本发明属于水产养殖，更具体地是涉及一种节能控温的水产养殖系统及其操作方法。
背景技术：
1、冷水性鱼类，因其生长条件特殊，往往表现为营养价值高而又珍贵。以鲟鱼为例，其作为一种珍贵的淡水鱼类，具有极高的营养价值和观赏价值。近年来，随着养殖技术的不断发展，鲟鱼的养殖业也日益壮大。鲟鱼对养殖水环境要求很高，需要水质清洁、无污染、溶氧量高、水温适宜、水流量适中。工厂化养殖鲟鱼模式常采用水泥或砖砌的池塘养殖，或者采用pp材料定制全封闭的养殖池，也可以选择在大水面或水库坝下水等地方用网箱或围栏养殖，无论何种方式都需要保证水温、水质和水流的最适条件。
2、天然水体作为水产养殖工厂，具有水量大、水质好、溶氧量高、自净力强和营养丰富等特点，相较于水泥或砖砌的池塘养殖，或者pp材料定制的人工养殖池而言更具优势。然而，由于水温对冷水性鱼类如鲟鱼的生长影响极为显著，需要常年将水温保持在12～23℃、水体溶氧量保持在5～10mg/l以维持其最佳的生活环境。水深较深的天然养殖水体，夏天的水面温度将达到30℃左右，不利于冷水性鱼类的网箱养殖，需要对网箱养殖水温进行调整。同理，对于温水性鱼类的养殖，当表层水温度高于33℃时，也面临着需要给水降温或施以各种措施避免水温的急剧波动，以减少应激反应导致的鱼类免疫力下降，降低养殖鱼类死亡和患病几率。而在天然水体的开放性系统中要调控水温确保最适温度，传统方法通常是上方覆盖遮阳网减少阳光直射降低水体温度等，但是这种适用于陆上工厂化养殖的方法不仅在天然水体中难以操作、降温效果不好，而且遮阳网的使用容易引起水体秩序紊乱和鱼类活动的限制。
技术实现思路
1、鉴于上述技术问题，本发明提供了一种节能控温的水产养殖系统及其操作方法，以期通过对水上工厂的传统养殖网箱进行结构改进，结合低能耗的进水设备的合理实现养殖区水温的低成本全人工干预。夏季时水上工厂表层水温度高于底层，底层水体温度低于表层水体，本发明技术将底层水体引到表层进行水温、氧气和水流调节；春、秋、冬季(表层水温达到养殖温度要求)时，从水面进水进行水质循环，以达到维持鱼类养殖所需温度及氧气的节能降耗和节约成本的目的。
2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种节能控温的水产养殖系统，包括养殖网箱、第一不透水围挡和进水设备，所述养殖网箱的外周沿固定连接所述第一不透水围挡形成上下透水、四周隔水的半封闭式空间，所述第一不透水围挡的高度为2-50m。
3、水产养殖水上工厂常用的网箱单体为由重力式全浮网箱和网衣组成的四周及底部为网状、可防止水产逃逸(即四周和底部为网状可透水)的容纳装置。需要阐明的是，本发明所述养殖网箱不是单指单个网箱，而是包括由单个常用的网箱单体或多个网箱单体连接而成的养殖网箱。第一不透水围挡可以采用包括hdpe土工膜、不锈钢板、pp板等具有防渗、隔水作用的材质制成，若进一步对其施以各种隔热处理等也在本发明技术方案的保护范围内。第一不透水围挡与养殖网箱组成的四周封闭、上下透水的半封闭空间为养殖鱼类构建了一个类似天然“水井”的空间，竖直方向上的从上至下形成了水温逐渐降低的水环境。由于天然水体的水深每加深10米，水温大约降低0.7度-1度，因此，将第一不透水围挡的高度设置为最大50米，可将低于表层水约5度的低温水引至表层，以帮助养殖户低成本地进行养殖水域实现降温，大大降低养殖鱼类夏天热应激和疾病发生率，大幅提高养殖成活率。。可根据实际养殖的水产种类生活的水深进行第一不透水围挡高度的设置，冷水性鱼类如鲟鱼大多生活在水深5～6m的水层，因此，对于养殖鲟鱼优选的情况是将不透水围挡的高度设为至少6m。进水设备可以包括例如但不限于大水量的射流式增氧机、潜水推流器、潜水回流泵、水车式增氧机等装备。
