CN103535206B - 一种水体原位试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体原位试验装置，其包括：原位试验装置框架，所述原位试验装置框架为可并联扩展的长方体或正方体构造；深度调节组件，所述深度调节组件安装在所述原位试验装置的顶部，所述深度调节组件具有长度可调节的连接带；试验培养单元，所述试验培养单元连接在所述连接带上。本发明水体原位试验装置的优点为：整个试验装置模块化组合，组装和拆卸简单，而且各个部件容易维护及更换，延长了围隔的整体使用寿命。试验装置的大小和规模可根据试验需要进行调节，发生破损时可分段拆解修复，并且试验结束时可以回收和重复利用。装置的功能强大，可同时模拟多种情景、多种组合的野外原位试验。

Description

一种水体原位试验装置

技术领域

本发明涉及环境保护和治理领域，特别是涉及一种水体原位试验装置，用于研究不同水环境条件下水-沉积物-水生生物系统的生物化学过程。

背景技术

近30年来，随着我国社会经济快速发展，对湖泊资源的利用开发强度日益加大，湖泊生态系统也遭受了前所未有的严重破坏，湖泊水环境问题日益突出。2012年国控监测的60个湖泊(水库)中，富营养化状态的湖泊(水库)占25.0%。而且水量不足与水质型缺水已经成为影响我国许多地区社会经济可持续发展和维持生态良性循环的重要制约因素。因此，湖泊生态恢复研究和实践一直是环境学领域和湖泊管理的热点问题。要实现湖泊生态恢复首先是改善与重建湖泊水体理化环境，但是各个湖泊所处的地理环境各不相同，且湖泊中的水质、水生态的环境问题也有所差别，所以要想取得较好的修复效果必须通过野外原位模拟试验来取得可靠的技术参数。

目前，研究湖泊生态系统中理化环境因子与浮游藻类、底栖生物、沉水植物等生物要素相互关系的装置主要以室内试验为主，其次是原位围隔装置。室内装置对研究藻类水华发生、沉积物释放、沉水植物恢复等技术参数及应用条件起到了很好的借鉴作用，但室内模拟装置不能真实反映湖泊的现实状况，可能导致获得的技术参数不准确。原位围隔装置主要包括硬性围隔和柔性围隔两种，一个设计合理的围隔可以使试验顺利进行，但围隔的造价较高，而且拆装不方便，不容易修理，基本不能二次利用。目前市面上尚无成型、功能丰富、结构合理、用于研究水-沉积物-水生生物系统生物化学过程的装置。

发明内容

本发明的目的是提出一种水体原位试验装置，以解决现有的原位围隔装置造价较高、拆装不方便、不容易修理、以及不能二次利用的缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：一种水体原位试验装置，其包括：

原位试验装置框架100，所述原位试验装置框架为可扩展的长方体或正方体构造；

深度调节组件6，所述深度调节组件安装在所述原位试验装置的顶部，所述深度调节组件具有长度可调节的连接带；

试验培养单元7，所述试验培养单元连接在所述连接带上。

进一步，如上所述的水体原位试验装置，所述原位试验装置框架100由以下零件组装而成：

第一竖直连接杆1，所述第一竖直连接杆的一端为公螺纹，另一端为母螺纹；

第二竖直连接杆2，所述第二竖直连接杆的一端为锥形尖端22，另一端为公螺纹；

第一水平连接杆3，所述第一水平连接杆的两端均为公螺纹；

第二水平连接杆4，所述第二水平连杆的一端为公螺纹，另一端为母螺纹；

连接件5，所述连接件为十字形构造，连接件中部具有竖直方向的母螺纹52，连接件的四个端头54具有母螺纹。

进一步，如上所述的水体原位试验装置，所述深度调节组件6由弓形横杆62以及固定在弓形横杆上的手摇式纤维尺64组成。优选的，所述的手摇式纤维尺的尺带66为高抗拉力玻璃纤维，作为连接带。

进一步，如上所述的水体原位试验装置，所述试验培养单元7为柱状的样品采集管，所述样品采集管的下部沿采集管轴向间隔设置3个电极孔72。

进一步，如上所述的水体原位试验装置，还包括围隔网8，所述围隔网8包围在原位试验装置框架100的四周。优选的，所述围隔网8为高密度耐水化纤布或尼龙网。优选的，所述围隔网8由可以分开的网片组成，网片上边连接到原位试验装置框架100的平连接杆，网片的两个侧边分别与相邻网片的侧边可拆卸地连接；围隔网的下端连接铅坠。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、整个试验装置模块化组合，组装和拆卸简单，而且各个部件容易维护及更换，延长了围隔的整体使用寿命。

2、试验装置的大小和规模可根据试验需要进行调节，发生破损时可分段拆解修复，并且试验结束时可以回收和重复利用。

3、装置的功能强大，可同时模拟多种情景、多种组合的野外原位试验。本发明的原位试验装置能够原位模拟水-沉积物-水生生物系统生物化学过程。将原位围隔和沉水植物恢复、底泥释放等试验结合在同一个装置中，并实现同一装置模拟多种水环境因子与浮游藻类、沉水植物、底栖生物相互作用的过程。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种实施例水体原位试验装置的整体示意图；

