(shè)置超聲波傳感器，超聲波傳感器與單片機連接。

進一步的，所述左、右測量室包括取樣裝置、測量裝置和移除裝置，

所述取樣裝置包括取樣轉(zhuǎn)軸及取樣葉片，取樣轉(zhuǎn)軸的側(cè)面等距設(shè)置三個相同的取樣葉片，取樣葉片末端設(shè)置有與取樣轉(zhuǎn)軸平行的電磁鐵圓柱，取樣葉片旋轉(zhuǎn)到取樣孔位置時，葉片上的電磁體圓柱處于通電狀態(tài)，電磁體圓柱吸附藻絮凝物樣品，取樣葉片順時針旋轉(zhuǎn)120度時，設(shè)置在左、右測量室側(cè)壁上的測量裝置測得藻絮凝物樣品中種群組成及含量比，取樣葉片再次順時針旋轉(zhuǎn)120度后，葉片末端電磁體圓柱處于斷電狀態(tài)，藻絮凝物掉落；

所述移除裝置包括電磁吸附板、滑槽、將測樣單元及收集單元連通的聯(lián)通孔，所述電磁吸附板安裝在左、右測量室頂部靠近聯(lián)通孔一端的滑槽內(nèi)，電磁吸附板在左、右測量室上方時通電，電磁吸附板運動到聯(lián)通孔上方時斷電，電磁吸附板通電時吸附因斷電失去磁性的電磁鐵圓柱掉落的藻絮凝物樣品，并將藻絮凝物樣品通過聯(lián)通孔送入收集單元。

進一步的，所述測量裝置包括分別設(shè)置在左、右測量室側(cè)壁中部上與電磁鐵圓柱對應(yīng)的發(fā)光二極管(LED)和側(cè)壁下部上的熒光接收裝置，所述發(fā)光二極管(LED)發(fā)射的光源照射到靠近發(fā)光二極管(LED)的取樣葉片的電磁鐵圓柱上，發(fā)光二極管(LED)投射在電磁鐵圓柱上的光照范圍大于電磁鐵圓柱的最大截面，熒光接收裝置接收電磁鐵圓柱上經(jīng)發(fā)光二極管(LED)照射顯示出的不同特征的熒光光譜，熒光接收裝置將接收到的信號傳遞給單片機。

一種湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的測量方法，包括如下步驟：

步驟一：清水標定實驗，測量水深和待測湖庫水深相同的清水池內(nèi)的工作數(shù)據(jù)，固定水上工作面板的工作位置后，由輸入裝置錄入啟動信息，設(shè)定后開啟裝置運行，由第一動力單元帶動水下水下工作箱勻速下降至清水池底，同時開啟水下相關(guān)測量設(shè)備的運行；

步驟二：無藻水樣采集，水下水下工作箱下降過程中，測量測量組件除噴藥單元外其他設(shè)備開啟運行，測量組件保持排藻門關(guān)閉和內(nèi)箱持續(xù)旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，在水流作用下測量排藻門重力數(shù)組，數(shù)據(jù)由單片機實時記錄；

步驟三：現(xiàn)場原位測量，將裝置挪到湖庫需要測量的位置，固定水上工作面板的工作位置，由輸入裝置錄入與清水標定實驗相同的啟動信息，開啟裝置內(nèi)所有設(shè)備投入運行，由第一動力單元帶動水下工作箱勻速下降，同時開啟水下測量設(shè)備的運轉(zhuǎn)；

步驟四：含藻水樣采集，含藻水體由外箱體的進水口進入測量組件，由集成傳感器測量采集的含藻水樣流量，同時噴藥單元向流經(jīng)的含藻水體定量釋放絮凝劑及磁性粉狀顆粒，記錄總質(zhì)量流量為，含藻水體、絮凝劑及磁性粉狀顆粒進入測量組件混合絮凝；

