模块化流域治理智能组网式可移动漂浮装置的制作方法

1.本发明属于水利工程学科中的流域治理技术领域，具体涉及模块化流域治理智能组网式可移动漂浮装置。


背景技术：

2.针对流域自然灾害防治问题，主要可分为流域监测方式和灾害治理手段两个方面来研究，现阶段的技术手段主要分述如下：
3.首先是监测方式，以往的流域监测手段多为沿流域设置水文站，通过水文站观测和收集河流、湖泊和水库的水文、气象资料，但此种方式存在一定局限性，即仅可以收集水文水质气象资料，对流域内的水工建筑物无法进行有效监测。目前针对水工建筑物的安全监测主要依靠在建筑物建设期埋入的传感器收集相关数据，通过局域网发送到水电站的数据处理中心进行监测数据的分析处理，但此种方法实施起来同样存在较多困难，比如因传感器埋入坝体后便无法触及，一旦出现损坏也无法进行检修更换。同时，传感器长期不进行检修校准会导致测得的数据精度产生误差，有可能会对水工建筑物的健康状态出现误判，严重的可能会引发重大事故。
4.其次就是灾害治理手段方式，流域灾害主要可以分为堤防溃决和流域水污染，二者都会给国家经济和人民生命财产安全带来巨大的威胁，目前针对这两种灾害主要的抢险方式可总结如下：堤防决口抢险一般多采用人工抛掷砂石的方式进行封堵，但此种方式在抢险过程中危险性很高，抢险人员的生命安全往往不能得到很好的保障，在人工抛填不易实施的某些情况下，也可采用机械抛填，但机械抛填的封堵方式灵活性不高，会增加决口封堵的时间，可能造成更大的损失。而对于水体污染修复治理的问题，现阶段主要采用化学处理的方式，通过污水处理厂的降解、中和等一系列操作，最终达到净化水质的目的。但这种方式处理效果受多种因素约束，并且操作不当容易导致水体的二次污染，治理效果不是很理想。


