CN107524123B - 一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网及使用方法，主体是一张由高分子材料所制成的长方形网；上、下网纲分别设有浮球和沉块，以向上、向下撑紧拦截疏导网，维持相对稳定的长方形形状；下网纲上或10米深度处设有曝气管，由侧网纲充气管进行曝气；下网纲上设有两个大抓力锚，通过大抓力锚布设位置的调整而可以在海洋中任意布设拦截疏导网，并获得最佳拦截疏导效果或满足实际生产需求的拦截疏导网布设角度、长度、相距敏感保护目标距离，且可以根据海流方向变动情况随时进行调整和优化。本发明可以多道网串联使用，用于人为或者自然的海洋漂浮物拦截疏导或者拦截捕集，且随时可以根据实际情况进行调整优化，保持最优的拦截疏导效果，应用前景良好。

Description

一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网及使用方法

技术领域

本发明属于海洋漂浮物拦截疏导及清除领域，涉及一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网及使用方法，可用于海洋生态环境的治理。

背景技术

海洋中时常有各种漂浮物及悬浮物，有人为的，如塑料等各种漂浮垃圾；也有自然的，如浒苔、水母等漂浮性植物、动物等。这些自然或者人为的漂浮物聚集成堆时，特别是自然漂浮物暴发时，往往对于近海社会经济生产及人类活动造成灾难，譬如浒苔暴发、水母暴发时，会影响滨海景观的美感，污染海水浴场，堵塞各类海水工程管道等等，甚至水母暴发时经常发生蛰伤游客的危险事件，危害甚广，造成不同程度的经济损失。对于这些随波逐流的漂浮物目前没有特别有效的办法，它们往往因沿岸海流的作用而聚集滞留在一定区域，存留于海湾、岬角等处团团转，短期内难以自行消除，只能人工进行打捞或者清除，成本高昂，效率低下。尤其是对于取用海水进行工业用途的取水口、取水渠道等海洋区域，更是由于取水量巨大、水流湍急，非常容易聚集此类的海洋漂浮物，并堵塞、甚至破坏海水取水装置，严重时迫使工业生产线停机，造成严重的经济损失。

事物一般存在者正、反两个方面，沿岸海流可以将海洋漂浮物带来使其聚集成堆形成危害，另一方面，也可以利用海流的输送作用，经过适宜的疏导和引导方式，将海洋漂浮物疏导输送至其他海域，迫使其远离近岸重要的区域，避开可能影响的敏感目标，或者聚集起来集中打捞，从而不再形成危害。例如，各种类型的防波堤除具有消减波浪的功能之外，也具有一定的阻挡海洋漂浮物的功效，但其主要功能不是疏导或者阻拦海洋漂浮物，因而对于海洋漂浮物的疏导拦截效果有限。目前，尚未见到关于海洋漂浮物疏导与拦截清除的专门设计及应用。

海洋中不同地形及流场的联合作用，可以聚集海洋漂浮物。显然，适宜及恰当设计的人工构筑物可以起到相反的作用，可以利用海流的输送作用，迫使海洋漂浮物离开一定的位置和场所，输送转移至其他的地方。其困难主要有两个方面，首先，人工构筑物等海洋工程造价高昂、工程量浩大，因为些许无甚价值的海洋漂浮物垃圾而建筑工程艰巨浩大的海洋疏导堤坝往往是得不偿失的。其次，即使成功地建造这样的固定式海洋漂浮物疏导堤坝，也难以应对海洋中瞬息万变的近岸流场环境。近岸海洋流场往往随着风场、季节等因素而变化不定，固定建筑的海洋漂浮物疏导堤坝很可能在一定的条件下效果良好，而在其他季节或者天气情况下因流场发生改变则效果不佳，甚至产生负面的效果。

本专利基于前述现实应用需求，设计了一种创新性的可移动式海洋漂浮物拦截疏导网，专业用于海洋漂浮物的疏导及清除。

发明内容

本发明旨在解决上述海洋漂浮物聚集、暴发所导致的危害性问题，提出了一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网，利用这种拦截疏导网及海流的联合作用，将海洋漂浮物疏导离开重要海水区域，从而减小，或者消除这些漂浮物所导致的危害，也可以用于海洋漂浮物的集中清除。