图2为本发明一种实施例水体原位试验装置的连接件示意图；

图3为本发明一种实施例水体原位试验装置的深度调节组件示意图；

图4为本发明一种实施例水体原位试验装置的试验培养单元示意图；

图5为本发明另一种实施例水体原位试验装置的原位试验装置框架示意图；

图6为本发明又一种实施例水体原位试验装置的原位试验装置框架示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

100、原位试验装置框架，1、第一竖直连接杆，2、第二竖直连接杆，22、锥形尖端，3、第一水平连接杆，4、第二水平连接杆，5、连接件，52、竖直方向的母螺纹，54、端头，6、深度调节组件，62、弓形横杆，64、手摇式纤维尺，66、手摇式纤维尺的尺带，7、试验培养单元，72、电极孔，8、围隔网。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1所示为一种水体原位试验装置，其包括：

原位试验装置框架100，所述原位试验装置框架为可扩展的长方体或正方体构造；

深度调节组件6，所述深度调节组件安装在所述原位试验装置的顶部，所述深度调节组件具有长度可调节的连接带；

试验培养单元7，所述试验培养单元连接在所述连接带上。

在以下实施方式中第一竖直连接杆，第二竖直连接杆，第一水平连接杆，第二水平连接杆均为1米长，便于进行任意整米尺寸原位试验装置框架的组装。但是，根据实际需要也可以为其他长度，如0.5米、1.5米、2米等。优选的，上述连接杆的材质为不锈钢。

在本发明一种实施方式的水体原位试验装置中，所述原位试验装置框架100由以下零件组装而成：

第一竖直连接杆1，所述第一竖直连接杆的一端为公螺纹，另一端为母螺纹；第二竖直连接杆2，所述第二竖直连接杆的一端为锥形尖端22，另一端为公螺纹；第一水平连接杆3，所述第一水平连接杆的两端均为公螺纹；第二水平连接杆4，所述第二水平连杆的一端为公螺纹，另一端为母螺纹；连接件5，所述连接件为十字形构造，连接件中部具有竖直方向的母螺纹52，连接件的四个端头54具有母螺纹。

根据水体试验的具体要求，利用上述零件，原位试验装置框架100有多重组合模式。

如图1所示，本发明第一种实施方式的水体原位试验装置包括一种原位试验装置框架100。该原位试验装置框架包含位于框架顶角处的四个连接件5。在竖直方向上，每一竖直连接杆包括首尾连接的两个第一竖直连接杆1和连接在最下方的第二竖直连接杆2。水平方向上，每一水平连接杆包括首尾连接的两个第二水平连接杆4，通过母螺纹与其中一个连接的第一水平连接杆3。4个竖直连接杆连接到连接件的竖直方向的母螺纹52，4个水平连接杆通过连接件5连接成矩形框架，最终形成3米×3米的正方体的原位试验装置框架100。

如图5所示，本发明第二种实施方式的原位试验装置框架100。

包含四个位于顶角处的连接件5；竖直方向上，包括4个第二竖直连接杆2。水平方向上，包括4个第一水平连接杆3。4个第二竖直连接杆连接到连接件的竖直方向的母螺纹52，4个第一水平连接杆通过连接件5连接成矩形框架，最终形成正方体的原位试验装置框架100。

如图6所示，本发明第三种实施方式的括原位试验装置框架100。该原位试验装置框架100由两个图5中所示的原位试验装置框架100并联而成。并联的方式是通过共用两个连接件5实现的。

如图3所示，在本发明一种实施方式的水体原位试验装置中，所述深度调节组件由弓形横杆62以及固定在弓形横杆上的手摇式纤维尺64组成。所述的手摇式纤维尺的尺带66为高抗拉力玻璃纤维。弓形横杆62的材质为不锈钢或者韧性较好的亚克力有机板材。高抗拉力玻璃纤维材质的尺带不易被拉伸，能够增加测量准确度，尺带的最前端设有圆环，方便其连接试验培养单元。

如图4所示，在本发明一种实施方式的水体原位试验装置中，所述试验培养单元7为柱状的透明样品采集管，所述样品采集管的下部沿采集管轴向间隔设置3个电极孔72，孔径大小与测量电极相匹配。试验培养单元的材质为透明的PVC管或者透明的有机玻璃，试验培养单元的直径为9cm、12cm或者15cm，优选方案为12cm；试验培养单元的高度可以为20cm、30cm、40cm或者50cm，优选方案为30cm或40cm。所述的试验培养单元的最上端设有3个小孔，可通过尼龙绳与纤维尺的尺带相连接。

如图1所示，在本发明一种实施方式的水体原位试验装置中，还包括围隔网8，所述围隔网8包围在原位试验装置框架100的四周。所述围隔网8为高密度耐水化纤布或尼龙网。优选的，所述围隔网8由可以分开的网片组成，网片上边连接到原位试验装置框架100的平连接杆，网片的两个侧边分别与相邻网片的侧边可拆卸地连接（如拉锁的方式）；围隔网的下端连接铅坠。

