CN103039411A

CN103039411A - 一种适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置

Info

Publication number: CN103039411A
Application number: CN2013100031005A
Authority: CN
Inventors: 于宗赫; 夏建军; 陈言峰; 罗鹏; 胡超群
Original assignee: South China Sea Institute of Oceanology of CAS
Current assignee: South China Sea Institute of Oceanology of CAS
Priority date: 2013-01-05
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2033-01-05
Also published as: CN103039411B

Abstract

本发明公开了一种适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置。它包括捕集器，悬挂臂、框架和浮子绳索，所述的捕集器为下端封闭的管，封闭端设有重物，开口端的开口处外罩防护网，防护网孔径大小为0.5～1cm，在框架的上部设有若干个悬挂臂，在捕集器的开口端系有悬挂绳，悬挂绳的另外一端系在悬挂臂的自由端上，从而将捕集器悬挂于悬挂臂上，在框架的顶端还系有浮子绳索，浮子绳索的另外一端系有二级浮子，在浮子绳索的中部还系有一级浮子，在框架的底座面上具有若干个固定脚。本发明结构简单，坚固可靠，造价低廉，易于制作和现场应用，并且设备轻便，便于运输与投放，无需潜水员下水操作，在投放和回收过程中不会搅动底质影响测定效果。

Description

一种适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置

技术领域：

本发明涉及沉积物捕集装置，具体涉及一种适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置。

背景技术：

海底沉积物通量研究是浅海物质循环研究当中的重点项目之一，目前主要用沉积物捕集器进行相关的研究。相对于硬质海底，软质海底，如海水鱼类网箱养殖区，沉积物通量的研究存在很大的困难，这是由于底泥松软，直接投放的沉积物捕集器不容易固定，无法保持竖直状态。目前通常由潜水员将沉积物捕集器直接压入底泥中，经过一段时间后再由潜水员下水回收，潜水操作费时费力，危险性大，并且潜水员在海底操作过程中容易搅浑海水，导致海底沉积物再悬浮影响通量测定。因此迫切需要一种简单的设施准确地测定海底沉积物通量。

软质海底在我国沿海各地分布广泛，该类型海区海底沉积物通量很高，在浅海物质循环中占重要地位，对其沉积通量进行研究具有重要的科学价值，而现有的研究技术都存在一定的缺陷，并且较难真实地反应现场情况，因此研制一种能够准确地测定浅海软质海底沉积物通量的装置迫在眉睫。

发明内容：

本发明的目的是提供一种成本低廉，操作简单，无需潜水放置，误差小的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置。

本发明的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，包括捕集器，悬挂臂、框架和浮子绳索，所述的捕集器为下端封闭的管，封闭端设有重物，开口端的开口处外罩防护网，防护网孔径大小为0.5~1cm，在框架的上部设有若干个悬挂臂，在捕集器的开口端系有悬挂绳，悬挂绳的另外一端系在悬挂臂的自由端上，从而将捕集器悬挂于悬挂臂上，在框架的顶端还系有浮子绳索，浮子绳索的另外一端系有二级浮子，在浮子绳索的中部还系有一级浮子，在框架的底座面上具有若干个固定脚。

所述的框架呈正三角锥形状（金字塔形），在正三角锥形框架的正三角形底座各顶点垂直底座面各设有一个固定脚，所有悬挂臂的一端都固定于正三角锥形框架的最顶端，所述的浮子绳索也系于此处，悬挂臂的自由端通过悬挂绳悬挂捕集器，悬挂臂平行于正三角锥形框架的底座面。进一步优选，每个框架上具有3个悬挂臂，相应的悬挂1~3个捕集器，当为多个捕集器时，各捕集器之间距离保持在0.5m以上，保持0.5m以上，所悬挂捕集器能够在水体中自由摆动，并免于与海底接触，这样能够有效的保证捕集效率和精确性。