步驟五：藻生物量量測，含藻水體接收來自噴藥單元釋放的絮凝劑及磁性粉狀顆粒，在反應(yīng)池進行擾動及初步絮凝后進入內(nèi)箱，磁性粉狀顆粒與絮凝劑作用可顯著提高藻類絮凝效率，與磁性粉狀顆?；旌系脑逍跄锝?jīng)旋轉(zhuǎn)沉降在排藻門上，水流則透過內(nèi)箱側(cè)壁的過濾材料滲透至外箱體內(nèi)并排出，測量所得藻絮凝物重量數(shù)組由單片機存儲計算處理；

步驟六：種群組成識別，識別組件接收由定時打開的排藻門排入的藻絮凝物，由內(nèi)置測樣單元通過對藻絮凝物進行部分取樣及測樣分析，得到水體實際種群組成及含量比；

步驟七：收集單元接收全體藻絮凝物，實時監(jiān)測并提示滿箱除藻。

進一步的，來自測量組件、反應(yīng)組件、識別組件上傳的數(shù)據(jù)信息由設(shè)置在工作面板上的顯示單元的電子顯示屏實時顯示，顯示單元的除藻報警燈接收識別組件發(fā)送的除藻信號，通過燈亮提示收集單元除藻。

進一步的，單片機測量t1至t2時段內(nèi)藻生物量，藻生物量的計算公式為：

其中，為t1到t2時段所測藻絮凝物中藻生物量，mg/l；為現(xiàn)場原位測量時，噴藥單元噴灑的磁性粉狀顆粒及固體絮凝劑的總質(zhì)量流量，kg/s；為現(xiàn)場原位測量時，測量組件進水口的實時含藻水流量，m3/s；為消除水流在t1時刻造成的測量影響后藻絮凝物的總質(zhì)量，kg；為消除水流在t2時刻造成的測量影響后藻絮凝物的總質(zhì)量，kg；其中，分別為t1、t2時刻現(xiàn)場原位測量時，排藻門所測數(shù)值，N；分別為t1、t2時刻清水標定實驗時，排藻門所測數(shù)值，N。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明裝置通過磁絮凝與旋轉(zhuǎn)沉降技術(shù)實現(xiàn)了對對湖庫淺水域藻種群生物量的實時垂向測量，能準確、實時、連續(xù)地獲取水域藻生物量和藻類種群組成及其比例，同時通過裝置在水中的垂向移動測出藻在水中的垂向分布，為水體藻生物量的原位垂向測量開辟了新的途徑；

(2)本發(fā)明裝置通過測樣單元快速、高效地測量出各藻類種群的組成及其比例，并利用通信單元具有同步實時反饋調(diào)節(jié)絮凝劑配比功能，最終實現(xiàn)自動實時地調(diào)節(jié)絮凝劑和磁性粉狀顆粒的用量，使得絮凝沉降更具合理性和智能化；

(3)本發(fā)明裝置克服了傳統(tǒng)除藻法耗時長、效率低，污染大的難題，便捷地收集了較密實的藻絮凝物，具有同步除藻的功能，裝置易安裝、測量便捷、設(shè)備靈敏度高、穩(wěn)定性好，通過一體化現(xiàn)場原位量測的新方法，為預防湖庫淺水域藻類暴發(fā)提供了可靠的技術(shù)手段。

附圖說明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明：

圖1為本發(fā)明實施例所述的湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例所述的湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的內(nèi)箱示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例所述的湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的十字板示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例所述的湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的噴藥單元示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例所述的湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的測樣單元示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例所述的使用湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的測量方法步驟圖；

圖7為本發(fā)明實施例所述的使用湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置從2016年4月1日起開始到2016年6月30日測量某湖灣藻生物量及種群組成結(jié)果。

