CN104155150A - 一种水生生物采集装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水生生物采集装置，包括：采吸装置，具有相互连通的采吸头和导管；抽吸装置，为所述采吸装置提供抽吸力；分级过滤装置，具有至少一层相对于水平面倾斜配置的滤筛，最上层的滤筛承接并过滤所述采吸装置的采吸头基于所述抽吸装置的抽吸力而抽吸、并通过所述导管引导来的待检对象，其它层的滤筛逐级承接并过滤被上一层滤筛过滤后的水，所述各层滤筛的筛孔按照由上层到下层的顺序逐级变小；多个样品收集装置，分别被配置在所述分级过滤装置的各层滤筛的尾端，收集相应层的滤筛所过滤出的待检对象。

Description

一种水生生物采集装置及方法

技术领域

本发明涉及一种水生生物采集装置及方法，尤其涉及一种采集浮游生物或底栖动物的采样装置和方法。

背景技术

在地表水体中，有许多浮游生物和底栖动物，其对水环境评价监测、水生生物学、生态学研究有着非常重要的价值，人们先后发明了多种浮游生物和底栖动物的采样装置和方法。

作为浮游生物采集装置，浮游生物网是最为常见的，根据调查目的，可以用其进行浮游生物的定性调查和定量调查，甚至还能用其对水体中的泥沙颗粒进行定性研究。然而，其仍存在以下不足：

在浮游动物的定量调查中，滤水量大(通常为20L～50L水体)，对野外采样人员的体能消耗较大；

对于一些严重污染的河流，有很多挥发性污染物，在定量采集浮游动物时，对采样者的身体健康威胁较大；

不能准确的定量出各粒径级的采样物(例如泥沙颗粒)在水体中的含量及它们之间的比例。

此外，作为底栖动物采集装置，根据定性调查和定量调查这样的调查目的的不同，常用的定量调查工具有：彼得逊采泥器及其改良类型，其靠自身重量沉入水底，取出一定面积的底泥，从而计算出监测水域中底栖动物的数量；索伯网，其将一定面积的采样框内的底质转移至网兜内，从而收集到底栖动物。常见的定性调查工具有D型网，其将采样点的底泥等收集到网兜内，然后过滤、筛分得到底栖动物；直角网(作业方式与D型网相同)；人工基质类采样工具，放置在采样点一段时间，待底栖动物自由爬行进入其内后，进行收集、分析。然而，上述采样工具存在如下不足：

当前的底栖动物采集工具中，综合性普遍不足，尚未出现一款适用于不同水深，且同时具备定性采集和定量采集功能的底栖动物采集装置；

上述采集工具，特别是D型网和索伯网等采样工具，需采样人员携带采样工具涉水采样，故当要调查采样的水体环境为淤泥底质或冬季冰下时，对采样人员的体能要求、防护要求都很高；

对污染性河流，有许多有害污染物，在利用上述底栖动物采样工具时，往往与水体接触较多，对采样人员的威胁较大；

此外，人工基质类采样工具由于需要底栖动物自由爬行进入其内，故往往需要将其放置在调查水域内一段时间(一般8周左右)，调查耗时长，不适于大流域流动式采样调查，且调查装置在放置过程中容易遭到人为破坏。

发明内容

本发明是鉴于上述各种现有采样装置的问题而研发的。

本发明的技术方案是一种水生生物采集装置，包括：采吸装置，具有相互连通的采吸头和导管；抽吸装置，为所述采吸装置提供抽吸力；分级过滤装置，具有至少一层相对于水平面倾斜配置的滤筛，最上层的滤筛承接并过滤所述采吸装置的所述采吸头基于所述抽吸装置的抽吸力而抽吸、并通过所述导管引导来的待检对象，其它层的滤筛逐级承接并过滤被上一层滤筛过滤后的待检对象，所述各层滤筛的筛孔按照由上层到下层的顺序逐级变小；多个样品收集装置，分别被配置在所述分级过滤装置的各层滤筛的尾端，收集相应层的滤筛所过滤出的待检对象。

