CN104145939A - 施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，本发明通过对中华白海豚的生物声学特性测量、中华白海豚栖息环境背景噪声的测量、施工工程的噪声测量，研究出施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，主要包括声墙驱赶法，噪音驱赶法，声学仪器驱赶法和气泡帷幕保护法。本发明可用于驱赶海洋工程建设和渔业活动水域的中华白海豚，避免中华白海豚被工程建设和渔业活动误伤、误杀。

Description

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法

 

技术领域

本发明属于野生动物保护领域，具体涉及施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法。

 

背景技术

中华白海豚（Sousa chinensis）为国家一级重点保护野生动物，有“海上大熊猫之称”。目前中华白海豚在我国主要分布于以下五个地区：广东珠江口水域、广东雷州湾水域、广西北部湾水域、福建厦门水域以及台湾西海岸。珠江口水域分布着目前全球最大的中华白海豚种群。海洋工程建设和渔业活动导致中华白海豚被误捕和误伤的事件时有发生，已成为中华白海豚种群生存的重要威胁，备受国内外关注。中华白海豚是依赖声音通讯和定位的鲸类物种，发声和受声是其生命活动的重要内容。随着海洋开发和近海人类活动增多，水下噪声对海豚构成了严重威胁。

海洋施工过程中，机械设备的种类多样化，设备及其施工过程中产生的噪声具有持续时间长、强度高、频率多样化、突发性等特征，对施工水域周边的海豚，以及进入施工水域的海豚有直接伤害作用，轻则导致海豚听觉能力暂时丧失，重则导致海豚死亡。渔业活动过程中，海豚通常因为追逐鱼群而误入拖网或围网而窒息死亡。此外，船舶航行产生的水下噪声对海豚声纳探测过程中的目标回声识别亦有较大的影响，强噪声通常会形成声掩蔽，对海豚正常的发声和听力有影响，导致海豚无法准确定位目标，容易被船舶高速螺旋桨击伤或击毙。如何在海洋施工过程中对该海域的中华白海豚进行有效的保护，目前一直没有什么有效的措施与方法。虽然近年来对于中华白海豚的保护工作越来越引起人们的重视，但是由于人们对中华白海豚的这一水生哺乳动物的生物声学特性了解的比较少，在实际保护过程中，由于海洋环境的特殊性也不能像陆生动物那样设置隔离区域。所以中华白海豚误入施工海域造成伤亡的事件时有发生。

海豚有着比较敏锐的听力系统，对声音信号比较敏感，通过制造或发射水下声音驱赶海豚将会迫使海豚远离施工海域。目前，有关声学保护（驱赶）技术的深入研究已成为海豚保护生物学研究的重要内容之一。本发明基于中华白海豚发声和受声机理，根据港珠澳大桥施工水域实际情况，提出一种施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，该方法可用于驱赶海洋工程建设和渔业活动水域的中华白海豚，避免中华白海豚被工程建设和渔业活动误伤、误杀。

我国近海水域的这些小型鲸类动物均不同程度地受到海洋工程建设和渔业活动的直接和间接伤害。所以，迫切需要一种有效的驱赶保护方法，在施工前对这些小型鲸类动物进行驱赶保护。

 

发明内容

   为了解决上述的技术问题，本发明提供了施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法。

  本发明所采用的技术方案是：施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即声墙驱赶法，其特征在于：利用船舶的两舷各安装一排一定间隔的杆体，杆体垂直插入水中一定深度，驱赶时依次不间断地敲击杆体，引起的振荡波在水下形成了一道声墙屏障，从而达到阻止中华白海豚误入危险区域的目的。

