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利用波浪能研发人工呼吸藻礁

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发布日期:2018-11-01 12:00

 海藻场生态系统是典型近岸浅海生态系统之一,利用大型海藻吸收、固定,并转移海水中的碳、氮、磷等生源要素,减轻水域富营养化,同时形成多种海洋生物生长、栖息的局部稳定的小生境,达到增加生物多样性,修复渔业资源的目的[1-9]。
  近年来随着海洋环境污染,全球范围内普遍呈现海藻场萎缩和退化的趋势,近岸岩礁性底质海区,大型底栖海藻垂直分布格局明显有集中向近岸浅水区分布的趋势;其原因主要有两个方面:一是海水透明度降低,在水深较深的区域内大型海藻无法获取适宜的光照条件,分布趋于上移;二是随着水深的增加,岩礁基质上的沉积物数量显着增多,严重影响海藻孢子体附着及附着后的生长存活。
  利用人工藻礁来修复和营造海藻场,是各国普遍采用且行之有效的恢复底栖海藻资源量的方法,但传统藻礁由于设计较为简单,受泥沙和生物附着作用的影响,使其效能受到不同程度的消弱[6,9]。
  1 人工藻礁研究现状
  目前常见的人工藻礁的设计主要针对藻礁的材质、形状和增加附着基表面粗糙度,却很少考虑到藻礁投放后,藻礁表面的沉积物对海藻附着和生长的影响;而一旦导致藻礁表面沉积物(淤泥)聚集、覆盖后,将严重影响海藻孢子体附着及生长存活(海藻孢子难以附着在淤泥上)[8-9]。
  另一方面,为了有利于海藻孢子体的附着,人工藻礁的表面的坡度不能过陡(斜度不能过大),否则不利于海藻孢子体的附着;这一来虽然有利于海藻孢子体的附着,但同时也使得藻礁表面更容易被沉积物(淤泥)聚集、覆盖。
  为克服上如集纳型人工藻礁,礁体由钢筋、混凝土制成,实心的梯台形状,粗糙表面。礁体顶面设置有集纳区,底部设置有类似“十”字形的排淤通道。该藻礁虽然考虑到沉积物对海藻附着和生长的影响,并设置了排淤通道,但此设计对藻礁表面的沉积物清除效果不佳,其同样存在当沉积物(淤泥)聚集、覆盖藻礁表面后,海藻孢子体附着及生长存活的问题。
  2 呼吸藻礁
  为了克服的人工藻礁存在藻礁表面沉积物聚集后难以有效的清除,导致海藻孢子体难以附着、生长问题,提供一种不仅能够有效的清除藻礁表面的沉积物,避免沉积物对海藻附着和生长产生影响;而且还能够搅动海底沉积物,使沉积在海底的营养物质扩散、上升,提高人工藻礁附近的海域初级生产力,为鱼类提供充足的饵料,已实现更好的聚鱼效果,有利于形成更加完善的海洋生态系统的能呼吸的藻礁。
  2.1 结构特征
  呼吸藻礁主体为混凝土材质的凸形结构(图1),其组成包括浮球、连接绳、锥形的藻礁体、设置在藻礁体中部及贯穿藻礁体顶面及底面的导向孔及可滑动的设置在导向孔内的活塞体;导向孔内、位于活塞体下方设有下限位凸块,导向孔的上端口的正上方设有上挡板,上挡板通过连接杆固定在藻礁体上,且上挡板与导向孔的上端口之间设有间隙,上挡板的边缘设有一圈往上挡板外侧斜向下延伸的环形导流板;导向孔内、位于活塞体与上挡板之间设有可使活塞体往下移动的预紧压缩弹簧,上挡板中部设有穿绳通孔;藻礁体的底面上设有若干用于支撑藻礁体的支撑块,并且当藻礁体通过支撑块置于海底后,藻礁体的底面与海底表面之间形成可供水流通的导流缝隙;连接绳的一端与浮球相连接,另一端穿过穿绳通孔,并与活塞体相连接。