本发明的技术方案是：

一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网，该拦截疏导网主体是一张长方形的四边网，其四个边的网纲为加强网纲；其中上边网纲均匀设有浮球，下边网纲均匀设有沉块和曝气管，下边网纲的两端分别设置一个固定锚，一侧边网纲带有充气管；所述上网纲浮球的尺寸与数量和下网纲沉块的尺寸与数量由设计目标决定，以保证在水中撑紧整张拦截疏导网且上网纲漂浮在水面上，从而成为一个形状相对稳定的长方形，虽然可以顺应海流的作用而发生一定的柔顺性变化，但不会发生过度的形变而失去长方形的形状。所述一个固定锚位于带有充气管侧边网纲与下网纲的连结处，另一个固定锚在下网纲上的位置能够调节，以实现拦截疏导网实际展开的长度能够调节；当带有充气管的侧边，与稳定的海岸相结合时，则仅有上网纲及另一个侧边网纲可以随海流而顺应性变化，可以更好地维持其形状稳定性。通过下网纲上大抓力固定锚的锚定位置变化，而在海域中任意布置，或者变换其位置及其布置的长度，且维持拦截疏导网整体长方形形状的基本稳定。

所述充气管与下网纲的曝气管相连，通过充气管向曝气管供气，从而使下网纲的曝气管曝气；其中充气管所输入的气压大于大气压与曝气管所处位置水压的总和。下网纲曝气管所产生的气泡，会逐渐向海面上升，随着水压的降低，会逐渐扩大，有助于水体中悬浮物质的上浮和漂浮。特别是，曝气所产生的气泡有可能会进入某些悬浮物的内部，譬如水母的体腔中、塑料袋状物的内部，促使其上浮和漂浮。而海洋中风海流是海流的主要形式之一，也就是海面风力所导致的海流，其特点是越接近海面风海流的流速越大。曝气促使海洋中悬浮物的上浮和漂浮，可以更加有利于利用海面较高流速的风海流，疏导或者输送这些上浮的海洋漂浮物，从而消除或者降低其危害性。

进一步地，所述固定锚的抓力能够抵抗50年一遇的风暴侵袭。

进一步地，当水深超过10米时，曝气管平行于下网纲设置于拦截疏导网上距离水面10米水深位置。

上述一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网使用方法，包括如下步骤：

步骤1，根据海洋漂浮物防治的需要，选择进行拦截疏导方案或者拦截捕集方案；

步骤2，再根据海流方向，选择具体的方案实施方式，并在敏感保护目标的上游进行实施；

步骤3，当主要海流方向与海岸线夹角不大于45°时，使用单张拦截疏导网与海岸线相结合的方式进行拦截或者疏导，相对于海流的来向，选择拦截疏导方案时，海岸线与拦截疏导网的起始夹角大于90°，选择拦截捕集方案时，海岸线与拦截疏导网的起始夹角小于90°；当主要海流方向与海岸线夹角大于45°不大于90°时，两张拦截疏导网联合使用，两张拦截疏导网共享一个固定的侧网纲，相对于海流的来向，选择拦截疏导方案时，两张拦截疏导网之间的夹角大于180°，呈现“Λ”字型，选择拦截捕集方案时，两张拦截疏导网之间的夹角小于180°，呈现“V”字型；

步骤4，优化调整拦截疏导方案过程如下：通过调整拦截疏导网下网纲上固定锚的布设位置，而调整拦截疏导网的角度、拦截疏导网的长度、相距敏感保护目标的距离三个关键性参数；三个关键性参数调整方式是：固定其中的两个参数，逐步调整其中的一个参数，其中，以每次增加或者减小1°的方式调整拦截疏导的夹角、以每次1-5米的长度增加或者减小拦截疏导网的长度、以每次2-50米的距离增加或者减小相距敏感保护目标的距离，循环进行三个关键性参数的优化调整，直至获得最优的拦截疏导效果或者拦截捕集效果或者达到满足实际生产需要的效果；

