本发明涉及环境研究技术领域，具体而言，涉及自循环河流生态模拟监测装置及系统。
背景技术：
水域内的水体遭受污染而导致的水生物大面积死亡事件反映了水生物及其生存环境是统一的整体，两者相互依存、相互补偿、协同进化。因此，生物行为监测成为了河流污染监测、修复、预报和评价的重要手段。然而，要想利用生物行为监测这项技术实现对环境污染情况的评估，首先需要对生物行为与环境因子变化进行研究。
但实际河道水体的水质参数变化很难控制，同时，河道内的水生物受到环境影响的行为响应也很难准确的监控到。因此要在野外河道开展实验研究来获得被污染河道连续、可靠的研究数据及资料是不现实的。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种自循环河流生态模拟监测装置及系统，用以改善上述问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种自循环河流生态模拟监测装置，所述装置包括安装组件、水循环组件、可视槽体、水动力检测组件、控制器及监测终端，所述可视槽体安装于所述安装组件，所述水循环组件包括第一进水口与第一出水口，所述可视槽体的两端分别设置第二进水口及第二出水口，所述第一进水口与所述第二出水口连接，所述第一出水口与第二进水口连接，所述水动力检测组件设置于所述第二进水口及第二出水口之间，所述控制器分别与所述水动力检测组件、水循环组件及监测终端电性连接，所述控制器用于控制所述水循环组件的工作状态，以实现对所述可视槽体内的水的流量控制，所述控制器还用于通过所述水动力检测组件获取所述可视槽体内的水的流量数据，并将所述流量数据反馈至所述监测终端，以便由所述监测终端显示所述流量数据，所述监测终端还用于向所述控制器发送控制指令，以控制所述控制器的工作状态。
进一步地，所述装置还包括进水挡板，所述可视槽体包括进水槽、出水槽及河道主槽，所述第二进水口位于所述进水槽，所述第二出水口位于所述出水槽，所述进水槽、出水槽分别设置于所述河道主槽的两侧，所述进水槽与所述河道主槽之间设置进水挡板，所述出水槽与所述河道主槽之间设置进水挡板。
进一步地，所述河道主槽包括第一槽段及第二槽段，所述第一槽段与第二槽段连通，且所述第一槽段与所述第二槽段之间构成一预设定角度。
进一步地，所述进水挡板上设置多个出水孔。
进一步地，所述进水挡板包括伸缩挡板，所述伸缩挡板从所述可视槽体的底部穿进所述可视槽体内，所述伸缩挡板的两侧分别与所述可视槽体的侧壁滑动连接，所述伸缩挡板与所述控制器电性连接，所述伸缩挡板用于根据在所述控制器的控制下朝远离所述底部的一侧伸展或朝所述底部回缩。
进一步地，所述水动力检测组件包括三角堰挡板及水位测针，所述河道主槽的两端均设置三角堰挡板及水位测针。
进一步地，所述水循环组件包括滤网及电控阀门，所述第一进水口及第一出水口均设置有滤网及电控阀门，所述滤网与电控阀门重叠设置，所述电控阀门与所述控制器电性连接，所述控制器用于控制所述电控阀门的工作状态。
进一步地，所述可视槽体包括玻璃槽体，所述玻璃槽体由有机玻璃拼接构成。
进一步地，所述装置还包括水底生态仿真层，所述水底生态仿真层固定于所述可视槽体的底部，所述水底生态仿真层包括光线仿真器、水温调节器及水速调控器，所述光线仿真器、水温调节器及水速调控器分别与所述控制器连接，所述控制器还用于控制所述光线仿真器、水温调节器及水速调控器的工作状态，以实现对多种河流状态的模拟。
第二方面，本发明实施例还提供一种自循环河流生态模拟监测系统，所述系统包括在线水质监测仪器及上述自循环河流生态模拟监测装置，所述在线水质监测仪器与所述自循环河流生态模拟监测装置中的所述监测终端电性连接，所述在线水质监测仪器的检测部设置于所述可视槽体内，所述检测部用于检测所述可视槽体内的水的水质因子数据，并反馈至所述监测终端。
与现有技术的区别在于，本发明实施例提供了一种自循环河流生态模拟监测装置及系统。其中，所述可视槽体安装于所述安装组件，所述水循环组件包括第一进水口与第一出水口，所述可视槽体的两端分别设置第二进水口及第二出水口，所述第一进水口与所述第二出水口连接，所述第一出水口与第二进水口连接，所述控制器与水循环组件电性连接，所述控制器用于控制所述水循环组件的工作状态，以实现对所述可视槽体内的水的流量控制，从而实现对真实河道内的水流情况进行模拟，为生物行为与环境因子变化之间关系的研究提供了便利。所述水动力检测组件设置于所述第二进水口及第二出水口之间，所述控制器分别与所述水动力检测组件及所述监测终端电性连接。所述控制器还用于通过所述水动力检测组件获取所述可视槽体内的水的流量数据，并将所述流量数据反馈至所述监测终端，以便所述流量数据由所述监测终端显示。相对于相关技术中在真实河道进行观测的方式而言，可以更精准地改变水动力条件及水质环境因子，以获得准确的观测或评价河流生态环境的健康状况的结果。节约研究耗时及人力物力。可实现连续长期在线监测，保证实验数据的连续性及完整性。对环境的研究及保护具有重要的意义。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的一种自循环河流生态模拟监测装置的结构示意图。
