一种海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统及构建方法与流程

本申请涉及海洋生态修复，具体涉及一种海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统及构建方法。

背景技术：

1、海水抽蓄电站通过海水在上、下水库之间的循环输送实现能量存储与释放。在抽水工况下，海水由低位水体向高位水库输送；在发电工况下，海水由高位水库经水轮发电机组排出。随着海水抽蓄电站在抽水工况和发电工况之间切换，出水口附近水流的流向会发生逆转，且水流速度随运行工况变化，使出水口区域形成流向交替、流速变化和冲刷作用较强的水动力环境。

2、为了提供海洋生物的栖息空间，可以在海洋工程水域布设固定式鱼礁或生态礁，并通过在礁体内部设置孔隙，为鱼类、贝类及其他海洋生物提供附着、避流和栖息空间。然而，固定式礁体布设后，其迎流方向和迎流角度难以随水流方向变化而调整。当海水抽蓄电站的运行工况发生切换、水流方向反向时，礁体原有迎流面可能受到较强的水流冲击和局部冲刷，背流区域还容易形成涡流和泥沙沉积，影响礁体的结构稳定性及周围生境。同时，现有礁体采用单一的多孔结构，孔隙较小时虽然能够对水流产生一定阻挡和消能作用，但内部有效栖息空间有限；孔隙较大时虽然便于海洋生物进入和栖息，但对外部强水流的削弱作用不足，难以兼顾出水口区域的水流消能需求与不同海洋生物的栖息需求。

技术实现思路

1、本申请第一方面提供一种海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，该生物礁系统能够更好的兼顾礁体的抗冲刷稳定性和海洋生物栖息需求。

2、本申请第一方面提供的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统包括智能转向底座和多孔礁体；所述智能转向底座包括底座本体、水流感应模块、控制模块和驱动模块，所述多孔礁体设置于所述底座本体的上方，所述驱动模块与所述多孔礁体传动连接并能够驱动所述多孔礁体转动；

3、所述水流感应模块用于采集海水抽蓄电站出水口处水流的流向信息和流速信息，所述控制模块分别与所述水流感应模块及所述驱动模块连接，所述控制模块内配置有流速与抗冲角度之间的映射关系，并用于根据所述流向信息确定来流方向，以及根据所述流速信息和所述映射关系确定目标抗冲角度，生成转向指令；所述驱动模块用于根据所述转向指令带动所述多孔礁体转动，以调整所述多孔礁体的迎流姿态，使所述多孔礁体的主迎流面与所述来流方向形成所述目标抗冲角度；

4、所述多孔礁体包括由外向内布置的外层消能区、中层过渡区和内层栖息区，所述外层消能区、所述中层过渡区和所述内层栖息区的孔隙直径和/或孔隙率由外至内逐级增大。

5、在一种可选的方案中，所述控制模块包括微处理器，所述流速与抗冲角度之间的映射关系以映射数据库的形式预存于所述控制模块中，所述微处理器用于调用所述映射数据库，并根据所述流速信息所属的流速区间确定对应的目标抗冲角度；

6、所述映射数据库包括以下对应关系：大于或等于0.5m/s且小于1.0m/s的流速区间时，对应的目标抗冲角度为45°；大于或等于1.0m/s且小于3.0m/s的流速区间时，对应的目标抗冲角度为30°；大于或等于3.0m/s的流速区间时，对应的目标抗冲角度为15°。

7、在一种可选的方案中，所述智能转向底座还包括旋转支承组件，所述旋转支承组件设置于所述底座本体与所述多孔礁体之间，所述多孔礁体与所述旋转支承组件连接；所述旋转支承组件包括耐磨陶瓷旋转轴承，所述耐磨陶瓷旋转轴承用于对所述多孔礁体进行旋转支承，从而使得所述多孔礁体能够相对于所述底座本体绕竖向旋转轴线转动。

8、在一种可选的方案中，所述驱动模块包括防水伺服电机和减速齿轮组，所述防水伺服电机通过所述减速齿轮组与所述旋转支承组件传动连接；

9、所述控制模块被配置为持续接收所述流向信息和所述流速信息，并在水流方向发生变化或水流速度发生变化时，重新确定所述来流方向和所述目标抗冲角度中的至少一者，生成更新后的转向指令，使所述多孔礁体调整至与变化后的水流相对应的迎流姿态。

10、在一种可选的方案中，所述外层消能区的孔隙直径不大于5mm、孔隙率不大于30%；所述中层过渡区的孔隙直径不大于20 mm、孔隙率不大于50%；所述内层栖息区的孔隙直径不大于50mm、孔隙率不大于70%。

11、在一种可选的方案中，所述水流感应模块包括至少两个流速流向传感器，各所述流速流向传感器分别与所述控制模块连接，并用于持续检测所述海水抽蓄电站在抽水模式和发电模式下的水流方向及实时流速；所述控制模块用于在所述海水抽蓄电站切换抽水模式和发电模式而引起水流方向逆转时，根据各所述流速流向传感器采集的流向信息确定逆转后的来流方向。