4、重力式全浮网箱可为常见的hdpe材质，网箱单体可为方形、圆形、球型、蝶形和船型等各种形态，材质可选择塑料网、金属网、尼龙网、胶帆布网和竹网等。对于投喂沉性饲料的鱼类而言，本技术中优先采用hdpe重力式全浮网箱和网衣组成的长3～40m，宽5～30m的方形或长方形单体。这样的网箱单体，四周和下底为透水网，可以充分接受到养殖水域环境水体中的养分，适合高密度养殖。此外，将方形或长方形网箱网底的中部网衣目数设置为小于颗粒料尺寸的沉性饵料台，而网箱的网底两端网衣的目数与网箱四周的网衣目数相同，这样的设置更利于沉淀污物。而对于投喂浮性饲料的鱼类而言，不限制网箱单体的形状和大小。
5、区别于现有技术，上述技术方案通过将一个或多个网箱单体连接而成的养殖网箱用不透水围挡围合成上下透水、四周隔水的半封闭式养殖空间，人为构造出竖直方向从上至下水温逐渐降低的梯度温差分层水体，可通过实时监测养殖区域的水温状况，即时调控进水设备采用“自下而上”的水体垂直引水降温模式、“自外而内”或“自内向外”的输水循环模式以维持养殖区域的水温、水质、氧含量处于最适合的状态，确保养殖对象最大化成活率、最低患病率和死亡率，饵料的最高利用率以及尽量低的用药量，并大大降低现有技术为降低水温所需成本，从而达到养殖成本最小化。在具体实践中，针对不同养殖规模，有不同的具体实现方案。例如，整个养殖网箱的面积为小于或接近100m2，则可以将养殖网箱外围围合上不透水围挡，使之实质上形成一个上下都透水、四周不透水的“井”，需要对水温进行降温时，通过预设在“井”中某一位置的进水设备将底部低温水向上引，与上层较高温水进行混合达到降温目的；若养殖网箱由多个养殖单体围合成面积为数百或上千乃至上万平方米的较大水体，则在该养殖网箱外围围合上不透水围挡之后，还需要在养殖网箱内加设至少一个引水井，通过设置在引水井中的进水设备来将底部低温水向上引，与上层较高温水进行混合达到降温目的。并且，引水井若设置在养殖网箱内，也可预先加装一条通到养殖网箱不透水围挡外的导流明渠，在导流明渠上设置闸门。当养殖网箱的不透水围挡外表层水温度高于养殖所需温度、将低温水向上引进行降温时关闭该闸门；当养殖网箱的不透水围挡外表层水温度也达到养殖所需温度时打开该闸门，使外部水进入养殖网箱内实现水体的循环和增氧。此时，引水井的导流管与第一不透水围挡的连接处、以及导流管与引水井的连接处不需要断开。
6、在一些优选的实施例中，所述养殖网箱的面积为100～100000m2。本发明可以根据养殖水体的实际情况，设置不同大小的养殖网箱。但若养殖网箱的面积小于100m2，一是将导致外周沿设置不透水围挡的造价太高，二是小水体采用本发明的技术方案达到水温均衡和夏季降温的能耗成本与现有技术相比优势不明显，因此，不提倡将不透水围挡用于太小的养殖网箱中。在第一网箱组面积为100～100000m2时，采用本发明的技术方案不仅不透水围挡的造价低，而且仅需低能耗的进水设备和出水设备就可以很好地将养殖层的水温和水流保持在最适的条件，能耗和运行维护成本极低。
7、基于工厂化养殖规模需要，在一些养殖网箱面积较大(例如大于100m2)的实施例中，节能控温的水产养殖系统还包括引水井，所述引水井包括井体和设置于所述井体侧壁并与井体相连通的导流管，所述进水设备设置于所述井体的预设位置。优选地，所述井体的高度为2-50m，所述井体横切面(横切面形状不作特定要求，方形、圆形、多边形或不规则图形均可)的面积为0.2-20m2，面积较小的引水井可以用波纹管或pp水管等构筑，面积较大的引水井可以用与不透水围挡相同的hdpe土工膜、不锈钢板、pp板等具有防渗、隔离作用的材质制成。具体可根据第一网箱组面积的大小相应地配备引水井的面积。如100m2的第一网箱组可只配0.2m2的引水井，而5000m2的网箱组则可配1.5m2的引水井。所述导流管的管内径为0.3-5m，所述导流管的长度为1.0-10m。
8、特别地，引水井可设置于所述养殖网箱以外的水体并靠近所述第一不透水围挡，所述导流管贯穿所述第一不透水围挡并通向所述养殖网箱内部。在实际养殖管理运行中，当第一不透水围挡外的自然表层水温达到养殖要求时，可把引水井与导流管的对接处断开，且设备导流方向不变，可达到直接取用第一不透水围挡外的表层水进行混合和水体自上而下到达底层进行增氧的目的。
