氣力提升式人工上升流技術及海域試驗研究
發(fā)布時間：2020-12-10 02:54
近年來近海生態(tài)環(huán)境逐漸惡化,如何改善近海環(huán)境成為科學家們研究的熱點。海洋人工上升流作為一種地球工程手段,通過放置人工裝備,形成自海底到海面的海水流動,把底部富營養(yǎng)鹽海水輸送到海面的真光層,促進浮游植物和藻類攝入,可有效增加初級生產(chǎn)力、改善近海生態(tài)環(huán)境并提高海洋碳匯的能力。我國在人工上升流技術的理論和實驗等方面取得了一定研究成果,但還未開展過人工上升流應用技術及其在海域試驗等方面的研究。在國家重點研發(fā)計劃“近海生態(tài)系統(tǒng)碳匯過程、調控機制及增匯模式”項目(編號:2016YFA0601400)和國家自然科學基金重點項目“人工上升流技術及其對海洋環(huán)境作用的基礎性研究”(編號:No.51120195001)的資助下,本文對氣力提升式人工上升流關鍵技術進行了研究,針對不同的應用場合,設計了高效率、強可靠的人工上升流裝置。最后本文將氣力提升式人工上升流技術與我國近海海洋牧場相結合,開展了人工上升流技術在海洋牧場的試驗研究。通過試驗研究,不僅可以測試人工上升流技術裝備在海上應用的可行性,為今后的工程應用提煉技術和經(jīng)驗,同時也能在人工上升流對養(yǎng)殖產(chǎn)品的增產(chǎn)、營養(yǎng)鹽移除和海洋碳匯等應用方面進行探索。本文的...
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：152 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１人工上升流分類??人工魚礁式上升流覊于人造海底山脈的一種，主要通過改造海底地形，向近海岸較深??水域中投放大型水泥磚塊、廢船等材料，形成人工魚礁，并在海流的作用下引致人工上升??
他們發(fā)現(xiàn)當人造山脈的長度為其高度的４？６倍時，就會形成人工上升流。２０１０年，日本水??產(chǎn)綜合研究所的中山哲嚴等人也提出了通過在海底堆砌砂石的方法形成有坡度的沙丘，從??而改變洋流的方向并形成人工上升流，如下圖１．３所示［２１］。雖然人造山脈式上升流結構簡??單，但是其制作成本巨大、可控性不強且十分依賴海底的地形，如果放置人造山豚的位置??不妥，甚至會影響該海域的航運。??－■??Ｔ?ｆ代?廣、??＾＾?＾?亇��？隨??「畹?Ｅ—」Ｋ?！?ｔ４，義??圖１．２?Ｖ型裝置及其產(chǎn)生的上升流旋渦［２（）］??＾＾＾＾????卜?Ｎ??？±４５ｍ—?Ｙ?ｐ?Ｙ??底上３５ｍ－?Ｊｌ?￥?－？±３８ｍ?１?■?ＡＤＣＰ??：ｒ：?｜?４｜ｉ??底上５ｍ＿?＋?ｌ３ｍ?Ｔｆ＾ｌｙＫ?＾?丨｜?水深約８５ｍ???卜＂?２００ｍ?？）＊?２００ｍ?叫??圖丨．３改變海底地形實驗示意圖ｌ２１］??由日本漁業(yè)局主辦的馬里諾論壇（ＭＦ２１）推出了?一項雄心勃勃的項目。該項目旨在構??建一個名為海洋營養(yǎng)鹽增強機（ＯＮＥ，?ＯｃｅａｎＮｕｔｒｉｅｎｔＥｎｈａｎｃｅｒ）的裝置［２２］。該項目總共分??為兩期，第一個期是從２０００年至２００４年，以開發(fā)海洋營養(yǎng)鹽增強機原型；第二期的研究??計劃于２００５年４月開始，旨在評估提高海洋初級生產(chǎn)的效果，并建立海洋營養(yǎng)鹽增強機??的實際應用技術。在該項目推動下，第一臺“ＯＮＥ”裝置“ＴＡＫＵＭＩ”于２００３年建成并部??署［２３］。“ＴＡＫＵＭＩ”又稱為“拓�！�
