一种基于自然光的沉水植物促生装置的制作方法

本发明属于水体净化和水体生态修复的技术领域，具体涉及一种基于自然光的沉水植物促生装置。

背景技术

近年来，随着社会经济的快速发展，水体污染物n(氮)、p(磷)等排放量逐年增加，加速了湖库富营养化进程，对水环境将造成严重的危害，破坏生态平衡，甚至使水域丧失使用功能，造成水资源、水环境和区域经济的重大损失。而沉水植物被誉为“水下森林”，它的茎能吸附、固着和沉降水体悬浮物，根能固着底泥，通过自身的生长代谢可以大量吸收氮磷等营养物质，能增加水体中的溶解氧，提高水体透明度，对某些藻类的生长有抑制作用。目前，利用沉水植物进行水体生态修复是最有应用前景的富营养化湖库的治理方法。

但在实际环境中沉水植物的生长受到诸多因子的影响，其中起主要限制作用的是光照强度。合田健指出光补偿深度为水体透明度的1.5倍，或光照强度约为表面光强1％处的水深。故在浊度高的富营养化水体或湖库深水区中进行水体修复时，光照不足现象最容易发生，当水下的光照小于沉水植物的光补偿点时，沉水植物则难以生存。

实际工程中改善沉水植物光照强度的技术主要包括以下三种：(1)降低湖库水位。通过降低水位增加水底光照强度，随着沉水植物的生长，再逐步加高水位。如公开号为(cn104743675a)的发明名称为“水深调节控制沉水植物生长治理湖泊富营养化的方法”，根据北方地区的季节特点选取关键的时间点来调控水深，在沉水植物生长初期降低水深，并通过人工播种的方式种植沉水植物，待其生长成株，将水深抬高控制其蔓延。该方法小区域内实现沉水植物的恢复和达到净化的效果相对容易，但在大型湖库中水位的降低对水资源造成极大的浪费，且受到技术条件和实施难度的限制。(2)调节沉水植物床的高度。通过升降装置、滑轮、绳索等装置调节沉水植物在水中的深浅，使沉水植物始终处在合适的光照强度下，可提高沉水植物存活率。如公开号为(cn101015268a)的发明名称为“一种在湖泊中种植沉水植物的方法”介绍了一种水草种植方法，并用伊乐藻和黑藻做了实验，但这种方法结构复杂、手动操作繁琐。(3)水下补光。将led灯、彩光带等光源通过防水处理引入水体中对光照不足区域的沉水植物补光。但此方法需额外电源供电，增加能耗。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺点，本发明的目的是提供一种基于自然光的沉水植物促生装置，本装置能够将自然光直接导入水体底部，向处于水体底部的沉水植物供应充足的光照强度，有利于利于沉水植物的生长，有效地解决了现有技术中深水区或高浊度水域中光照不足，不利于沉水植物生长的问题。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于自然光的沉水植物促生装置，包括如下组成部分：

自然光采集部分，用于采集自然光，并将采集到的自然光通过光纤传导至光源发散部分；

光源发散部分，所述光源发散部分设置在水下，且所述光源发散部分为线状发光部件或面状发光部件，所述光源发散部分位置可调节地设置在光源固定支架上；

所述自然光采集部分和光源发散部分均与控制部分电连接。

优选的，所述自然光采集部分设置在水岸上。

作为本发明的其中一种优选方案，所述光源固定支架包括立柱，还包括用以固定光源发散部分的板状框架，所述板状框架固定设置在所述立柱上，且所述板状框架沿所述立柱的上下方向高度可调。

作为本发明的另一种优选方案，所述光源固定支架包括立柱，还包括用以固定光源发散部分的板状框架，所述板状框架在水的作用下可滑动地设置所述立柱上，所述立柱在板状框架的上下两侧均设置有缓冲限位机构。

