一种利用藻类生长曲线原位区域优化控制藻类浓度的方法
水体富营养化是全球普遍存在的重要水环境问题。随着我国对污染排放的严格控制及水质管理力度的加大，外源氮、磷、重金属等污染物的输入已逐渐得到控制，但每到夏季，气温升高光照加强，导致藻类开始疯狂生长，一旦暴发将会花费很多人力物力去治理。
传统治理方法有生态防治法、化学法、机械打捞法等。生态防治法是通过投加鱼类治理藻类，若是在水质污染严重的水域，鱼类将无法繁衍生长；化学法是通过投加硫酸铜等试剂进行治理，但是硫酸铜具有毒性且二价铜离子对生物幼体的变态具有致畸性；机械打捞法是由人力将蓝藻连水一起捞出的方法，治标不治本，并且消耗人力物力巨大。
因此，需要提供一种更加智能、操作简便、成本低的藻类治理方案。
下面提供了一种利用藻类生长曲线原位区域优化控制藻类浓度的方法。
S100：获取目标水域的藻类生长曲线。
本实施例中，目标水域可以是湖泊、人工湖等需要控制藻类浓度的水域。藻类生长曲线可以由无人船自控检测测得，也可以根据历史保存的藻类生长数据得到。需要指出的是，不同水域的藻类生长曲线因所处环境和水质条件的不同而有所差异，如图2中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线对应三种不同的藻类生长曲线，其纵坐标代表藻类浓度，横坐标代表对应水域内藻类生长时间。
S200：检测所述目标水域的藻类浓度，绘制所述目标水域内藻类浓度的实时分布图，得到第一实时分布图。
本实施例中，第一实时分布图可以理解为常规的藻类浓度的实时分布图，具体可以利用无人船对湖泊等目标水域的藻类浓度分布进行检测和验算，以获得目标水域内藻类浓度的实时分布图。藻类浓度的检测具体可以采用藻浓度检测器、叶绿素检测器等进行。
S300：根据所述藻类生长曲线和所述第一实时分布图，判别所述目标水域中藻类浓度达到浓度阈值的区域，得到所述目标水域的第一预防水域，并规划治理路径得到第一治理路径。
本实施例中，可以根据藻类生长曲线确定藻类进入快速生长期的浓度阈值，根据第一实时分布图确定藻类实时浓度分布，将实时浓度与浓度阈值进行匹配，即可得到目标水域中需要治理的区域即第一预防水域。在具体实施时，可以由无人船判别藻类浓度达到对数生长陡增期前的区域即藻类浓度达到浓度阈值的区域，并自动规划治理路径得到具体的行驶路径即第一治理路径。自动规划路径指通过藻类浓度判别，标记点，将点自动规划连接成优化最短路径，并确定藻类抑制剂喷洒点。
S400：根据所述第一治理路径，在所述第一预防水域喷洒藻类抑制剂。
本实施例中，可以由无人船按照规划的行驶路径，在浓度达到设定值的区域即第一预防水域中的藻类抑制剂喷洒点自动喷洒合适计量的藻类抑制剂。
在一种具体的实施方式中，利用无人船上的藻类浓度检测器探测水域内藻类生长情况和状态，通过数据拟合得出藻类含量较多的区域。利用无人船搭载藻类抑制剂喷洒装置，远程遥控规划无人船行驶路径和喷洒剂量。喷洒面积乘以1米水深计量使用水体体积。
在一种可能的实现方式中，还包括以下步骤：
S500：按照预设时间间隔检测所述目标水域的藻类浓度，更新所述第一实时分布图，得到第二实时分布图；
S600：根据所述藻类生长曲线和所述第二实时分布图，判别所述目标水域中藻类浓度达到浓度阈值的区域，得到所述目标水域的第二预防水域，并规划治理路径得到第二治理路径；S700：根据所述第二治理路径，在所述第二预防水域喷洒藻类抑制剂。
本实施例中，预设时间间隔可以为3-15天。第二实时分布图可以理解为对第一实时分布图进行藻类浓度更新后的常规的藻类浓度的实时分布图，更新的数据具体可以利用无人船对湖泊等目标水域的藻类浓度分布进行检测和验算得到。第二预防水域的具体确定方法可以参照第一预防水域的确定方法。第二治理路径的具体确定方法可以参照第一治理路径的确定方法。在具体实施时，可以每隔3-14天实时检测区域内藻类浓度，一旦发现藻类浓度达到浓度阈值所处浓度区域，持续进行抑制剂自动喷洒工作，实现了一种动态的藻类浓度控制方法，以此可以将藻类浓度控制在较低水平，避免了藻类大暴发产生高昂的治理费用及大量藻类残体对水体的污染。
在一种可能的实现方式中，所述浓度阈值根据所述藻类生长曲线中藻类增长的延滞期至对数增长陡增期确定。
本实施例中，浓度阈值对应对数生长期前的藻类浓度临界点。对数生长期前具体指藻类由延滞期开始增长至进入对数增长陡增区域之间的时间。在一种具体的实施方式中，藻类浓度达到5×104cell/L，或藻类生长曲线斜率达到30°时，实时的藻类浓度视为达到浓度阈值。优选地，浓度阈值根据藻类生长曲线的斜率确定，生长曲线前期与对数增长陡增区域之间临界点所在斜率作为浓度阈值的确定标准，即生长曲线前期与对数增长陡增区域之间临界点所在的藻类浓度值视为浓度阈值。如图2，藻类生长曲线斜率达到30°时，时间点t1、t2、t3对应的藻类浓度值视为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条藻类生长曲线对应的浓度阈值。
在一种可能的实现方式中，所述浓度阈值为5×104cell/L。
在一种可能的实现方式中，所述浓度阈值为所述藻类生长曲线上斜率为30°时的藻类浓度。
在一种可能的实现方式中，在规划治理路径时，基于藻类浓度规划最短路径，并确定喷洒藻类抑制剂的藻类抑制剂喷洒点。
在一种可能的实现方式中，所述藻类抑制剂的用量为0.5-3g/m3。
在一种可能的实现方式中，所述藻类浓度达到105cell/L或在所述藻类生长曲线上斜率达到40°时，所述藻类抑制剂的用量取3g/m3。
在一种可能的实现方式中，所述藻类浓度达到5×104cell/L或在所述藻类生长曲线上斜率达到30°时，所述藻类抑制剂的用量取0.5g/m3。
本实施例中，藻类抑制剂用量为0.5-3g/m3，按照喷洒面积乘以1米水深计量使用水体体积，并根据藻类浓度实时调整量，藻类浓度达到105cell/L或在藻类生长曲线上斜率达到40°时藻类抑制剂用量取3g/m3，藻类浓度达到5×104cell/L或在藻类生长曲线上斜率达到30°时藻类抑制剂用量取0.5g/m3，其他范围浓度可由两端插值获得使用量。
如图2，藻类生长曲线可归结为Ⅰ-Ⅲ3种，因为所处的环境和水质条件差异，仅从藻类浓度上判断容易造成判断的滞后，错失最佳防止点，使藻类进入快速生长期，藻类生长速度过快而失去控制。而通过斜率确定浓度阈值，可以避免判断的滞后，如图2，当斜率出现30°时，对应的时间点t1-t3均为生长曲线前期，能够很好地提早对藻类进行防治，减少防治成本，且减少了藻类爆发后产生的次生灾害问题。
在一种可能的实现方式中，所述藻类抑制剂采用生物环保型藻类抑制剂。
本实施例中，藻类抑制剂是生物环保型藻类抑制剂，而非重金属、强化学氧化剂等生物杀灭物质，生物环保型藻类抑制剂主要成分为各种化感物质、生物酶及微生物组合，通过抑制藻类生长和竞争藻类所需营养物质，达到控制藻类生长的目的，具有环境影响小，作用时间长的特点。