[发明专利]用于水华预警的藻类复苏及垂向迁移监测装置及监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及水环境保护技术领域，特别涉及一种用于水华预警的藻类复苏及垂向迁移测量装置及监测方法。

背景技术

湖泊水库水华灾害波及面宽，次生灾害严重，快速准确地预警水华暴发对湖库水环境治理十分重要。水华本质是水生态系统突变后水体中藻类密度从低到高的急剧增长现象，影响水华暴发的原因包括非生物因素和生物因素两方面，非生物因素（如水流、气象、水质等）是水华暴发的诱因，而生物因素（藻类生理特性及繁殖策略）是水华暴发的内因。

已有的水华预测工作往往从较易测量的外因这一角度入手，往往回避了较难测量的水体藻类自身生理习性特征。目前常采用基于数学模型和原型观测方法进行水华预测，但这些方法均存在以下一些明显的缺点：

1、数学模型是求解近似描述水生态系统的常微分方程组，涉及的近似参数往往超过数十个，只能模拟出水生态系统变化的季度变化趋势，不能实时预报水华，预测误差往往超过数周乃至数月，即使通过改进模型方程或求解技术也不能克服该问题。

2、原型观测方法（包括遥感技术）只能在局部水华暴发后进行快速通报预警，不能做到提前预警预报，究其原因，水华暴发过程非常短暂，在数小时之内藻类就会大量聚集繁殖覆盖在水面，现有技术只能测量影响水华暴发的环境要素和藻类现有数量，不能实时观测水中藻类细胞的生理特性及繁殖策略。

孔繁翔等人所著的文献“大型浅水富营养化湖泊中蓝藻水华形成机理的思考”中提到根据水生态学基本理论和野外水华过程原位观测表明，湖库水华（如常见蓝藻水华）形成过程大致分为“藻类休眠”、“藻类复苏”、“生物量增加（生长）”、“上浮及聚集”四个阶段。由此可知，水华暴发是冬季休眠的藻细胞大量萌发复苏，重新进入上覆水、不断垂向迁移进入上层水体吸收养分，待环境条件适宜时，在短时间内迅速繁殖聚集的全生命周期行为。

因此，开展实时水华预警最理想、最适宜的监测阶段应是水华暴发前底泥休眠藻类细胞的复苏和上浮时段，一旦准确获知该时段底泥-上覆水藻细胞垂向迁移突变数据，配合以外因监测信息，既可在最早期准确预警水华。由于藻类细胞尺寸微小、活动状态不明显、底泥边界层出流态不恒定，目前尚无一项技术可以直接连续监测水华暴发前藻类在底泥休眠之后的复苏、上浮、迁移情况：

1、现有藻类测量技术主要是在实验室对含藻水样进行抽滤萃取，然后用显微镜观测计数或者用分光光度法、荧光检测法及高效液相色谱法测定藻类叶绿素及其降解产物。这些方法虽然准确精密，但是需要将含藻水体样品取回实验室，用实验试剂进行处理，再通过精密仪器进行观测，操作较为复杂，对监测条件要求也较高，存在明显的时间滞后。例如，专利申请号为2012103918020、名称为“一种捕集水库藻类垂向迁移装置”的发明专利公开了一种捕集水库藻类垂向迁移装置，通过水样收集柱和藻类捕集网的方式采集不同水深（不涉及底泥-上覆水）中藻类样本，带回实验室后再进行测定。

2、常见的藻类监测设备如探头式藻类荧光仪等，由于设计缺陷均只做到对表层水体中的藻类数量进行测量，都不能够直接、实时、微观监测底泥藻类细胞的复苏以及藻类在底泥与上覆水之间的垂向迁移情况，不能够及时得知藻类越冬后的复苏时间与迁移通量。

综上所述，提供一种能够克服上述现有技术中的局限和缺陷且快速准确地预警水华暴发的测量装置及监测方法，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于水华预警的藻类复苏及垂向迁移监测装置及监测方法，实时监测底泥中休眠藻类细胞的复苏、底泥与上覆水之间的垂向迁移的情况，并进行实时数据的存储和传输，从而为潜在水华暴发提供最早期的预警信息。

为实现上述目的，本发明提供一种用于水华预警的藻类复苏及垂向迁移监测装置，其包括水面控制单元和水底测件单元两部分；所述水面控制单元设有浮台，所述浮台上方安装有第一无线通讯器和天线，该浮台下方安装有卷扬机，所述卷扬机通过缆绳与所述水底测件单元相连接；所述水底测件单元包括设备箱、测量架和采集箱；所述的采集箱的底面能够粘附藻类细胞，所述采集箱的底面还设置有卷材，该卷材能够粘附脱离了采集箱底面的藻类细胞；所述的测量架上安装有激光光源和荧光接收器，该激光光源发射激光于卷材上从而激发卷材上粘附的藻类细胞发出荧光，产生荧光信号被荧光接收器接收；