一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的方法与流程

本发明属于池塘养殖技术领域，具体涉及一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的方法及系统。

背景技术：

池塘内循环流水养殖(inner-pondcirculatingaquaculture,ipa)俗称：跑道养殖，已成为浙江绿色渔业转型发展的重要养殖模式之一，据不完全统计，截止2018年6月，全省已建成的跑道已有452条，在建的还有157条。其主要技术原理是通过对养殖池塘进行工程化改造，建立养殖集中区(流水槽)和水质净化区(套养滤食性鱼、虾、贝类或种植水生植物)两大功能区域，利用推水、曝气设备和吸污装置使池塘养殖水体流动且饲料残饵和粪便大量集中清除，实现养殖水体的循环利用。因其清洁生产理念契合了水生态环境保护的要求，得到了各地政府重视和支持。然而，实际应用中发现池塘内循环流水养殖模式还存在较多问题，主要表现为：1)因槽内鱼类养殖密度较高，若水体溶氧调控仅仅是利用设备原有的推水增氧和底增氧技术，在夜间很难保障水体的溶氧含量，不仅造成鱼体代谢受阻、导致饵料利用率降低，而且会造成水体氨氮和亚硝酸氮等含量升高，一定程度上影响了该模式的生态净水作用；2)不合理的推水增氧不仅大量增加能耗，而且在一定时间内推水量越大越易造成槽内水体缺氧。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通过精准调控养殖水体溶解氧实现养殖水体24h溶解氧含量均在5mg/l以上，改善养殖环境，降低养殖成本和设备能耗的池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的系统及方法。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的方法，其特征在于：包括，

推水机，用于日间养殖池内增氧；

底增氧设备，用于夜间/凌晨养殖池内增氧；

纯氧设备，用于凌晨时分养殖池内增氧；

流量计，设置于养殖池与推水机、底增氧设备、纯氧设备之间，用于实时反馈氧气输出流量；

数据采集模块，用于采集推水机、底增氧设备、纯氧设备氧气输出流量、启停时间以及养殖池和净化区内的溶解氧含量数据；

计算机，与推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及设置于净化区内的叶轮式增氧机连接，用于调控养殖水体溶解氧。

本发明在晴天及阴雨天的基础上利用计算机、数据采集模块等建立标准的养殖水体溶解氧变化曲线，在养殖池内全天候增氧过程中根据数据采集模块采集数据建立实时溶解氧变化曲线，并对养殖池、集污区、净化区的溶氧值进行趋势预判，动态输出控制推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及叶轮式增氧机的启停来调控养殖水体溶解氧和调节养殖水体的水质，计算机在预判过程中将标准养殖水体溶解氧变化曲线与实时溶解氧变化曲线比对，出现阀值超标情况及时通过报警器进行预警启动应急处理，保证水产养殖物正常所需的氧气，通过智能化控制在不同时段选择不同的增氧方式来降低设备运行能耗和养殖成本，更实现了养殖水体24h溶解氧含量均在5mg/l以上来提高水产养殖物的摄食率增加，病害发生几率降低。

进一步的，计算机内建设有溶解氧变化曲线，根据数据采集模块采集数据建立实时溶解氧变化曲线，并对养殖池、集污区、净化区的溶氧值进行趋势预判，动态输出控制推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及叶轮式增氧机的启停来调控养殖水体溶解氧。

计算机内建设溶解氧变化曲线过程为：在环境相似的条件下(包括晴天、阴雨天)，进行不同浓度的氧气进气量梯度实验，获得溶解氧浓度变化曲线作为溶解氧变化曲线，溶解氧变化曲线采用混合算法模型进行建立。

进一步的，计算机还连接有报警装置用于数据异常时进行报警输出。养殖池和净化区内均设有与数据采集模块连接的溶解氧传感器，当溶解氧传感器检测到的水体溶解氧低于5mg/l时，计算机控制报警装置进行报警，提醒养殖人员进行应急工作，该报警装置为声光报警装置或语言报警装置，根据实际情况还可将报警装置通过无线连接技术与对应人员的手机等移动设备连接。