围隔网8的材料可根据试验需要进行选择。(1)模拟全封闭试验环境时选择高密度耐水化纤布，横向、纵向抗压能力强。(2)模拟半封闭试验环境时选择尼龙网，其孔径根据试验需要选择，如做藻类生长试验时选者小于浮游植物个体直径，优选孔径为0.064mm，形成低水头阻力的围隔材料。(3)模拟敞水区试验环境时，选择大孔径尼龙网，优选孔径为50mm。

本发明实施方式水体原位试验装置的安装过程以及利用该装置进行的试验过程如下：

选择风浪和水流较小的湖湾，利用本发明第一种实施方式的原位试验装置（3×3米）开展不同水深梯度下沉水植物生长及其对沉积物释放的影响；同时开展大型底栖生物（河蚬）对重金属铜的生物富集作用的研究。

1、围隔网选择孔径为50mm的尼龙网，网片上边用尼龙绳与对应的水平连接杆相连，网片的两个侧边分别与相邻网片的侧边通过拉锁可拆卸地连接。采用可拆卸形式的围隔网便于后续的围隔布的维护及清洗，增加围隔网的可重复利用性，节省使用成本。

2、将组装好的原位试验装置框架放入指定区域，用重锤或者其它硬物将竖直连接杆牢牢固定在底泥中，并使竖直杆的高度超过水面0.5m以上。

3、将5个固定好手摇式纤维尺的弓形横杆固定在水平连接杆上，每个弓形横杆的间距为50cm，每个弓形横杆上可固定多个手摇式纤维尺，优选方案为5个。

4、选择其中两组，即两个弓形横杆10个手摇式纤维尺，将其与试验培养单元连接。每个试验培养单元的的底部为湖底采集的沉积物，厚度为10cm,沉积物的上部种植沉水植物，如苦草。

5、设定试验水深梯度，如50cm、100cm、150cm、200cm、250cm，通过手摇式纤维尺调节培养单元距水面的距离，每个水深设置一个平行，开始不同水深梯度下沉水植物生长及其对沉积物释放的影响试验。

6、同时设置5个重金属铜浓度梯度（含对照）的沉积物分别装入试验培养单元，使沉积物总厚度为20cm。然后每个培养单元选取大小较为一致，生长健壮的20个河蚬放入培养单元。每个梯度3个平行，共15个试验培养单元。

7、选择另外三组，即3个弓形横杆15个手摇式纤维尺，将其与试验培养单元连接。通过手摇式纤维尺将其调节至同一水平高度，考虑到水体溶解氧的垂直分布，优选方案为距水面距离为50～100cm之间，开展大型底栖生物对重金属铜生物富集作用的研究。

8、可通过手摇式纤维尺随时观测透明的试验培养单元沉水植物、底栖生物河蚬的生长状况，测定相关试验参数。

试验结束后，对装置的各个部件进行检修和清洗，然后开展另外的试验或者对其进行回收、再次利用。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种水体原位试验装置，其特征在于，包括：

原位试验装置框架(100)，所述原位试验装置框架为可扩展的长方体或正方体构造；

深度调节组件(6)，所述深度调节组件安装在所述原位试验装置的顶部，所述深度调节组件具有长度可调节的连接带；所述深度调节组件由弓形横杆以及固定在弓形横杆上的手摇式纤维尺组成；所述手摇式纤维尺的尺带作为连接带；

试验培养单元(7)，所述试验培养单元连接在所述连接带上；所述试验培养单元为柱状的样品采集管，所述样品采集管的下部沿采集管轴向间隔设置3个电极孔；

其中，所述原位试验装置框架由以下零件组装成可扩展的长方体或正方体构造：

第一竖直连接杆，所述第一竖直连接杆的一端为公螺纹，另一端为母螺纹；

第二竖直连接杆，所述第二竖直连接杆的一端为锥形尖端，另一端为公螺纹；

第一水平连接杆，所述第一水平连接杆的两端均为公螺纹；

第二水平连接杆，所述第二水平连接杆的一端为公螺纹，另一端为母螺纹；

连接件，所述连接件为十字形构造，连接件中部具有竖直方向的母螺纹，连接件的四个端头具有母螺纹。

2.根据权利要求1所述的水体原位试验装置，其特征在于，所述的手摇式纤维尺的尺带(66)为高抗拉力玻璃纤维。

3.根据权利要求1所述的水体原位试验装置，其特征在于，还包括围隔网(8)，所述围隔网(8)包围在原位试验装置框架(100)的四周。

4.根据权利要求3所述的水体原位试验装置，其特征在于，所述围隔网(8)为高密度耐水化纤布或尼龙网。

5.根据权利要求3所述的水体原位试验装置，其特征在于，所述围隔网(8)由可以分开的网片组成，网片上边连接到原位试验装置框架(100)的水平连接杆，网片的两个侧边分别与相邻网片的侧边可拆卸地连接；围隔网的下端连接铅坠。