一种流域生态系统模拟模型及构建方法

1.本发明涉及流域生态相关领域，尤其涉及一种流域生态系统模拟模型及构建方法。


背景技术：

2.人类活动和气候变化使生态系统结构和功能遭到了严重的破坏。以土地利用分类为基础，基于空间异质性分析，流域系统内自然生态、经济生产和社会文化等多方面子功能变化与水系结构演变的相互影响。
3.目前在对流域生态系统研究时，模拟的情景往往是单一的，这使得对流域生态系统模拟数据单一，并且不易揭示流域各项生态系统功能与水系网络的空间耦合机理。


技术实现要素：

4.因此，为了解决上述不足，本发明提供一种流域生态系统模拟模型及构建方法。
5.为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种流域生态系统模拟模型及构建方法，包括：
6.模型框，其用于承载流域生态系统模型；
7.土壤生态层，其用于模拟流域生态环境下土壤情况，所述模型框的内部下端设置有土壤生态层；
8.植被覆盖层，其用于模拟流域生态环境下植被情况，所述土壤生态层的顶部覆盖有植被覆盖层；
9.控制面板，其用于控制模型内的各组部件，所述模型框的内部右上端设置有控制面板，控制面板的底部设置有空气检测仪；
10.河道，其用于模拟流域生态环境河流流通情况，所述土壤生态层的中部开设有河道；
11.河道检测器，其用于检测河道内水质的情况；
12.水力发电装置，其用于辅助对模型提供能源，所述河道的左端设置有水力发电装置；
13.循环装置，其用于实现流域生态系统内水循环，形成活水；
14.闸门装置，其用于实现水流的阻断和排放；
15.布雨装置，其用于模拟自然环境下下雨的情况；
16.模拟灯具，其用于模拟自然环境下光照情况，所述模拟灯具的顶部与模型框相固定。
17.优选的，所述河道检测器包括浮盘、支撑架、控制器、竖杆、配重块和水质检测探头，所述浮盘悬浮于河道上，所述浮盘与支撑架的顶部相固定，所述支撑架的顶部设置有控制器，所述支撑架与竖杆的顶部固定连接，所述竖杆的底部安装有水质检测探头，所述水质检测探头的上端覆盖有水质检测探头。
18.在进一步中优选的是，所述水力发电装置包括承接架、水轮、第一皮带轮、皮带、第二皮带轮、发电机、电池组、侧杆和固定环，所述承接架安装于河道的左端，所述承接架的中部设置有水轮，所述水轮的输出端与第一皮带轮的中部传动连接，所述第一皮带轮采用皮带与第二皮带轮的内侧壁传动连接，所述第二皮带轮与发电机的输出端传动连接，所述发电机的后端设置有电池组，所述承接架与侧杆的右端相固定，所述侧杆的左端内侧设置有固定环。
19.在进一步中优选的是，所述循环装置包括吸斗、第一水泵、循环管、控制阀、输送管，所述吸斗贯穿于土壤生态层的右下端，且吸斗至于河道内，所述吸斗的底部与第一水泵相连通，所述第一水泵采用循环管与输送管的左端相连通，所述循环管的右端设置有控制阀，所述输送管嵌入于水力发电装置左上的固定环内。
20.在进一步中优选的是，所述闸门装置包括排放框、隔板、减速电机、转动轴、齿轮、齿条、闸门板和行程限制器，所述排放框设置于河道下坡和平缓连接处，所述排放框与隔板的底部固定连接，所述排放框的右端设有减速电机，所述减速电机采用转动轴与齿轮的中部传动连接，所述齿轮与齿条的前端相咬合，所述齿条与闸门板的前端相固定，所述闸门板的后端设置有行程限制器，所述闸门板与排放框的后端滑动配合。
21.在进一步中优选的是，所述布雨装置包括吸收管、第二水泵、分流管、第一排放管、第一布雨头、第二排放管和第二布雨头，所述第二水泵安装于模型框的内部右端，所述吸收管与第二水泵的左端相连通，所述第二水泵与分流管的底部相连通，所述分流管的顶部左右两侧相对设置有第一排放管和第二排放管，所述第一排放管与第一布雨头的顶部相连通，所述第二排放管与第二布雨头的顶部相连通。
22.在进一步中优选的是，所述吸斗的设置高度高于河道最深处，吸斗的顶部设置有过滤吸斗，便于对泥沙等杂质进行过滤。
23.在进一步中优选的是，所述第一布雨头和第二布雨头的结构相同，第一布雨头和第二布雨头相互平行分布，便于模拟下雨的环境，所述第一排放管和第二排放管上端均设置有电磁阀，便于进行单独控制的作用。
