CN212034985U - 一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，包括阳光跟踪采集器、支架、浮体、固定缆绳、导光光纤、水下防水光纤灯、水下防水光纤灯架、升降螺杆；浮体底部设置多组固定缆绳；浮体上设置有阳光跟踪采集器，阳光跟踪采集器通过支架与浮体固定连接；阳光跟踪采集器的一侧设有升降螺杆，升降螺杆底部固定连接有水下防水光纤灯架，水下防水光纤灯架上安装有若干水下防水光纤灯；阳光跟踪采集器与导光光纤连接，导光光纤与水下防水光纤灯信号连接。本发明光照传输比率可以达到90%以上，能够有效补充水下光照强度，辅助和促进透明度较低的富营养化湖泊水体沉水植物生长，增加湖泊沉积物氧化，从而改善水质和水生态，达到水生态修复的目标。

Description

一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置

技术领域

本发明涉及水环境治理技术领域，具体涉及一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置。

背景技术

我国湖泊出现了大面积的水体富营养化现象，水华频发。水体富营养化和水华发生破坏了水体生态系统平衡，引起了水生生物多样性下降、地表水水质恶化，严重影响了人民的生产、生活与饮用水安全，已经成为制约区域社会经济可持续发展的重大环境问题之一。

沉水植物是整个植物体沉没在水下的植物类群，属于大型草本植物。作为水体生态系统中主要的初级生产者，沉水植物通过增加空间生态位、抑制生物性和非生物性悬浮物、改善水下光照和溶解氧条件，为形成复杂的食物链提供了食物、场所和其他必要条件，也间接支持了肉食和碎食食物链，是水体生物多样性赖以维持的基础。同时，沉水植物占据了沉积物-水界面，能够有效阻隔沉积物营养盐的释放。因此，沉水植被的恢复常常作为藻型湖泊生态修复的主要措施及浅水湖泊生态系统功能及稳定性提高的标志。近年来，针对湖泊富营养化的问题，我国在太湖、滇池等湖泊开展了大量的以水生植被恢复为主要手段的生态修复工程，但是水生植被恢复及重建的效果有时不甚理想。有研究显示，沉水植被恢复受多种因素影响，如光照、营养盐、悬浮物、水动力、温度等，其中光照强度是沉水植物生长的主要限制因子。

此外，水体透明度的影响因素较多，包括水体悬浮颗粒物、浮游藻类、水体溶解性有机质等，因此透明度提升技术难度较高，一般是通过沉水植物的恢复彻底改善；而沉水植物的恢复与透明度提升两者是相辅相成的关系。基于此，如何将自然日光补偿至湖泊底部，以增加沉水植物可以获得光照的强度，提高了沉水植物存活率，尤其是冬春季节萌发期和沉水植物恢复初期沉水植物存活率，从而促进了沉水植物恢复和水环境的改善，将成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对透明度低、底质环境恶劣等条件下沉水植物先锋种群成活率低、恢复困难，以及冬春季节沉水植物萌发期发芽率低的问题，提出了一种应用于湖泊水环境治理及沉水植物修复的水下日光补偿装置，过将水面日光通过光导纤维输送至水下从而补充沉水植物光照，高沉水植物存活率。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，包括设于水体底部的沉积物和定植于沉积物上的沉水植物，还包括阳光跟踪采集器、支架、浮体、固定缆绳、导光光纤、水下防水光纤灯、水下防水光纤灯架、升降螺杆；所述浮体底部设置多组固定缆绳，浮体通过固定缆绳固定在水体表面；所述的浮体上设置有阳光跟踪采集器，所述的阳光跟踪采集器通过支架与浮体固定连接，所述的阳光跟踪采集器用于采集自然光；所述阳光跟踪采集器的一侧设有升降螺杆，所述的升降螺杆穿过浮体垂直伸入浮体下部的水体内，所述升降螺杆底部固定连接有水下防水光纤灯架，所述的水下防水光纤灯架上安装有若干水下防水光纤灯，所述的水下防水光纤灯位于沉水植物的上方，所述的升降螺杆沿所述浮体垂直上下移动，同时带动所述水下防水光纤灯向靠近或远离沉水植物的方向移动，对所述沉水植物释放光照；所述的阳光跟踪采集器的信号输出端与导光光纤的一端连接，所述导光光纤沿升降螺杆设置的方向设置并伸入水体内，导光光纤的另一端与水下防水光纤灯信号连接，用于将阳光跟踪采集器采集到的自然光传导至水下防水光纤灯。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的固定缆绳沿浮体底部四周均匀布置有4~6根，固定缆绳的底部设有锚桩或固定配重块，锚桩或固定配重块固定在沉积物上，将所述浮体进行固定。

