CN104429911A - 一种自动升降式藻床系统及其人工藻场构建方法 - Google Patents

Abstract

一种自动升降式藻床系统及其人工藻场构建方法，包括多个设有网格结构的方形藻床框架，每个网格上夹有藻苗；方形藻床框架四个直角弯头顶端连接四个浮子、底端连接绳索和连接沉降器；各个方形藻床框架固定在两条缆绳之间。其构建自动升降的人工藻场的方法包括投放前将每个网格四边中间处用藻夹夹住藻苗；先在迎流方向抛下两只锚，待张紧后顺流投放第一个方形藻床框架，依次重复操作。本发明不仅可简单实现大面积构造人工藻场，且藻床在大风浪海况下可实现自动下沉，以保护藻床和藻类安全，而且结构简单，装配方便，操作方便，成本较低，适合用于在我国大多海域构建大型浮式藻场，应用范围广泛，具有较大的市场潜力。

Description

一种自动升降式藻床系统及其人工藻场构建方法

技术领域

本发明涉及一种自动升降式藻床系统及其人工藻场构建方法。

背景技术

由于环境变化、过度捕捞以及人类开发等因素，导致近海自然生态环境破坏严重，海域中的海藻场严重退化，甚至不少海域出现荒漠化现象。为了恢复近海生态环境，沿海国通过在海域构建人工藻礁，为海洋藻类提供增殖和自然繁殖场所，以吸引鱼类等水生动物到藻场来索饵繁育，从而达到优化海域环境，保护、增殖渔业资源的目的。

目前我国在人工藻场构建方面已经申请或者授权了一些专利，公开号CN101960982A，名为“一种混水海区的大型海藻场及其构建方法”发明专利申请，提供了一种用于混水区域的混凝土三棱锥形人工藻礁以及套在其表面的苗网，并以藻礁作为锚泊点固定布设在一定水层的柔性藻床，该种藻场在实际中对柔性藻床的形状和所处水层很难控制，且当柔性藻床靠近水面时，无法规避大风浪对藻床的冲击，且在水深较大区域，由于近海底光线弱，海底藻礁无法起到作用；公开号为CN101326894发明专利申请，名为“一种人工藻场及其构建方法”，提供了一种通过绳索、沉石等构成的网格单元，通过绳索附着大型海藻，从而建立海藻场，但该结构也只能用于较浅水深的海底藻场修复，且容易被泥沙淤积。在人工藻礁专利方面，如公开号CN10301794A发明申请，名为“一种藻类附着和海草移植的人工藻礁”，提供了一种主体为混凝土立体框架结构可附着藻类和移植海草的藻礁，该种人工藻礁的使用范围仅可用于硬质浅海海底，无法布设在一定水层；另外还有一些相关专利在此不一一罗列，从整体上来看，这些专利基本上是以混凝土结构为主体，布设于海底的人工藻礁结构。由于藻类的生长需要一定光线，这些藻礁或者藻场的投放都会受到水深的限制，无法有效充分利用海区，以增加藻场对海洋生态环境的修复效果。

发明内容

本发明的目的是设计一种自动升降式藻床系统及其人工藻场构建方法，能够根据需要布设在一定水层，通过移植和自然附着藻类，且在大风浪情况下能够实现自动下沉的人工藻床，通过大面积布设构建成人工藻场，能够充分利用海区面积，从而提高藻类产量以及对海洋生态环境的修复效果。

本发明的技术构思是：采用塑料管材(PE、PPR等)和弯头制作藻床框架，框架四边按一定间距制作穿绳孔，将苗绳穿过穿绳孔，形成苗绳网格结构；在各网格单元四边分别用藻夹固定藻苗；藻床四角通过浮子绳索连接四个浮子，浮子绳长度决定藻床所处水深；通过绳索和转环在框架四角连接沉降器；由缆绳连接多个藻床，通过锚锭将其固泊于海域，形成人工藻场。当大风浪来临时，随着风生流的增加，沉降器受力增加；从而拖曳藻床向水下移动，实现藻床自动下沉，从而避免藻床和其上的藻类受到风浪的破坏。