24.在进一步中优选的是，所述支撑架呈向下内凹的十字交叉结构，竖杆、配重块和水质检测探头的中心线处于同一竖直方向上，便于增加水质检测探头的重力，使水质检测探头嵌入于河道内。
25.在进一步中优选的是，构建方法如下：
26.步骤s1：在模型框内布置上土壤生态层和植被覆盖层，同时在土壤生态层的中部开设河道；
27.步骤s2：根据模拟环境的不同，可以将河道的坡度进行调节，实现高低落差，可以增设呈弯曲状，实现水系网络空间的保护及其结构优化，通过最小累积阻力模型，模拟水安全空间静态格局，增加模拟数据的精确度；
28.步骤s3：可以增设循环装置、闸门装置、布雨装置、模拟灯具，模拟自然流域生态环境，同时通过空气检测仪和河道检测器，可以检测水系结构的优化程度和各项生态系统功能变化率对功能发挥的影响，随后可以计算水系结构优化度指数和生态系统功能优先指数，通过对指数的计算，从而求出最优化水系形态与结构；
29.步骤s4：最后对采集数据进行统计计算，进行生态系统功能价值的动态重构，体现
102、分流管-103、第一排放管-104、第一布雨头-105、第二排放管-106、第二布雨头
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107、过滤吸斗-811、电磁阀-108。
具体实施方式
46.为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例进行详细阐述。
47.在本实用的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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实用的限制。
48.在本实用中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。
49.请参阅图1-2，本发明提供一种流域生态系统模拟模型及构建方法，包括：
50.模型框1，其用于承载流域生态系统模型；
51.土壤生态层2，其用于模拟流域生态环境下土壤情况，模型框1的内部下端设置有土壤生态层2；
52.植被覆盖层3，其用于模拟流域生态环境下植被情况，土壤生态层2的顶部覆盖有植被覆盖层3；
53.控制面板4，其用于控制模型内的各组部件，模型框1的内部右上端设置有控制面板4，控制面板4的底部设置有空气检测仪41；
54.河道5，其用于模拟流域生态环境河流流通情况，土壤生态层2的中部开设有河道5；
55.河道检测器6，其用于检测河道5内水质的情况；
56.水力发电装置7，其用于辅助对模型提供能源，河道5的左端设置有水力发电装置7；
57.循环装置8，其用于实现流域生态系统内水循环，形成活水；
58.闸门装置9，其用于实现水流的阻断和排放；
59.布雨装置10，其用于模拟自然环境下下雨的情况；
60.模拟灯具11，其用于模拟自然环境下光照情况，模拟灯具11的顶部与模型框1相固定。
61.请参阅图3，本发明提供一种流域生态系统模拟模型及构建方法，河道检测器6包括浮盘61、支撑架62、控制器63、竖杆64、配重块65和水质检测探头 66，浮盘61悬浮于河道5上，浮盘61与支撑架62的顶部相固定，支撑架62 的顶部设置有控制器63，支撑架62与竖杆64的顶部固定连接，竖杆64的底部安装有水质检测探头66，水质检测探头66的上端覆盖有水质检测探头66。
62.在本实施例中，支撑架62呈向下内凹的十字交叉结构，竖杆64、配重块 65和水质
检测探头66的中心线处于同一竖直方向上，便于增加水质检测探头 66的重力，使水质检测探头66嵌入于河道5内。
63.请参阅图4，本发明提供一种流域生态系统模拟模型及构建方法，水力发电装置7包括承接架71、水轮72、第一皮带轮73、皮带74、第二皮带轮75、发电机76、电池组77、侧杆78和固定环79，承接架71安装于河道5的左端，承接架71的中部设置有水轮72，水轮72的输出端与第一皮带轮73的中部传动连接，第一皮带轮73采用皮带74与第二皮带轮75的内侧壁传动连接，第二皮带轮75与发电机76的输出端传动连接，发电机76的后端设置有电池组77，承接架71与侧杆78的右端相固定，侧杆78的左端内侧设置有固定环79。
