本公開涉及海洋工程,尤其涉及一種海水降溫控制系統(tǒng)及方法。
背景技術:
1、珊瑚礁是熱帶海洋牧場中的特殊生境,是世界上生物多樣性和生態(tài)價值最高的生態(tài)系統(tǒng)之一。其貢獻了近一半的淺海碳酸鹽沉積,在全球尺度上預計每年可固定9億噸碳。然而,如何有效應對珊瑚熱脅迫,促進珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的生境修復與資源復育已成為熱帶珊瑚礁保育型海洋牧場建設的基礎和關鍵。
2、目前,珊瑚礁的白化治理手段較為有限,主要有以下方式:1.珊瑚輔助進化,通過選擇育種、輔助基因流、表觀遺傳編程等方式,增強珊瑚對環(huán)境脅迫適應性的手段,但通過這種方式進行白化治理周期較長,且僅能針對部分種類的珊瑚有效;2.?通過遮陽布、海洋微氣泡減少太陽輻射進入海洋,但這種方式需要成本較高,且影響了蟲黃藻的光合作用;3.通過抽取深冷海水,注入淺礁珊瑚區(qū)域,但深冷海水與淺礁區(qū)域往往具有較大的距離,從工程上難以實現(xiàn)。
技術實現(xiàn)思路
1、本公開提供了一種海水降溫控制系統(tǒng)及方法,以至少解決現(xiàn)有技術中存在的以上技術問題。
2、根據本公開的第一方面,提供了一種海水降溫控制系統(tǒng),包括:第一溫度傳感器、水位計、冷卻水井、抽水泵、輸水泵、監(jiān)測浮標、第二溫度傳感器、流速計和控制器,其中:
3、所述冷卻水井用于儲存海水,并將海水冷卻;
4、所述第一溫度傳感器用于監(jiān)測所述冷卻水井內的溫度分布,并將第一溫度值傳輸至控制器;
5、所述水位計用于測量所述冷卻水井的水位,并將水位數(shù)據傳輸至控制器;
6、所述抽水泵用于從海域抽取海水,輸送至所述冷卻水井內;
7、所述輸水泵用于將冷卻后的海水輸送至珊瑚礁區(qū)域;
8、所述監(jiān)測浮標用于掛載第二溫度傳感器以及流速計;
9、所述第二溫度傳感器用于測定海域的溫度分布,并將第二溫度值傳輸至所述控制器;
10、所述流速計用于測定珊瑚礁區(qū)域內的流速分布,并將珊瑚礁區(qū)域內的環(huán)境流速傳輸給控制器;
11、所述控制器用于根據第一溫度值、第二溫度值、水位數(shù)據和環(huán)境流速,采用模糊控制算法控制所述抽水泵以及輸水泵的啟停以及流量。
12、在一可實施方式中,所述冷卻水井采用分層取水結構,并包含保溫材料層。
13、在一可實施方式中,所述系統(tǒng)還包括抽水管路和給水管路;
14、所述抽水管路用于聯(lián)通海水與所述冷卻水井,并將海水輸送至冷卻水井內部;
15、所述給水管路用于聯(lián)通所述冷卻水井與海水,并將冷卻水井內的海水輸送至珊瑚礁區(qū)域。
16、在一可實施方式中,所述系統(tǒng)還包括人工魚礁;
17、所述人工魚礁,圍繞所述珊瑚礁區(qū)域布設,用于形成緩流區(qū)以延長冷卻水的停留時間。
18、根據本公開的第二方面,提供了一種海水降溫控制方法,應用于上述任一項所述的系統(tǒng),包括以下步驟:
19、通過第一溫度傳感器監(jiān)測冷卻水井內的溫度分布,并將第一溫度值傳輸至控制器;
20、通過第二溫度傳感器測定海域的溫度分布,并將第二溫度值傳輸至所述控制器;
21、通過流速計測定珊瑚礁區(qū)域內的流速分布,并將珊瑚礁區(qū)域內的環(huán)境流速傳輸給控制器;
22、通過水位計將冷卻水井的水位數(shù)據傳輸至控制器,以判斷冷卻水井中的水位高度;
23、當水位高度低于第一高度閾值時,控制器控制開啟抽水泵,將海水抽入冷卻水井;
24、當水位高度高于第二高度閾值時,控制器控制關閉抽水泵;所述第二高度閾值大于所述第一高度閾值;
25、所述控制器根據所述第一溫度值、第二溫度值和環(huán)境流速,采用模糊控制算法控制輸水泵的輸出流量。
26、在一可實施方式中,所述控制器根據所述第一溫度值、第二溫度值和環(huán)境流速,采用模糊控制算法控制輸水泵的輸出流量,包括:
27、通過第二溫度傳感器將采集的第二溫度值傳輸至控制器,以判斷第二溫度值是否高于珊瑚白化閾值溫度;