步骤5，获得一组优化后的海洋漂浮物拦截疏导方案参数，并据此进行海洋漂浮物的拦截疏导或者拦截捕集；当海洋中实际流场方发生变化时，重复以上步骤，进而获得新的海洋漂浮物拦截疏导优化方案，也就是说，本专利拦截疏导网及其使用方案随时可以根据实际情况进行调整优化，保持优异的海洋漂浮物拦截疏导效果。

应用本发明提出的可移动海洋漂浮物拦截疏导网，避免了固定式海洋构筑物的高昂造价和不可调整移动的弊端，且其造价低廉易于制造和使用，特别是其布设位置和方式可以很方便地利用其大抓力固定锚进行调整，以应对海洋中流场的变化及复杂环境条件。

当试图建筑或布设类似的固定式海洋漂浮物疏导堤坝或者拦截疏导网时，必须根据海洋流场环境进行优化计算和设计，显然，只有恰当角度布置和安放的疏导堤坝或者拦截疏导网才能具有良好的漂浮物疏导效果。而且，理论上，这种最优的安放设置角度、布设位置一定是存在的，且应当随海洋流场环境变化而变动。本发明设计的可移动海洋漂浮物拦截疏导网，可以比较完美地解决前述问题。当固定本专利拦截疏导网的一个侧边，即固定其中的一个大抓力固定锚，则以该大抓力固定锚为圆心，维持拦截疏导网的长方形形状不变，呈放射性地逐步调整另一个大抓力固定锚的位置，总可以找到这个疏导效果最好的角度；而保持这个特定角度，整体移动拦截疏导网，从而改变其安放的位置，总可以找到最佳的安放位置；伸展或者减少拦截疏导网的布放长度，总可以找到疏导效果最优的拦截疏导网长度。而且，前述最优疏导长度、角度、位置可以随时进行调整，根据流场的季节性变化等情况进行重新调整，以应对变化多端的海洋环境。

同样道理，应用本发明提供的可移动海洋漂浮物拦截疏导网，也可以在一定海域找到海洋漂浮物聚集效果最优的安放角度、安放长度及安放位置，从而可以应用本专利拦截疏导网进行海洋漂浮物的高效率捕集和清除。

综上所述，本发明提出的可移动海洋漂浮物拦截疏导网，造价低廉，可以很方便地应用于近岸海域中，获得具备最优海洋漂浮物疏导或者聚集效果的布置方案，且可以根据海洋流场环境因素的变化而随时进行调整，从而可以高效率疏导或者聚集清除海洋漂浮物，消除或者降低其危害性。

附图说明

说明书附图是本专利设计的可移动海洋漂浮物拦截疏导网布设图示。

图1是可移动海洋漂浮物拦截疏导网布设的俯视图。

图1中，1探寻最佳疏导角度过程中拦截疏导网的可移动侧边；2获得最优漂浮物疏导角度的拦截疏导网；3探寻最佳疏导角度过程中移动的拦截疏导网；4海洋中的海流及其主要流向；5探寻最佳疏导角度过程中拦截疏导网的固定侧边；6海水工业用水取水渠道；7海岸线。

图2是获得最优疏导方案后布设的可移动海洋漂浮物拦截疏导网侧视图。

图2中，8拦截后被疏导的水母等海洋漂浮物；9拦截疏导网上网纲的浮球；10海洋漂浮物被拦截后的疏导输运路线；11曝气管曝气后上升过程中逐渐扩大的气泡；12拦截疏导网主体；13海面波浪线；14拦截疏导网的侧边网纲；15下网纲上的大抓力固定锚；16下网纲上的曝气管；17下网纲；18下网纲上的沉块；19海底；20带充气管的侧边网纲；21侧网纲充气管的充气接头；22主海流方向。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