图2示出了本发明实施例提供的水底生态仿真层的示意图。
图3示出了本发明实施例提供的一种自循环河流生态模拟监测装置的另一部分示意图。
图4示出了本发明实施例提供的一种自循环河流生态模拟监测系统的示意图。
图标：100-自循环河流生态模拟监测装置；10-安装组件；20-水循环组件；30-可视槽体；31-进水槽；32-出水槽；33-河道主槽；331-第一槽段；332-第二槽段；34-第二进水口；35-第二出水口；40-水动力检测组件；50-进水挡板；60-水底生态仿真层；61-光线仿真器；62-水温调节器；63-水速调控器；70-控制器；80-监测终端；200-自循环河流生态模拟监测系统；201-在线水质监测仪器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
请参照图1，图1示出一种自循环河流生态模拟监测装置100的示意图。所述自循环河流生态模拟监测装置100包括安装组件10、水循环组件20、可视槽体30、水动力检测组件40。所述可视槽体30安装于所述安装组件10，所述水循环组件20与可视槽体30连接。水动力检测组件40设置于可视槽体30内。
上述安装组件10由型钢构成。具体地，可以根据所要模拟河道底质、水体重量及水压力选择型钢大小来确保装置的安全使用。
上述水循环组件20包括第一进水口与第一出水口。上述水循环组件20通过第一进水口与第一出水口与可视槽体30连通，以实现可视槽体30内水的循环。水循环组件20还包括给、排水管道及循环泵，循环泵的两侧分别与给排、水管道连接。第一进水口与第一出水口分别设置于给、排水管道远离循环泵的一端。可选地，水循环组件20包括滤网及电控阀门，所述第一进水口及第一出水口均设置有滤网及电控阀门，所述滤网与电控阀门重叠设置。所述电控阀门用于调节可视槽体30内的水的流量及流速。
可视槽体30的两端分别设置第二进水口34及第二出水口35。所述第一进水口与所述第二出水口35连接，所述第一出水口与第二进水口34连接。使可视槽体30内的水在水循环组件20的控制下具有一定的流速、流向等。可选地，可视槽体30可以是玻璃槽体，所述玻璃槽体由有机玻璃拼接构成，如此即可方便拆卸和组装模拟各种构造的河道。优选地，有机玻璃的厚度超过2cm。所述可视槽体30包括进水槽31、出水槽32及河道主槽33，所述第二进水口34位于所述进水槽31，所述第二出水口35位于所述出水槽32，所述进水槽31、出水槽32分别设置于所述河道主槽33的两侧。进一步地，河道主槽33包括第一槽段331及第二槽段332。所述第一槽段331与第二槽段332连通，且所述第一槽段331与所述第二槽段332之间构成一预设定角度。第一段与所述第二槽段332之间的连接处以弧形玻璃板拼接，以模拟河道拐弯处。可视槽体30内可以投放实验所用到的活体鱼种，还可以有一些常见的河流生物如小虾、螺蛳、螃蟹及泥鳅等模拟一个现有的生物群落。
所述自循环河流生态模拟监测装置100还包括进水挡板50。所述进水挡板50设置于可视槽体30内。可选地，所述进水槽31与所述河道主槽33之间可以设置进水挡板50，所述出水槽32与所述河道主槽33之间也可以设置进水挡板50。所述进水挡板50上设置多个孔径为2cm的出水孔。出水孔均匀设置在进水挡板50上，起到缓冲、消能作用，能更真实地模拟天然河道的水流情况。作为一种可能的实施方式，所述进水挡板50包括伸缩挡板，所述伸缩挡板从所述可视槽体30的底部穿进所述可视槽体30内，所述伸缩挡板的两侧分别与所述可视槽体30的侧壁滑动连接。所述伸缩挡板可以根据接收到的指令朝远离所述底部的一侧伸展或朝所述底部回缩。以模拟不同的水流环境。
所述水动力检测组件40设置于所述第二进水口34及第二出水口35之间。所述水动力检测组件40包括三角堰挡板及水位测针，所述河道主槽33的两端均设置三角堰挡板及水位测针。
所述自循环河流生态模拟监测装置100还包括如图2所示的水底生态仿真层60。所述水底生态仿真层60固定于所述可视槽体30的底部，所述水底生态仿真层60包括光线仿真器61、水温调节器62及水速调控器63，所述光线仿真器61、水温调节器62及水速调控器63用于实现对多种河流状态的模拟。例如，光线仿真器61用于仿真光照条件，光线仿真器61可以是潜水灯。水温调节器62用于仿真不同区域的河流的水温度情况。进一步地，水底生态仿真层60铺设河底基质如卵砾石、泥沙及水草等物质构建成具有有一定长度的沟槽形状，以使水保持一定的流动性。