由此，采集人员可以无需涉水地远程地控制采吸头来进行水生生物的采集，并由水生生物采集装置自动进行过滤及收集，故大大减小了对采样环境、例如水深的要求，以及对采集人员野外作业时的体力要求，并且不会因水体的污染等而对采集人员的健康造成威胁。此外，通过多级过滤，能准确、高效、快速地分拣出各粒径级的采样物(例如泥沙颗粒)。

附图说明

图1是本发明实施例的水生生物采集装置的整体结构图。

图2是说明本发明实施例的采吸装置及其变形例的结构示意图。

图3是说明本发明的定量框及其变形例的构造的图。

图4是说明另一种变形例的定量框的构造及其与采吸头的配合的图。

图5是说明使分级过滤装置晃动的机制的示意图。

图6是说明本发明的样品收集装置的结构示意图。

图7是说明抽吸泵的出水口所连接的排管的构造的示意图。

图8是说明使用真空抽吸方式时的水生生物采集装置的整体结构图。

具体实施方式

以下通过具体实施方式说明本发明，但实施方式仅为例示，并非构成对本发明保护范围的限制。

首先说明本发明的水生生物采集装置的概要。图1是本发明实施例的水生生物采集装置的整体结构图。本发明实施例的水生生物采集装置整体上主要包括采吸装置100、分级过滤装置200、主体300、样品收集装置400、抽吸泵500、滤水收集装置600。以下针对各个构成要件分别加以说明。

(采吸装置)

图2是说明本发明实施例的采吸装置及其变形例的结构示意图。如图2的(a)所示，采吸装置100包括采吸头101a、抽吸杆102。采吸头101a为长筒形状，内部空腔，沿其长度方向开有细长的吸口。抽吸杆102为硬质空管，便于握持操作和控制采吸头101a的移动，该抽吸杆102的一端被装配于采吸头101a长度方向的大致中部位置，与采吸头101a的内部空腔相连通，当后述的水泵起动，采吸头101a基于其抽吸力而吸取水生生物时，所吸取的水及水生生物等待检对象被吸入抽吸杆102内。抽吸杆102的另一端可以与未图示的导管103连通，该导管103为软质导管，便于将采吸头101a吸取的待检对象导向后述的主体300。在此需要说明的是，抽吸杆102并非采吸装置的必要技术特征，例如也可以使采吸头101a与硬质的导管103直接相连，或者在导管103之外另行通过与采吸头101a绑定的操纵杆来控制采吸头101a。

此外，在对底栖动物进行收集采样时，由于底栖动物不像浮游生物那样自由分布在水体中，而是通常生活在泥质或卵石底质等杂物较多的环境内，因此有时仅用上述的采吸头101a不能高效地进行抽吸采样。为适用于这样的采样环境，本发明人提出如下这样的变形例的采吸头。

如图2的(b)所示，本变形例的采吸头101b在上述采吸头101a的基础上，在吸口的一侧沿吸口方向排布有若干齿的耙钉。在进行收集采样时，利用该耙钉将卵石或杂质扒开，并扰动隐藏于其中的底栖动物，同时通过吸口将该底栖动物吸入采吸头101a。由此，能将水底的大块物体(例如石块、落叶、垃圾等)耙开，并且，能扰动相应区域的底栖动物，便于抽吸采集。优选将耙钉排布在吸口的扫描方向前进侧。此外，也可以在吸口的两侧都排列有该耙钉，以便于采吸头的往复扫描抽吸。

另外，图2的(c)提出了另一种带耙钉的采吸头。该采吸头101c整体为狼牙棒形状，棒头为大致圆筒形，圆筒形的一端封闭，另一端连通于导管103，沿圆筒形的侧面圆周散布有若干向外侧突出的耙钉，在各耙钉之间的空隙散布有吸口。利用该形状的采吸头，同样能将水底的大块物体(例如石块、落叶、垃圾等)耙开，同时能扰动相应区域的底栖动物，便于抽吸采集。