优选的，所述光源发散部分的上下两侧均设置有自清洁机构，所述自清洁机构与控制部分电连接。

优选的，所述光源发散部分包括若干个光源发散部件，任一光源发散部件均与相应的光纤相连接，相邻所述光源发散部件之间设有间隙，且相邻所述光源发散部件的间距可调。

进一步优选的，所述缓冲限位机构包括固定设置在所述立柱上的固定部件，还包括滑动设置在所述立柱上的浮动部件，所述浮动部件和固定部件之间设置有套设在所述立柱上的压缩弹簧；所述缓冲限位机构中的浮动部件均朝向所述板状框架一侧设置。

优选的，该装置还在水下设置有用于水下光强的光度计，所述光度计与控制部分电连接。

优选的，所述自清洁机构包括辊轴以及驱动辊轴转动的电动部件，所述辊轴上设置有清洁毛刷；所述自清洁机构还包括使所述辊轴和电动部件沿着光源发散部分的长度方向或者宽度方向移动的行走机构；所述电动部件以及行走机构均与所述控制部分电连接。

优选的，所述控制部分、行走机构以及电动部件的电源均来自设置在水岸上的太阳能电池。

本发明的技术效果在于：

1)本发明中的自然光采集部分设置在水岸上，而不是设置在水面上，不但便于固定，而且具有便于收集低角度入射光线的优点。更具体地说，本发明中的自然光采集部分可安装在种植沉水植物的河道、湖泊、坑塘等水域周边，且自然光采集部分的周边可适当种灌木，也不会影响河道景观。

此外，本发明自然光采集系统由反射镜和菲涅尔透镜组成，可增加低角度入射光线的收集(由反射镜将采集到的透射光反射到光纤中去)，菲涅尔透镜选用聚乙烯材料原色，成半透明或透明，透光率好，光线穿透力强，不易被损失。

自然光采集部分采集到的光通过光纤传输到水下的光源发散部分。光源发散部分与光纤的输出端相连接，所述光源发散部分将光纤传导来的光呈线状或面状散射至水下。

利用本发明中的促生装置，可以有效地将自然光引入水体底部，使得种植在水体底部的沉水植物能够得到充足的光照强度，利于沉水植物的生长，使沉水植物的生长不再受水深和透明度的限制，实现深水区域和高浊度水域沉水植物的恢复，能有效地对富营养化水体进行净化，有利于水域生态环境的改善和稳定；同时，通过直接传导自然光作为导光光源，自然光中途损耗小，传递效率高，节约能源，环保无污染。

2)本发明中的板状框架有两种固定方案。

第一种固定方案是板状框架直接固定设置在立柱上，但是板状框架的位置可调节，可调节的方案有多种，比如采用螺栓固定在立柱的不同高度，或者采用卡接部件卡固在立柱的不同高度，这种方案中，板状框架的位置固定后就不在移动了，如果想要再次移动板状框架的位置，就只能先松开固定部件，然后把板状框架的位置挪移到想要固定的位置再次固定即可。

第二种固定方案是板状框架滑动地设置在立柱上，即板状框架的位置并不固定，而是可以在水的作用下上移或者下沉，为了防止板状框架脱离立柱，立柱在板状框架的上下两侧均设置有缓冲限位机构。第二种固定方案的好处在于，由于板状框架上设置有光源发散部分，在水下水流的作用下，光源发散部分肯定要承受来自上侧或者下侧的水压，由于板状框架可以沿着立柱的上下方向移动，再配合以缓冲限位机构的缓冲作用，可以使得光源发散部分承受的压力尽可能地降低，从而有效地防止了光源发散部分因承压过大而破裂或者损坏。

3)本发明中的所述光源发散部分包括若干个光源发散部件，且相邻所述光源发散部件之间设有间隙。这种特别设计的技术方案一方面可以采用较小面积的光源发散部件，避免了采用大面积光源发散部件，减少了成本和制造难度，另一方面每个光源发散部件都与对应的光纤单独连接，有助于实现对每块光源发散部件的单独控制，则当水下光强较弱时，控制中心开启少量的光源发散部件即可使得光照强度达到设定要求，而当光强很弱时，控制中心再开启较多数量的光源发散部件以增大光强。