附圖標記：

1-輸入裝置；2-啟動芯片；3-通訊單元；4-顯示單元；5-工作面板；6-第一無線通訊器；7-第二無線通訊器；8-單片機；9-顯示屏；10-除藻報警燈；11-第一動力單元；12-第二動力單元；13-外箱體；14-進水口；15-排水口；16-防水罩；17-第二轉(zhuǎn)軸；18-導流葉片；19-鋼絲繩；20-第一電池組；21-固定支架；22-第一電機；23-第一轉(zhuǎn)軸；24-第二電池組；25-第二電機；26-第二聯(lián)軸器；27-變向齒輪；28-引流板；29-集成傳感器；30-反應(yīng)池；31-噴藥單元；32-內(nèi)箱；33-十字桿；34-支撐柱；35-過濾卡槽；36-過濾材料；37-排藻門；38-荷重傳感器；39-擋板；40-隔離板；41-氣泵；42-藥劑瓶；43-噴頭；44-可控閥門；45-流量計；46-測樣單元；47-收集單元；49-隔板；50-臨時取樣室；51a-右測量室；51b-左測量室；52-取樣孔；53-集藻門；54-取樣裝置；55-測量裝置；56-移除裝置；57-取樣轉(zhuǎn)軸；58-取樣葉片；59-電磁鐵圓柱；60a-位置A；60b-位置B；60c-位置C；61-發(fā)光二極管；62-熒光接收裝置；63-電磁吸附板；64-滑槽；65-聯(lián)通孔。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。

本實施例選取某湖北部的一淺水湖灣為對象，運用本發(fā)明提供的湖庫淺水域藻生物量與種群組成一體化量測的裝置，開展藻類測量與清除工作。該湖灣東西長6km，南北寬0.3～1.5km，面積約6.4km²，常年水位3.07m，平均水深2.7m。近年來該湖灣作為生活污水接納湖灣，富營養(yǎng)化日益嚴重，已成為該湖區(qū)污染最嚴重的水域。

如圖1所示，湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置包括操作組件、動力組件、測量組件、識別組件組成。

操作組件通過向動力組件下達運轉(zhuǎn)的啟停指令控制整個裝置的運行與測量，由輸入裝置1、啟動芯片2、通訊單元3及顯示單元4組成；輸入裝置1為自帶顯示屏9的輸入鍵盤，用于手動輸入本次工作的最大工作深度、裝置勻速升降的速度及內(nèi)箱32旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速，并在其自帶顯示屏9上同步顯示；最大工作深度在裝置工作前人工測量確定，是指裝置所能到達的最大深度也是標定實驗池的深度,此次測量的最大工作深度為2.8m，勻速升降的速度設(shè)定為0.02m/s，內(nèi)箱32的轉(zhuǎn)速為60r/min；輸入裝置1安裝在設(shè)置在水上的工作面板5上，工作面板5由測量船固定在離水面0.3m的高度上，避免面板上的裝置被波浪打濕，工作面板5是由不銹鋼材料構(gòu)成的長方體面板，尺寸為1.2m×1.2m×0.2m；輸入裝置1接收啟動信息的錄入與設(shè)定后，由與輸入裝置1連接的啟動芯片2下達啟動指令，一方面啟動動力組件帶動水下水下工作箱勻速下降，另一方面由啟動芯片2啟動通訊單元3，通訊單元3與啟動芯片2連接，通訊單元3開啟水上的工作面板5與水下工作箱的信息同步傳輸；啟動芯片2安裝于工作面板5中的芯片槽中，用于接收輸入裝置1傳遞的工作信號，一方面啟動第一動力單元11帶動水下工作箱勻速下降，另一方面啟動通訊單元3，開啟水上的工作面板5與水下工作箱的信息同步傳輸；通訊單元3由第一無線通訊器6、第二無線通訊器7及單片機8組成；第一無線通訊器6設(shè)置在水上的工作面板5上，在裝置啟動時通過第二無線通訊器7與單片機8連接并下達水下工作箱內(nèi)設(shè)備的啟動指令，在裝置投入運行后，第一無線通訊器6用于接收來自第二無線通訊器7實時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并在電子顯示屏9上實時顯示；第二無線通訊器7與單片機8安放在水下的防水罩16內(nèi)，防水罩16內(nèi)部還包括噴藥單元31和第二動力單元12，防水罩16由鋼化玻璃構(gòu)成，防水罩16的尺寸為半徑為0.9m，高為0.2m；上述實時傳輸?shù)墓ぷ鲾?shù)據(jù)，包括實測水文信息(水溫、流量、水深)、藻絮凝物重量、絮凝劑及磁性粉狀顆粒的用量、總的藻生物量、種群組成及含量比；第二無線通訊器7用于接收來自第一無線通訊器6的啟動指令信號，進而通知單片機8控制水下工作箱內(nèi)裝置啟動運行，在裝置投入運行后，由第二無線通訊器7向第一無線通訊器6傳輸水下工作箱內(nèi)設(shè)備測量的實時數(shù)據(jù)；單片機8一方面用于接收來自第二無線通訊器7的啟動信號，進一步控制測量組件、識別組件內(nèi)裝置的啟動與運行；另一方面，在裝置投入運行后單片機8接收來自測量組件、識別組件實時測量的數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的處理，處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)由通訊單元3在電子顯示屏9上實時顯示。顯示單元4由電子顯示屏9及除藻報警燈10組成；電子顯示屏9用于實時顯示水下工作箱傳輸?shù)墓ぷ鲾?shù)據(jù)；除藻報警燈10用于接收識別組件經(jīng)通訊單元3發(fā)送的除藻報警信號，通過除藻報警燈10亮提示進行除藻工作。在操作組件開啟裝置運行后，由第一無線通訊器6將信號傳輸至第二無線通訊器7，經(jīng)單片機8開啟裝置水下部分的測量組件、識別組件中設(shè)備工作；開啟運行后，由單片機8接收水下工作設(shè)備實時采集的數(shù)據(jù)并處理，處理后的實時數(shù)據(jù)經(jīng)由第二無線通訊器7傳輸至第一無線通訊器6并在顯示單元4的電子顯示屏9上實時顯示。