9、当然，考虑到进水设备的功率、实际工厂化养殖运营过程中要混合水体的量等因素，在其他具体实施方式中是将所述引水井设置于所述养殖网箱内部水体。
10、优选地，所述井体为高度可调的可折叠结构。这样的设计，可随实际地理环境、气候条件等的不同通过折叠或者拉伸从而缩短或加长人工构筑的“井体”深度，以取用不同深度不同温度的低温水对表层水进行混合降温。实际运行中，考虑到可能随时调整取用水的深度，优先选用伸缩软管作为引水井的材质，用软体材料内加弹簧式骨架制成的可折叠(收缩，用于将深度较浅处低温水向上引)、可拉伸(伸长，用于将深度较深处的低温水水向上引)的高度可调水井。并且在采用比重小于水的材料制成引水井的情况下，通常需要加设沉子以防引水井向上漂浮，导致无法有效取用预设深度的水。引水井的面积和设置的水深位置要确保进水量大于进水设备的流量，节省进水设备的吸程，高效促进底层水的低水温混合稀释来降低表层水的高温，达到最小化能耗的目的。
11、本发明进一步优选的节能控温的水产养殖系统还包括出水设备，当养殖网箱的单位面积小、四周传热较慢以至于相对封闭的水体水温分层现象较明显时，需要通过出水设备将养殖网箱内的表层相对高温的水人为主动地向养殖网箱外排，表层排出水后，通过底层自下而上引的低温水补充表层，达到充分混合降温。当养殖网箱第一不透水围挡以外的表层水处于养殖所需的温度时，从养殖网箱上部进水，即控制出水设备调整水的流向从里往处排改成从外往里进，利用天然表层水溶解氧高的特点，为维持水体溶解氧在一定浓度值降低能耗，同时促进水体循环。
12、优选地，所述出水设备包括相接通的出水泵、止回闸和排水管。所述出水泵包括但不限于轴流泵、混流泵、潜水回流泵、潜水推流器和水车式增氧机等，以适用于不同规模和类型的养殖水体，包括淡水养殖和海水养殖等。所述止回闸实际上是一种起到停机时防止进水或出水回流作用的单向闸，具体可采用包括但不限于升降式止回闸、旋启式止回闸、蝶式止回闸、隔膜式止回闸。实际运行中，用水车式增氧机作进水或排水设备时，配备明渠和止回闸，排水时需止回但进水时不需止回；用潜水设备作进水或排水时用导流管，停机时不需要止回。所述排水管的功能不仅限于排水，还包括用于导流，当养殖网箱第一不透水围挡以外的表层水处于养殖所需的温度时，控制出水设备调整水的流向从里往处排改成从外往里进，此时排水管承担导流的功能。
13、在一些更优选的实施例中，所述节能控温的水产养殖系统还包括第二不透水围挡，所述第二不透水围挡设置于远离所述第一不透水围挡朝向养殖网箱外水体的位置，第二不透水围挡与所围合的养殖网箱深度相当，均为2-30m。这样，在第一不透水围挡和第二不透水围挡之间实际上形成了一个水温缓冲夹层，阻止养殖网箱外部高温水体热量快速向养殖网箱内扩散。优选地，所述第二不透水围挡与所述第一不透水围挡间的距离即“水温缓冲夹层”的宽度为0.5-1.5m，作用在于，可及时将缓冲夹层的表层水(比养殖网箱内更容易升温)排出。更优选地，第一不透水围挡的高度小于第二不透水围挡高度，更好地减轻“水温缓冲夹层”的水温向四周扩散带来的升温效应，确保养殖网箱内水体的水温处于合适范围。
14、在更加优选的一些实施例中，将所述引水井设置于所述养殖网箱内部水体、所述第一不透水围挡和所述第二不透水围挡之间的水体或第二不透水围挡外远离所述养殖网箱的水体中。引水井设置于第一不透水围挡和第二不透水围挡之间的水体时，引水井的导流管穿过第一不透水围挡，从该水温缓冲夹层底部取的低温水被推进自导流管送入养殖网箱内；引水井设置于第二不透水围挡外远离养殖网箱的水体中时，引水井的导流管穿过第一不透水围挡和第二不透水围挡从第二不透水围挡外的天然水体底部取低温水进而被推进自导流管送入养殖网箱内。
15、为便于工作人员行走于养殖网箱上进行饲喂、监测和管控，养殖网箱的外围上部设置有宽度为0.5～1.5m的第一浮道，以及设置于养殖网箱内各网箱单体之间的第二浮道，第一浮道和第二浮道为水产养殖领域常见的材质。
16、当然，本发明水产养殖系统还可以包括传统水产养殖系统中用到的机械增氧设备，采用底层增氧或表层增氧，例如但不限于气管-曝气盘、水车-回流泵等，更优地选择纯氧增氧设备。气管-曝气盘式的增氧设备主要包括节能风机、中控设备、主管道、软管以及曝气盘构成，中控台设置于所述养殖网箱的预设基台上，由主管道以及若干连接于所述主管道的软管连接至各个网箱单体中的曝气盘，用于为养殖水体高效增氧、平衡水温和稳定水质。节能风机和中控设备设置于所述养殖网箱的预设基台上，由主管道以及若干连接于所述主管道的软管连接至位于各个所述网箱单体中的曝气装置，所述曝气装置为曝气盘或曝气管，曝气盘或曝气管入水2～8m，风机压力20～80kpa，用于为养殖水体高效增氧、平衡水温和稳定水质。中控设备可进行节能风机的启停、转速、压力等参数设置，读取频率、转速、电压、电流和功率等数据。该节能风机例如可选用空气悬浮风机，在运行过程中能够显著减少能量损耗。相比传统机械轴承的风机，空气悬浮风机由于无需摩擦力，采用了先进的空气悬浮技术和高效的空气动力学设计，使得风扇叶轮能够自我悬浮并高速运转，从而更加高效地产生气流，能够降低能源消耗达30％以上。通过离心力将空气和水混合，形成微小气泡，并经由曝气盘或曝气管将这些气泡均匀地注入各个网箱单体水中，大大增加气泡的表面积，使气体与水体接触更充分，从而加速氧气的溶解，提高水体中的溶解氧含量。同时，节能风机的应用有助于促进水体中的悬浮物质沉降，改善水质，保持养殖水体清洁和稳定。相比传统的罗茨风机等，静水中要使水深加深1米处的水溶解氧量提高1mg大约要10天，空气悬浮风机在节能方面具有显著优势，有助于降低水产养殖的运营成本。
17、此外，养殖区域溶解氧、温度、ph值、氨氮、亚硝酸盐等日常水质监测设备，饲料储藏、拌料、投喂装置，养殖网箱内集污、收污、清污装置等都可以根据养殖工作规模等实际情况配备和布置。
18、第二方面，本发明提供了一种采用本发明第一方面提供的节能控温的水产养殖系统的操作方法，包括以下步骤：获取养殖网箱中水的温度数据，若该温度数据大于所养殖鱼类的预设温度数据，则开启所述进水设备，将底层水向上引以降低表层水温。例如，对于冷水性鱼类例如鲟鱼，当养殖网箱中水温为25℃时，即可开启进水设备实施降温；而对于温水性鱼类如草鱼，当养殖网箱中水温为33℃时，即可开启进水设备实施降温。对于小面积养殖网箱，应同时开启出水设备将表层水向养殖网箱外排出，使水自下而上运行、并在表层形成横向循环，充分利用底层水的低温对表层水进行混合，使表层水降温至养殖所需最适温度。更优选地，通过使用温度传感器监测水体温度变化，系统可以自动计算需要引入的低温水量，并通过中央控制单元自动调节引水井中的进水设备的运行时间和速率，从而优化养殖水体的温度。当监测到养殖网箱外天然水体的水温可满足养殖需求时，控制出水设备使水的流向变为从外往里进，以补充养殖区域水体溶解氧量和促进水体循环。此外，当水温过高或过低时，系统会自动通知操作员并提供调整建议，或者直接执行预设的应对措施，如增加进水流量或降低风机转速。
19、当然，上述操作方法还可包括通过获取水的溶解氧、ph值、透明度、氨氮、亚硝酸盐等数值，并进一步作出节能风机启停等操作决策。进一步地，还可以结合水产养殖的需求，增加智能饲喂模块。通过鱼群行为监测传感器，系统能够自动判断鱼群的饥饿程度，自动调整饲喂时间和饲料量。该模块还可以与中央控制单元联动，根据水体状况调整饲喂频率和饲料配比，优化养殖效果。自动化系统还可以配备数据分析功能，通过对历史数据的分析，系统能够预测未来的水体状况变化趋势，并提前做出调整建议。系统可以生成养殖过程的报告，供管理人员参考，以优化整个养殖周期的物料和能源投入。此外，系统可以增加自动清洁装置，定期清理养殖网箱及水质传感器等设备，以保证传感器数据的准确性和系统的稳定运行。清洁装置可以通过中央控制单元的控制，定期或按需启动。