它旨在將來自海底的富營養(yǎng)鹽、低氧海水抽取至上層，排放并維持該富營養(yǎng)鹽混合??海水在密度躍層附近，以供浮游植物生長并制造良好的魚類生存區(qū)域，從而改善該海域的??生態(tài)環(huán)境，增加漁業(yè)資源。如圖１．５所示，該ＤＣＧ裝置從頂部和底部吸水，垂直管道將表??層和底部海水引導到位于水域中間層的泵殼。兩處不同的海水通過安裝在泵殼中的電動葉??輪混合后從環(huán)形噴嘴水平排出�；旌虾蟮暮Ｋ鳛橹亓︱寗拥拿芏攘髟谒矫嫔舷蚋鞣较�??擴散。依靠１２ｋＷ的電力，該裝置每天在密度躍層附近排出１２００００ｍ３的混合海水。該海??灣灣口處的總水量約２０兆噸，因此該裝置還不會完全破壞此處的密度躍層。自１９９７年６??月安裝以來，該裝置改善了?Ｇｏｋａｓｈｏ灣口處３?ｋｍ尺度范圍的水質，極大地減少了赤潮的??發(fā)生。另外，１９９９年和２０００年該地捕獲的短頸蛤分別為１２噸和８噸，而１９９７年養(yǎng)殖的??幼體才不到１噸，可見該地的漁獲資源也得到了增加。Ｓａｔｏ等人通過數(shù)值模擬，驗證了??ＤＣＧ裝置還可適用于其他一些需要改善環(huán)境的海灣，可有效改善缺氧等問題［３Ｇ，３１］。??５??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]我國首座全潛式大型智能網(wǎng)箱下水[J]. 陳家勇. 中國水產(chǎn). 2018(06)
[2]赤潮發(fā)生關鍵控制要素識別研究——以渤海為例[J]. 林國紅,董月茹,李克強,王淑萍,王修林. 中國海洋大學學報(自然科學版). 2017(12)
[3]不同進氣方式下氣力提升泵水力特性理論模型與驗證[J]. 左娟莉,李逢超,郭鵬程,孫帥輝,羅興锜. 農業(yè)工程學報. 2017(21)
[4]氣力提升理論模型建立及驗證[J]. 胡東,王曉川,唐川林,康勇. 高校化學工程學報. 2016(05)
[5]Research progress in artificial upwelling and its potential environmental effects[J]. PAN YiWen,FAN Wei,ZHANG DaHai,CHEN JiaWang,HUANG HaoCai,LIU ShuXia,JIANG ZongPei,DI YaNan,TONG MengMeng,CHEN Ying. Science China(Earth Sciences). 2016(02)
[6]氣力人工上升流對水體溫度的影響研究[J]. 冷金英,黃豪彩,陳家旺,樊煒,葛晗,林杉,劉明洲,楊景,陳鷹. 機電工程. 2014(04)
[7]國際海洋生物碳匯研究進展[J]. 劉慧,唐啟升. 中國水產(chǎn)科學. 2011(03)
[8]桑溝灣多元養(yǎng)殖生態(tài)模型研究:Ⅰ養(yǎng)殖生態(tài)模型的建立和參數(shù)敏感性分析[J]. 史潔,魏皓,趙亮,方建光,張繼紅. 漁業(yè)科學進展. 2010(04)
[9]半封閉高密度筏式養(yǎng)殖海域水動力場的數(shù)值模擬[J]. 史潔,魏皓. 中國海洋大學學報(自然科學版). 2009(06)
[10]養(yǎng)殖海帶的生長模型研究[J]. 吳榮軍,張學雷,朱明遠,鄭有飛. 海洋通報. 2009(02)
博士論文
[1]波浪/海流引致人工上升流技術基礎性研究[D]. 林杉.浙江大學 2017
碩士論文
[1]涌升管中的氣液兩相流研究[D]. 張青松.浙江大學 2017
[2]開式環(huán)境下差熱式人工上升流速度場及溫度場基礎特性研究[D]. 閆旭.杭州電子科技大學 2015
[3]氣力人工上升流環(huán)境效應監(jiān)測與評估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大學 2014
[4]鰲山灣水動力環(huán)境及泥沙運動特征研究[D]. 李淑玲.中國海洋大學 2012
[5]海底營養(yǎng)鹽注氣提升技術的初步研究[D]. 盧凌.杭州電子科技大學 2012
[6]氣舉系統(tǒng)效率評價方法研究[D]. 劉永輝.西南石油學院 2002
本文編號：2907959
【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：152 頁
【學位級別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１人工上升流分類??人工魚礁式上升流覊于人造海底山脈的一種，主要通過改造海底地形，向近海岸較深??水域中投放大型水泥磚塊、廢船等材料，形成人工魚礁，并在海流的作用下引致人工上升??