由于相邻光源发散部件之间的间隙可以调整，因此当需要对某一区域的沉水植物进行较多的补充照明时，可以调整多块光源发散部件聚集到某处，以实现集中照明的目的。

此外，由于相邻光源发散部件之间设有间隙，从而当光源发散部件上下的水压不平衡时，水流可以在水压的作用下从光源发散部件之间的间隙通过，使得分离式的光源发散部件可以较好地适应水下环境，不容易损坏。

4)本发明在光源发散部分的周边设置有测量水下光强的光度计，通过光度计测量水下的光照强度并将测量结果输送至plc控制系统中心即控制中心，若光照强度低于一定数值(如750lux)时，光度计将测得的光照数据通过反馈信号线反馈至岸上plc控制系统中心，控制中心通过信号控制线控制光源发散部分开启；当光照强度高于一定数值(如2000lux)时，此时阳光较强，无需补偿照明，则同样通过上述程序，由控制中心关闭光源发散部分。

5)光源发散部分长期放置在水下，表面会附着一层胶体及悬浮物质，影响光照效果。本发明在光源发散部分的上下两侧均设置自清洁机构，通过控制中心设定清洁时间和清洁间隔，例如设置清洁时间为从光源左侧移动至右侧再移动至左侧为一个来回，清洁间隔为48h，可以有效地维持光源发散部分的表面清洁度。

附图说明

图1是本发明中的基于自然光的沉水植物促生装置的结构示意图。

图2是第一种实施例中的光源发散部分与光源固定支架的结构示意图。

图3、4、5均是第二种实施例中的光源发散部分与光源固定支架的结构示意图。

图6是第二种实施例中的光源固定支架的结构示意图。

图7是缓冲限位机构的结构示意图。

图中的附图标记的含义如下：

10-自然光采集部分

20-控制中心21-光纤

30-光源发散部分31-光源发散部件

40-光源固定支架41-立柱42-板状框架43-缓冲限位机构

431-浮动部件432-压缩弹簧433-固定部件

50-光度计

60-自清洁机构

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。

如图1所示，一种基于自然光的沉水植物促生装置，包括如下组成部分：

自然光采集部分10，用于采集自然光，并将采集到的自然光通过光纤21传导至光源发散部分30。

所述自然光采集部分10的主体部分为反射镜和菲涅尔透镜组成，菲涅尔透镜的功能为采光，反射镜则用于将采集到的透射光反射到光纤中去。自然光采集部分10还包括尺寸为1m×1m的正方形采光板，正方形采光板的四角利用钢制支架固定在岸边，采光板高度可设置在离地面1.5m，采光板与地面平行，可最大程度的采集太阳光。自然光采集部分10采集到的太阳光通过导光光纤与水下光源发散部分30连接，导光光纤具有一定的柔软度和防水功能，采用塑料穿线管沿着地表和河床敷设至光源发散装置，塑料穿线管的直径可采用50～100mm，具体根据导光光线数量决定。

控制中心20，也即plc控制系统中心，其包括plc控制器以及与plc控制器相连接的反馈控制线和信号控制线。

光源发散部分30，所述光源发散部分30设置在水下，且所述光源发散部分30为线状发光部件或面状发光部件，所述光源发散部分30位置可调节地设置在光源固定支架40上。本发明中的光源发散部分30可以做成一整个较大的发光体，也可以由多个较小的发光体构成。

所述自然光采集部分10和光源发散部分30均与控制部分20电连接。

该装置还在水下设置有用于水下光强的光度计50，所述光度计50与控制部分电连接。若光照强度低于750lux时，光度计50将测得的光照数据通过反馈信号线反馈至岸上控制中心20，控制中心20通过信号控制线控制光源发散部分30开启并照明；当光照强度高于2000lux时，此时阳光较强，无需补偿照明，则同样通过上述程序，由控制中心20关闭光源发散部分30，停止照明。

本发明中的光源固定支架40有两种技术方案，下面分别通过两个实施例进行说明；

实施例1

如图2所示，作为本发明中的第一种实施例，所述光源固定支架40包括立柱41，还包括用以固定光源发散部分30的板状框架42，所述板状框架42固定设置在所述立柱41上，且所述板状框架42沿所述立柱41的上下方向高度可调。