動力組件包括第一動力單元11、第二動力單元12及外箱體13。第一動力單元11安放在水上工作面板5上，為裝置勻速升、降提供動力，第一動力單元11包括第一電池組20、固定支架21、第一電機22、第一轉(zhuǎn)軸23，固定支架21上安裝有鋼絲繩19及第一轉(zhuǎn)軸23。其中，鋼絲繩19一端固定纏繞在第一轉(zhuǎn)軸23上，另一端固定連接在水下工作箱的上端中部。第二動力單元12內(nèi)置于外箱體13頂部的防水罩16內(nèi)，包括第二電池組24、第二電機25、第二聯(lián)軸器26及變向齒輪27；第二電機25接收單片機8發(fā)送的信號，開啟或停止運行，通過第二聯(lián)軸器26及變向齒輪27連接并帶動第二轉(zhuǎn)軸17旋轉(zhuǎn)；外箱體13為圓臺形狀，上底半徑為0.9m，下底半徑為0.6m，高為0.9m，包括設(shè)置在外箱體13左端上部的進水口14及設(shè)置在外箱體13下端的排水口15；長方形進水口14尺寸為0.7m×0.2m，進水口14與設(shè)置在外箱體13內(nèi)部上方的反應(yīng)池30連接，進水口14到反應(yīng)池30之間設(shè)有引流板28及集成傳感器29；引流板28左端連接進水口14，右端伸長至反應(yīng)池30內(nèi)，引流板28長度為0.2m；集成傳感器29用于測量流經(jīng)水體的水文信息，包括流量、水溫、水深。排水口15處設(shè)有導流葉片18，導流葉片18為變截面葉片，其固定在第二轉(zhuǎn)軸17下端，由第二轉(zhuǎn)軸17帶動旋轉(zhuǎn)，在排水口15區(qū)域形成渦旋單向流，將箱內(nèi)流體排出箱外。第二轉(zhuǎn)軸17上端通過變向齒輪27與第二電機25連接；如圖3所示，與第二轉(zhuǎn)軸17中部固定連接的十字桿33的四個端部固定連接測量組件的內(nèi)箱32上方的四個端部。動力組件接收啟動單元的啟動信息后，第一動力單元11通過鋼絲繩19實現(xiàn)水下裝置勻速升降，同時第二動力單元12接收單片機8的啟動信息后開啟第二轉(zhuǎn)軸17轉(zhuǎn)動，從而帶動導流葉片18轉(zhuǎn)動形成渦旋單向流，實現(xiàn)了水流從外箱體13的進水口14流入，流經(jīng)測量單元后從排水口15導流出箱外。