一种自动升降式藻床系统，其特征在于包括由管材和直角弯头构成的多个方形藻床框架，管材有多个个穿绳孔，相邻穿绳孔中心距为50-100mm，且通过穿绳孔在方形藻床框架上固定有纵横交织的苗绳，形成苗绳网格结构，每个网格四边中间处用藻夹夹住藻苗；所述的方形藻床框架的尺寸是按以下方法计算：通过观测得到待投放海域大风浪时波浪周期T秒，再按照以下公式计算该海域波浪的波长λ＝(gT²)/(2π)，其中g为重力加速度，然后使单个藻床框架长度不超过波长的1/2；

方形藻床框架四个直角弯头顶端通过浮子绳连接四个浮子，浮子绳长度决定藻床所处水深；四个直角弯头底端连接绳索，绳索底端通过转环连接沉降器；

并有两条两端设有锚的相互平行的缆绳，且各个方形藻床框架固定在两条缆绳之间；相邻两个方形藻床间距2-3m。

所述的藻夹包括一个条带，该条带的一端设有扣眼，另一端的其中一个侧面设有硬扣。

所述的沉降器包括一个圆盘形沉降板；该沉降板中间开有一个圆形导流孔，导流孔直径5-10cm，使用密度大于水的材料制作；有三根支架分别固定在沉降板外边缘的三等分点上，三根支架顶部固定于转环上，且顶部固定点处于沉降器重心线上；三根支架两根长一根短，而使沉降器吊挂时，沉降板平面与水平面的夹角为45⁰。

所述沉降器的沉降板板面大小是按以下方法设计：

设沉降板平面面积S，水流速度为V，水流冲角为45⁰，海水密度为ρ，则沉降板产生的下沉力R为：R＝ρSV²(sin45⁰)³/2，由此可知S＝5.66*R/(ρV²)；

设浮球储备浮力为Q(浮力Q为浮球浮力减掉框架系统、沉降器在水中的重量，为可调整大小的已知数据)；

为了实现自动升降，要求在大风浪情况下产生的风生流对沉降板产生的下沉力R要大于框架提供的储备浮力Q，才能使得藻床产生自动下沉，因此设计藻床时，必须要设计沉降板面积的大小，而沉降板面积的大小又和储备浮力Q有关；因此设计沉降板面积S的大小以及浮力Q的大小是实现藻床自动下沉的核心问题。

当R>Q时，藻床即产生向下移动的动力；其中Q的大小确定原则在正常海况下保证浮球处在海面上；上述水流速度V的取值采用藻床布设海域近表层在大风浪条件下的风生流最大流速的80-90％计算，以确保框架在大风浪时会自动下沉；确保在该速度值V下R>Q，从而得到R的范围值；

因此在确定Q之后可确定R的取值，而水流速度V也可根据风生流来确定，然后在得到上述R和V的条件下，利用上述公式S＝5.66*R/(ρV²)计算出S的面积值。

本发明的自动升降原理为：当水流速度V增大时，水流作用在沉降板上的沉力R大于储备浮力Q时，藻床下沉；反之，藻床上浮。

利用上述浮式藻床构建自动升降的人工藻场的方法，其特征在于包括以下步骤：投放前将每个网格四边中间处用藻夹夹住藻苗；

用船将浮式藻床运至投放海域，先在迎流方向同时抛下两只锚，拖曳缆绳，待连接缆绳张紧后，顺流按顺序投放出第一个方形藻床框架，依次重复操作，从而完成投放各个藻床；张紧整个浮式藻床，最后抛下另外两只锚15，投放完毕从而在投放海域中形成人工藻场。

本发明不仅可简单实现大面积构造人工藻场，且藻床在大风浪海况下可实现自动下沉，以保护藻床和藻类安全，而且结构简单，装配方便，操作方便，成本较低，适合用于在我国大多海域构建大型浮式藻场。采用的藻夹，能够有效降低通过人工捻开绳索将藻苗夹入绳索所需的大量劳动力，且能降低对藻苗的伤害。因其应用范围广泛，因此具有较大的市场潜力。

附图说明

图1为方形藻床框架、苗绳及藻苗连接示意图。

图2为方形藻床框架结构图。

图3为沉降器结构图。

图4为藻夹示意图。

图5为自动升降式藻床系统的总体图及其藻场布设示意图。

其中，管材1、弯头2、穿绳孔3、苗绳4、藻夹5，藻苗6；支架7、导流孔8，沉降板9，转环10、绳索11、硬扣12，条带13，扣眼14，锚锭15，缆绳，16浮子绳17，浮子18。