技术实现要素：

5.为了弥补现有技术的不足，本发明提供模块化流域治理智能组网式可移动漂浮装置，可对流域中指定位置水质、水工建筑物进行监测；封堵抢险过程中耗费的成本低且效率高。
6.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
7.模块化流域治理智能组网式可移动漂浮装置，其特征在于：
8.整体外形为六边形船体结构，包括顶部、中部、底部三个部分；
9.顶部区域为空腔结构，外壳包括设置于中心位置的圆形舱门和六块倾斜的太阳能光伏板，内部舱室空间内设置有光伏发电设备和生物能转化及储能设备，用于进行电能的生产和存储；
10.中部区域为核心功能区，包括六个区块，分别为装置中控区、水文监测区、水质监
测区、无损检测区、结构修复区和生态修复区；
11.所述装置中控区内设置有中央处理器，用于接收、处理及发射信号；所述水文监测区内设置有水文监测设备，用于监测流域中指定位置的水文信息；所述水质监测区内设置有数值监测设备，用于监测流域特定位置的水质情况并做分析处理；
12.所述无损检测区用于对流域中水工建筑物的安全进行监测，内部设置有地探雷达和可进行计算机层析成像和三维激光扫描的水下监测微型机器人；
13.所述结构修复区用于存储水工建筑物封堵填补材料；所述生态修复区内设置有可机械清挖的清淤装置和水体曝气及水质修复微生物设备；
14.底部区域为空心壳体结构，分为上下两个区域，上部区域内设置有特种设备，下部区域内设置有驱动装置。
15.优化地，所述可移动漂浮装置可在堤防决口处进行拼接组合，可对堤防决口进行封堵。
16.具体地，所述水质监测区的监测项目包括水的浑浊度、cod、bod、硝酸盐、亚硝酸盐、水的酸碱度、色度、硬度以及水的导电性。
17.具体地，所述水文监测设备监测的水文信息包括指定位置的水位、流量、泥沙量、降水量和蒸发量。
18.具体地，所述底部区域内的驱动装置为发动机或螺旋桨。
19.本发明的有益效果：
20.1)本发明整体外形设计为六边形船体结构，满足可移动式漂浮功能，可快速到达流域内任何地点，完成监测数据的获取；
21.2)本发明可通过拼接搭建组合的方式，在堤防决口处搭建临时浮桥，对堤防决口进行快速封堵，提高应急抢险的机械化水平和效率的同时，避免了人工操作的危险性；
22.3)本发明功能区包括中控区、水文监测区、水质监测区、无损检测区、结构修复区和生态修复区，功能完善，可快速高效的进行流域内的水文水质监测及水工建筑的安全监测，大大提高了对流域的监测能力。
附图说明
23.图1为单体装置结构三维结构示意图；
24.图2为装置顶层结构示意图；
25.图3为装置中层结构示意图；
26.图4为装置底层结构示意图；
27.图5为装置整体结构及内部分区示意图；
28.图6为装置拼合组装结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
30.传统的安全监测技术多是通过在水工建筑物施工期间安装多种不同监测设备，在施工运行期对坝体变形、渗漏、应力应变进行监测，但对于整条流域内各种涉水建筑物的全生命周期的监测往往会因为设备安装范围不够广泛，无法对所有流域内所有建筑物进行实
时全面的监测。故本装置整体外形设计为六边形船体结构，满足可移动式漂浮功能，利用装置的机动灵活性可快速到达流域内任何地点，并通过装置内部携带的各项先进监测设备可快速精确的获取水工建筑物的健康状态；
31.针对管涌、坍塌、溃决险情，本装置可通过拼接搭建组合的方式，在堤防决口处搭建临时浮桥，可对堤防决口进行快速封堵，提高应急抢险的机械化水平和效率的同时，避免了人工操作的危险性；如图6所示，拼接后的结构形式可根据实际需要完成，结构稳定、架设速度快，能在没有桥梁或桥梁断裂坍塌时快速在水面上铺设平稳的涉水通道。
32.如图1、图5所示，本发明整体外形为六边形船体结构，包括顶部、中部、底部三个部分；
33.本装置由清洁能源支撑运行，无需外部能源注入，不仅可以实现动力自给，还可以为外部设备提供电力。如图2所示，顶部区域为空腔结构，外壳包括设置于中心位置的圆形舱门和六块倾斜的太阳能光伏板，内部舱室空间内设置有光伏发电设备和生物能转化及储能设备，用于进行电能的生产和存储；装置内部安装有高性能动力电池组，满负荷状态下可以维持装置进行长时间运行，为装置的动力提供了有效保障。同时，在环境条件适宜时，太阳能光伏板可以为电池组进行充电，增加了装置的续航能力。在环境不适宜发电，且装置需要长期运行时，还可以采用存储的生物醇燃油提供动力。装置内部搭载生物醇燃油制造系统，可以对打捞或者吸附的可利用有机生物质进行发酵处理，将发酵物提取加工成生物醇燃油，储存于油箱中备用。当生物醇燃油产量丰富时，可以存储于外置存储罐中，为其他设备提供动力源。
34.如图3所示，中部区域为核心功能区，包括六个区块，分别为装置中控区、水文监测区、水质监测区、无损检测区、结构修复区和生态修复区；
35.装置中控区内设置有中央处理器，用于接收、处理及发射信号；水文监测区内设置有水文监测设备，用于监测流域中指定位置的水文信息，水文信息包括指定位置的水位、流量、泥沙量、降水量和蒸发量；
36.水质监测区内设置有数值监测设备，用于监测流域特定位置的水质情况并做分析处理，水质监测区的监测项目包括水的浑浊度、cod、bod、硝酸盐、亚硝酸盐、水的酸碱度、色度、硬度以及水的导电性；当需要对某区域水质进行监测时，通过各个装置去往不同的地点采样分析，并实时将分析数据上传至中央系统，最快的获取目标区域水质情况；其次，本装置通过携带的微型机器人采集不同深度水样，对水样进行理化分析及水中浮游生物含量分析，快速得到水样污染情况，并且针对如今底泥污染日益严重，可以通过微型机器人采集底泥样本进行污染程度分析；同时装置内部还可携带足量水生物监测样本，利用生物监测的手段，其在不同水质环境条件下释放水生物样本，观察其相应的活动变化状况的不同及体质的变化情况，可得出对水质的定性评价结果；最终通过各个装置采集汇总到系统中的结果绘制区域水样污染程度图，对目标区域的水质情况得到总体的判断。
37.无损检测区用于对流域中水工建筑物的安全进行监测，主要为坝体位移、裂缝、浸润线、渗流量、应力、温度等；针对这些监测量，本装置设计采用探地雷达技术对水工建筑物进行监测，探地雷达方法是通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的截面时发生发射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和
埋藏深度。
38.同时，本装置利用体内携带的微型机器人进行安全监测，装置可随时放出微型机器人进入水下，对结构水下人为无法观测的部位进行实时拍摄监测，并可通过微型机器人携带的计算机层析成像技术和三维激光扫描技术测绘出结构剖面以至三维立体内的结构景象，并根据岩土介质对激发源吸收的情况，结合工程地质认识，对水工建筑物进行诊断。并且本装置拟与大坝安全监测系统相连接，可实时的接受安全检测系统的调派指挥，当结构物某部位需要监测或出现问题时，可利用本装置的灵活机动性，快速的到达目的地开展相关作业。
39.结构修复区用于存储水工建筑物封堵填补材料，当发现水工结构出现裂缝或其他结构损伤险情时，可利用该区域中存放的封堵填补材料对水工建筑物进行快速修复；生态修复区内设置有可机械清挖的清淤装置和水体曝气及水质修复微生物设备；
40.如图4所示，底部区域为空心壳体结构，分为上下两个区域，上部区域内设置有特种设备，有可机械清挖的清淤装置和水体曝气及水质修复微生物设备，可对流域水质问题进行快速应急处理；下部区域内设置有驱动装置，可选用发动机或螺旋桨，使得本装置顺利运行至指定区域。
41.当需要进行河道底泥清淤时可进行清挖处理，清挖的底泥在舱体内部加工室进行加工处理，产生相应的生物有机质可以进行生物发酵，提供生物醇燃油。此外，因装置携带了水体曝气设备，可以扰动水体并将氧气掺和在水体内部，故本装置还应用于日常河流水体净化作业，定期在河面湖面行驶过程即可达到水体的净化功能；其次装置在行进过程中，分部投放高效生物质活性炭，实时吸附水体中的污染物质，也可达到净化水体的目的。
42.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。