測量組件接收從進水口14流入的含藻水體，在單片機8的指令下實時測量藻生物量，如圖1和圖2所示，測量組件包括反應(yīng)池30、噴藥單元31及內(nèi)箱32，噴藥單元31設(shè)置在靠近進水口14一端的防水罩16內(nèi)部，噴藥單元31的噴頭43從反應(yīng)池30的上部露出，反應(yīng)池30是一個長方體的流道，承接由引流板28流入的含藻水體，同時接收噴藥單元31噴灑的絮凝劑及磁性粉狀顆粒，進行藻類磁絮凝。反應(yīng)池30的尺寸為0.5m×0.6m×0.2m；反應(yīng)池30內(nèi)設(shè)有擋板39，擋板39的高度小于反應(yīng)池30的內(nèi)部高度，擋板39交錯布置在反應(yīng)池30內(nèi)，增加擋板39的設(shè)計可以增加水體擾動提升含藻水體在反應(yīng)池30內(nèi)磁絮凝作用；反應(yīng)池30末端右側(cè)0.1m處設(shè)置一塊隔離板40，隔離板40與外箱體13的頂部固定不隨內(nèi)箱32旋轉(zhuǎn)，可以防止反應(yīng)池30內(nèi)初步絮凝后的含藻水體濺落到外箱體13內(nèi)。初步磁絮凝的含藻水體經(jīng)由反應(yīng)池30出口流入內(nèi)箱32內(nèi)。噴藥單元31如圖1和圖4所示，內(nèi)置于外箱體13頂部的防水罩16內(nèi)，用于提供絮凝劑及磁性粉狀顆粒，噴藥單元31包括氣泵41、藥劑瓶42、噴頭43、可控閥門44、流量計45。氣泵41在單片機8的控制下自動出氣，保證藥劑瓶42內(nèi)絮凝劑及磁性粉狀顆粒順利流至噴頭43進入反應(yīng)池30。藥劑瓶42包括磁性粉狀顆粒藥劑罐和粉末絮凝藥劑罐，通過可控閥門44控制絮凝劑及磁性粉狀顆粒出流量，絮凝劑為殼聚糖改性硅藻土粉末；流量計45用于測量絮凝劑及磁性粉狀顆粒的出流量并傳輸?shù)絾纹瑱C8存儲處理；噴頭43為單向球形結(jié)構(gòu)，用于將絮凝劑均勻噴灑至反應(yīng)池30內(nèi)。內(nèi)箱32為正四棱臺形狀，上底邊長為0.7m，下底邊長為0.4m，高0.4m，由固定連接的第二轉(zhuǎn)軸17帶動旋轉(zhuǎn)，包括上下設(shè)置的過濾卡槽35、卡在上下過濾卡槽35之間的過濾材料36、四個支撐柱34及排藻門37，其中帶有過濾材料36的側(cè)壁及不銹鋼材料支撐柱34構(gòu)成內(nèi)箱32主體框架。側(cè)壁包括過濾卡槽35及過濾材料36，過濾卡槽35安放在側(cè)壁上下兩端，過濾卡槽35內(nèi)安裝有可拆卸清洗的過濾材料36，過濾材料36為小孔徑、高強度的針刺氈除塵濾料，表面光滑平整，利于高效隔離過濾藻絮凝物在內(nèi)箱32中旋轉(zhuǎn)沉降，同時將水流滲透至外箱體13內(nèi)并排出。支撐柱34為不銹鋼材料，用于連接過濾卡槽35及底面排藻門37。內(nèi)箱32底部中間安裝排藻門37，排藻門37為兩片對開式長方形門板，上表面為鎳合金材料制成的測量頭，內(nèi)部為電容式荷重傳感器38。荷重傳感器38用于測量在內(nèi)箱32充分旋轉(zhuǎn)絮凝后沉降在排藻門37上藻絮凝物重量，同時傳輸?shù)絾纹瑱C8經(jīng)計算處理后，在電子顯示屏9上顯示實際的藻生物量，同時由單片機8定時控制排藻門37打開實現(xiàn)自動排藻，將藻絮凝物排入識別組件。

