1.本发明涉及矿区生态修复方面的研究领域，特别涉及一种基于煤矿地下水库的离网光伏智能灌溉系统。
背景技术：2.煤炭开采后会对矿区生态环境造成严重影响，尤其是地表植被会因水位下降、水土流失等原因大面积退化或死亡，进而破坏区域的生态平衡，造成系列环境问题。因此，对矿区生态进行修复极为必要。
3.资源的有效供给是确保矿区生态修复效果的核心要素。然而，煤矿企业多建设在远离城乡，且无基础供水系统的区域，在开采完毕后进行生态修复时，首先需要解决的就是植被复绿的用水问题，现有的技术主要是依靠当地大气降水、人工铺设管路或修建蓄水设施等方式为植被生长提供水分。但我国煤炭资源多赋存在北部或西北部的干旱半干旱区域，在新疆地区大气降水量稀少，地表径流也不丰富，同时地表植被稀疏保水能力较弱，造成了地表水资源的蒸发量远大于补给量。
4.国的煤矿地下水库技术，充分利用采空区形成的地下空间蓄积水资源，有效减少了矿区水资源的蒸发量，增加了矿区水资源的蓄积量。但在矿区复垦复绿时期需要进行长期的大面积的植被灌溉工作，此阶段的用水量大且灌溉面积广，因此，日蒸发量也非常大，尤其是像新疆等区域具有日照时间长、强度大的气候特征，白天进行浇灌势必会造成大量水分快速蒸发，无法满足植被生长的用水需求，且地下水库的容积相对矿区生态修复的长期用水量也显不足。如何根据当地的天气条件，土壤墒情，水资源补给条件等影响植被生长的要素，科学的进行无人值守的灌溉尚未有系统的解决方法。
技术实现要素：5.为改善干旱矿区植被复绿用水阶段，地表水蒸发与补给的不平衡关系。本发明提出利用煤矿地下水库结合太阳能蓄电供电技术，形成干旱矿区植被灌溉的智能调控系统，实现白天蓄能，夜间自动分时分区对矿区地表植被进行灌溉的生态修复方法，以此改善干旱矿区生态修复水资源匮乏的问题。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于煤矿地下水库的离网光伏智能灌溉系统，由矿区地下水库、离网光伏灌溉系统和地表生态修复系统三部分组成。
7.本系统的控制方案为：根据干旱矿区不同季节地表径流、大气降水的补给量的变化特征，设置集水和灌溉期。
8.本发明是将新疆的煤矿地下水库的水资源充分利用起来，汇聚地下水资源和地标季节性过量用水，改善生态修复水资源匮乏的问题。由于新疆光照强的特点，利用太阳能在白天进行光伏发电为系统提供能量，白天光照强温度高蒸发量较大，所以夜间错时进行地表生态环境用水，有效的减少蒸发量，缓解了新疆径流量小于蒸发量的情况，同时将矿区地表设计为波浪形态，分区域安装土壤墒情传感器和光敏传感器等检测装置，设置阈值，增加
水资源的利用率，最终能够提高地表植被覆盖率，改善矿区的地表生态环境。
9.煤矿地下水库的概念是利用煤炭开采形成的采空区垮落岩体空隙，将安全煤柱用人工坝体连接形成水库坝体，建设矿井水入库设施和取水设施，对矿井水进行分时分地储存及分质分期利用。煤矿地下水库可以实现人为控制坝体安全和调控利用水资源。供井下生产和地面生产、生态和生活利用。同时建设水量监测，进出水路管等设施。此外还可以建设水电站将地表水收集管道中的水势能转换能电能。同时通过设置地表收集渠道的方式，将降雨和冰雪融水储存在地下水库中，可以进一步扩大这个煤矿地下水库具有储存水的优势。
10.系统的第二部分是离网光伏灌溉系统，离网光伏发电系统充分利用新疆丰富的光照条件为系统提供动力，根据光照、温度的不同错时发电与供水，避免水资源的浪费，充分利用资源改善地表生态环境。如图2所示，离网光伏灌溉系统主要由光伏阵列、光伏控制器、蓄电池组、离网逆变器、交流电机与水泵组成。具体如下：系统的第二部分是离网光伏灌溉系统，离网光伏发电系统充分利用新疆丰富的光照条件为系统提供动力，根据光照、温度的不同错时发电与供水，避免水资源的浪费，充分利用资源改善地表生态环境。如图2所示，离网光伏灌溉系统主要由光伏阵列、光伏控制器、蓄电池组、离网逆变器、交流电机与水泵组成。具体如下：光伏阵列：由多块太阳能电池组件组串构成,其吸收日照辐射能量并将其转化为直流电,为整个系统提供动力来源。
11.光伏水泵逆变器：将光伏阵列输出的直流电转换为交流电并驱动水泵。光伏控制器：通过最大功率跟踪将光伏极板产生的电场能量，高效地转化给蓄电池组。
12.蓄电池组：将输出的电能进行储存，也可释放储存的电能。
13.交流电机与水泵：将电能转换成机械能再到水势能的核心部件。