作为优选，所述的杆体为竹竿。

作为优选，船舶两舷各安置一排直径约0.05 M、长约2.5M的杆体，相邻杆体用一横杆固定，间距为0.5M，连成长度为5M的杆排，杆体垂直插入水中，入水部分须0.5M以上。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即噪音驱赶法，其特征在于：采用船舶不规则变速行驶，发出大小不规则噪音，促使中华白海豚迅速逃离施工水域。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即将声墙驱赶法和噪音驱赶法结合使用，其特征在于：所述的声墙驱赶法是利用船舶的两舷各安装一排一定间隔的竹竿，竹竿垂直插入水中一定深度，驱赶时依次不间断地敲击竹竿，引起的振荡波在水下形成了一道声墙屏障，从而达到阻止中华白海豚误入危险区域的目的；所述的噪音驱赶法是采用船舶不规则变速行驶，发出大小不规则噪音，促使中华白海豚迅速逃离施工水域。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即声学仪器驱赶法，其特征在于：将声学仪器按照一定的间隔固定在施工设备附近水中，深度为水深一半；声学仪器通过发出设定好的声音信号来达到中华白海豚迅速逃离施工水域的目的。

作为优选，所述的声学仪器的声音信号频率应超过10kHz，信号大小应高于其施工海域背景噪声20分贝以上，低于170分贝。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即气泡帷幕保护法，其特征在于：采用一定长度的耐压软管在水底形成环形包围圈，并安装于海底，耐压软管的管壁上开设有若干喷气孔，耐压软管通过两根无孔软管分别连接空压机组的两端出气口，启动空压机产生稳定气流，形成水下环形气泡帷幕。

作为优选，所述的软管内径为30－50mm，管壁上每20－30cm 凿一直径1.5－3mm的喷气孔。

本发明具有如下优点和有益效果：

1.  本发明的优点在于采用传统的技术手段同时采用先进的声学驱赶技术，大大的弥补了传统技术手段的不足；

2.  驱赶方法多样化，适应性强。本发明的驱赶技术方法主要含四种技术手段，可以针对各种海上施工工程对中华白海豚的驱赶，这些驱赶方法技术既可以单独使用也可以结合使用；

3.  驱赶目标针对性强，但是同时对其它物种的驱赶保护有很强的借鉴意义；

4.  本发明的驱赶技术可以作为短期驱赶手段也可以作为长时间的驱赶技术手段；

5.  本发明的驱赶方法可以适应各种天气，不受白天和黑夜的影响，特别适合中华白海豚这种活动性不受昼夜影响的水生动物。

 

附图说明

图1：本发明实施实例的中华白海豚的哨叫声时域与频域图。

图2：本发明实施实例的中华白海豚的爆发脉冲信号时域与频域图。

图3：本发明实施实例的中华白海豚回声定位信号时域与频域图。

图4：本发明实施实例的中华白海豚听力阈值图。

图5：本发明实施实例的施工海域噪声功率谱密度图。

图6：本发明实施实例的声学仪器结构图。

 

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

为了对施工海域的中华白海豚进行保护，本发明基于中华白海豚的生物声学特性-具有敏锐的听觉能力这一特点提出了针对施工海域的中华白海豚实施声学驱赶的保护技术与方法，该方法填补了我国对于施工海域中华白海豚的保护领域的空白，为水生哺乳动物的保护提供了一种全新的手段和技术方法。该方法能有效迫使动物远离施工海域从而避免施工过程对其造成伤害。

请见图1、图2、图3和图4。为了到达上述目的，本发明对中华白海豚的生物声学特性进行了测量，这一部分工作可具体分开为中华白海豚的声音信号分析和听觉能力的测量。其中声音信号的分析是以野外记录的中华白海豚的声音信号为主，其中针对不同类型的声音信号采用不同的设备进行记录与分析，包括哨叫声，爆发脉冲信号，回声定位信号和听力阈值。

哨叫声：中华白海豚发出的低频的调频信号，主要用做个体或群体之间交流，经过对野外的发现中华白海豚的哨叫声频率分析发现大部分低于10kHz，但也有少部分能超过22kHz。