識別組件用于接收并收集由測量組件排藻門37排入的藻絮凝物，如圖5所示，識別組件包括測樣單元46及收集單元47。測樣單元46的尺寸為0.5m×0.5m×0.15m,其內(nèi)部由兩個對凹的兩隔板49隔開，形成中部的臨時取樣室50及左右兩側(cè)對稱的左、右測量室(51a、51b)。隔板49表面由高吸水樹脂(SAP)構(gòu)成，用于吸附經(jīng)排藻門37排入臨時取樣室50內(nèi)藻類絮凝物中殘存的水分。臨時取樣室50兩側(cè)通過設(shè)置在隔板49中下部上的取樣孔52與左、右測量室(51a、51b)連接，下部通過由單片機8控制開關(guān)的兩片對開式長方形集藻門53與收集單元47連接。左、右測量室(51a、51b)內(nèi)包括取樣裝置54、測量裝置55、移除裝置56。取樣裝置54以取樣轉(zhuǎn)軸57中心點為圓心，以葉桿長為半徑，以120°為圓心角距等距設(shè)置三個相同的取樣葉片58，葉片末端設(shè)置有與取樣轉(zhuǎn)軸57平行的電磁鐵圓柱59。取樣葉片58工作流程如下：當取樣葉片58旋轉(zhuǎn)至位置A(60a)時，葉片上的電磁體圓柱處于通電狀態(tài)，通過取樣孔52吸附藻絮凝物樣品，之后取樣葉片58旋轉(zhuǎn)至位置B(60b)，由此處的測量裝置55測得藻絮凝物樣品中種群組成及含量比，進而取樣葉片58旋轉(zhuǎn)至位置C(60c)，此時葉片末端電磁體圓柱處于斷電狀態(tài)，藻絮凝物樣品被電磁吸附板63吸附并移至收集單元47。測量裝置55包括設(shè)置在左、右測量室(51a、51b)側(cè)壁中部的發(fā)光二極管61(LED)和設(shè)置在側(cè)壁下部的熒光接收裝置62。發(fā)光二極管61(LED)為低耗能激發(fā)光源，發(fā)射波長為640nm的光源直接照射至位置B(60b)處取樣葉片58的電磁鐵圓柱59上，其投射在電磁鐵圓柱59上的光照范圍大于電磁鐵圓柱59的最大截面。電磁鐵圓柱59吸附的藻絮凝物在接收激發(fā)光照射后，因不同藻種種群所含特征色素不同，激發(fā)出不同的特征熒光光譜被熒光接收裝置62接收。熒光接收裝置62在400nm到700nm的范圍內(nèi)設(shè)置六個激發(fā)波長，分別為470nm、525nm、570nm、560nm、670nm，用于接收不同種群樣品被熒光激發(fā)后形成的不同特征熒光光譜，與單片機8中的特征譜譜庫比較，識別出包括硅藻、藍藻、綠藻、隱藻等種群，同時根據(jù)藻生物量不同呈現(xiàn)出特征熒光光譜強度不同，實現(xiàn)了絮凝物中種群組成及含量比的測定。移除裝置56包括電磁吸附板63、滑槽64及聯(lián)通孔65。電磁吸附板63安裝在位置C(60c)頂端的滑槽64內(nèi)，通電時用于吸附位置C(60c)處斷電失去磁性的電磁鐵圓柱59的藻絮凝物樣品，通過滑槽64移動至聯(lián)通孔65上方后，電磁吸附板63斷電失去磁性，藻絮凝物樣品落入收集單元47。左、右測量室(51a、51b)通過取樣孔52獲取少量藻絮凝物樣本進入，實時測樣得到藻絮凝物中種群組成及比例，一方面由單片機8反饋給噴藥單元31調(diào)節(jié)絮凝劑及磁性粉狀顆粒的實時噴灑量配比，另一方面通過通訊單元3傳輸至顯示單元4進行實時顯示。在取樣測量結(jié)束后定期打開集藻門53，將臨時取樣室50內(nèi)的藻絮凝物排入收集單元47。