本专利设计的可移动海洋漂浮物拦截疏导网，主体是一张由高分子材料制成的长方形网，上网纲带有浮球9，下网纲带有沉块18和曝气管16，下网纲上设有两个大抓力固定锚15，一边的侧网纲带有充气管20，充气管20与下网纲的曝气管16相连接。上网纲浮球的浮力以及下网纲沉块的重力有富余，可以向上、向下撑紧拦截疏导网，结合下网纲上大抓力固定锚15的作用，可以在海水中维持两个大抓力锚之间的拦截疏导网成为一个由海面直达海底的竖直长方形，并可以抵抗50年一遇风暴的侵袭。通过调节下网纲上大抓力固定锚15的位置，可以在海洋中任意位置布设本专利设计的拦截疏导网，从而可以寻找并获得海洋漂浮物最优疏导或者拦截效果的布设方案，包括最优的布设角度、拦截疏导网长度、位置等。侧网纲上的充气管20可以通过充气管接头21，由罗茨鼓风机充气，进而由下网纲曝气管16曝气，产生气泡并促进海洋悬浮物的漂浮至海面，优化拦截疏导网的疏导或者拦截效果。

特别需要指出的是，由侧网纲充气管20向曝气管16输入的气压应该大于大气压与水压的总和。当水深超过10米时，可将曝气管16设置在拦截疏导网水面以下10米的中部位置，而不是拦截疏导网的下网纲上，以降低曝气所需要的气压压力。因为，海洋中的漂浮物通常也不会达到深度很深的位置，无需过大的曝气压力而增加能耗。

本专利并不意味着被示意图及说明书所局限，在没有脱离本发明技术原理及其宗旨的前提下可以有所变化。应用本专利时，根据拟保护的敏感目标及其保护需求、拟疏导或者聚集清除的还有漂浮物的性质，以及具体的海洋地形、流场等环境条件及实际情况，选择采取拦截疏导或者拦截聚集后再打捞清除方案。有实施实例如后。

实施实例1，使用本专利拦截疏导网拦截疏导工业取水海域暴发的水母。

如说明书附图图1的左边所示，设某个工业海水取水渠道某个时期主要海流方向是由左至右流动，进而由取水渠道左方被海流带入大量的暴发性致灾水母，涌入工业海水冷却系统并影响其正常运行。取一个本专利设计的专用拦截疏导网，将其带充气管的侧网纲通过铆钉链接于海岸中，或者埋设于海岸中，或通过其他方式与海岸固定相结合，并延伸至海底，用一个大抓力锚锚定。拦截疏导网剩余部分利用另一个大抓力锚进行展开和锚定，由海流来向算起，拦截疏导网与海岸的夹角α大于90°。并由岸边固定的侧网纲充气管向下网纲曝气管中充气，曝气促使致灾水母上浮。则由于拦截疏导网的拦截作用，刚开始的时候，暴发的致灾水母会聚集于夹角α处。以每次增加1°的方式调整夹角α，则聚集的水母由于海流的冲击作用，会沿着拦截疏导网向外海漂流，如说明书附图图2所示。显然，这种拦截疏导致灾水母的效果与夹角α有关。设在角度为α′的时候，具有最佳的致灾水母疏导效果，在角度α′的时大部分的致灾水母沿着拦截疏导网漂流至外海不再对工业海水取水口形成了威胁，则获得了满意的最优拦截疏导角度α′。固定疏导拦截角度为α′，调整下网纲上另一个大抓力锚的固定位置，伸展调整拦截疏导网的长度L，获得满意拦截疏导效果下的最短拦截疏导网长度L′。固定疏导拦截角度为α′、拦截疏导网长度为L′，沿海岸线，以相距海水取水渠道不同的距离布置拦截疏导网，获得满意拦截疏导效果的布置距离M′。上述拦截疏导角度α、拦截疏导网长度L、拦截疏导布置距离M三个布设参数，其探寻优化的过程和顺序可以调整。理论上，拦截疏导角度α、拦截疏导网长度L、拦截疏导布置距离M相互之间可能存在着交互作用，变动其中一个参数时，会对其他参数有影响。本专利的操作方式是，采用数学上的微分偏导数思想，每次只调整上述三个参数中的一个，而固定其他的两个参数，以拦截疏导效果为判别标准，以达到满足实际生产需求的满意拦截疏导效果，或者获得最优的拦截疏导效果为准则，即获得了一个布设参数的优化值。循环重复以上过程，直至获得满意效果，则获得了一组具有最佳拦截疏导效果的布设方案参数。设在一组最优拦截疏导角度α′、最短拦截疏导网长度L′、最优拦截疏导布置距离M′情况下，可将60％以上的致灾水母疏导离开工业海水取水口区域，满足实际生产的需要，即可根据这样的方案进行布置拦截疏导网，降低致灾水母暴发时的危害。必要时，根据最优拦截疏导方案参数，前后串联布置多级网目大小依次减小的拦截疏导网，以分别拦截疏导大小不同的致灾水母，提高拦截疏导效果。