另外，图2的(d)提出了另一种带耙钉的采吸头。该采吸头101d整体为莲蓬头状，莲蓬头的大致平面部分上散布有若干向外侧突出的耙钉，在各耙钉之间的空隙散布有吸口。利用该形状的采吸头，同样能将水底的大块物体(例如石块、落叶、垃圾等)耙开，同时，能扰动相应区域的底栖动物，便于抽吸采集。

此外，优选以上图2的(a)～(d)中所示的吸口的总面积，与抽吸杆(或导管)和采吸头相连接处的截面积相当，以保证采吸时的抽吸压力。

(定量框)

此外，在需要进行例如底栖动物的定量采集时，可以设置定量框来配合采吸装置100的工作。图3是说明本发明的定量框及其变形例的构造的图。图3的(a)示出一种定量框104，其包括长方形(含正方形)的框架1041、连接于框架1041的回收绳1042、连接于框架1041的固定锚1043。

设计框架1041的一对边长，使其一边与上述采吸头(101a或101b)的吸口长度相当，并设计其另一对边长，使得满足所需的定量面积。

回收绳1042的一端连接于定量框1041，另一端被使用者掌握，用于回收定量框。

由于在定量采集底栖动物时，定量框104实际是被置于水底的，特别在水流较强时，定量框容易发生移动，导致拟定量采集的面积不准确。因此设置固定锚1043，使得定量框104落入水底后不发生移动。在此需要说明的是，只要是能暂时固定定量框104的位置的构件即可，并不限于上述的固定锚1043，例如也可以是如图3的(b)所示那样的重块1044，或者如图3的(c)所示那样在框架1041的至少对角位置(本例中为四个角部)设置固定钉1045，使得在将定量框104置于水底时，固定钉1045能伸入水底的淤泥或石缝，从而精确地固定定量框104。此时，也可以在框架1041的上下两面分别设置固定钉1045，使得不论框架1041落入水底时哪一面朝下，都能通过相应面的固定钉1045有效地固定位置。此外，还可以如图3的(d)所示那样在框架1041的至少对角位置(本例中为四个角部)位置分别通过线绳连接浮标1046，浮标1046不仅能使定量框104平稳地按照所需姿势落入水底，还可以作为定量框104的位置标识来发挥作用，特别在水质浑浊的采样环境中，此效果非常突出。当然，浮标1046的总浮力小于定量框104本身的重量，以使得定量框104能沉入水底。

当然，以上所述的定量框不仅适用于本发明的水生生物采集装置，还能有效地适用于现有技术的底栖动物采集装置、例如索伯网、D型网、直角网等。

另外，图4是说明另一种变形例的定量框104的构造及其与采吸头101的配合的图。如图4所示，定量框104为直角“U”形，该“U”形框的两侧边上分别开有滑槽105，底边长度与采吸头101的长度相配合。此外，如图4所示，采吸头101的两端分别具有一个向外侧突出的限位构件106，在本实施例中，该限位构件106为具有小径部和大径部的钉子状，小径部的一端连接于采吸头101的侧端，另一端连接于大径部。小径部的径长略小于定量框104的滑槽105的宽度，使得能伸入滑槽并沿滑槽移动；大径部的径长大于滑槽105的宽度，使得当小径部伸入滑槽内时，大径部卡于定量框104的外侧，限制采吸头101在定量框底边方向上的移动。由此，在要使用定量框104时，将采吸头101两端的限位构件106的小径部分别从对应滑槽的一端滑入，在大径部的限制下，采吸头101只能沿滑槽105移动。在采吸头101的长度一定的情况下，通过设计定量框的侧边上的滑槽的长度，就能对所需要的定量面积进行采集。

另外，关于以上所述的定量框用的固定锚、重物块、固定钉、浮标的技术特征，定量框也可以同时具有其中的多种，此时将兼具各特征所带来的技术效果。

(分级过滤装置)

回到图1，图1中示出了分级过滤装置200的整体构造。在图1的例子中，分级过滤装置包括三层被相对于水平面倾斜地安装在主体300的滤筛架301上的滤筛201、202、203。三层滤筛201、201、203的筛孔(网目)逐层减小，从而能够分拣出不同粒径的待检对象(例如浮游生物、底栖动物、泥沙颗粒等)。各层滤筛的筛孔的具体大小根据实际的采样需要设计即可。