他們發(fā)現(xiàn)當人造山脈的長度為其高度的４？６倍時，就會形成人工上升流。２０１０年，日本水??產(chǎn)綜合研究所的中山哲嚴等人也提出了通過在海底堆砌砂石的方法形成有坡度的沙丘，從??而改變洋流的方向并形成人工上升流，如下圖１．３所示［２１］。雖然人造山脈式上升流結構簡??單，但是其制作成本巨大、可控性不強且十分依賴海底的地形，如果放置人造山豚的位置??不妥，甚至會影響該海域的航運。??－■??Ｔ?ｆ代?廣、??＾＾?＾?亇��？隨??「畹?Ｅ—」Ｋ?！?ｔ４，義??圖１．２?Ｖ型裝置及其產(chǎn)生的上升流旋渦［２（）］??＾＾＾＾????卜?Ｎ??？±４５ｍ—?Ｙ?ｐ?Ｙ??底上３５ｍ－?Ｊｌ?￥?－？±３８ｍ?１?■?ＡＤＣＰ??：ｒ：?｜?４｜ｉ??底上５ｍ＿?＋?ｌ３ｍ?Ｔｆ＾ｌｙＫ?＾?丨｜?水深約８５ｍ???卜＂?２００ｍ?？）＊?２００ｍ?叫??圖丨．３改變海底地形實驗示意圖ｌ２１］??由日本漁業(yè)局主辦的馬里諾論壇（ＭＦ２１）推出了?一項雄心勃勃的項目。該項目旨在構??建一個名為海洋營養(yǎng)鹽增強機（ＯＮＥ，?ＯｃｅａｎＮｕｔｒｉｅｎｔＥｎｈａｎｃｅｒ）的裝置［２２］。該項目總共分??為兩期，第一個期是從２０００年至２００４年，以開發(fā)海洋營養(yǎng)鹽增強機原型；第二期的研究??計劃于２００５年４月開始，旨在評估提高海洋初級生產(chǎn)的效果，并建立海洋營養(yǎng)鹽增強機??的實際應用技術。在該項目推動下，第一臺“ＯＮＥ”裝置“ＴＡＫＵＭＩ”于２００３年建成并部??署［２３］。“ＴＡＫＵＭＩ”又稱為“拓�！�
它旨在將來自海底的富營養(yǎng)鹽、低氧海水抽取至上層，排放并維持該富營養(yǎng)鹽混合??海水在密度躍層附近，以供浮游植物生長并制造良好的魚類生存區(qū)域，從而改善該海域的??生態(tài)環(huán)境，增加漁業(yè)資源。如圖１．５所示，該ＤＣＧ裝置從頂部和底部吸水，垂直管道將表??層和底部海水引導到位于水域中間層的泵殼。兩處不同的海水通過安裝在泵殼中的電動葉??輪混合后從環(huán)形噴嘴水平排出�；旌虾蟮暮Ｋ鳛橹亓︱寗拥拿芏攘髟谒矫嫔舷蚋鞣较�??擴散。依靠１２ｋＷ的電力，該裝置每天在密度躍層附近排出１２００００ｍ３的混合海水。該海??灣灣口處的總水量約２０兆噸，因此該裝置還不會完全破壞此處的密度躍層。自１９９７年６??月安裝以來，該裝置改善了?Ｇｏｋａｓｈｏ灣口處３?ｋｍ尺度范圍的水質，極大地減少了赤潮的??發(fā)生。另外，１９９９年和２０００年該地捕獲的短頸蛤分別為１２噸和８噸，而１９９７年養(yǎng)殖的??幼體才不到１噸，可見該地的漁獲資源也得到了增加。Ｓａｔｏ等人通過數(shù)值模擬，驗證了??ＤＣＧ裝置還可適用于其他一些需要改善環(huán)境的海灣，可有效改善缺氧等問題［３Ｇ，３１］。??５??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]我國首座全潛式大型智能網(wǎng)箱下水[J]. 陳家勇. 中國水產(chǎn). 2018(06)
[2]赤潮發(fā)生關鍵控制要素識別研究——以渤海為例[J]. 林國紅,董月茹,李克強,王淑萍,王修林. 中國海洋大學學報(自然科學版). 2017(12)
[3]不同進氣方式下氣力提升泵水力特性理論模型與驗證[J]. 左娟莉,李逢超,郭鵬程,孫帥輝,羅興锜. 農業(yè)工程學報. 2017(21)
[4]氣力提升理論模型建立及驗證[J]. 胡東,王曉川,唐川林,康勇. 高校化學工程學報. 2016(05)
[5]Research progress in artificial upwelling and its potential environmental effects[J]. PAN YiWen,FAN Wei,ZHANG DaHai,CHEN JiaWang,HUANG HaoCai,LIU ShuXia,JIANG ZongPei,DI YaNan,TONG MengMeng,CHEN Ying. Science China(Earth Sciences). 2016(02)
[6]氣力人工上升流對水體溫度的影響研究[J]. 冷金英,黃豪彩,陳家旺,樊煒,葛晗,林杉,劉明洲,楊景,陳鷹. 機電工程. 2014(04)
[7]國際海洋生物碳匯研究進展[J]. 劉慧,唐啟升. 中國水產(chǎn)科學. 2011(03)
[8]桑溝灣多元養(yǎng)殖生態(tài)模型研究:Ⅰ養(yǎng)殖生態(tài)模型的建立和參數(shù)敏感性分析[J]. 史潔,魏皓,趙亮,方建光,張繼紅. 漁業(yè)科學進展. 2010(04)
[9]半封閉高密度筏式養(yǎng)殖海域水動力場的數(shù)值模擬[J]. 史潔,魏皓. 中國海洋大學學報(自然科學版). 2009(06)
[10]養(yǎng)殖海帶的生長模型研究[J]. 吳榮軍,張學雷,朱明遠,鄭有飛. 海洋通報. 2009(02)
博士論文
[1]波浪/海流引致人工上升流技術基礎性研究[D]. 林杉.浙江大學 2017
碩士論文
[1]涌升管中的氣液兩相流研究[D]. 張青松.浙江大學 2017
[2]開式環(huán)境下差熱式人工上升流速度場及溫度場基礎特性研究[D]. 閆旭.杭州電子科技大學 2015
[3]氣力人工上升流環(huán)境效應監(jiān)測與評估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大學 2014
[4]鰲山灣水動力環(huán)境及泥沙運動特征研究[D]. 李淑玲.中國海洋大學 2012
[5]海底營養(yǎng)鹽注氣提升技術的初步研究[D]. 盧凌.杭州電子科技大學 2012
[6]氣舉系統(tǒng)效率評價方法研究[D]. 劉永輝.西南石油學院 2002
本文編號：2907959
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