收集單元47接收并收集未被采樣測樣及測樣后的藻絮凝物，收集單元47的尺寸為0.5m×0.5m×0.25m，收集單元47中的超聲波傳感器具有實時監(jiān)測收集單元47內(nèi)藻絮凝物總量并提示滿箱除藻的功能，除藻后根據(jù)停機前記錄的深度位置繼續(xù)測量，從而實現(xiàn)垂向的連續(xù)測量。

如圖2所示，湖庫淺水域藻種群生物量一體化量測裝置的測量方法，包括以下步驟：

此次測量的最大工作深度為H＝2.8m，查找數(shù)據(jù)庫中是否有相近的數(shù)據(jù)(誤差小于0.1m)，如果有就直接用存儲的標定實驗數(shù)據(jù)，如果沒有則進行清水標定實驗。

A.清水標定實驗

按目標湖庫水域深度1：1確定清水實驗池深度，該深度為本次標定實驗后裝置的最大測量深度，每次清水標定實驗的數(shù)據(jù)都存儲在固定的數(shù)據(jù)庫中；所述清水標定實驗中采用無藻清水樣，用于消除因水壓垂向分布對實測藻生物量造成的誤差；

A-1裝置的設(shè)定與啟動運行：固定水上工作面板5的工作位置后，由輸入裝置1接收啟動信息的錄入，包括裝置勻速下降的速度v＝0.02m/s、本次最大工作深度H＝2.8m；同時對裝置進行清水標定實驗設(shè)定，包括停止噴藥單元31、識別組件的運行，同時保持排藻門37處于關(guān)閉狀態(tài)；設(shè)定后開啟裝置運行，由第一動力單元11帶動水下工作箱勻速下降，同時開啟水下相關(guān)測量設(shè)備的運行；

A-2實時通訊傳輸：由通訊單元3負責將水下工作組件，包括測量組件、反應(yīng)組件實時采集的數(shù)據(jù)在單片機8內(nèi)進行存儲處理后，將實時數(shù)據(jù)經(jīng)由通訊單元3傳輸至水上工作面板5的電子顯示屏9上顯示；

A-3無藻水樣采集：將水下測量箱勻速下降至清水池底，過程中測量組件除噴藥單元31外其他設(shè)備開啟運行，反應(yīng)組件保持排藻門37關(guān)閉狀態(tài)下內(nèi)箱32持續(xù)旋轉(zhuǎn)測量，則排藻門37所測數(shù)據(jù)為無藻水樣隨采集處水深變化時，內(nèi)箱32旋轉(zhuǎn)時水流作用下排藻門37所測重力數(shù)組{W_c}，數(shù)據(jù)由單片機8實現(xiàn)記錄；

B.現(xiàn)場原位測量

B-1裝置的設(shè)定與啟動運行：在需要待測量的水域上固定水上工作面板5的工作位置后，由輸入裝置1默認清水標定實驗時錄入的啟動信息設(shè)定，包括勻速下降的速度v＝0.02m/s、本次最大工作深度H＝2.8m；同時對裝置進行現(xiàn)場原位測量設(shè)定，開啟裝置內(nèi)所有設(shè)備投入運行，由第一動力單元11帶動水下工作箱勻速下降，同時開啟水下測量設(shè)備的運轉(zhuǎn)；