爆发脉冲信号：中华白海豚在特定情绪下如发怒等情形下会发出一系列间隔时间非常短的脉冲序列。这种类型信号的时间与频率的变化范围比较大。

回声定位信号：中华白海豚发出一定间隔的脉冲信号，这些信号用来做探测、导航和捕食。这些脉冲信号持续时间非常短，但是大部分峰值频率却超过100kHz。

听力阈值的测量：中华白海豚会听力系统对不同频率的不同大小的声音信号的做出不成程度的反应，根据这些变化可以测定出中华白海豚的听力阈值来判定中华白海豚的听觉能力，本研究测定中华白海豚对40-60 kHz的声音信号最为敏感。

请见图5,为施工海域噪声功率谱密度图，施工环境海域的背景噪声和施工工程水下噪声的测量将有助于评估施工工程的水下噪声的贡献及对中华白海豚可能造成的影响，为声学驱赶技术提供更多的理论参考。

本实施方式以施工海域的中华白海豚为例，结合本发明提出的驱赶技术方法路线示意图说明。

实施例一：

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即声墙驱赶法，利用船舶的两舷各安装一排一定间隔的竹竿，船舶两舷各安置一排直径约0.05 M、长约2.5M的竹竿，相邻竹竿用一横杆固定，间距为0.5M，连成长度为5M的杆排，竹竿垂直插入水中，入水部分须0.5M以上，驱赶时依次不间断地敲击竹竿，引起的振荡波在水下形成了一道声墙屏障，从而达到阻止中华白海豚误入危险区域的目的。

本实施例以某施工点为中心，视不同区域安排若干艘（4-8艘）船舶，呈圆形或扇形均匀分布，往开阔水域方向驱赶半径为500米。具体做法如下：每艘船两舷各安置一排直径约0.05 M、长约2.5M的竹竿，相邻竹竿用一横杆固定，间距为0.5M，连成长度为5M的竹排（需11根竹竿）。竹竿垂直插入水中，入水部分须0.5M以上，每艘船上各配2人负责敲击竹竿。施工前，当移船信号发出时，驱赶船只同时启动，以施工点为中心，朝圆形或扇形弧线方向行驶，每艘船在行进过程中采用“S”型线路，同时敲竹竿人员开始用细竹棒从第一根竹竿起，依次不间断地敲击竹竿，循环往复，以形成水下不间断声墙。该声墙随着船只向外推出而逐渐外移，驱赶白海豚滞留或阻止其进入施工危险区。当船只行驶到离施工中心至少500米以外时停下，但不停止敲击竹竿，确认附近水域没有中华白海豚时方可施工。

实施例二：

经研究发现，当船舶突然加速或减速时，产生强度不断变化的噪声时中华白海豚就迅速逃逸，说明噪音对其行为有直接或间接的影响。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即噪音驱赶法，采用船舶不规则变速行驶，发出大小不规则噪音，促使中华白海豚迅速逃离施工水域。

实施例三：

具体驱赶方案的制定和实施步骤施工前，应安排专门的瞭望人员，观察相关海域的白海豚活动情况，若发现施工海域1000米内有白海豚活动，应结合采用实施例一和实施例二，准备实施驱赶。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即将声墙驱赶法和噪音驱赶法结合使用，所述的声墙驱赶法是利用船舶的两舷各安装一排一定间隔的竹竿，竹竿垂直插入水中一定深度，驱赶时依次不间断地敲击竹竿，引起的振荡波在水下形成了一道声墙屏障，从而达到阻止中华白海豚误入危险区域的目的；所述的噪音驱赶法是采用船舶不规则变速行驶，发出大小不规则噪音，促使中华白海豚迅速逃离施工水域。

船舶布设：以施工点为中心，视不同施工区域安排若干艘船舶，往开阔水域方向呈圆形或扇形均匀分布。施工区域在航道、调头区、锚地等开阔水域，至少须投入8艘船舶，以施工点为中心，呈圆形均匀分布；在码头、岸线等靠岸水域，至少须投入4艘船舶，以施工点为中心，往开阔水域方向呈扇形均匀分布。