2.2 工作原理
  藻礁利用海浪的波浪能量作为动力来呼吸,从而有效的清除藻礁表面的沉积物,避免沉积物对海藻附着和生长产生影响;而且能够搅动海底沉积物,使沉积在海底的营养物质扩散、上升,提高人工藻礁附近的海域初级生产力,为鱼类提供充足的饵料,已实现更好的聚鱼效果,有利于形成更加完善的海洋生态系统。
  环形导流板的倾斜角度C大于等于藻礁体外侧面的倾斜角度。由于环形导流板的倾斜角度C大于等于藻礁体外侧面的倾斜角度,这样可以增大经环形导流板导流,并冲刷到藻礁体外侧面(外表面)上的水流的流速,从而有利于清除藻礁表面的沉积物。藻礁体外侧面的倾斜角度为15°至45°。本放啊的藻礁体外侧面的倾斜角度为15°至45°,其在不影响海藻孢子体附着的前提下,有利于清除藻礁表面的沉积物。
  藻礁体还设有环绕导向孔的环形内腔,环形内腔下部设有网状隔层,该网状隔层将环形内腔分隔成上、下两部分,且其中网状隔层下方的环形内腔形成用于庇护幼鱼的幼鱼庇护腔;藻礁体外侧面上、位于网状隔层的上方还设有若干与环形内腔相通的进出孔。
  环形内腔中位于网状隔层上方的内腔可以为成鱼提供良好的庇护、生长繁殖等的场所,而网状隔层下方的幼鱼庇护腔则可以为鱼卵及幼鱼提供良好的庇护、生长场所,鱼卵及幼鱼可以穿过网状隔层,而成鱼无法穿过网状隔层,避免鱼卵及幼鱼被其他鱼类捕食。
  藻礁体的外侧面上设有安装槽,且各安装槽内分别镶嵌有经实验室培,并育附着海藻孢子体的藻礁块。本方案采用的人工海藻移植方法有利于形成藻场,进而丰富藻礁附近海域的生态环境,有利于改善海域生态环境。
  活塞体的上端面设有凹陷的上凹槽,活塞体的下端面设有凹陷的下凹槽,预紧压缩弹簧的下端抵靠在上凹槽的底面上。上凹槽不仅能够作为预紧压缩弹簧的下端的限位结构,而且在活塞体往上移动的过程中,上凹槽有利于使导向孔内的水上流,从而有利于增大冲刷藻礁外表面的水流流量;而下凹槽在活塞体往下移动的过程中,有利于使导向孔内的水下流,从而增大活塞体往下移动过程中的导流缝隙内的水流流量,有利于使海底的沉积物(营养物质)上升。导向孔内、位于活塞体上方设有上限位凸块,且上限位凸块位于导向孔上部,下限位凸块靠近导向孔的下边缘。导向孔呈圆柱状,与藻礁体同轴设置,同时上挡板与导向孔轴线相垂直。环形导流板呈锥形,且环形导流板与藻礁体同轴设置。
  2.3 装置工作过程
  本发明的能呼吸的藻礁投放到海底后的状态,如图1所示:
  在海浪波动的过程中,浮球将随海浪的波动一同上下波动;当浮球随海浪的波动往上移动时,浮球将通过连接绳带动活塞体沿导向孔往上移动,从而使导向孔内、位于活塞体上方的水往上流动;该水流经过上挡板及环形导流板的导流作用,将沿藻礁体表面往下流动,从而不断的将沉积在藻礁体表面的沉积物(淤泥)清理掉,避免沉积物对海藻附着和生长产生影响。
  同时,在活塞体往上移动的过程中将压缩预紧压缩弹簧;当浮球随海浪的波动往下移动时:预紧压缩弹簧恢复,带动活塞体沿导向孔往下移动,从而使导向孔内、位于活塞体下方的水往下流动,并流经藻礁体的底面与海底表面之间形成的可供水流通的导流缝隙,然后往四周流动,而在这个过程中,水流将冲击藻礁体下方的海底表面的沉积物,搅动海底沉积物,并带动这些沉积物随水流一同往四周扩散、上升,从而提高人工藻礁附近的海域初级生产力,为鱼类提供充足的饵料,已实现更好的聚鱼效果,有利于形成更加完善的海洋生态系统。
  本发明的藻礁通过浮球随海浪的波动一同上下波动,使活塞体不断的上下移动,使水流不断的在藻礁体内进出,形成类似的呼吸效果,不仅能够有效的清除藻礁表面的沉积物,避免沉积物对海藻附着和生长产生影响;而且还能够搅动海底沉积物,使沉积在海底的营养物质扩散、上升,提高人工藻礁附近的海域初级生产力,为鱼类提供充足的饵料,有利于形成更加完善的海洋生态系统。
  3 小结
  本研究首次将海洋波浪能与人工藻礁相结合,因地制宜,研制成功了一种会呼吸的藻礁,其不仅能够有效的清除藻礁表面的沉积物,避免沉积物对海藻附着和生长产生影响;而且还能够使沉积在海底的营养物质上升,提高人工藻礁附近的海域初级生产力,为鱼类提供充足的饵料,已实现更好的聚鱼效果,有利于形成更加完善的海洋生态系统。

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复合影响因子: 综合影响因子: 期刊分类:自然科学

出版地:重庆

发行周期: 月刊

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