上述的浮体采用PVC浮体。

上述每个阳光跟踪采集器对应1m²面积的浮体。

上述的导光光纤采用石英玻璃光导纤维或者塑料光导纤维。

上述的水下防水光纤灯距离所述沉水植物的高度为10~50cm。

上述的升降螺杆与浮体通过螺纹转动连接，升降螺杆顶部设有螺杆把手，所述的螺杆把手位于浮体的上部，通过螺杆把手对升降螺杆进行转动。

本发明的与现有技术相比，其优点在于：

本发明的光照传输比率可以达到90%以上，能够有效补充水下光照强度，辅助和促进透明度较低的富营养化湖泊水体沉水植物生长，增加湖泊沉积物氧化，从而改善水质和水生态，达到水生态修复的目标。同时，本发明的装置可以将水面光照传输至水下，提高水下光照强度，促进沉水植物生长，浮体漂浮于湖面开阔处，也保证了阳光采集器采集光照充足。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图。

图中序号，1-沉积物、2-沉水植物、3-阳光跟踪采集器、4-支架、5-浮体、6-固定缆绳、7-导光光纤、8-水下防水光纤灯、9-水下防水光纤灯架、10-升降螺杆、100-螺杆把手。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参见图1所示的一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，包括设于水体底部的沉积物1和定植于沉积物1上的沉水植物2，还包括阳光跟踪采集器3、支架4、浮体5、固定缆绳6、导光光纤7、水下防水光纤灯8、水下防水光纤灯架9、升降螺杆10；所述浮体5底部设置多组固定缆绳6，浮体5通过固定缆绳6固定在水体表面；所述的浮体5上设置有阳光跟踪采集器3，所述的阳光跟踪采集器3通过支架4与浮体5固定连接，所述的阳光跟踪采集器3用于采集自然光；所述阳光跟踪采集器3的一侧设有升降螺杆10，所述的升降螺杆10穿过浮体5垂直伸入浮体5下部的水体内，所述升降螺杆10底部固定连接有水下防水光纤灯架9，优选的，水下光纤灯支架用硬质PVC细杆焊接而成，一般为正方形或者圆形，通过升降螺杆10固定在浮体5上，通过升降螺杆控制水下光纤灯支架高度，改变光纤灯照射范围，从而调节光纤灯的单位面积照射强度；所述的水下防水光纤灯架9上安装有若干水下防水光纤灯8，所述的水下防水光纤灯8位于沉水植物2的上方，所述的升降螺杆10沿所述浮体5垂直上下移动，同时带动所述水下防水光纤灯8向靠近或远离沉水植物2的方向移动，对所述沉水植物2释放光照，根据目前实验结果，阳光采集器聚光透镜与水下光照面积比例在(1:10)~(1:50)之间为最佳；所述的阳光跟踪采集器3的信号输出端与导光光纤7的一端连接，所述导光光纤7沿升降螺杆10设置的方向设置并伸入水体内，导光光纤7的另一端与水下防水光纤灯8信号连接，用于将阳光跟踪采集器3采集到的自然光传导至水下防水光纤灯8。

本实施例中，所述阳光跟踪采集器3采用杰特牌太阳光导入设备，具体为JETE-12型号，可以自动快速跟踪太阳、采集最强烈阳光，分离阳光消除紫、红外线，将自然阳光高度压缩15000倍以上，高光高热高亮度，准确进入导光光纤。阳光跟踪采集器主要包括聚光透镜组合、传感器、亚加力球罩、全方位机械转动装置、微电脑全自动程序控制系统等，聚光透镜组合由菲涅尔透镜构成，透镜可将收集的阳光高倍压缩聚焦到光纤上，采集原理主要是根据阳光中不同光线在透镜后的焦点的不同而选择性的收集阳光，阳光中各种有害或无用射线被滤除。其次，由于太阳相对于地球的位置，光照角度在一天中是不停变化的，只有将采光器正对着太阳，才能保证最大效率的收集。因此，通过光敏和GPS对阳光位置角度进行精确，迅速的判断，通过微电脑自动控制，在太阳位置变化时，采光器自动调整姿态，正对阳光，达到最大最好效果。

本实施例中，所述的固定缆绳6沿浮体5底部四周均匀布置有4~6根，固定缆绳6的底部设有锚桩或固定配重块，锚桩或固定配重块固定在沉积物1上，将所述浮体5进行固定，浮体的浮力能够确保整个装置稳定漂浮于水面以上。