优选，所述的捕集器由PVC圆管制成，其内径为3~5cm，高度为15~25cm，其高度与内径比不小于5。

所述的捕集器封闭端重物优选为铁砂或碎铅块等高密度物质掺加玻璃钢胶等性质稳定的粘合剂粘合组成，这种重物性质稳定，作为配重不会释放多余物质影响测定结果。

所述的悬挂绳优选为尼龙绳或其他软质、坚韧的细绳，其长度根据需要进行调节，使所悬挂捕集器底部不会接触海底。

所述的浮子绳索优选为聚乙烯绳或其他坚韧耐腐蚀的绳子。

本发明的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置是这样使用的：将适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置用船运往目标海域，到达位置后，测量海水的深度，根据海水的深度设定浮子绳索的长度，使浮子绳索的长度要略长于高潮时水深，在浮子绳索离海底距离为高潮水深一半位置处系一级浮子，在浮子绳索顶端系二级浮子，两级浮子中，其中一级浮子提供的浮力较大，可以牵动下半部分绳索使其在水体中呈竖直状以避免与框架缠绕，同时又不会拉动捕集器使其位置发生移动；二级浮子浮力较小，牵动上半段绳索使其浮出水面为捕集器回收指示位置即可。然后在各捕集器中灌满海水，然后用绳索慢慢地将适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置沉到海底，避免搅动底质，适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置投放1~4天后回收，如果需要放置更长时间，则必须在捕集器中加防腐剂，以减少沉积物自身降解造成的损失；实验结束后将适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置轻轻地拉出水面，带到岸上静置1小时后，倾去捕集器的上覆水，将沉积物全量收集并过80目筛，用去离子水脱盐后烘干并称重。沉积物通量计算公式为：DR=D/(S.T)，其中DR为海底沉积速率，单位为g/(m².d)；D为实验期间单个捕集器所截留沉积物量，S为捕集器开口面积，单位为m²；t为持续时间，单位为d。

本发明相比于现有技术，其有益效果如下：

1、本发明通过框架将适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置固定于浅海软质海底，整个捕集装置重心位于底座（框架底座面），底座能够借助自身重力和固定脚的作用牢牢固定于底泥中，不会因海流冲击造成位置移动而影响研究结果。

2、捕集器可以借助自身重力和悬挂绳拉力自行在海底保持垂直状态，无需人为加以校正，且捕集器开口离海底很近，因此，能够准确地反映研究海域海底沉积物垂直方向的通量。捕集器加设外罩防护网，内部根据需要加防腐剂，可以有效地防止海底鱼、虾等大型生物进入，防腐剂可减少沉积物降解对实验结果造成的影响。

3、浮子绳索上系二级浮子，这样可以起到防止绳索缠绕和指示位置的作用，便于捕集设施的投放与回收。

4、本发明的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其结构简单，坚固可靠，造价低廉，易于制作和现场应用，并且设备轻便，便于运输与投放，无需潜水员下水操作，在投放和回收过程中不会搅动底质影响测定效果。

附图说明：

图1是高潮时本发明的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置投放于平缓软质海底的结构示意图；

图2是低潮时本发明的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置投放于非平缓软质海底的结构示意图；

附图标记说明：1-捕集器；2-重物；3-防护网；4-悬挂绳；5-悬挂臂；6-框架；7-固定脚；8-浮子绳索；9-一级浮子；10-二级浮子。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置包括捕集器1，悬挂臂5、框架6和浮子绳索8，所述的捕集器1为下端封闭的管，封闭端设有重物2，开口端的开口处外罩防护网3，防护网3孔径大小为0.5~1cm，在框架6的上部设有若干个悬挂臂5，在捕集器1的开口端系有悬挂绳4，悬挂绳4的另外一端系在悬挂臂5的自由端上，从而将捕集器1悬挂于悬挂臂5上，在框架6的顶端还系有浮子绳索8，浮子绳索8的另外一端系有二级浮子10，在浮子绳索8的中部还系有一级浮子9，在框架6的底座面上具有若干个固定脚7。

具体为：

本实施例的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，包括捕集器1，悬挂臂5、框架6和浮子绳索8，所述的捕集器1为PVC圆管，其内径为3~5cm，高度为15~25cm，其高度与内径比不小于5，PVC圆管用堵头封底，在底部填充铁砂或碎铅块等高密度物质掺加玻璃钢胶等性质稳定的粘合剂粘合的高密度重物2，底部填充高密度重物作为配重可以使捕集器重心位于底部，在重物重力和悬挂绳拉力作用下捕集器在水中能够一直保持垂直于海底的状态，PVC圆管上端的开口处外罩防护网3以阻止鱼类等大型生物进入，防护网材料为聚乙烯网衣，网孔大小为0.5~1cm，用橡皮筋扎在捕集器开口处，在离PVC圆管顶端1cm左右位置，沿直径对称打两孔，在孔中系有悬挂绳4。