28、當?shù)诙囟戎蹈哂谏汉靼谆撝禍囟葧r,控制器繼續(xù)判斷第一溫度傳感器傳輸?shù)牡谝粶囟戎凳欠竦陀诶鋮s水閾值溫度;
29、當?shù)谝粶囟戎蹈哂诶鋮s水閾值溫度時,控制器控制關閉輸水泵;
30、當?shù)谝粶囟戎档陀诶鋮s水閾值溫度時,控制器獲取由流速計采集的珊瑚礁區(qū)域內部流速,采用模糊控制算法控制輸水泵的輸出流量。
31、在一可實施方式中,所述采用模糊控制算法控制輸水泵的輸出流量,包括:
32、將第二溫度值和珊瑚白化閾值溫度的差值劃分為多個溫度區(qū)間,確定當前溫度差值等級;
33、將珊瑚礁區(qū)域內流速劃分為多個流速區(qū)間,得到當前流速等級;
34、根據所述當前溫度差值等級、當前流速等級和輸水泵的最大流量,確定所述輸水泵的輸出流量。
35、在一可實施方式中,所述多個溫度區(qū)間為:0-0.5℃、0.5-1℃、1-1.5℃、1.5-2℃及大于2℃;
36、所述多個流速區(qū)間為0-0.04m/s、0.04-0.08m/s、0.08-0.12m/s、0.12-0.16m/s及大于0.16m/s。
37、在一可實施方式中,所述輸水泵的最大流量為200m3/h。
38、在一可實施方式中,所述方法還包括:
39、在珊瑚礁區(qū)域周圍布放人工魚礁,以使水流能通過所述人工魚礁進入珊瑚礁區(qū)域。
40、本公開的一種海水降溫控制系統(tǒng)及方法,利用淺層海水晝夜溫差形成的自然溫度梯度,結合井體保溫設計,實現(xiàn)低成本、低能耗冷卻。具體包括:冷卻水井、第一溫度傳感器、水位計、抽水泵、輸水泵、監(jiān)測浮標、第二溫度傳感器、流速計和控制器。其中,第一溫度傳感器與第二溫度傳感器分別監(jiān)測井內及珊瑚礁區(qū)域溫度,流速計量化目標區(qū)域水流速度,水位計確保井內水量穩(wěn)定,數(shù)據經控制器實時解析后生成控制指令。以環(huán)境溫度與白化閾值的差值、井內冷卻水溫度及珊瑚礁流速為輸入變量,通過預設規(guī)則庫動態(tài)計算輸水泵流量需求,實現(xiàn)自適應調節(jié)。通過雙溫度傳感器協(xié)同反饋,確保輸水溫度嚴格控制在珊瑚耐受閾值內,避免熱應激性白化。并且,分層取水與模糊控制算法結合,較傳統(tǒng)深水抽取方案降低能耗,且避免遮光措施對蟲黃藻的負面影響。
41、應當理解,本部分所描述的內容并非旨在標識本公開的實施例的關鍵或重要特征,也不用于限制本公開的范圍。本公開的其它特征將通過以下的說明書而變得容易理解。
1.一種海水降溫控制系統(tǒng),其特征在于,包括:第一溫度傳感器、水位計、冷卻水井、抽水泵、輸水泵、監(jiān)測浮標、第二溫度傳感器、流速計和控制器,其中:
2.根據權利要求1所述的海水降溫控制系統(tǒng),其特征在于,所述冷卻水井采用分層取水結構,并包含保溫材料層。
3.根據權利要求1所述的海水降溫控制系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還包括抽水管路和給水管路;
4.根據權利要求1所述的海水降溫控制系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)還包括人工魚礁;
5.一種海水降溫控制方法,應用于權利要求1-4任一項所述的系統(tǒng),其特征在于,包括以下步驟:
6.根據權利要求5所述的海水降溫控制方法,其特征在于,所述控制器根據所述第一溫度值、第二溫度值和環(huán)境流速,采用模糊控制算法控制輸水泵的輸出流量,包括:
7.根據權利要求6所述的海水降溫控制方法,其特征在于,所述采用模糊控制算法控制輸水泵的輸出流量,包括:
8.根據權利要求7所述的海水降溫控制方法,其特征在于,所述多個溫度區(qū)間為:0-0.5℃、0.5-1℃、1-1.5℃、1.5-2℃及大于2℃;
9.根據權利要求7所述的海水降溫控制方法,其特征在于,所述輸水泵的最大流量為200m3/h。
10.根據權利要求5所述的海水降溫控制方法,其特征在于,所述方法還包括: