一种利用煤矿疏干水的矿山修复灌溉系统的制作方法

本发明涉及灌溉，具体涉及一种利用煤矿疏干水的矿山修复灌溉系统。

背景技术：

1、煤炭资源是我国最重要的能源资源，广泛分布在我国各地，但是我国主要的高产量产煤区主要集中在水资源严重匮乏的干旱半干旱地区，例如山西、内蒙古和陕西等地。煤矿的开采过程会对环境生态造成冲击，包括土地植被破坏、水污染、占地及污染、二次扬尘和地层下沉等。干旱半干旱地区气候干燥、降雨量较少且生态环境脆弱，煤矿开采造成的环境破坏亟需采取有效的生态修复措施，以遏止生态失衡后出现的各种地质灾害和生态退化。生态复绿作为生态修复的重要关键技术和目的之一，是实现煤矿可持续发展的重要保障。

2、干旱半干旱地区煤矿存在降水量少、地下水资源相对贫乏的共性，决定了生态复绿中人工植被的恢复、营造和养护，需要有效利用节水灌溉技术，最大程度合理利用可用水资源。煤矿开采中会产生大量的疏干水，一直以来绝大多数疏干水会直接或简单沉淀后排入地表，不仅浪费大量的水资源，而且污染了环境。实现煤矿疏干水的合理利用，不但可以避免环境污染和水资源流失，还能缓解矿区水资源供需矛盾，既保障矿区生产生活需要，还能改善矿区生态环境。将煤矿疏干水和节水灌溉结合起来，对于解决矿区用水短缺和生态复绿用水矛盾有着重大的意义。

3、现有技术方案首先没有将煤矿疏干水和生态修复灌溉用水有效结合，缺乏系统化的疏干水应用于节水灌溉中，在干旱半干旱地区的煤矿大部分没有其他的水源，降雨也比较稀少，疏干水作为主要的水资源，应该紧密的与生态修复相关用水结合，才能达到可持续发展。其次在生态修复灌溉上，更多的方案集中在储水装置的构建，而这只是一个完整的灌溉系统的一部分，不能有效应对各种场景需要和精准可控的节水需要。最后，煤矿矿区存在地形地貌复杂区域庞大等客观要素，会出现多种目的及灌溉策略不同的情况，比如生活区、作物种植区和排土场复绿区域，它们的灌溉需求和方式都会不同，需要完整的灌溉系统应对，现有方案没有系统性的解决。

4、针对以上问题，本发明提出一种基于煤矿疏干水自动化处理的，不同区域可动态轮灌的，用水量可控可测的，操作简洁的煤矿生态修复灌溉系统。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种利用煤矿疏干水的矿山修复灌溉系统，以解决现有技术中没有将煤矿疏干水和生态修复灌溉用水有效结合，缺乏系统化的疏干水应用于节水灌溉中，导致水资源浪费，环境污染的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明实施例提供一种利用煤矿疏干水的矿山修复灌溉系统，所述系统包括煤矿疏干水处理单元、灌溉蓄水单元、土壤墒情传感器单元、通信单元以及控制单元；

4、所述煤矿疏干水处理单元包括相连接的沉淀池和清水池；

5、所述沉淀池用于对收集的煤矿疏干水进行集中存放和静水沉淀，所述清水池用于通过第一泵送组件抽取已沉淀处理的煤矿疏干水，所述清水池内设置有水质监测传感器和水质净化装置，所述水质监测传感器用于对清水池中的煤矿疏干水进行水质监测，所述水质净化装置用于当水质监测不达标时进行水质净化处理；

6、所述灌溉蓄水单元包括依次连接的低位蓄水池、高位蓄水池、自动反冲洗装置、水肥一体装置，所述低位蓄水池连接所述清水池；

7、所述低位蓄水池用于通过第二泵送组件抽取净化的煤矿疏干水，并通过第三泵送组件将净化的煤矿疏干水送至高位蓄水池，所述高位蓄水池用于通过电磁阀开启放水将净化的煤矿疏干水送至自动反冲洗装置，所述自动反冲洗装置用于对净化的煤矿疏干水进行过滤处理，所述水肥一体装置用于对经过滤处理的煤矿疏干水进行注肥处理后送入到灌溉管网以对矿区进行生态修复灌溉；

8、所述土壤墒情传感器单元用于采集灌溉区土壤墒情数据，包括土壤不同深度剖面水分情况、土壤温度、电导率、ph值；

9、所述煤矿疏干水处理单元、灌溉蓄水单元以及土壤墒情传感器单元中的泵、电磁阀以及传感器均连接所述通信单元，所述通信单元连接所述控制单元，所述通信单元用于传感器数据和设备状态数据的上报以及上位控制指令的转发；

10、所述控制单元用于根据采集的传感器数据，通过下发控制指令控制煤矿疏干水处理单元和灌溉蓄水单元中泵和电磁阀的启闭实现自动化煤矿疏干水处理、灌溉蓄水以及生态修复灌溉控制。

11、进一步的，所述水质监测传感器包括化学含氧量cod和水质酸碱度ph传感器，所述水质监测传感器通过rs485串行总线和控制中心连接；

12、所述水质净化装置用于在cod指标过高或ph值呈酸性情况下自动加入水质调理剂进行水质净化。

13、进一步的，所述第一泵送组件、第一泵送组件以及第三泵送组件均包括多级离心加压泵，所述多级离心加压泵均设置有变频器；

14、水泵电源线路通过接触器和控制中心的数字输入通道的继电器连接，使得控制中心能够控制水泵的开关；水泵变频器通过rs485串行总线和控制中心连接，使得控制中心能够采集水泵工作状态和修改相关参数，来控制水泵工作。

15、进一步的，所述清水池、低位蓄水池以及高位蓄水池中均设置有液位传感器；

16、所述清水池中的液位传感器通过rs485串行总线和控制中心连接，所述低位蓄水池和高位蓄水池中的液位传感器通过4g信号与控制中心连接。

17、进一步的，所述控制中心根据获取到的液位传感器数据进行疏干水调度控制，具体包括：

18、当检测到清水池液位值低于预设阈值时，则在沉淀池的非工作时间控制第一泵送组件启动从沉淀池补水，直到液位达到上限时停止，然后对水质进行监测和净化处理，使水质达标；

19、当检测到低位蓄水池液位数值低于预设阈值时，则控制第二泵送组件启动从清水池中提取水质达标的疏干水，直到液位达到上限时停止；

20、判断高位蓄水池中的液位是否达到上限，如果高位蓄水池中液位未达到上限，则控制第三泵送组件启动将低位蓄水池中的水送到高位蓄水池中直至高位蓄水池中液位达到上限。

21、进一步的，所述水肥一体装置包括搅拌机、施肥桶、通道电磁阀和注肥泵；

22、肥料在施肥桶进行配比，完成配比后由施肥桶内搅拌机搅拌均匀，水肥机为多通道进肥，不同通道连接不同的施肥桶用于配比不同种类肥料，通道开关由通道电磁阀控制，自动施肥时，先开启灌溉系统，使得自动反冲洗装置过滤后的疏干水进入灌溉管网，等待一段时间灌溉管网充满水并开始灌溉，然后根据施肥种类选择不同的通道打开电磁阀，并打开注肥泵，将水肥加压注入到灌溉管网中，水肥随着灌溉管网中的水运送到各处灌溉区域。

23、进一步的，所述灌溉管网包括按照矿区植被、土质和地势情况规划出的不同灌溉单元；所述灌溉单元包括安装带有流量和压力传感器的无线电磁阀开关、灌溉毛管和喷灌头，若需用滴灌则选用滴灌毛管；

24、所述无线电磁阀开关安装在各个灌溉单元毛管入口处，所述无线电磁阀开关与电磁阀网关通过lora通信协议无线连接，所述无线磁阀网关和控制中心通过lora通信协议无线连接；

25、所述无线电磁阀开关通过rs485串行总线和压力及流量传感器进行连接，在无线电磁阀开关实施一次闭合操作周期时，发送两次获取数据指令，并将获取的压力和流量数据上传到控制中心。

26、进一步的，所述控制单元包括首部控制模块、土壤墒情监测模块、通信模块、轮灌组配置模块、液位和水质监测模块和管理控制模块；

27、所述首部控制模块用于实现对煤矿疏干水处理单元和灌溉蓄水单元中设备的控制和设备状态的数据采集；

28、所述土壤墒情监测模块用于实现土壤墒情传感器的数据采集；

29、所述通信模块用于控制中心和各灌溉单元无线磁阀网关之间的通信，实现各个无线电磁阀开关闭合命令下达和水压流量数据的上报，以及低位蓄水池和高位蓄水池之间的水泵的远程通信；

30、所述轮灌组配置模块用于实现轮灌组的划分，手动模式下的数据设定以及自动模式下依据土壤水分情况分析，其中轮灌组划分时，将相同灌溉要求的灌溉单元设置为一个轮灌组；

31、所述液位和水质监测模块用于利用清水池中的水质监测传感器数据来干涉水体清洁度，以及利用清水池、低位蓄水池和高位蓄水池中的液位传感器数据进行水的调度；

32、所述管理控制模块用于实现和人机交互屏通信，通过调用相关模块功能支撑人机交互屏上界面的操作，方便工作人员操作管理。

33、进一步的，所述手动模式为，由灌溉实施人员管控整个灌溉流程，并能随时进行灌溉操作；手动模式灌溉需要设置每个轮灌组的灌溉时间长度，在每次手动灌溉前支持更改灌溉时长；手动模式下灌溉启动时刻由操作人员根据现场情况人为来确定；

34、手动模式的操作流程为：确认水源正常，首先开启水高位蓄水池闸门给管网主干注水，然后逐次开启需要灌溉的轮灌组，相应轮灌组按预设时间完成灌溉任务后自动关闭，支持在灌溉期间手动关闭，再启动下一个轮灌组进行灌溉，直到完成所有灌溉任务，关闭闸门和水肥机；手动模式下同时也支持调用自动模式的某次灌溉策略，实现随时一键灌溉，由操作人员选定灌溉策略。

35、进一步的，所述自动模式为，自动按照土壤墒情数据中的土壤水分胁迫情况，来确定灌溉启动时刻，时间到达所述启动时刻时自动启动灌溉任务，对缺水的轮灌组或轮灌单元实施灌溉；

36、自动模式灌溉通过土壤墒情中土壤水分干湿度数据来设置灌溉启动时刻和灌溉用量；针对不同地形、植被和土质情况，经过对每个灌溉单元的测试，对每个灌溉单元设置不同的土壤干湿度阈值，所述干湿度阈值包括缺水阈值和标准阈值，当检测到土壤干湿度达到缺水阈值则启动自动灌溉，当经过某个固定时间段或者达到标准阈值时则停止灌溉。

37、本发明具有如下优点：

38、本发明提供一种利用煤矿疏干水的矿山修复灌溉系统，所述系统包括煤矿疏干水处理单元、灌溉蓄水单元、土壤墒情传感器单元、通信单元以及控制单元；所述煤矿疏干水处理单元包括相连接的沉淀池和清水池；所述灌溉蓄水单元包括依次连接的低位蓄水池、高位蓄水池、自动反冲洗装置、水肥一体装置，所述低位蓄水池连接所述清水池；所述土壤墒情传感器单元用于采集灌溉区土壤墒情数据，包括土壤不同深度剖面水分情况、土壤温度、电导率、ph值；所述煤矿疏干水处理单元、灌溉蓄水单元以及土壤墒情传感器单元中的泵、电磁阀以及传感器均连接所述通信单元，所述通信单元连接所述控制单元，所述通信单元用于传感器数据和设备状态数据的上报以及上位控制指令的转发；所述控制单元用于根据采集的传感器数据，通过下发控制指令控制煤矿疏干水处理单元和灌溉蓄水单元中泵和电磁阀的启闭实现自动化煤矿疏干水处理、灌溉蓄水以及生态修复灌溉控制。本发明提出的利用煤矿疏干水的矿山修复灌溉系统，将煤矿疏干水和生态修复灌溉用水有效结合，实现了系统化的疏干水应用于节水灌溉中，有效节约水资源并实现可持续发展，同时可实现不同区域的可动态轮灌，用水量可控可测，自动化的生态修复灌溉控制，操作简洁方便。