20、为提升远程、移动、智能化养殖管理水平，系统还支持通过移动设备或计算机远程监控和操作，管理人员可以随时查看水体状况，并进行远程调整。该功能特别适用于大规模养殖基地的管理，减少了人工现场操作的需求，提高了管理效率。
21、区别于现有技术，上述技术方案通过对养殖网箱、进水设备和不透水围挡的布设，结合智能终端控制系统、温度传感器等设备对养殖网箱内的水温、溶解氧、透明度、氨氮、亚硝酸盐等进行实时监测，当需要调节水温时可启动引水设备将养殖网箱底层的低温水源向上部推送，更优的方案还包括用出水设备将表层高温水排出养殖网箱外部，然后将深层的温度较低的水向上引达到调节温度和水流的目的，为水产提供适宜的生长环境。且本发明通过自下向上引水的方式对水温进行调节，设备能耗低，有利于节约成本，在进行换水的同时可通过夹带氧气的水流对水体进行均匀供氧，从而节能又高效地达到最佳的养殖条件，进一步提升了水产的生存环境。
22、上述
技术实现要素：
相关记载仅是本技术技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本技术的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本技术的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本技术的具体实施方式及附图进行说明。
1.一种节能控温的水产养殖系统，其特征在于，包括养殖网箱(1)、第一不透水围挡(2)和进水设备(3)，
2.根据权利要求1所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，还包括引水井(5)，所述引水井(5)包括井体(51)和设置于所述井体(51)侧壁并与井体(51)相连通的导流管(52)，所述进水设备(3)设置于所述井体(51)的预设位置。
3.根据权利要求2所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，所述引水井(5)设置于所述养殖网箱(1)以外的水体并靠近所述第一不透水围挡(2)，所述导流管(52)贯穿所述第一不透水围挡(2)并通向所述养殖网箱(1)内部。
4.根据权利要求2所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，所述引水井(5)设置于所述养殖网箱(1)内部水体。
5.根据权利要求2所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，所述井体(51)高度可调。
6.根据权利要求1或2所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，还包括出水设备(4)。
7.根据权利要求6所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，所述出水设备(4)包括相接通的出水泵(41)、止回闸(42)和排水管(43)。
8.根据权利要求1所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，所述节能控温的水产养殖系统还包括第二不透水围挡(6)，所述第二不透水围挡(6)设置于远离所述第一不透水围挡(2)朝向养殖网箱(1)外水体的位置。
9.根据权利要求8所述的节能控温的水产养殖系统，其特征在于，所述引水井(5)设置于所述养殖网箱(1)内部水体、所述第一不透水围挡(2)和所述第二不透水围挡(6)之间的水体或第二不透水围挡(6)外远离所述养殖网箱(1)的水体中。
10.权利要求1-4和7-9的任一项所述的节能控温的水产养殖系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