具体实施方式

如图1和图2，本发明浮式藻床和框架包括管材1、弯头2、穿绳孔3、苗绳4、藻夹5(包括硬扣12，条带13和扣眼14)和藻苗6，连接绳索19构成藻床系统；方形藻床框架塑料管材边长不超过实际投放海域大风浪时波长的1/2为宜；方形藻床框架上有若干个穿绳孔3，相邻穿绳孔3中心距一般为50-100mm，穿绳孔3直径大于苗绳4直径；将苗绳4从始端穿绳孔3依次平行的穿过对框相应的穿绳孔3，形成苗绳4网格结构；每个单元网格四边中间处用藻夹5上夹住藻苗6。夹苗时，将藻苗6根部用藻夹5固定于苗绳4上。藻床框架四个直角弯头2顶端通过浮子绳17连接四个浮子18，浮子绳17长度决定藻床所处水深；框架弯头2底端通过绳索11和转环10在框架四角连接沉降器。

所述的藻床框架，采用塑料管材焊接而成，框架尺寸根据海域波浪状况确定。其计算方法为：大风浪时波浪周期为T秒，根据深水波理论波长λ＝(gT2)/(2π)，其中g为重力加速度，为保证藻床框架的在大风浪条件下的安全性，单个藻床框架长度不超过波长的1/2倍。框架上的穿绳孔中心距一般为50-100mm，绳孔直径大于苗绳直径。

如图3，由支架7、导流孔8和沉降板9组成的沉降器；圆盘形沉降板9中间开有一个圆形导流孔8，导流孔8直径5-10cm，使用密度大于水的材料制作；三根支架7分别固定在沉降板9外援边缘的三等分点上，三根支架7顶部固定点处于沉降器重心线上；三根支架两根长一根短，沉降器吊挂时，沉降板9平面与水平面的夹角为45⁰；三根支架7顶端装有转环10，通过绳索11与框架四角连接。

所述的沉降器，由圆盘形沉降板，一般使用密度大于水的材料制作，起到沉石的作用，沉降板中间开有一个圆形导流孔，导流孔直径10cm左右，以保证沉降器在水流作用下相对稳定；三根支架底部固定在沉降板外援，将沉降板分成等边的三份，三根支架顶部固定在一起，该固定点处于沉降器重心线上，三根支架两根长一根短，使得沉降器吊挂后，沉降板平面与水平面的夹角为45⁰。沉降器顶部连接一个转换，当不同方向水流作用时，沉降器为保持稳定，其支架所在面会转向正对来流方向，确保在水流作用下沉降器会产生向下的拉力，从而拉动藻床向下移动，当海面出现大风浪时，由于风生流的速度增减，设计沉降器产生的向下的拉力大于浮球具有的储备浮力时，藻床就会向深水层移动，从而保护近水层的藻床和其上的藻类不被风浪破坏。

沉降器板面大小设计：设浮球储备浮力为Q(减掉框架系统、沉降器在水中的重量)，沉降板平面面积S，导流孔面积S₁，水流速度为V，水流冲角为45⁰，海水密度为ρ，根据渔具水动力计算公式沉降板产生的下沉力R为：R＝ρ(S-S₁)V²(sin45⁰)³/2，由此可知S＝5.66*R/(ρV²)-S₁；当R>Q时，藻床即产生向下移动；其中Q根据需要配备，流速采用藻床布设海域近表层在大风浪条件下的风生流最大流速的80-90％计算，以确保框架在大风浪时会自动下沉。

如图4，藻夹5采用橡胶或者柔性树脂等材料一次成型；一般藻夹5扣眼的规格为4mm，硬扣的扣眼的规格为6mm；藻夹5中硬扣12和扣眼14中心距稍大于苗绳直径。

所述的藻夹，包括条带，硬扣和扣眼，采用具有一定弹性材料(如橡胶、树脂等材料)制作，硬扣和扣眼中心距少大于苗绳直径，夹苗时，将藻苗根部用藻礁固定于苗绳上。

如图5，锚15与缆绳16连接固定于海底，缆绳16绑扎在藻床框架两边上，多个藻床系统依次绑扎在缆绳16上，形成人工藻场；相邻藻床间距2-3m；每个藻床框架四个直角弯头2顶端通过浮子绳17连接四个浮子18，浮子绳17长度决定了藻床所在水层，其长度根据海域的透明度和养殖藻类的要求而定；在框架四角弯头2底端通过绳索11和转环10连接沉降器。

