CN103642675B - 藻类垂向分层模拟装置及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种藻类垂向分层模拟装置和模拟方法，所述藻类垂向分层模拟装置包括：藻类垂向分层模拟箱，藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向等间隔地设有多个条带状进水口且在右侧面上沿上下方向等间隔地设有多个条带状出水口，多个进水口与多个出水口在上下方向上一一相对；多个藻水均匀混合搅拌容器；多个第一水管，多个第一水管的进水端分别对应地与多个藻水均匀混合搅拌容器的出水口相连且出水端分别对应地与藻类垂向分层模拟箱的多个进水口相连；多个第二水管，多个第二水管的进水端分别对应地与藻类垂向分层模拟箱的多个出水口相连,所述藻类垂向分层模拟装置可以精确地对藻类垂向分布进行模拟。

Description

藻类垂向分层模拟装置及模拟方法

技术领域

本发明涉及一种藻类垂向分层模拟装置，还涉及一种利用所述藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法。

背景技术

蓝藻水华是藻类大量繁殖引起的环境现象，蓝藻水华的发生不仅制约了湖泊水资源的可利用性，而且直接危害着人类的健康生存。2007年5月，无锡太湖区域蓝藻大面积暴发，引发无锡市自来水严重污染，致使上百万人饮水困难。蓝藻水华为分散在水柱中有浮力的蓝藻在水体表面的聚集，蓝藻水华暴发是在水柱中含有大量蓝藻的条件下，藻类空间位置在短时间内发生改变造成的，即藻类从水中上浮到水表面，或是由于风的作用在局部地区大量聚集。因此，掌握蓝藻空间分布信息，对于认识蓝藻异常生长的原因，建立蓝藻水华的预警系统，控制蓝藻水华危害显得非常必要。

发明内容

本发明的一个目的在于构建可模拟不同类型藻类垂向分布的模拟装置，模拟出不同类型的藻类垂向分层，为研究藻类垂向分布对水面水华形成、水下光强、水质、沉水植物影响创造手段和工具。

1、为实现上述目的，根据本发明提出一种藻类垂向分层模拟装置，所述藻类垂向分层模拟装置包括藻水均匀混合搅拌容器、藻类垂向分层模拟箱、第一水管、第二水管及第三水管，所述藻水均匀混合搅拌容器为多个且平行放置；

 多个所述第一水管的进水端分别对应地与多个所述藻水均匀混合搅拌容器的出水口相连且出水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状进水口相连，其中每个所述第一水管上设有阀门开关、流量调节控制阀门及输送泵，每个第一水管的出水口不断的进行二分式分流，最终分成若干等粗毛细管状出口，致使所出的藻水混合液充分的搅拌到一起，并保持一致的流量与流速；

   藻类垂向分层模拟箱，所述藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状进水口且右侧面上沿上下方向等距离间隔开地设有多个条带状出水口，所述多个条带状进水口与所述多个条带状出水口在上下方向上一一相对；

多个所述第二水管的进水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状出水口相连，其中每个所述第二水管上设有阀门开关，每个第二水管的进水口处设有与第一水管的出水口处毛细管状出口等量的毛细管入口，毛细管入口不断的进行合流，致使最终所出的藻水混合液最终合流为一股流出；

所述多个第二水管出水口汇总于第三水管，第三水管内设有输送泵。

根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过在所述藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向间隔开地设置多个条带状进水口且在所述藻类垂向分层模拟箱的右侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状出水口，从而可以在所述藻类垂向分层模拟箱内形成多个水层，这样可以利用所述藻类垂向分层模拟箱模拟出不同类型对藻类垂向分布；而且，根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过设置与所述藻类垂向分层模拟箱相连的多个所述藻水均匀混合搅拌容器，从而可以使所述藻类垂向分层模拟箱内的多个水层的层流达到稳定，这样可以利用所述藻类垂向分层模拟箱模拟不同类型藻类垂向分布。

因此，根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置结构简单，可以模拟不同类型的藻类垂向分布。

另外，根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述藻类垂向分层模拟箱由有机玻璃制成且所述藻类垂向分层模拟装置还包括遮光塑料层，所述遮光塑料层设在所述藻类垂向分层模拟箱的各表面上，这样可以使光线仅从所述藻类垂向分层模拟箱的上表面照射到所述藻类垂向分层模拟箱内，从而可以使所述藻类垂向分层模拟箱提供的生长环境更加接近自然生长环境。