材料安装：视不同施工区域，在所需的每艘船两舷各安装一排直径5 厘米、长2.5米的竹竿，相邻竹竿用一横杆固定，间距为0.5米，每排竹竿长度为5米（11根竹竿）。竹竿垂直插入水中，入水部分须0.5米以上，每艘船上各配2人负责敲击竹竿。

实施驱赶：施工前，当移船信号发出时，所需数量的驱赶船只同时启动，以施工点为中心，朝圆形或扇形弧线方向行驶，针对不同的位置可以设置不同驱赶路线方法，每艘船在行进过程中采用叠加“S”型线路，并不断变换马力大小，形成不规则噪音，同时敲竹竿人员开始用细竹棒从第一根竹竿起，依次不间断地敲击竹竿，循环往复，以形成水下不间断声墙。当船只行驶到离施工中心至少500米以外时停下，但不停止敲击竹竿，确认附近水域没有中华白海豚时方可施工。

施工过程中，将声学驱赶仪器固定在水深一半的地方，每隔200米（在海豚活动密集的地方可考虑减小间隔）布置一个声学驱赶仪器，对作业水域进行环形包围布置。

整个施工过程中应安排专门的观察人员一旦发现海豚进入施工海域300米，应立即按照1-3步骤进行驱赶，同时驱赶人员应与施工人员保持密切联系，紧急情况下应立即停止施工，待海豚安全驱离后，再进行施工作业。

实施例四：

中华白海豚的听觉系统相当灵敏，通过水下仪器发射动物听觉敏感频率的声信号，来警告海豚并驱赶它们远离危险的环境从而达到保护的目的。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即声学仪器驱赶法，将声学仪器按照一定的间隔固定在施工设备附近水中，深度为水深一半；声学仪器通过发出设定好的声音信号来达到中华白海豚迅速逃离施工水域的目的。

中华白海豚发出声音信号主要分为三种类型，其中回声定位信号的峰值频率超过了100kHz，而其听力最灵敏阈值在45kHz的47分贝，绝大部分听力阈值小于90分贝，而海洋工程施工的噪声主要能量集中在10kHz以下，综合以上情况，针对中华白海豚的海洋哺乳动物驱赶声学仪器的声音信号应超过10kHz，考虑到信号的衰减情况，驱赶声学仪器的声音信号频率应低于其峰值信号频率，以略高于其听力最灵敏区域为宜。信号大小应高于其施工海域背景噪声20分贝以上，低于170分贝。

请见图6，声学仪器结构及参数的设定，声学仪器主要包括发声设备，信号放大设备，信号调理设备和信号控制与发生设备。其中信号发声设备可以采用水听器，信号控制和发生设备可以采用笔记本电脑，也可以采用集成处理器。驱赶仪器可以进行集成化，也可以采用不同的模块进行组合，可以结合实际情况运用。信号参数的设定主要根据动物的对不同频率的声音信号的敏感程度和动物的本身发出声音信号特点，综合考虑环境噪声和施工噪声以及该海域的声音传播的规律，制定出参数比较有效的驱赶声信号。

声学驱赶的优点体现在声音频段、声音强度、声音重复间隔以及声音持续时间等参数可以根据要保护的目标种的声学特性进行相应的设定，具有轻便易携，野外安装程序简单，作用范围广（最大工作水深达200m），机体为全密封型，使用寿命长，内置的电池，如果是季节性使用，可以使用4年，而且还可以弥补驱赶方法一和二在天气条件不佳或夜间无法采用等缺点。内置防水开关，当仪器浸入海水时，启动仪器自动工作，浮出水面就自动停止，节约电量。此外还可以通过专门测试仪来测试仪器的状态：将仪器放入水桶中，仪器会发出带有编码信息的高频声音，测试仪通过监听高频声音信号，就可以知道驱赶仪的序列号和电池电量。