进一步的，推水机、底增氧设备、纯氧设备分别与养殖池配合连接，养殖池依次连通集污区、净化区。用于实现分时段分设备不同的增氧方式对养殖池内进行增氧来降低设备运行能耗和养殖成本。

进一步的，

推水机日间增氧时间为6:00-18：00，根据测定养殖池外塘24h内的水体溶解氧选择推水机于6:00-18：00这一时间段推水对有效增加养殖池内的养殖水槽中的水体溶氧含量具有积极的作用。

底增氧设备夜间增氧时间为18:00-3:00，凌晨增氧时间为3：00-6:00，底增氧设备凌晨增氧启动50％的底增氧设备，根据测定养殖池外塘24h内的水体溶解氧情况在夜间及凌晨选用推水机进行增氧明显不适合因此在夜间采用底增氧设备进行增氧操作，凌晨增氧时需采用纯氧并且由底增氧设备进行辅助增氧。

纯氧设备凌晨增氧时间为3：00-6:00，纯氧流量为0.6-0.8l/h，通过纯氧来弥补凌晨时分供氧不充足问题。

进一步的，底增氧设备包括设于养殖池水面的表层机构和设于养殖池水中的底层机构，表层机构通过软管与底层机构连接。通过表层机构来增大养殖池表层水体与水面氧气的接触提高表层水体溶氧，进而配合底层机构的增氧来实现养殖池各高度层之间水体的溶氧均衡。

进一步的，表层机构包括竖直设置的电机，电机下方输出端连接有叶轮，电机四周环绕连接端部设浮块的连杆，一连杆上设有与软管连接的充气泵。表层机构的电机驱动叶轮旋转来增大养殖池表层水体与水面氧气的接触提高表层水体溶氧，同时充气泵通过软管对底层机构内充氧，悬浮体受充氧和水中放氧作用使其在水中层上下悬浮状态。实现养殖池各高度层之间水体的溶氧均衡和水中有机物均匀分解，进而改善养殖环境。

进一步的，底层机构包括内设空腔的悬浮体，悬浮体底部设有通过连通管与空腔连通的电磁阀，以及悬浮体两侧设有与空腔连通的侧管，该侧管内设有摆板，上端面设有排气管。悬浮体上部连接气口设于空腔的软管。空腔内装有固体遇水产生氧气的增氧剂，通过计算机控制电磁阀的开启来控制与增氧剂与水体的反应，即控制增氧量，在侧管内设置的摆板一目的是通过摆板使空腔内氧气达到一定压力状态时推开摆板进行底增氧，可实现高压释放的氧气与水体的高溶解率，降低氧损失，改善养殖环境，二目的是为防止水体从排气管内倒流，具有封堵作用。

一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的方法，步骤如下：

s1：计算机内建立溶解氧变化曲线；

s2：控制推水机于6:00-18：00进行日间增氧工作；

s3：控制底增氧设备于18:00-3:00进行夜间增氧工作；

s4：控制纯氧设备和底增氧设备于3：00-6:00进行凌晨增氧工作；

s5：养殖池增氧过程中数据采集模块采集数据在计算机内建立实时溶解氧变化曲线，计算机对养殖池、集污区、净化区的溶氧值进行趋势预判，动态输出控制推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及叶轮式增氧机的启停来调控养殖水体溶解氧。

本发明通过智能化控制推水增氧、底增氧以及外塘增氧时间以及增设纯氧设备，实现在日间时分水体表层溶解氧含量最高值可达9.4mg/l，水体底层溶解氧含量最高值可达5.63mg/l，夜间及凌晨水体表层溶解氧含量保持在5.84mg/l以上，水体底层溶解氧含量保持在5.0mg/l以上，有效实现水槽内养殖水体全天24h溶解氧含量均在5mg/l以上，不仅确保了鱼类正常生长所需的氧气而且通过上述方式所控制水体溶解氧含量来减少致病菌黄杆菌属flavobacterium所需化学需氧量(cod)，并为益生菌芽孢杆菌属bacillus提供充足的cod改善养殖环境中的微生物群落结构，减轻养殖水产物传染病的发病几率，而且通过控制不同增氧设施的运行时间降低了能耗和成本，经测算，每天每条槽能耗成本控制在26元，其中纯氧成本在4.5-5元，电费21元。相对于每天槽15000kg的渔产而言，运用该养殖调控方法下每生产1kg鱼类能耗费约为0.32元，与传统养殖相比降低约15.6％-21.4％。