此外，对各级滤筛设定相对于水平面的一定倾斜角度，使得被供给到滤筛的待检对象能一边在重力作用下向下流动一边进行过滤，从而与水平设置滤筛时相比，更有利于待检对象在滤筛上的均匀分布、保证充分过滤的效果，还有利于样品收集装置的收集，即，由于滤筛是倾斜的，故只要在滤筛下端设置样品收集装置400，被过滤出的过滤物就会在水流的冲刷下自动收集到样品收集装置400中，无需再特意进行清扫收集作业。

图1中示出的是三层滤筛平行倾斜地安装的状态，滤筛级数不限于三层，例如也可以是一层，优选在两层以上，更优选在三层以上，可以根据需要增加或减少。多层滤筛也未必需要平行倾斜，可以根据水流的状态(例如流速、流量等)或过滤的充分性要求等，分别设定各层的倾斜角度。另外，各层滤筛也可以不是朝一个方向倾斜，而是以“之”字形态交叉倾斜。

此外，当所抽吸上来的水体浊度较大时，为提高过滤的效率、加强过滤的效果，可以使各层滤筛晃动。关于实现该晃动的机械构造，例如可以利用曲柄连杆装置的将转动转化为往复运动的机械原理，例如如图5的(a)所示那样，在滤筛架301的一侧安装曲柄轴装置302，并分别通过连杆连接曲柄轴装置302和各级滤筛，具体来说，连杆的一端以可沿曲柄轴的圆周方向自由转动的方式连接于曲柄轴装置302的曲柄销，另一端以可自由转动的方式连接于滤筛。此外，各级滤筛的首尾两端分别架设在滤筛架301所设的滑轨上，使得各级滤筛能在曲柄连杆装置的带动下，沿滑轨横向滑动。作为各级滤筛的活动方式，此处例示了滑轨，但也可以采用其它机械构造，例如各层滤筛的四个角通过吊线以可自由晃动的方式吊挂在上一层滤筛或滤筛架301上，由此，当使曲柄轴装置302的主轴转动时，曲柄销带动连杆往复运动，进而带动各层滤筛有规律地晃动。此外，也可以仅使最上层的滤筛201连接于曲柄轴装置302，其它各层滤筛分别通过例如焊接的方式与该最上层的滤筛201相对固定，由此，当最上层滤筛201随曲柄轴装置302晃动时，下面各层滤筛也与其同步晃动。

以上仅为一例，晃动的机械机制也不限于曲柄轴连杆装置，例如还可以通过凸轮装置、偏心轮连杆装置等任意方式来实现此效果。此外，也不限于使各层滤筛同步晃动，只要保证下层的滤筛能完全接收到上层滤筛过滤后的待检对象，也可以根据需要仅使特定层的滤筛晃动。

以上示出了滤筛架不动、使各层滤筛相对晃动的例子。除此以外，还可以如图5的(b)所示那样使各层滤筛与滤筛架相对固定，通过安装于主体的曲柄轴装置302带动整个滤筛架和滤筛相对于主体晃动。

此外，当采用后述的真空抽吸方式的抽吸装置时，可以通过安装于主体的曲柄轴装置302带动整个抽滤箱相对于主体晃动。

(样品收集装置)

图1中示出了本发明实施例的样品收集装置400的总体结构。在图1的实施例中，样品收集装置400分为两种--筐型收集器400a和漏斗型收集器400b。如图6的(a)所示，筐型收集器400a为底板散布有与相应级的滤筛的筛孔大小一致的筛孔的筐体，通常被安装在最上层滤筛201的尾端，其目的是收集最上层滤筛201过滤出的尺寸较大的待检对象等，并通过其滤孔将可能含有待检对象的水体漏到下层的漏斗型收集器400b。