64.请参阅图5，本发明提供一种流域生态系统模拟模型及构建方法，循环装置 8包括吸斗81、第一水泵82、循环管83、控制阀84、输送管85，吸斗81贯穿于土壤生态层2的右下端，且吸斗81至于河道5内，吸斗81的底部与第一水泵82相连通，第一水泵82采用循环管83与输送管85的左端相连通，循环管 83的右端设置有控制阀84，输送管85嵌入于水力发电装置7左上的固定环内。
65.在本实施例中，吸斗81的设置高度高于河道5最深处，吸斗81的顶部设置有过滤吸斗811，便于对泥沙等杂质进行过滤，输送管85位于水轮72的左上端，便于对水流进行输送，形成落差，驱动水轮72进行旋转运动的作用。
66.请参阅图6，本发明提供一种流域生态系统模拟模型及构建方法，闸门装置 9包括排放框91、隔板92、减速电机93、转动轴94、齿轮95、齿条96、闸门板97和行程限制器98，排放框91设置于河道5下坡和平缓连接处，排放框91 与隔板92的底部固定连接，排放框91的右端设有减速电机93，减速电机93采用转动轴94与齿轮95的中部传动连接，齿轮95与齿条96的前端相咬合，齿条96与闸门板97的前端相固定，闸门板97的后端设置有行程限制器98，闸门板97与排放框91的后端滑动配合。
67.请参阅图7，本发明提供一种流域生态系统模拟模型及构建方法，布雨装置 10包括吸收管101、第二水泵102、分流管103、第一排放管104、第一布雨头 105、第二排放管106和第二布雨头107，第二水泵102安装于模型框1的内部右端，吸收管101与第二水泵102的左端相连通，第二水泵102与分流管103 的底部相连通，分流管103的顶部左右两侧相对设置有第一排放管104和第二排放管106，第一排放管104与第一布雨头105的顶部相连通，第二排放管106 与第二布雨头107的顶部相连通。
68.在本实施例中，第一布雨头105和第二布雨头107的结构相同，第一布雨头105和第二布雨头107相互平行分布，便于模拟下雨的环境，分流管103的上端呈分叉状，便于进行分流，第一排放管104和第二排放管106上端均设置有电磁阀108，便于进行单独控制的作用。
69.参阅图1-图8，使用时，在模型框1内布置上土壤生态层2和植被覆盖层3，同时在土壤生态层2的中部开设河道5，同时通过外接电源给该模型提供电源；
70.随后根据模拟环境的不同，可以将河道5的坡度进行调节，实现高低落差，可以增设呈弯曲状，实现水系网络空间的保护及其结构优化，通过最小累积阻力模型，模拟水安全空间静态格局，增加模拟数据的精确度；
71.可以增设循环装置8、闸门装置9、布雨装置10、模拟灯具11，模拟自然流域生态环境，同时通过空气检测仪41和河道检测器6，可以检测水系结构的优化程度和各项生态系统功能变化率对功能发挥的影响，随后可以计算水系结构优化度指数和生态系统功能优先指
数，通过对指数的计算，从而求出最优化水系形态与结构；
72.并且增设了水力发电装置7，输送管85排放的水与水轮72具有高度落差，从而通过水流的推力带动水轮72进行旋转运动，使水轮72带动第一皮带轮73 同步转动，第一皮带轮73通过皮带74带动第二皮带轮75进行转动，从而驱动发电机76进行转动发电，通过电池组77能够对电量进行存储，辅助对模型提供能源，进行节能减排；
73.最后对采集数据进行统计计算，进行生态系统功能价值的动态重构，体现生态系统动态、复杂变化的特征，构建水安全空间弹性格局。
74.本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。
75.本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接。
76.以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。