根据本发明的一个实施例，所述藻类垂向分层模拟箱的各表面上等间隔地设有多个加强件，从而可以防止因所述藻类垂向分层模拟箱内的水压过大而导致所述藻类垂向分层模拟箱破裂。

根据本发明的一个实施例，所述藻类垂向分层模拟箱为大体长方体状，每个所述藻水均匀混合搅拌容器为大体圆柱体状。这样可以使所述藻类垂向分层模拟箱和所述藻水均匀混合搅拌容器更加容易制造。

本发明还提供了一种利用所述藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法，所述模拟方法包括：A）将现场采集藻类按等重量分成若干份，再将各份藻类按等重量、不等重量分成与所述藻水均匀混合搅拌容器数量相同的份数，并称重；

B）在所述藻水均匀混合搅拌容器放入一份藻类，向放入所述藻水均匀混合搅拌容器加入等量不含藻类的湖水；

C）启动藻水均匀混合搅拌容器搅拌器，同时采集混合搅拌容器中不同深度水样，分析确定藻类是否均匀混合；

D）在确定藻水均匀混合搅拌容器中藻、水完全混合后，同时打开第一管路开关，同时启动第一水管中和第三水管中的输送水泵；

E） 同步采集藻类垂向分层模拟箱内不同水层水样，分析水样藻类含量，确定藻类垂向分层分布；

    F）改变放入所述藻水均匀混合搅拌容器现场采集藻类重量，重复A-E，获得另一类型藻类垂向分层分布。

根据本发明实施例的利用所述藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法可以精确地对藻类垂向分布进行模拟。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置的结构示意图；

图2是藻类垂向分层模拟箱的结构示意图；

1-藻类垂向分层模拟箱；2-藻水均匀混合搅拌容器；3-第一水管；4-第二水管；5-流量调节控制阀门；6-阀门开关；7-输送泵；8-第三水管。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1描述根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置。如图1所示，根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置包括藻类垂向分层模拟箱1、多个藻水均匀混合搅拌容器2、多个第一水管3、多个第二水管4、第三水管8。

藻类垂向分层模拟箱，所述藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状进水口且右侧面上沿上下方向等距离间隔开地设有多个条带状出水口，所述多个条带状进水口与所述多个条带状出水口在上下方向上一一相对；

多个藻水均匀混合搅拌容器2为多个且平行排列放置；

多个第一水管3，多个所述第一水管3的进水端分别对应地与多个所述藻水均匀混合搅拌容器2的出水口相连且出水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状进水口相连，其中每个所述第一水管3上设有阀门开关6、流量调节控制阀门5及输出水泵7，每个第一水管的出水口不断的进行二分式分流，最终分成若干等粗毛细管状出口，致使所出的藻水混合液充分的搅拌到一起，并保持一致的流量与流速；

多个第二水管4，多个所述第二水管4的进水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状出水口相连，其中每个所述第二水管4上设有阀门开关6，每个第二水管4的进水口处设有与第一水管的出水口处毛细管状出口等量的毛细管入口，毛细管入口不断的进行合流，最终所出的藻水混合液最终合流为一股流出，致使藻类垂向分层模拟箱水及藻以一致流速从藻类垂向分层模拟箱条带状出口；

所述多个第二水管4出水口汇总于第三水管8，第三水管8内设有输送泵7。

藻类垂向分层模拟箱1的左侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状进水口（上下方向A如图1中的箭头方向所示，左右方向B如图1中的箭头方向所示），且藻类垂向分层模拟箱1的右侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状出水口，藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状进水口与藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状出水口在上下方向上一一相对。也就是说，藻类垂向分层模拟箱1的条带状进水口的数量与藻类垂向分层模拟箱1的条带状出水口的数量相等，且藻类垂向分层模拟箱1的一个条带状进水口在上下方向上与藻类垂向分层模拟箱1的一个条带状出水口相对。

多个第一水管3的进水端分别对应地与多个藻水均匀混合搅拌容器2的出水口相连。即第一水管3的进水端的数量与藻水均匀混合搅拌容器2的数量相等，且一个第一水管3的进水端与一个藻水均匀混合搅拌容器2的出水口相连。多个第一水管3的出水端分别对应地与藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状进水口相连。即第一水管3的出水端的数量与藻类垂向分层模拟箱1的条带状进水口的数量相等，且一个第一水管3的出水端与藻类垂向分层模拟箱1的一个条带状进水口相连。其中，每个第一水管3上设有流量调节控制阀门5。