在此实施例中，板状框架42具有数个调节工位，即与板状框架42相连接的光源发散部分30具有数个照明高度，在每一个照明高度上，光源发散部分30和板状框架42都是于立柱42固定连接的。

在本实施例中，所述立柱42为4个直径为50mm的不锈钢管，不锈钢管可直接插入水底底泥中，也可通过混凝土块固定在水中。不锈钢管的长度根据水位而定，长度一般设置在2～3m，每一根不锈钢管上均装有高度调节器，高度调节器可通过螺丝与不锈钢管连接，调节范围为整根钢管的长度。从而工作人员可根据不同沉水植物对光照的需求，调节光源与沉水植物之间的距离。

如图2所示，本实施例中的光源发散部分30为整体状的长方形灯，长宽为1m×0.5m。

实施例2

如图3～6所示，本实施例中的所述光源固定支架40包括立柱41，还包括用以固定光源发散部分30的板状框架42，所述板状框架42在水的作用下可滑动地设置所述立柱41上；所述立柱41在板状框架42的上下两侧均设置有缓冲限位机构43。

本实施例中的所述立柱42同样为4个直径为50mm的不锈钢管，在此不再赘述。

在实施例2中，板状框架42是滑动设置在所述4个立柱41上，即板状框架42的位置并不固定，而是可以在水的作用下上移或者下沉，为了防止板状框架脱离立柱，4个立柱41在位于板状框架42的上下两侧的柱身上均设置有缓冲限位机构43。当风平浪静以及水流较缓时，板状框架42在自重的作用下滑落到最低位置，如图3所示。当上下水压不平衡，板状框架42上的光源发散部分30受压使得板状框架42上移时，则如图4所示，板状框架42上移直至其碰到位于高位的缓冲限位机构43。

实施例2中的优点在于，由于板状框架42上的光源发散部分30肯定要承受来自上侧或者下侧的水压，则板状框架42与立柱41的滑动配合设置，再配合以缓冲限位机构43的缓冲作用，可以使得光源发散部分30承受的压力尽可能地降低，从而有效地防止了光源发散部分30因承压过大而破裂或者损坏。

如图7所示，所述缓冲限位机构43包括固定设置在所述立柱41上的固定部件433，还包括滑动设置在所述立柱41上的浮动部件431，所述浮动部件431和固定部件433之间设置有套设在所述立柱41上的压缩弹簧432；所述缓冲限位机构43中的浮动部件431均朝向所述板状框架42一侧设置。

如图3～5所示，所述光源发散部分30包括若干个光源发散部件31，任一光源发散部件31均与相应的光纤21相连接，相邻所述光源发散部件31之间设有间隙，且相邻所述光源发散部件31的间距可调。

当需要对某一区域的沉水植物进行较多的补充照明时，可以调整多块光源发散部件31聚集到某处，以实现集中照明的目的，如图5所示。

如图6所示，所述光源发散部分30的上下两侧均设置有自清洁机构60，所述自清洁机构60与控制部分电连接。

所述自清洁机构60包括辊轴以及驱动辊轴转动的电动部件，所述辊轴上设置有清洁毛刷，毛刷选用直径为30mm的软毛刷，在清洗过程中，不会对光源发散部件31产生划痕。所述自清洁机构60还包括使所述辊轴和电动部件沿着光源发散部分30的长度方向或者宽度方向移动的行走机构；所述电动部件以及行走机构均与所述控制部分20电连接。

当需要对光源发散部分30进行清洁时，控制中心20通过信号控制线启动行走机构和电动部件，行走机构带动辊轴和电动部件沿着光源发散部分30的表面移动，而电动部件则带动辊轴转动，毛刷随机跟随转动，实现对光源发散部分30的清洁作用。行走机构和电动部件均可以参见现有技术。

所述控制部分20、行走机构以及电动部件的电源均来自设置在水岸上的太阳能电池，所述太阳能电池与自然光采集部分10可以并排设置。