本实施例中，所述的浮体5采用PVC浮体，单个浮体为正方形或者圆形，PVC材质能够有效抵抗阳光紫外线照射造成的老化和水体扰动对浮体的破坏，每个阳光跟踪采集器配置1m²的浮体，也可以多组浮体相连接合并使用。

本实施例中，所述导光光纤7采用石英玻璃光导纤维或者塑料光导纤维，导光纤维外层涂有耐老化、高反射的合成膜，引导阳光最大量地通过光纤达到输出端，导纤维布设时应该尽量避免大角度弯曲，以保证光导效率。

本实施例中，所述的升降螺杆10与浮体5通过螺纹转动连接，升降螺杆10为金属质，升降螺杆10顶部设有螺杆把手100，所述的螺杆把手100位于浮体5的上部，通过螺杆把手100对升降螺杆10进行转动。

本发明的工作过程，包括以下步骤：

步骤一、在水体透明度低或水深较深的湖区，通过沉水植物抛撒或者种子播撒的方式，对沉水植物进行定植；

步骤二、水生植物定植或者萌发之后，对水下光照强度进行连续监测；

步骤三、当沉水植物水草叶片深度的水体中光照强度不足水面光照强度5%时，将浮体移动至沉水植物上方并通过固定缆绳固定，调节阳光跟踪采集器角度，使聚光透镜与光照垂直，最大程度采集阳光；

步骤四、通过升降螺杆调节水下防水光纤灯支架与沉水植物叶片的距离，并打开水下防水光纤灯，对沉水植物释放光照。

一般情况下，通过水下照度计测定沉水植物叶面水深光照度达到水面10%强度即可满足沉水植物生长，所述水下防水光纤灯8距离所述沉水植物2的高度为10~50cm最佳，既能保证叶面接收光照，也能确保不浪费光照辐射范围，水下防水光纤灯释放光照的方式包括点照明、线照明或面照明中的任一种。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，包括设于水体底部的沉积物(1)和定植于沉积物(1)上的沉水植物(2)，其特征在于：还包括阳光跟踪采集器(3)、支架(4)、浮体(5)、固定缆绳(6)、导光光纤(7)、水下防水光纤灯(8)、水下防水光纤灯架(9)、升降螺杆(10)；所述浮体(5)底部设置多组固定缆绳(6)，浮体(5)通过固定缆绳(6)固定在水体表面；所述的浮体(5)上设置有阳光跟踪采集器(3)，所述的阳光跟踪采集器(3)通过支架(4)与浮体(5)固定连接，所述的阳光跟踪采集器(3)用于采集自然光；所述阳光跟踪采集器(3)的一侧设有升降螺杆(10)，所述的升降螺杆(10)穿过浮体(5)垂直伸入浮体(5)下部的水体内，所述升降螺杆(10)底部固定连接有水下防水光纤灯架(9)，所述的水下防水光纤灯架(9)上安装有若干水下防水光纤灯(8)，所述的水下防水光纤灯(8)位于沉水植物(2)的上方，所述的升降螺杆(10)沿所述浮体(5)垂直上下移动，同时带动所述水下防水光纤灯(8)向靠近或远离沉水植物(2)的方向移动，对所述沉水植物(2)释放光照；所述的阳光跟踪采集器(3)的信号输出端与导光光纤(7)的一端连接，所述导光光纤(7)沿升降螺杆(10)设置的方向设置并伸入水体内，导光光纤(7)的另一端与水下防水光纤灯(8)信号连接，用于将阳光跟踪采集器(3)采集到的自然光传导至水下防水光纤灯(8)。

2.根据权利要求1所述的一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，其特征在于：所述的固定缆绳(6)沿浮体(5)底部四周均匀布置有4~6根，固定缆绳(6)的底部设有锚桩或固定配重块，锚桩或固定配重块固定在沉积物(1)上，将所述浮体(5)进行固定。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，其特征在于：所述的浮体(5)采用PVC浮体。

4.根据权利要求3所述的一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，其特征在于：每个阳光跟踪采集器(3)对应1m²面积的浮体(5)。

5.根据权利要求1所述的一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，其特征在于：所述导光光纤(7)采用石英玻璃光导纤维或者塑料光导纤维。

6.根据权利要求1所述的一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，其特征在于：所述水下防水光纤灯(8)距离所述沉水植物(2)的高度为10~50cm。

7.根据权利要求1所述的一种用于沉水植物恢复的水下日光补偿装置，其特征在于：所述的升降螺杆(10)与浮体(5)通过螺纹转动连接，升降螺杆(10)顶部设有螺杆把手(100)，所述的螺杆把手(100)位于浮体(5)的上部，通过螺杆把手(100)对升降螺杆(10)进行转动。

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