如图3所示，上述自循环河流生态模拟监测装置100还包括控制器70及监测终端80。所述控制器70分别与所述水动力检测组件40、水循环组件20及监测终端80电性连接，所述控制器70用于控制所述水循环组件20的工作状态，以实现对所述可视槽体30内的水的流量控制，所述控制器70还用于通过所述水动力检测组件40获取所述可视槽体30内的水的流量数据，并将所述流量数据反馈至所述监测终端80，以便由所述监测终端80显示所述流量数据，所述监测终端80用于向所述控制器70发送控制指令，以控制所述控制器70的工作状态。需要说明的是，所述光线仿真器61、水温调节器62、水速调控器63及电控阀门也分别与所述控制器70连接。所述控制器70还用于控制所述光线仿真器61、水温调节器62、电控阀门及水速调控器63的工作状态，以实现对多种河流状态的模拟。相关工作人员可以通过监测终端80向控制器70发送控制指令，以控制光线仿真器61、水温调节器62及水速调控器63的工作状态，达到需要模拟的河道基本要求。再控制所述电控阀门的工作状态，以满足对不同水速及流量的控制。
进一步地，控制器70还与所述伸缩挡板电性连接，所述伸缩挡板在所述控制器70的控制下朝远离所述底部的一侧伸展或朝所述底部回缩。优选地，所述电控阀门也与所述控制器70电性连接，所述控制器70用于控制所述电控阀门的工作状态。
通过上述设计，自循环河流生态模拟监测装置100至少具备以下优点：
(1)该装置可根据所要模拟的河道对河槽基底进行随意铺设，可进行任何时间的科研试验工作，还可全年在线监测河槽的水质、水温、流量和流速；连续长期在线监测，保证实验数据的连续性及完整性。
(2)该装置可根据实验方案设置来随意控制河道水体水质参数，具有天然实际河道中无法控制水体水质参数变化的优势，比天然实际河道更为简易、更为人为控制的河道模型。
(3)该装置槽体全部采用2cm厚的有机玻璃制作，防腐无毒、耐用、耐水压。通过透明的有机玻璃槽体可以直观的监测到实验生物的生活习性、游泳能力、栖息地变化以及在不同生态环境条件下产生的行为响应。也可根据河道实际情况来模拟光照强度、时长、噪音及河流水质、水动力条件等不同实验条件下实验生物的行为响应。
(4)该模拟装置采用可调节的水循环系统，可以根据需要调节河道水体流速，提高了该装置的使用范围。
(5)该装置可根据安装现场条件模拟成直流河道，也可以模拟带有弯道的河流，整套模拟系统为可拆卸式，方便清理、搬运及组装。
第二实施例
请参考图4，图4示出了本发明实施例提供的一种自循环河流生态模拟监测系统200。所述系统包括在线水质监测仪器201及第一实施例提供的自循环河流生态模拟监测装置100。所述在线水质监测仪器201与所述自循环河流生态模拟监测装置100中的所述监测终端80电性连接，所述在线水质监测仪器201的检测部设置于所述可视槽体30内，所述检测部用于检测所述可视槽体30内的水的水质因子数据，并反馈至所述监测终端80。由监测终端80对水质因子数据进行显示。上述系统运行过程中，相关工作人员可以人工投放污染物，再控制自循环河流生态模拟监测装置100对可视槽体30内的水动力条件进行控制，则可以根据监测终端80的显示的数据研究污染物在河道中的迁移、运动规律、污染对河流生物群落的影响、河流净化能力以及河流的各种水文特征等。
综上所述，本发明实施例提供的一种自循环河流生态模拟监测装置及系统。所述装置的可视槽体安装于所述安装组件。所述水循环组件包括第一进水口与第一出水口，所述可视槽体的两端分别设置第二进水口及第二出水口，所述第一进水口与所述第二出水口连接，所述第一出水口与第二进水口连接，所述控制器与水循环组件电性连接，所述控制器用于控制所述水循环组件的工作状态，以实现对所述可视槽体内的水的流量控制，从而实现对真实河道内的水流情况进行模拟，为生物行为与环境因子变化之间关系的研究提供了便利。所述水动力检测组件设置于所述第二进水口及第二出水口之间，所述控制器分别与所述水动力检测组件及所述监测终端电性连接。所述控制器还用于通过所述水动力检测组件获取所述可视槽体内的水的流量数据，并将所述流量数据反馈至所述监测终端，以便所述流量数据由所述监测终端显示。相对于相关技术中在真实河道进行观测的方式而言，可以更精准地改变水动力条件及水质环境因子，以获得准确的观测或评价河流生态环境的健康状况的结果。节约研究耗时及人力物力。可实现连续长期在线监测，保证实验数据的连续性及完整性。对环境的研究及保护具有重要的意义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。