进一步的，在日间或夜间进行投喂饲料时：控制推水机推水速度减半且养殖池中部的推水机关闭，同时开启50％的底增氧，投喂完成后恢复设备初始状态，投喂时间为25-35min。在投喂时采用上述增氧方式用于确保水产养殖物在摄食时消化氧所需。在投喂完成后60min恢复设备初始状态用于将水产养殖物在摄食过程中产生的粪便及残余饵料推至集污区。

在11:00-15:00增开净化区的叶轮式增氧机。用于保证水质净化区水体上下水层溶解氧的交换。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)本发明在养殖池内全天候增氧过程中根据数据采集模块采集数据建立实时溶解氧变化曲线，并对养殖池、集污区、净化区的溶氧值进行趋势预判，动态输出控制，调控养殖水体溶解氧和调节养殖水体的水质；

2)设计底增氧设备实现养殖池各高度层之间水体的溶氧均衡，改善养殖环境；

3)本发明的增氧控制方式实现了改善养殖环境中的微生物群落结构，减轻养殖水产物传染病的发病几率，而且通过控制不同增氧设施的运行时间降低了能耗和成本；

4)养殖水体24h溶解氧含量均在5mg/l以上来提高水产养殖物的摄食率增加，病害发生几率降低。

附图说明

图1为本发明一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的系统的示意图；

图2为本发明一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的系统控制流程示意图；

图3为本发明的底增氧设备的结构示意图；

图4为本发明的底层结构的结构示意图；

图5为本发明的底层结构的剖视图；

图6为本发明实施例3中传统大口黑鲈池塘养殖水体溶解氧含量的变化折线图；

图7为本发明实施例3中传统大口黑鲈ipa养殖水体溶解氧含量的变化折线图；

图8为采用本发明的养殖系统和养殖方法下大口黑鲈在ipa养殖模式下水体溶解氧含量的变化折线图。

附图标记说明：10.表层机构；11.浮块；12.充气泵；13.电机；14.连杆；15.叶轮；20.底层机构；21.软管；22.悬浮体；23.侧管；24.排气管；25.摆板；26.连通管；27.电磁阀；28.弧形通孔。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：

如图1-5所示，一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的方法，其特征在于：包括，

推水机，用于日间养殖池内增氧；

底增氧设备，用于夜间/凌晨养殖池内增氧；

纯氧设备，用于凌晨时分养殖池内增氧；

流量计，设置于养殖池与推水机、底增氧设备、纯氧设备之间，用于实时反馈氧气输出流量；

数据采集模块，用于采集推水机、底增氧设备、纯氧设备氧气输出流量、启停时间以及养殖池和净化区内的溶解氧含量数据；

计算机，与推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及设置于净化区内的叶轮式增氧机连接，用于调控养殖水体溶解氧。

本发明在晴天及阴雨天的基础上利用计算机、数据采集模块等建立标准的养殖水体溶解氧变化曲线，在养殖池内全天候增氧过程中根据数据采集模块采集数据建立实时溶解氧变化曲线，并对养殖池、集污区、净化区的溶氧值进行趋势预判，动态输出控制推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及叶轮式增氧机的启停来调控养殖水体溶解氧和调节养殖水体的水质，计算机在预判过程中将标准养殖水体溶解氧变化曲线与实时溶解氧变化曲线比对，出现阀值超标情况及时通过报警器进行预警启动应急处理，保证水产养殖物正常所需的氧气，通过智能化控制在不同时段选择不同的增氧方式来降低设备运行能耗和养殖成本，更实现了养殖水体24h溶解氧含量均在5mg/l以上来提高水产养殖物的摄食率增加，病害发生几率降低。

计算机内建设有溶解氧变化曲线，根据数据采集模块采集数据建立实时溶解氧变化曲线，并对养殖池、集污区、净化区的溶氧值进行趋势预判，动态输出控制推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及叶轮式增氧机的启停来调控养殖水体溶解氧，该混合算法模型包括但不限于采用：混合智能算法在梯级水库中长期优化调度中的应用中的混合算法模型。