14.部分为地表生态修复系统，地表生态修复系统是由地表铺设管道和检测装置构成。地表生态修复系统通过管道提供地表修复用水，还能通过检测装置实现智能高效用水。在矿区地表分区域安装土壤墒情传感器。土壤墒情传感器可以检测地表环境的土壤湿度，使得水资源利用更加合理化智能化，利用铺设好的管道对土壤水分不足的区域进行灌溉。同时为了充分利用水资源，将矿区地表的微地貌设计为波浪形态，一方面，方便地表生态修复时水资源有效利用。另一方面，波浪形的沟底可以收集自然界植物的种子，加上充足的水资源，可以使地表的植物大量生长，有利于矿区地表的修复。
附图说明
15.为了更加清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做一简单的介绍。
16.附图1为基于煤矿地下水库的离网光伏灌溉系统结构图;附图2为系统的离网光伏灌溉系统结构示意图；附图3为离网光伏系统白天工作流程示意图；附图4为离网光伏系统夜晚工作流程示意图图中：1、地下水库系统；2、离网光伏灌溉系统；3、地表生态修复系统；101、地下水
库；102、集水管道；103、集水渠道；104、供水管道；201、光伏阵列；202、光伏控制器、蓄电池组、离网逆变器；203、传输线路；301、灌溉管道。
具体实施方式
17.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
18.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
19.如图1所示，本发明提供的煤矿地下水库，煤矿地下水库可以实现人为控制坝体安全和调控利用水资源。同时可以通过集水渠道将冰雪融水、降雨等水资源引入地下水库中保存，增加可利用的水资源，缓解水资源时间空间分布不均的压力。
20.新疆春冬两季地表水分满足矿区植被要求，不需要额外的进行供水，此时期的功能为收集水资源储存到地下水库，此时光伏发电和水力发电可以供日常需要，不需要大量储存电能。在夏秋两季时，此时地表水资源不能满足矿区地表植物生长需要，此时需要利用将地下水库中的水运送到地表，通过地表生态修复系统改善矿区的地表生态环境。由于新疆夏秋两季白天光照强、温度高，地表水径流量小于蒸发量，白天不宜进行供水，有利于光伏发电，所以白天只进行发电过程，夜间将水资源运送到矿区地表，通过地表生态灌溉系统，改善地表植被复绿的用水问题。
21.如图2所示的为离网光伏灌溉系统，系统由光伏阵列、光伏控制器、蓄电池组、离网逆变器、交流电机与水泵组成。进一步地由于新疆需供水时期气候特殊，白天温度高、光照强，地表水分蒸发量大于径流量，不适合进行供水工作，如图3所示当处于白天时，所以只进行发电工作。光伏阵列把光能转换为电能，然后通过控制器将光伏阵列产生等直流电通过dc/dc变换器储存到蓄电池组中。如图4所示，到夜晚时，温度降低光照减弱，地表蒸发量大大减少，可以进行供水工作，修复地表的生态。此时通过控制器，使得蓄电池组中的直流电通过dc/ac逆变器转换成可以供交流电机直接使用地交流电，驱动水泵机组工作。进一步地，交流电机和水泵提供动力从地下水库中抽取水源，通过地下水库抽水管道和地表铺设地灌溉管道，将水资源利用与矿区地表生态修复。
22.最后为地表生态修复系统，通过铺设管道实现矿区生态修复供水，同时在矿区地表分区域安装土壤墒情传感器。用于检测地表环境的土壤湿度，利用铺设好的管道对土壤水分不足的区域进行灌溉。实现矿区地表修复的智能与高效。
23.进一步的，为了安全考虑，本方案进行地下水库容量估测，设置水库水容量的警戒线，进行水位监测，当水库中储水达到警戒线时，关闭收集管道，停止收集地表水资源。保证系统的安全运行，同时在进水管道中加入水力发电装置，将下落的水的势能转换为电能。
24.进一步的，本发明考虑系统的智能与高效程度，在光伏发电系统中加入光敏电阻用于检测光照强度，在土壤中加入土壤墒情传感器用于检测土壤中水分，分别根据实际情况设置两检测装置的阈值，光伏阵列不设阈值，但分区域的灌溉系统需要土壤中的水分和光照强度都满足阈值条件，仅其一满足灌溉系统不会启动，加入这一组检测装置，可以解决一些特殊情况，避免水资源的浪费和供水不及时的情况发生。
25.分利用水资源，我们将矿区地表微地貌设计为波浪形态，方便地表灌溉，另一方面，波浪形的沟底可以收集自然界植物的种子，加上充足的水资源，可以使地表的植物大量生长，有利于矿区地表的修复。同时地表设计为倾斜状态，在最低点设计收集渠道，方便多余地表水资源的收集与储存。