当海流情况发生变化时，譬如海流方向是由右至左，或者垂直于海岸时，可以同样采取以上操作过程，获得满意的，或者最佳的拦截疏导方案。略有不同的是，当海流方向接近于垂直于海岸时，需要两张拦截疏导网联合作用，其带有充气管的两个侧边重合作为共享固定侧边，两张网之间的夹角为截疏导角度α，呈现“Λ”字型结构，共享固定侧边距离工业海水取水口的距离为拦截疏导网布置距离M，探寻最优布设参数时，对于两张拦截疏导网采取同等的操作。也就是说，在不同季节海流主要流向、流速发生变化时，随时可以调整本专利拦截疏导网的布设方案，以获得满意的致灾水母拦截疏导效果，或者最优的致灾水母拦截疏导效果。

实施实例2，使用本专利拦截疏导网拦截聚集海洋漂浮物垃圾。

如说明书附图图1的左边所示，设某个敏感海岸目标，譬如海水浴场，位于图1中的工业海水取水渠道位置，某个时期主要海流方向是由左至右流动，进而由左方被海流带入大量的塑料袋等海洋漂浮物垃圾，严重影响海水浴场等敏感目标处的景观质量。取一个本专利设计的专用拦截疏导网，将其带充气管的侧网纲通过铆钉链接于海岸中，或者埋设于海岸中，或通过其他方式与海岸固定相结合，并延伸至海底，用一个大抓力锚锚定。拦截疏导网剩余部分利用另一个大抓力锚进行展开和锚定，由海流来向算起，拦截疏导网与海岸的夹角α小于90°。并由岸边固定的侧网纲充气管向下网纲曝气管中充气，曝气促使海洋漂浮物垃圾上浮。则由于拦截疏导网的拦截作用，海洋漂浮物垃圾会聚集于夹角α处，以每次减小1°的方式调整夹角α，以最大限度的拦截捕集海洋漂浮物垃圾。显然，这种拦截捕集海洋漂浮物垃圾的效果与夹角α有关。设在角度α′的时候，具有最佳的海洋漂浮物垃圾拦截捕集效果，在角度为α′的时大部分的海洋漂浮物垃圾被拦截聚集在夹角α′处，不再对下游的海水浴场等敏感目标形成危害，则获得了满意的最优拦截疏导角度α′。固定疏导拦截角度为α′，调整下网纲上另一个大抓力锚的固定位置，伸展调整拦截疏导网的长度L，获得满意拦截捕集效果下的最短拦截疏导网长度L′。固定疏导拦截角度为α′、拦截疏导网长度为L′，沿海岸线，以相距海水浴场等敏感目标不同的距离布置拦截疏导网，获得满意拦截捕集效果的布置距离M′。上述拦截捕集角度α、拦截疏导网长度L、拦截捕集布置距离M三个布设参数，其探寻优化的过程和顺序可以调整。理论上，拦截捕集角度α、拦截疏导网长度L、拦截捕集布置距离M相互之间可能存在着交互作用，变动其中一个参数时，会对其他参数有影响。本专利的操作方式是，采用数学上的微分偏导数思想，每次只调整上述三个参数中的一个，而固定其他的两个参数，以拦截捕集效果为判别标准，以达到满足实际需求的满意拦截捕集效果，或者获得最优的拦截捕集效果为准则，即获得了一个布设参数的优化值。循环重复以上过程，直至获得满意效果，则获得了一组具有最佳拦截疏导效果的布设方案参数。设在一组最优拦截捕集角度α′、最短拦截疏导网长度L′、最优拦截捕集布置距离M′情况下，可将80％以上的海洋漂浮物垃圾捕集于拦截疏导网与海岸线的夹角处，满足实际生产的需要，即可根据这样的方案进行布置拦截疏导网，拦截捕集海洋漂浮物垃圾。然后将拦截聚集的各种海洋漂浮物垃圾，通过人工打捞，或者机械自动化打捞的方式进行清除，即可消除或者降低其对于海洋环境的危害性。必要时，可以多道本专利设计的拦截捕集网串联使用，以提高海洋漂浮物拦截捕集的效果。