计算机内建设溶解氧变化曲线过程为：在环境相似的条件下(包括晴天、阴雨天)，进行不同浓度的氧气进气量梯度实验，获得溶解氧浓度变化曲线作为溶解氧变化曲线，溶解氧变化曲线采用混合算法模型进行建立。

计算机还连接有报警装置用于数据异常时进行报警输出。养殖池和净化区内均设有与数据采集模块连接的溶解氧传感器，当溶解氧传感器检测到的水体溶解氧低于5mg/l时，计算机控制报警装置进行报警，提醒养殖人员进行应急工作，该报警装置为声光报警装置或语言报警装置，根据实际情况还可将报警装置通过无线连接技术与对应人员的手机等移动设备连接。

推水机、底增氧设备、纯氧设备分别与养殖池配合连接，养殖池依次连通集污区、净化区。用于实现分时段分设备不同的增氧方式对养殖池内进行增氧来降低设备运行能耗和养殖成本。

推水机日间增氧时间为6:00-18：00，根据测定养殖池外塘24h内的水体溶解氧选择推水机于6:00-18：00这一时间段推水对有效增加养殖池内的养殖水槽中的水体溶氧含量具有积极的作用。

底增氧设备夜间增氧时间为18:00-3:00，凌晨增氧时间为3：00-6:00，底增氧设备凌晨增氧启动50％的底增氧设备，根据测定养殖池外塘24h内的水体溶解氧情况在夜间及凌晨选用推水机进行增氧明显不适合因此在夜间采用底增氧设备进行增氧操作，凌晨增氧时需采用纯氧并且由底增氧设备进行辅助增氧。

纯氧设备凌晨增氧时间为3：00-6:00，纯氧流量为0.6-0.8l/h，通过纯氧来弥补凌晨时分供氧不充足问题。

底增氧设备包括设于养殖池水面的表层机构10和设于养殖池水中的底层机构20，表层机构10通过软管21与底层机构20连接。通过表层机构来增大养殖池表层水体与水面氧气的接触提高表层水体溶氧，进而配合底层机构20的增氧来实现养殖池各高度层之间水体的溶氧均衡。

表层机构10包括竖直设置的电机13，电机13下方输出端连接有叶轮15，电机13四周环绕连接端部设浮块11的连杆14，一连杆14上设有与软管21连接的充气泵12。表层机构10的电机13驱动叶轮15旋转来增大养殖池表层水体与水面氧气的接触提高表层水体溶氧，同时充气泵12通过软管21对底层机构20内充氧，悬浮体20受充氧和水中放氧作用使其在水中层上下悬浮状态。实现养殖池各高度层之间水体的溶氧均衡和水中有机物均匀分解，进而改善养殖环境。

底层机构20包括内设空腔的悬浮体22，悬浮体22底部设有通过连通管26与空腔连通的电磁阀27，以及悬浮体22两侧设有与空腔连通的侧管23，该侧管内设有摆板25，上端面设有排气管24。悬浮体22上部连接气口设于空腔的软管21。空腔内装有固体遇水产生氧气的增氧剂，通过计算机控制电磁阀27的开启来控制与增氧剂与水体的反应，即控制增氧量，在侧管23内设置的摆板25一目的是通过摆板25使空腔内氧气达到一定压力状态时推开摆板25进行底增氧，可实现高压释放的氧气与水体的高溶解率，降低氧损失，改善养殖环境，二目的是为防止水体从排气管24内倒流，具有封堵作用。

实施例2：

一种池塘内循环流水养殖水体溶氧调控的方法，步骤如下：

s1：计算机内建立溶解氧变化曲线；

s2：控制推水机于6:00-18：00进行日间增氧工作；

s3：控制底增氧设备于18:00-3:00进行夜间增氧工作；

s4：控制纯氧设备和底增氧设备于3：00-6:00进行凌晨增氧工作；

s5：在日间或夜间进行投喂饲料时：控制推水机推水速度减半且养殖池中部的推水机关闭，同时开启50％的底增氧，投喂完成后60min恢复设备初始状态，投喂时间为25-35min；

s6：在11:00-15:00增开净化区的叶轮式增氧机，用于保证水质净化区水体上下水层溶解氧的交换；

s7：养殖池增氧过程中数据采集模块采集数据在计算机内建立实时溶解氧变化曲线，计算机对养殖池、集污区、净化区的溶氧值进行趋势预判，动态输出控制推水机、底增氧设备、纯氧设备、数据采集模块以及叶轮式增氧机的启停来调控养殖水体溶解氧。