安装时，先在陆地上装配好多个藻床框架且分别布设好苗绳网格；在每个单元网格四边中间处用藻夹5夹住藻苗6；然后通过缆绳16将藻床框架装配成一个整体，缆绳16两端分别连接锚15；每个藻床四角分别连接浮子绳17和浮子18，转环10、绳索11以及沉降器；用船将其运至投放海域，先在迎流方向同时抛下两只锚15，通过顺流投放藻床，拖曳缆绳16，待连接缆绳张紧后，顺流按顺序投放出下一个藻床，依次重复操作，张紧整个系统，最后抛下另外两只锚15，投放完毕。回收时，先从海中绞收缆绳16收起锚15，依次回收，次序与布放时相反。

Claims (5)

1.一种自动升降式藻床系统，其特征在于包括由管材(1)和直角弯头(2)构成的多个方形藻床框架，管材(1)上有多个个穿绳孔(3)，相邻穿绳孔(3)中心距为50-100mm，且通过穿绳孔(3)在方形藻床框架上固定有纵横交织的苗绳(4)，形成苗绳(4)网格结构，每个网格四边中间处用藻夹(5)夹住藻苗(6)；所述的方形藻床框架的尺寸是按以下方法计算：通过观测得到待投放海域大风浪时波浪周期T秒，再按照以下公式计算该海域波浪的波长λ＝(gT²)/(2π)，其中g为重力加速度，然后使单个藻床框架长度不超过波长的1/2；

方形藻床框架四个直角弯头(2)顶端通过浮子绳(17)连接四个浮子(18)，浮子绳(17)长度决定藻床所处水深；四个直角弯头(2)底端连接绳索(11)，绳索(11)底端通过转环(10)连接沉降器；

并有两条两端设有锚(15)的相互平行的缆绳(16)，且各个方形藻床框架固定在两条缆绳(16)之间；相邻两个方形藻床间距2-3m。

2.如权利要求1所述的一种自动升降式藻床系统，其特征在于所述的藻夹(5)包括一个条带(13)，该条带(13)的一端设有扣眼(14)，另一端的其中一个侧面设有硬扣(12)。

3.如权利要求1所述的一种自动升降式藻床系统，其特征在于所述的沉降器包括一个圆盘形沉降板(9)；该沉降板(9)中间开有一个圆形导流孔(8)。导流孔(8)直径5-10cm，使用密度大于水的材料制作；有三根支架(7)分别固定在沉降板(9)外边缘的三等分点上，三根支架(7)顶部固定于转环(10)上，且顶部固定点处于沉降器重心线上；三根支架(7)两根长一根短，而使沉降器吊挂时，沉降板(9)平面与水平面的夹角为45⁰。

4.如权利要求3所述的一种自动升降式藻床系统，其特征在于所述沉降器的沉降板(9)板面大小是按以下方法设计：

设沉降板平面面积S，水流速度为V，水流冲角为45⁰，海水密度为ρ，则沉降板产生的下沉力R为：R＝ρSV²(sin45⁰)³/2，由此可知S＝5.66*R/(ρV²)；

设浮球储备浮力为Q，Q的大小以确保在正常海况下保证浮球处在海面上为准；上述水流速度V的取值采用藻床布设海域近表层在大风浪条件下的风生流最大流速的80-90％计算，确保该速度V下R>Q，从而得到R的范围值；

然后在得到上述R和V的条件下，利用上述公式S＝5.66*R/(ρV²)计算出S的面积值。

5.利用权利要求1的自动升降式藻床系统构建自动升降的人工藻场的方法，其特征在于包括以下步骤：投放前将每个网格四边中间处用藻夹(5)夹住藻苗(6)；

用船将浮式藻床运至投放海域，先在迎流方向同时抛下两只锚(15)，拖曳缆绳(16)，待连接缆绳(16)张紧后，顺流按顺序投放出第一个方形藻床框架，依次重复操作，从而完成投放各个藻床；张紧整个浮式藻床，最后抛下另外两只锚(15)，投放完毕从而在投放海域中形成人工藻场。