B-2實時通訊傳輸：由通訊單元3負責將水下工作組件，包括測量組件、反應(yīng)組件、識別組件實時采集的數(shù)據(jù)在單片機8內(nèi)進行存儲處理后，將實時數(shù)據(jù)經(jīng)由通訊單元3傳輸至水上工作面板5的電子顯示屏9上顯示；

B-3含藻水樣采集：含藻水體由外箱體13的進水口14進入測量組件，由集成傳感器29測量采集的含藻水樣流量同時噴藥單元31向流經(jīng)的含藻水體定量釋放絮凝劑及磁性粉狀顆粒，記錄總質(zhì)量流量為含藻水體、絮凝劑及磁性粉狀顆粒進入反應(yīng)組件混合絮凝；

B-4藻生物量量測：含藻水體接收來自噴藥單元31釋放的絮凝劑及磁性粉狀顆粒，在反應(yīng)池30進行擾動及初步絮凝后進入內(nèi)箱32，磁性粉狀顆粒與絮凝劑作用可顯著提高藻類絮凝效率，與磁性粉狀顆?；旌系脑逍跄锝?jīng)旋轉(zhuǎn)沉降在排藻門37上，水流則透過內(nèi)箱32側(cè)壁的過濾材料36滲透至外箱體13內(nèi)并排出；測量所得藻絮凝物重量數(shù)組{W_i-s}由單片機8存儲計算處理后，在顯示單元4上顯示實際的藻生物量，同時定時打開排藻門37，將藻絮凝物排入識別組件；

按照上述步驟所測t₁至t₂時段內(nèi)藻生物量由單片機8按下式計算所得：

其中，為t₁到t₂時段所測藻絮凝物中藻生物量，mg/l；為現(xiàn)場原位測量時，噴藥單元31噴灑的磁性粉狀顆粒及固體絮凝劑的總質(zhì)量流量，kg/s；為現(xiàn)場原位測量時，測量組件進水口14的實時含藻水流量，m³/s；為消除水流在t₁時刻造成的測量影響后藻絮凝物的總質(zhì)量，kg；為消除水流在t₂時刻造成的測量影響后藻絮凝物的總質(zhì)量，kg；其中，分別為t₁、t₂時刻現(xiàn)場原位測量時，排藻門37所測數(shù)值，N；分別為t₁、t₂時刻清水標定實驗時，排藻門37所測數(shù)值，N；

B-5種群組成識別：所述識別組件接收由排藻門37排入的藻絮凝物，由內(nèi)置測樣單元46通過對藻絮凝物進行部分取樣及測樣分析，得到水體實際種群組成及含量比后傳輸至顯示單元4實時顯示，同時反饋噴藥單元31調(diào)節(jié)絮凝劑噴灑量配比；最后由內(nèi)置收集單元47接收全體藻絮凝物，實時監(jiān)測并提示滿箱除藻；

B-6信息實時顯示：由顯示單元4的電子顯示屏9實時顯示來自測量組件、反應(yīng)組件、識別組件上傳的數(shù)據(jù)信息，由顯示單元4的除藻報警燈10提示識別組件發(fā)送的除藻信號，通過燈亮提示除藻后重復以上B-1至B-5步連續(xù)測量至目標深度。

按照上述過程，將本裝置的量測方法運用到目標水域中。本裝置從4月1日起開始進行現(xiàn)場測量，之后每間隔10天進行一次，一直持續(xù)到6月30日，總共進行10次測量，其測量結(jié)果如圖7所示。經(jīng)過測量得出該水域的主要的藻類種群是藍藻、綠藻、硅藻，總的藻生物量在4月初有下降的趨勢，到4月中下旬開始逐漸上升并在5月20日左右達到峰值，之后急速下降，在6月中旬到達最小值后開始緩慢上升。其中藍藻為該區(qū)域的優(yōu)勢藻種，其藻生物量和總的藻生物量的趨勢趨于一致，綠藻在4月初有短暫時間成為優(yōu)勢藻種，但大多時間其藻生物量都比較低，硅藻的藻生物量在這段時間里趨于穩(wěn)定且占總的藻生物量的比例較低。

最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。