本发明通过智能化控制推水增氧、底增氧以及外塘增氧时间以及增设纯氧设备，实现在日间时分水体表层溶解氧含量最高值可达9.4mg/l，水体底层溶解氧含量最高值可达5.63mg/l，夜间及凌晨水体表层溶解氧含量保持在5.84mg/l以上，水体底层溶解氧含量保持在5.0mg/l以上，有效实现水槽内养殖水体全天24h溶解氧含量均在5mg/l以上，不仅确保了鱼类正常生长所需的氧气而且通过上述方式所控制水体溶解氧含量来减少致病菌黄杆菌属flavobacterium所需化学需氧量(cod)，并为益生菌芽孢杆菌属bacillus提供充足的cod改善养殖环境中的微生物群落结构，减轻养殖水产物传染病的发病几率，而且通过控制不同增氧设施的运行时间降低了能耗和成本，经测算，每天每条槽能耗成本控制在26元，其中纯氧成本在4.5-5元，电费21元。相对于每天槽15000kg的渔产而言，运用该养殖调控方法下每生产1kg鱼类能耗费约为0.32元，与传统养殖相比降低约15.6％-21.4％。

实施例3：

对比试验：本实施例中以大口黑鲈养殖为目标：

试验组1：测定传统池塘养殖大口黑鲈水体中溶氧的变化，具体如图6所示。从图6中可知，传统池塘养殖水体表层溶氧平均值为5.46±1.88mg/l，最高值出现在下午15:00时(9.24mg/l)，最低出现在早上6:00时(3.69mg/l)，主要与水体中藻类光合作用、呼吸作用以及有机物耗氧分解有关；而底层水体溶氧平均值仅为4.26±0.24mg/l，最高值出现在下午12:00时(4.63mg/l)，最低出现在早上0:00时(0.24mg/l)，值得注意的是传统池塘养殖水体溶解氧表层和底层在12:00和15:00差异较大，虽然表层水体溶氧能够满足鱼类生长需要，但底层水体仍处于低氧状态，不利于大口黑鲈的代谢生长。

试验组2：ipa传统增氧方式水槽内水体溶氧的变化，ipa养殖模式采用全天候推水增氧、夜间(20:00左右)增开水槽内底增氧的做法，其增氧的效果如图7所示。从图7可知，ipa养殖相对于传统池塘养殖更加水体溶解氧含量均有所增加，9:00-18:00水体表层溶解氧均在5mg/l以上，底层水体平均也在4.62mg/l，20:00打开底增氧后水体溶解氧含量均有不同程度的增加，但此时净化区水体中溶解氧含量低于水槽内。值得注意的是，在3:00至6:00时，即使打开底增氧但水槽内的溶解氧含量均低于5mg/l，尤其是在水槽后端，溶解氧含量只维持在4mg/l。

试验组3：采用本发明实施例1、2的调控系统系方法下的水槽内水体溶氧的变化，具体如图8所示，水槽内水体溶解氧全天24h均在5mg/l以上，这不仅确保了加州鲈正常生产所消耗的溶解氧需求，同时直接表现为加州鲈摄食增加、病害发生几率降低。尤其是在梅雨季节和高温季节，当一般传统养殖池塘加州鲈摄食大量减少时，本发明调控的优势十分明显，主要变现为加州鲈增重率、特定生长率和成活率显著高于一般池塘养殖(详见表1)。

表12种养殖模式下加州鲈生长性能指标的差异

本发明中所采用的推水机为江阴市百川增氧设备有限公司生产的百川气提式增氧推水机，但不仅限于使用该种推水机，至于电机、流量计、计算机等现有技术本领域技术人员应知晓，在此不再详细赘述。

本发明的实施方式不限于上例，还有很多等功能代换结构，只要采用本发明的技术思路的所有技术方案均属本发明的保护范围。