当海流情况发生变化时，譬如海流方向是由右至左，或者垂直于海岸时，可以同样采取以上操作过程，获得最佳的拦截捕集方案。略有不同的是，当海流方向接近于垂直于海岸时，需要两张拦截疏导网联合作用，其带有充气管的两个侧边重合作为共享固定侧边，两张网之间的夹角为截疏导角度α，呈现“V”字型结构，共享固定侧边距离海水浴场等敏感目标的距离为拦截疏导网布置距离M，探寻最优布设参数时，对于两张拦截疏导网采取同等的操作。也就是说，在不同季节海流主要流向、流速发生变化时，随时可以调整本专利拦截疏导网的布设方案，以获得满意的海洋漂浮物垃圾拦截捕集效果，或者最优的海洋漂浮物垃圾拦截捕集效果。

Claims (2)

1.一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网，其特征在于，该拦截疏导网主体是一张长方形的四边网，其四个边的网纲为加强网纲；其中上边网纲均匀设有浮球，下边网纲均匀设有沉块和曝气管，下边网纲的两端分别设置一个固定锚，一侧边网纲带有充气管；所述上网纲浮球的尺寸与数量和下网纲沉块的尺寸与数量由设计目标决定，以保证在水中撑紧整张拦截疏导网且上网纲漂浮在水面上；所述一个固定锚位于带有充气管侧边网纲与下网纲的连结处，另一个固定锚在下网纲上的位置能够调节，以实现拦截疏导网实际展开的长度能够调节；

所述充气管与下网纲的曝气管相连，通过充气管向曝气管供气，从而使下网纲的曝气管曝气；其中充气管所输入的气压大于大气压与曝气管所处位置水压的总和；该可移动的海洋漂浮物拦截疏导网根据海洋漂浮物防治的需要，选择进行拦截疏导或者拦截捕集；

当主要海流方向与海岸线夹角不大于45°时，使用单张拦截疏导网与海岸线相结合的方式进行拦截或者疏导，相对于海流的来向，选择拦截疏导时，海岸线与拦截疏导网的起始夹角大于90°，选择拦截捕集时，海岸线与拦截疏导网的起始夹角小于90°；当主要海流方向与海岸线夹角大于45°不大于90°时，两张拦截疏导网联合使用，两张拦截疏导网共享一个固定的侧网纲，相对于海流的来向，选择拦截疏导时，两张拦截疏导网之间的夹角大于180°，呈现“Λ”字型，选择拦截捕集时，两张拦截疏导网之间的夹角小于180°，呈现“V”字型；

优化调整拦截疏导方案过程如下：通过调整拦截疏导网下网纲上固定锚的布设位置，而调整拦截疏导网的角度、拦截疏导网的长度、相距敏感保护目标的距离三个关键性参数；三个关键性参数调整方式是：固定其中的两个参数，逐步调整其中的一个参数，其中，以每次增加或者减小1°的方式调整拦截疏导的夹角、以每次1-5米的长度增加或者减小拦截疏导网的长度、以每次2-50米的距离增加或者减小相距敏感保护目标的距离，循环进行三个关键性参数的优化调整，直至获得最优的拦截疏导效果或者拦截捕集效果或者达到满足实际生产需要的效果；

获得一组优化后的海洋漂浮物拦截疏导方案参数，并据此进行海洋漂浮物的拦截疏导或者拦截捕集；当海洋中实际流场方发生变化时，重复以上步骤，进而获得新的海洋漂浮物拦截疏导优化方案。

2.根据权利要求1所述的一种可移动的海洋漂浮物拦截疏导网，其特征在于，当水深超过10米时，曝气管平行于下网纲设置于拦截疏导网上距离水面10米水深位置。

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