所述的框架6为不锈钢钢筋或者涂防腐层的普通钢筋制作，其主体结构由6条等长钢筋焊为金字塔形（正三角锥形），其中底座为等边三角形，由直径2~3cm粗的钢筋焊接而成（所用材料较重，以使重心位于装置底部），底座各顶点位置垂直底座面焊接3~5cm长的钢筋作为固定脚7，固定脚7能扎于海底软泥中使底座固定位置；金字塔形三棱用直径0.5cm钢筋制作（以减轻水流阻力），金字塔顶端焊接一个螺帽用于系浮子绳索8，在金字塔形三棱顶端处焊接3根直径0.5~1cm粗的钢筋作为悬挂臂5用于悬挂捕集器1，悬挂臂5平行于底座平面，其投影方向与底座任意一边中垂线方向一致，相邻两悬挂臂之间夹角为120°，悬挂臂5顶端焊接一螺帽用于系捕集器1的悬挂绳4；框架6规格按照捕集器1的大小制作，使悬挂的捕集器1在水体中摆动时能够避免接触海底；每个框架6可以悬挂1~3个捕集器1，为避免相互干扰，悬挂多个捕集器1时，各捕集器1之间距离保持在0.5m以上。

捕集器1的悬挂绳4为尼龙绳或其他软质、坚韧的细绳，其长度根据需要进行调节，使所悬挂的捕集器1底端不会接触海底。

在金字塔顶端的螺帽处系有浮子绳索8，浮子绳索8为聚乙烯绳或其他坚韧耐腐蚀的绳子，绳索总长要略长于高潮时水深（可根据实际海况进行调节），在绳索离海底距离为高潮水深一半位置处系一浮子，为一级浮子9；在绳索顶端系一浮子，为二级浮子10。两级浮子中，其中一级浮子提供的浮力较大，可以牵动下半段浮子绳索使其在水体中呈竖直状以避免缠绕，而同时又不会拉动框架6使其位置发生移动；二级浮子浮力较小，牵动上半段绳索使其浮出水面为捕集器1回收指示位置即可。浮子可以为普通浮子或者矿泉水瓶。

将适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置用船运往目标海域，到达位置后，测量海水的深度，根据海水的深度设定浮子绳索的长度，使浮子绳索的长度要略长于高潮时水深，在浮子绳索离海底距离为高潮水深一半位置处系一级浮子，在浮子绳索顶端系二级浮子，两级浮子中，其中一级浮子提供的浮力较大，可以牵动下半部分绳索使其在水体中呈竖直状以避免与框架缠绕，同时又不会拉动捕集器使其位置发生移动；二级浮子浮力较小，牵动上半段绳索使其浮出水面为捕集器回收指示位置即可。然后在各捕集器中灌满海水，然后用绳索慢慢的将适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置沉到海底，避免搅动底质，适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置投放1~4天后回收，如果需要放置更长时间，则必须在捕集器中加防腐剂，以减少沉积物自身降解造成的损失；实验结束后将适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置轻轻地拉出水面，带到岸上静置1小时后，倾去捕集器的上覆水，将沉积物全量收集并过80目筛，用去离子水脱盐后烘干并称重。沉积物通量计算公式为：DR=D/(S.T)，其中DR为海底沉积速率，单位为g/(m².d)；D为实验期间单个捕集器所截留沉积物量，S为捕集器开口面积，单位为m²；t为持续时间，单位为d。

应用实施例1：网箱区海底沉积物通量研究

2011年12月初至2012年7月，利用上述适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，按照上述使用方法在深圳大亚湾大鹏澳鱼类网箱养殖区进行了海底沉积物通量的研究。该网箱区所养殖的鱼类主要为军曹鱼、金鲳、美国红鱼以及各类石斑鱼等，饵料为冰鲜小杂鱼为主，配合饵料为辅，海区水深平均约为5m，高潮时水深约为6m，底质为软质结构，淤泥层超过1m，普通捕集器直接投放容易歪倒，如果潜水员下水操作则容易搅浑海水，会对实验结果造成很大影响。