实施例五：

水中喷射流形成的气液两相流帷幕具有与水不同的声阻抗并且会在顶部产生涌浪，同时密度小、弹性大，具有对声音的反射和吸收作用，因此，水下气泡能够有效抑制冲击波及阻止声波在水中的传播。由于水的浮力作用，气泡群自水底向水面运动，形成气泡帷幕，它能使爆破产生的水冲击波的一部分能量在压缩介质–杂乱无章的气泡表面漫反射散失；一部分能量被压缩气泡吸收转变为热能，随后消耗在气泡膨胀过程中，从而起到防护作用。

施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即气泡帷幕保护法，采用一定长度的耐压软管在水底形成环形包围圈，并安装于海底，耐压软管的管壁上开设有若干喷气孔，耐压软管通过两根无孔软管分别连接空压机组的两端出气口，启动空压机产生稳定气流，形成水下环形气泡帷幕。

本实施例采用1 根一定长度的耐压软管在水底形成环形包围圈，该环形包围圈采用铅块固定于海底。每块铅块约重20kg，每10m 安置1 铅块。软管内径约30－50mm，管壁上每20－30cm 凿一直径1.5－3mm的喷气孔。软管两终端各加长50m，且不开孔，此两根无孔软管分别连接4 台空压机组的两端出气口。全部软管环绕在直径约1m 的转盘上，该转盘置于放管船的船头。放置软管时，放管船靠在爆破船的后部。放管船围绕爆破点做环形移动（基于爆破点中心的GPS 位置确定放管船的航线，并采用GPS 定位），并将软管缓缓放入水中。软管完全安置妥当后，启动空压机产生稳定气流，形成水下环形气泡帷幕。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即声墙驱赶法，其特征在于：利用船舶的两舷各安装一排一定间隔的杆体，杆体垂直插入水中一定深度，驱赶时依次不间断地敲击杆体，引起的振荡波在水下形成了一道声墙屏障，从而达到阻止中华白海豚误入危险区域的目的。

2.根据权利要求1所述的施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，其特征在于：所述的杆体为竹竿。

3.根据权利要求1或2所述的施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，其特征在于：船舶两舷各安置一排直径约0.05 M、长约2.5M的杆体，相邻杆体用一横杆固定，间距为0.5M，连成长度为5M的杆排，杆体垂直插入水中，入水部分须0.5M以上。

4.施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即噪音驱赶法，其特征在于：采用船舶不规则变速行驶，发出大小不规则噪音，促使中华白海豚迅速逃离施工水域。

5.施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即将声墙驱赶法和噪音驱赶法结合使用，其特征在于：所述的声墙驱赶法是利用船舶的两舷各安装一排一定间隔的竹竿，竹竿垂直插入水中一定深度，驱赶时依次不间断地敲击竹竿，引起的振荡波在水下形成了一道声墙屏障，从而达到阻止中华白海豚误入危险区域的目的；所述的噪音驱赶法是采用船舶不规则变速行驶，发出大小不规则噪音，促使中华白海豚迅速逃离施工水域。

6.施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即声学仪器驱赶法，其特征在于：将声学仪器按照一定的间隔固定在施工设备附近水中，深度为水深一半；声学仪器通过发出设定好的声音信号来达到中华白海豚迅速逃离施工水域的目的。

7.根据权利要求6所述的施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，其特征在于：所述的声学仪器的声音信号频率应超过10kHz，信号强度应高于其施工海域背景噪声20分贝以上，低于170分贝。

8.施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，即气泡帷幕保护法，其特征在于：采用一定长度的耐压软管在水底形成环形包围圈，并安装于海底，耐压软管的管壁上开设有若干喷气孔，耐压软管通过两根无孔软管分别连接空压机组的两端出气口，启动空压机产生稳定气流，形成水下环形气泡帷幕。

9.根据权利要求8所述的施工海域中华白海豚声学驱赶保护方法，其特征在于：所述的软管内径为30－50mm，管壁上每20－30cm 凿一直径1.5－3mm的喷气孔。