如图6的(b)所示，漏斗型收集器400b包括被安装在滤筛的尾端处的漏斗口400b1、截面积从漏斗口400b1起逐渐向下方收敛的锥形收集面400b2、连接于锥形收集面400b2的底端的收集器400b3、以及安装在收集器400b3的下部的开关阀门400b4，该漏斗型收集器400b的漏斗口被设计得能完全接收相应滤筛过滤出的过滤物。根据需要，也可以在所述锥形收集面400b2上散布与相应级的滤筛的筛孔大小一致的筛孔，以进一步充分过滤。此外，还可以使收集器400b3为带有刻度的透明收集器。在此需要说明的是，上述的筐型收集器400a并非本发明的必要构成要件，也可以不设置筐型收集器400a而针对各层滤筛都设置漏斗型收集器400b来分级采集样品。

(抽吸装置)

如图7所示，抽吸装置具有抽吸泵500，可以是常用的水泵，安装在主体300上，其进水口连接于采吸装置100的导管103，出水口将水排向分级过滤装置200的最上层滤筛201，优选排向其起始端。此时，为使抽吸上来的水尽可能均匀地排向滤筛201，可以如图7所示那样使抽吸泵500的出水口连接于具有与滤筛201的起始端平齐的排水口的排管501。排管501的排水口被架设在滤筛201的起始端附近。

此外，为避免待检对象、特别是水生生物被水泵破碎，也可以采用真空抽吸的方式。具体来说，如图8所示那样将分级过滤装置200、主体300、样品收集装置400置于密闭的抽滤箱701中，通过抽滤泵(真空泵)来使抽滤箱中产生负压，基于该负压，介由导管103连通于抽滤箱的采吸装置100将产生吸力，实现采吸收集的目的。

(滤水收集装置)

参照图1，主体300在多层滤筛的下方设有滤水收集装置600，在该滤水收集装置600的下部安有能使滤水放掉的开关阀门601，以便将各层滤筛过滤后的水收集后处理。此外，滤水收集装置600也可以为透明材质，且带有用于衡量滤水体积的刻度，以便在定量采集中将滤水的量作为定量的依据。

另外，在如前文关于图5的(b)的说明中所述那样，使滤筛架及各层滤筛整体地相对于基架晃动时，可以如该图所示那样，在最下层滤筛下方设置漏斗状的滤水收集器，并通过软管连接于下方的倒漏斗状的滤水收集装置600。通过采用保证充分长度的软管连接，能仅使滤筛架及各层滤筛整体晃动，而不必使下方的盛有滤水的质量较大的滤水收集装置600一起晃动，故能减少晃动动力源(例如曲柄轴装置)的负荷。

同样地，在如前所述采用真空抽吸方式的抽吸装置时，可以如图5的(c)所示那样，在抽滤箱底部设置用于收集并导出滤水的软管，软管的另一端密封连接于下方的密闭的倒漏斗状的滤水收集装置600。通过采用保证充分长度的软管连接，能仅使抽滤箱晃动，而不必使下方的盛有滤水的质量较大的滤水收集装置600一起晃动，故能减少晃动动力源(例如曲柄轴装置)的负荷。

在此需要说明的是，该滤水收集装置并非本发明的必要构成要件。

(水生生物采集装置的工作过程)

下面说明本发明实施例的水生生物采集装置的总体工作过程。

采吸装置100基于抽吸泵500的抽吸力而从水中抽吸含有待采对象(例如浮游生物、底栖动物、泥沙颗粒等)的水，该水通过导管103被导向分级过滤装置200的最上层滤筛201的起始端，并因滤筛的倾斜而一边过滤一边向滤筛尾端流动，滤筛201的筛孔较大，故经过滤筛201的过滤，较大的过滤物随着滤筛的倾斜角度而滑落收集到筐型收集器400a中。经过最上层滤筛201过滤后的水流到第二层滤筛202，经过该滤筛202的过滤，在与该滤筛202对应的漏斗型收集器400b中收集到次大尺寸(粒径)的样品。同样地，经过第二层滤筛202过滤后的水继续流向第三层滤筛203，经过该滤筛203的过滤，在与该滤筛203对应的漏斗型收集器400b中收集到较小尺寸(粒径)的样品。最后，经过了第三层滤筛203的过滤后的滤水进入滤水收集装置600，根据需要进行后续处理(例如直接排掉，或者作为定量的依据)。通过以上过程，完成了本发明实施例的基本的水生生物采集工作。