本研究所用的捕集器1PVC圆管内径为4.5cm，高度为25cm，在每个捕集器PVC圆管底部加0.5kg碎铅块并用玻璃钢胶浇注定型作为重物2，框架6的底座各边长均为60cm，由2cm粗钢筋制作；底座的固定脚7长度为4cm；框架三棱均为60cm长，由0.5cm粗的钢筋制作；悬挂臂5由0.5cm钢筋制作，长度为40cm；由于海区高潮时水深为6m，因此一级浮子9系在离底3m的绳索处，绳索总长6.5m。适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置投放后经观察捕集器在水体中一直呈竖直状态，受海流影响非常小，可以直接捕集垂直方向海底沉降的沉积物，沉积物捕集设施投放3~4d后回收，收集沉积物、脱盐并烘干称重，计算通量，测定沉积物有机质含量。相关研究结果如表1所示。其中12年6月份海底沉积物通量剧增，其原因是受台风的影响，海底沉积物通量显著增加。

表1：各时期网箱区海底沉积物通量及其有机质含量

应用实施例2：牡蛎养殖区海底沉积物通量研究

2011年12月初至2012年7月，利用适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，按照上述使用方法在深圳大亚湾大鹏澳牡蛎养殖区进行了海底沉积物通量的研究。该海区所养殖的牡蛎主要为葡萄牙牡蛎，养殖总面积约为3000亩，养殖区平均水深约为4m，高潮时水深约为5m，海底底质为软质结构，淤泥层约为0.5m，表层凹凸不平，分布有大量的牡蛎壳等杂物。前期由潜水员下水安装沉积物捕集器，结果发现海底操作受天气影响很大，特别是高海况条件下水底浑浊，海流较大，给潜水员安装捕集器造成很大影响，成本高昂，并且潜水员水下操作容易搅浑海水，造成实验结果误差较大。

本研究所用的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置同应用实施例1，由于海区高潮时水深为5m，因此一级浮子9系在离底2.5m的绳索处，绳索总长5.5m。捕集设施投放3~4d后回收，收集沉积物、烘干称重，并计算通量，结果表明网箱区海底沉积物通量如表2所示。其中12年6月份海底沉积物通量剧增，其原因也是受台风的影响。研究过程中发现海底牡蛎壳偶尔会将沉积物捕集装置底座某一角垫高（见图2），造成该设施的框架在海底有一定角度的倾斜，而由于捕集器底部重物和悬挂绳的作用，捕集器在水体中始终呈竖直状态，并未影响其收集垂直方向沉积物通量。

总体来说，牡蛎区沉积物通量普遍低于网箱区，表明养殖牡蛎比海水鱼类养殖产生更少的养殖废物，相关结果十分精确。

表2：各时期牡蛎养殖区海底沉积物通量及其有机质含量

显然，本发明的上述具体实施方式仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定，对于本领域技术人员来说，在上述说明的基础上还可以容易地做出其它形式上的变化或者替代，而这些改变或者替代也将包含在本发明确定的保护范围之内。

Claims

1.一种适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，包括捕集器，悬挂臂、框架和浮子绳索，所述的捕集器为下端封闭的管，封闭端设有重物，开口端的开口处外罩防护网，防护网孔径大小为0.5~1cm，在框架的上部设有若干个悬挂臂，在捕集器的开口端系有悬挂绳，悬挂绳的另外一端系在悬挂臂的自由端上，从而将捕集器悬挂于悬挂臂上，在框架的顶端还系有浮子绳索，浮子绳索的另外一端系有二级浮子，在浮子绳索的中部还系有一级浮子，在框架的底座面上具有若干个固定脚。

2.根据权利要求1所述的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，所述的框架呈正三角锥形状，在正三角锥形框架的正三角形底座各顶点垂直底座面各设有一个固定脚，所有悬挂臂的一端都固定于正三角锥形框架的最顶端，所述的浮子绳索也系于此处，悬挂臂的自由端通过悬挂绳悬挂捕集器，悬挂臂平行于正三角锥形框架的底座面。

3.根据权利要求2所述的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，每个框架上具有3个悬挂臂，能悬挂1~3个捕集器，当为多个捕集器时，各捕集器之间距离保持在0.5m以上，所悬挂的捕集器能够在水体中自由摆动，并免于与海底接触。

4.根据权利要求1所述的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，所述的捕集器由PVC圆管制成，其内径为3~5cm，高度为15~25cm，其高度与内径比不小于5。

5.根据权利要求1所述的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，所述的捕集器封闭端的重物为铁砂或碎铅块掺加玻璃钢胶粘合组成的。

6.根据权利要求1所述的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，所述的悬挂绳为尼龙绳或其他软质、坚韧的细绳。

7.根据权利要求1所述的适合于浅海软质海底的沉积物捕集装置，其特征在于，所述的浮子绳索为聚乙烯绳或其他坚韧耐腐蚀的绳子。