多个第二水管4的进水端分别对应地与藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状出水口相连。即第二水管4的进水端的数量与藻类垂向分层模拟箱1的条带状出水口的数量相等，且一个第二水管4的进水端与藻类垂向分层模拟箱1的一个条带状出水口相连。其中，每个第二水管4上设有阀门开关6。

根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过在藻类垂向分层模拟箱1的右侧面上沿上下方向间隔开地设置多个条带状进水口且在藻类垂向分层模拟箱1的左侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状出水口，从而可以在藻类垂向分层模拟箱1内形成多个水层，这样可以利用藻类垂向分层模拟箱1精确地对藻类垂向分布进行模拟。而且，根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过设置与藻类垂向分层模拟箱1相连的多个藻水均匀混合搅拌容器2，从而可以使藻类垂向分层模拟箱1内的多个水层的层流达到稳定，这样可以利用藻类垂向分层模拟箱1精确地对藻类垂向分布进行模拟。

此外，通过设置多个第一水管阀门可以调节藻类垂向分层模拟箱1内的多个水层的流速。通过设置多个藻水均匀混合搅拌容器2内藻类含量调节藻类垂向分层模拟箱1内的多个水层的藻类含量，一个藻水均匀混合搅拌容器2可以与藻类垂向分层模拟箱1内的一个水层相对应。

因此，根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置结构简单，可以精确地对藻类垂向分布进行模拟。

具体地，一个藻水均匀混合搅拌容器2内的水可以通过一个第一水管3流入藻类垂向分层模拟箱1内的一个水层中，多个水层沿上下方向分布便形成藻类的垂向分布。

有利地，如图1所示，藻类垂向分层模拟箱1可以是大体长方体状，这样藻类垂向分层模拟箱1可以更加容易制造。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，藻类垂向分层模拟箱1可以由有机玻璃制成，这样可以直接从外面观察到藻类垂向分层模拟箱1内的藻类垂向分布。

藻类垂向分层模拟装置还可以包括遮光塑料层（图中未示出），所述遮光塑料层可以设在藻类垂向分层模拟箱1的各表面上，换言之，藻类垂向分层模拟箱1的各表面上都可以设有所述遮光塑料层，这样可以使光线仅从藻类垂向分层模拟箱1的上表面照射到藻类垂向分层模拟箱1内，即可以保证容纳在藻类垂向分层模拟箱1内的水中的光源仅来源于所述水的上方，从而可以使藻类垂向分层模拟箱1提供的环境更加接近自然环境。

在本发明的一个实施例中，藻类垂向分层模拟箱1的各表面上都可以间隔开地设有多个加强件（图中未示出）。通过在藻类垂向分层模拟箱1的各表面上的每一个上间隔开地设置多个所述加强件，从而可以防止因藻类垂向分层模拟箱1内的水压过大而导致藻类垂向分层模拟箱1破裂。藻类垂向分层模拟箱1的各表面上的每一个上的多个所述加强件可以沿上下方向间隔开，也可以沿左右方向间隔开。具体地，所述加强件可以是不锈钢方管。

根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过设置多个条带状出水口且藻类垂向分层模拟箱1的一个条带状出水口包括多个沿前后方向间隔开排列的出水孔，从而可以使藻类垂向分层模拟箱1的每个水层的水更加均匀地离开藻类垂向分层模拟箱1，进而可以使藻类垂向分层模拟装置更加精确地对藻类垂向分布进行模拟。

有利地，如图1所示，每个藻水均匀混合搅拌容器2可以是大体圆柱体状。这样可以使藻水均匀混合搅拌容器2更加容易制造。

当全部的输送泵7和阀门开关6关闭时，藻类垂向分层模拟箱1和多个藻水均匀混合搅拌容器2可以保持稳定。当多个输送泵7和多个阀门开关6打开时，可以通过调节多个输送泵7的流量的大小和多个阀门开关6的开闭程度来使藻类垂向分层模拟箱1内的多个水层的层流达到稳定以便进行模拟藻类垂向分布的实验。

本发明还提供了一种利用根据上述实施例的藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法，所述模拟方法包括：

A）将现场采集藻类按等重量分成若干份，再将各份藻类按等重量、不等重量分成与所述藻水均匀混合搅拌容器数量相同的份数，并称重；

B）在所述藻水均匀混合搅拌容器放入一份藻类，向放入所述藻水均匀混合搅拌容器加入等量不含藻类的湖水；

C）启动藻水均匀混合搅拌容器搅拌器，同时采集混合搅拌容器中不同深度水样，分析确定藻类是否均匀混合；

D）在确定藻水均匀混合搅拌容器中藻、水完全混合后，同时打开第一管路开关，同时启动第一水管中和第三水管中的输送水泵；

E） 同步采集藻类垂向分层模拟箱内不同水层水样，分析水样藻类含量，确定藻类垂向分层分布；

    F）改变放入所述藻水均匀混合搅拌容器现场采集藻类重量，重复A-E，获得另一类型藻类垂向分层分布。

根据本发明实施例的利用藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法可以精确地对藻类垂向分布进行模拟。