在此需要说明的是，本说明书中是按水生生物采集装置的各组成部分分别进行说明的，并在各组成部分的说明中，说明了其变形例或改进特征，这些变形例和改进特征可以进行各种组合，组合后的技术方案将具有这些特征的叠加效果。

以上所述，仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均扔属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种水生生物采集装置，其特征在于，包括：

采吸装置，具有相互连通的采吸头和导管；

抽吸装置，为所述采吸装置提供抽吸力；

分级过滤装置，具有至少一层相对于水平面倾斜配置的滤筛，最上层的滤筛承接并过滤所述采吸装置的所述采吸头基于所述抽吸装置的抽吸力而抽吸、并通过所述导管引导来的待检对象，其它层的滤筛逐级承接并过滤被上一层滤筛过滤后的待检对象，所述各层滤筛的筛孔按照由上层到下层的顺序逐级变小；

多个样品收集装置，分别被配置在所述分级过滤装置的各层滤筛的尾端，收集相应层的滤筛所过滤出的待检对象。

2.如权利要求1所述的水生生物采集装置，其特征在于，

所述抽吸装置包括抽滤泵和抽滤箱，所述分级过滤装置、样品收集装置被内置于密闭的所述抽滤箱，所述抽滤泵对抽滤箱进行抽吸而使抽滤箱中产生负压；

基于所述抽滤泵产生的负压，介由所述导管连通于所述抽滤箱的采吸头产生所述抽吸力。

3.如权利要求1或2所述的水生生物采集装置，其特征在于，

所述抽吸装置抽吸上来的待检对象通过具有与所述最上层滤筛的起始端平齐的排水口的排管而被排向所述最上层滤筛的起始端。

4.如权利要求1所述的水生生物采集装置，其特征在于，

所述分级过滤装置的至少一层滤筛被以能够晃动的机械方式配置，且处于该滤筛的下层的滤筛能完全接收其过滤后的待检对象。

5.如权利要求2所述的水生生物采集装置，其特征在于，

所述抽滤箱被以能够晃动的机械方式配置。

6.如权利要求1所述的水生生物采集装置，其特征在于，

所述多个样品收集装置中的与所述最上层滤筛对应设置的样品收集装置为用于收集尺寸较大的待检对象的筐型收集器，其它样品收集装置为漏斗型收集器；

所述漏斗型收集器包括被安装在相应滤筛的尾端处的漏斗口、截面积从所述漏斗口起逐渐向下方收敛的锥形收集面、连接于所述锥形收集面的底端的收集器、以及安装在所述收集器的下部的开关阀门，所述漏斗口被设计得能完全接收相应滤筛过滤出的过滤物。

7.如权利要求1、4或5的任一项所述的水生生物采集装置，其特征在于，还包括：

滤水收集装置，被配置在所述分级过滤装置的最下层滤筛的下方，能完全收集经各层滤筛过滤后的滤水。

8.如权利要求7所述的水生生物采集装置，其特征在于，

在所述分级过滤装置的最下层滤筛的下方设有漏斗状的滤水收集器，该滤水收集器通过软管连接于所述滤水收集装置。

9.一种基于水生生物采集装置的水生生物采集方法，其特征在于，包括：

采吸装置基于抽吸装置的抽吸力而从水中抽吸待检对象的步骤，

利用分级过滤装置的多层滤筛对所述采吸装置抽吸上来的待检对象进行多级过滤的步骤，以及

对被所述分级过滤装置的各层滤筛过滤出的待检物分别进行收集的步骤。

10.如权利要求8所述的水生生物采集方法，其特征在于，还包括：

利用滤水收集装置收集经所述分级过滤装置过滤后的滤水的步骤。