12、在一种可选的方案中，所述底座本体还包括海床固定机构，所述海床固定机构设置于所述底座本体的底部，所述海床固定机构用于将所述底座本体锚定于所述海水抽蓄电站出水口处的海床，并限制所述底座本体在水流作用下相对于所述海床移动。

13、该海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统通过水流感应模块获取出水口水流的流向和流速，由控制模块根据流速与抗冲角度之间的映射关系确定目标抗冲角度，并控制驱动模块带动多孔礁体调整迎流姿态；同时，多孔礁体采用孔隙直径和/或孔隙率由外至内逐级增大的分区结构。当抽水工况与发电工况切换而引起水流方向反转或流速变化时，多孔礁体能够调整主迎流面与来流方向之间的夹角，减轻固定迎流状态下的局部冲刷、涡流及泥沙淤积；水流进入多孔礁体后依次经过外层消能区、中层过渡区和内层栖息区，实现逐级消能并在内部形成相对稳定的栖息空间，从而更好的兼顾礁体的抗冲刷稳定性和海洋生物栖息需求。

14、本申请第二方面提供一种海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统的构建方法，用于构建第一方面提供的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，该构建方法包括以下步骤：

15、构建所述多孔礁体并组装所述智能转向底座；

16、将所述多孔礁体安装于所述智能转向底座，使所述驱动模块能够带动所述多孔礁体相对于所述底座本体转动；

17、向所述控制模块中配置预设的所述流速与抗冲角度之间的映射关系；

18、将组装完成的所述海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统运输至所述海水抽蓄电站出水口的预定位置，并将所述智能转向底座固定于海床。

19、该构建方法通过预先构建多孔礁体、组装智能转向底座，将多孔礁体安装于智能转向底座并完成流速与抗冲角度映射关系的配置，再将组装完成的系统整体运输至海水抽蓄电站出水口并固定于海床，可以减少高扰动水域内的现场装配和控制配置工作，使多孔礁体、驱动模块与控制模块在布设前形成稳定配合，从而提高系统构建及海上布设的效率和可靠性，并使构建完成的生物礁系统能够根据水流状态调整迎流姿态，适应海水抽蓄电站出水口的双向水流环境。

20、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

1.一种海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，包括智能转向底座和多孔礁体；所述智能转向底座包括底座本体、水流感应模块、控制模块和驱动模块，所述多孔礁体设置于所述底座本体的上方，所述驱动模块与所述多孔礁体传动连接并能够驱动所述多孔礁体转动；

2.根据权利要求1所述的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，所述控制模块包括微处理器，所述流速与抗冲角度之间的映射关系以映射数据库的形式预存于所述控制模块中，所述微处理器用于调用所述映射数据库，并根据所述流速信息所属的流速区间确定对应的目标抗冲角度；

3.根据权利要求1或2所述的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，所述智能转向底座还包括旋转支承组件，所述旋转支承组件设置于所述底座本体与所述多孔礁体之间，所述多孔礁体与所述旋转支承组件连接；所述旋转支承组件包括耐磨陶瓷旋转轴承，所述耐磨陶瓷旋转轴承用于对所述多孔礁体进行旋转支承，从而使得所述多孔礁体能够相对于所述底座本体绕竖向旋转轴线转动。

4.根据权利要求3所述的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，所述驱动模块包括防水伺服电机和减速齿轮组，所述防水伺服电机通过所述减速齿轮组与所述旋转支承组件传动连接；

5.根据权利要求1或2或4所述的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，所述外层消能区的孔隙直径不大于5mm、孔隙率不大于30%；所述中层过渡区的孔隙直径不大于20 mm、孔隙率不大于50%；所述内层栖息区的孔隙直径不大于50mm、孔隙率不大于70%。

6.根据权利要求1或2或4所述的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，所述水流感应模块包括至少两个流速流向传感器，各所述流速流向传感器分别与所述控制模块连接，并用于持续检测所述海水抽蓄电站在抽水模式和发电模式下的水流方向及实时流速；所述控制模块用于在所述海水抽蓄电站切换抽水模式和发电模式而引起水流方向逆转时，根据各所述流速流向传感器采集的流向信息确定逆转后的来流方向。

7.根据权利要求6所述的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，所述底座本体还包括海床固定机构，所述海床固定机构设置于所述底座本体的底部，所述海床固定机构用于将所述底座本体锚定于所述海水抽蓄电站出水口处的海床，并限制所述底座本体在水流作用下相对于所述海床移动。

8.一种海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统的构建方法，用于构建权利要求1-7中任一项所述的海水抽蓄电站双向流响应式生物礁系统，其特征在于，包括以下步骤：