本实验的目的是定量表征不同深度的藻类含量，实际水体中的藻类是种类繁多大小不一的，藻类密度统计是宏观数量，并非特定藻属。

可以按照以下描述进行不同条件（要素）对藻类的垂向分布的影响的实验。具体地，藻类垂向分层模拟箱1具有四个条带状出水口和四个条带状进水口（即藻类垂向分层模拟箱1内具有四个水层）且藻水均匀混合搅拌容器2为四个。

不同流速模拟：

根据输送泵7的流量的大小控制水层的流速的大小，设置四种水层的层流类型：无动力扰动、四个水层的流速相同、四个水层的流速由上向下逐渐减弱和四个水层的流速由上向下逐渐增加。

不同水深模拟：

将藻类垂向分层模拟箱1内的水位分别维持在1.9米、1.6米和1米，并在上述的水位条件下进行模拟实验。

在每次模拟实验开始前采集一次水样，模拟实验开始后每隔2分钟采样一次，共采样10-16分钟。每次每个水层的水样为0.2升，用于藻类含量的定量分析。

根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置结构简单，可以精确地对藻类垂向分布进行模拟。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种藻类垂向分层模拟装置，其特征在于，包括藻水均匀混合搅拌容器、藻类垂向分层模拟箱、第一水管、第二水管及第三水管，所述藻水均匀混合搅拌容器为多个且平行放置；

 多个所述第一水管的进水端分别对应地与多个所述藻水均匀混合搅拌容器的出水口相连且出水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状进水口相连，其中每个所述第一水管上设有阀门开关、流量调节控制阀门及输送泵，每个第一水管的出水口不断的进行二分式分流，最终分成若干等粗毛细管状出口，致使所出的藻水混合液充分的搅拌到一起，并保持一致的流量与流速；

   藻类垂向分层模拟箱，所述藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状进水口且右侧面上沿上下方向等距离间隔开地设有多个条带状出水口，所述多个条带状进水口与所述多个条带状出水口在上下方向上一一相对；

多个所述第二水管的进水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状出水口相连，其中每个所述第二水管上设有阀门开关，每个第二水管的进水口处设有与第一水管的出水口处毛细管状出口等量的毛细管入口，毛细管入口不断的进行合流，致使最终所出的藻水混合液最终合流为一股流出；

所述多个第二水管出水口汇总于第三水管，第三水管内设有输送泵。

2.根据权利要求1所述的藻类垂向分层模拟装置，其特征在于，所述藻类垂向分层模拟箱由有机玻璃制成且所述藻类垂向分层模拟装置还包括遮光塑料层，所述遮光塑料层设在所述藻类垂向分层模拟箱的各表面上。

3.根据权利要求1所述的藻类垂向分层模拟装置，其特征在于，所述藻类垂向分层模拟箱的各表面上等间隔地设有多个加强件。

4.根据权利要求1所述的藻类垂向分层模拟装置，其特征在于，所述藻类垂向分层模拟箱为长方体状，每个所述藻水均匀混合搅拌容器为圆柱体状。

5.一种利用根据权利要求1-4中任一项所述的藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法，其特征在于，包括：

A）将现场采集藻类按等重量分成若干份，再将各份藻类按等重量、不等重量分成与所述藻水均匀混合搅拌容器数量相同的份数，并称重；

B）在所述藻水均匀混合搅拌容器放入一份藻类，向放入所述藻水均匀混合搅拌容器加入等量不含藻类的湖水； 

C）启动藻水均匀混合搅拌容器搅拌器，同时采集混合搅拌容器中不同深度水样，分析确定藻类是否均匀混合；

D）在确定藻水均匀混合搅拌容器中藻、水完全混合后，同时打开第一管路开关，同时启动第一水管中和第三水管中的输送水泵；

E） 同步采集藻类垂向分层模拟箱内不同水层水样，分析水样藻类含量，确定藻类垂向分层分布；

    F）改变放入所述藻水均匀混合搅拌容器现场采集藻类重量，重复A-E，获得另一类型藻类垂向分层分布。