氣力提升式人工上升流技術(shù)及海域試驗(yàn)研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-10 02:54
近年來(lái)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(xué)家們研究的熱點(diǎn)。海洋人工上升流作為一種地球工程手段,通過(guò)放置人工裝備,形成自海底到海面的海水流動(dòng),把底部富營(yíng)養(yǎng)鹽海水輸送到海面的真光層,促進(jìn)浮游植物和藻類(lèi)攝入,可有效增加初級(jí)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(guó)在人工上升流技術(shù)的理論和實(shí)驗(yàn)等方面取得了一定研究成果,但還未開(kāi)展過(guò)人工上升流應(yīng)用技術(shù)及其在海域試驗(yàn)等方面的研究。在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“近海生態(tài)系統(tǒng)碳匯過(guò)程、調(diào)控機(jī)制及增匯模式”項(xiàng)目(編號(hào):2016YFA0601400)和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“人工上升流技術(shù)及其對(duì)海洋環(huán)境作用的基礎(chǔ)性研究”(編號(hào):No.51120195001)的資助下,本文對(duì)氣力提升式人工上升流關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合,設(shè)計(jì)了高效率、強(qiáng)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(shù)與我國(guó)近海海洋牧場(chǎng)相結(jié)合,開(kāi)展了人工上升流技術(shù)在海洋牧場(chǎng)的試驗(yàn)研究。通過(guò)試驗(yàn)研究,不僅可以測(cè)試人工上升流技術(shù)裝備在海上應(yīng)用的可行性,為今后的工程應(yīng)用提煉技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),同時(shí)也能在人工上升流對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)品的增產(chǎn)、營(yíng)養(yǎng)鹽移除和海洋碳匯等應(yīng)用方面進(jìn)行探索。本文的...
【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：152 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１人工上升流分類(lèi)??人工魚(yú)礁式上升流覊于人造海底山脈的一種，主要通過(guò)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(yú)礁，并在海流的作用下引致人工上升??
他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)人造山脈的長(zhǎng)度為其高度的４？６倍時(shí)，就會(huì)形成人工上升流。２０１０年，日本水??產(chǎn)綜合研究所的中山哲?chē)?yán)等人也提出了通過(guò)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)??單，但是其制作成本巨大、可控性不強(qiáng)且十分依賴(lài)海底的地形，如果放置人造山豚的位置??不妥，甚至?xí)绊懺摵Ｓ虻暮竭\(yùn)。??－■??Ｔ?ｆ代?廣、??＾＾?＾?亇丁？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(shí)驗(yàn)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(xiàng)雄心勃勃的項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在構(gòu)??建一個(gè)名為海洋營(yíng)養(yǎng)鹽增強(qiáng)機(jī)（ＯＮＥ，?ＯｃｅａｎＮｕｔｒｉｅｎｔＥｎｈａｎｃｅｒ）的裝置［２２］。該項(xiàng)目總共分??為兩期，第一個(gè)期是從２０００年至２００４年，以開(kāi)發(fā)海洋營(yíng)養(yǎng)鹽增強(qiáng)機(jī)原型；第二期的研究??計(jì)劃于２００５年４月開(kāi)始，旨在評(píng)估提高海洋初級(jí)生產(chǎn)的效果，并建立海洋營(yíng)養(yǎng)鹽增強(qiáng)機(jī)??的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。在該項(xiàng)目推動(dòng)下，第一臺(tái)“ＯＮＥ”裝置“ＴＡＫＵＭＩ”于２００３年建成并部??署［２３］�！埃裕粒耍眨停伞庇址Q(chēng)為“拓�！�
它旨在將來(lái)自海底的富營(yíng)養(yǎng)鹽、低氧海水抽取至上層，排放并維持該富營(yíng)養(yǎng)鹽混合??海水在密度躍層附近，以供浮游植物生長(zhǎng)并制造良好的魚(yú)類(lèi)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(dǎo)到位于水域中間層的泵殼。兩處不同的海水通過(guò)安裝在泵殼中的電動(dòng)葉??輪混合后從環(huán)形噴嘴水平排出�；旌虾蟮暮Ｋ鳛橹亓︱�(qū)動(dòng)的密度流在水平面上向各方向??擴(kuò)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(huì)完全破壞此處的密度躍層。自１９９７年６??月安裝以來(lái)，該裝置改善了?Ｇｏｋａｓｈｏ灣口處３?ｋｍ尺度范圍的水質(zhì)，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(jiàn)該地的漁獲資源也得到了增加。Ｓａｔｏ等人通過(guò)數(shù)值模擬，驗(yàn)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(wèn)題［３Ｇ，３１］。??５??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國(guó)首座全潛式大型智能網(wǎng)箱下水[J]. 陳家勇. 中國(guó)水產(chǎn). 2018(06)
[2]赤潮發(fā)生關(guān)鍵控制要素識(shí)別研究——以渤海為例[J]. 林國(guó)紅,董月茹,李克強(qiáng),王淑萍,王修林. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(12)
[3]不同進(jìn)氣方式下氣力提升泵水力特性理論模型與驗(yàn)證[J]. 左娟莉,李逢超,郭鵬程,孫帥輝,羅興锜. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2017(21)
[4]氣力提升理論模型建立及驗(yàn)證[J]. 胡東,王曉川,唐川林,康勇. 高校化學(xué)工程學(xué)報(bào). 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(duì)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(jī)電工程. 2014(04)
[7]國(guó)際海洋生物碳匯研究進(jìn)展[J]. 劉慧,唐啟升. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué). 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(xué)進(jìn)展. 2010(04)
[9]半封閉高密度筏式養(yǎng)殖海域水動(dòng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬[J]. 史潔,魏皓. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009(06)
[10]養(yǎng)殖海帶的生長(zhǎng)模型研究[J]. 吳榮軍,張學(xué)雷,朱明遠(yuǎn),鄭有飛. 海洋通報(bào). 2009(02)
博士論文
[1]波浪/海流引致人工上升流技術(shù)基礎(chǔ)性研究[D]. 林杉.浙江大學(xué) 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(xué) 2017
[2]開(kāi)式環(huán)境下差熱式人工上升流速度場(chǎng)及溫度場(chǎng)基礎(chǔ)特性研究[D]. 閆旭.杭州電子科技大學(xué) 2015
[3]氣力人工上升流環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大學(xué) 2014
[4]鰲山灣水動(dòng)力環(huán)境及泥沙運(yùn)動(dòng)特征研究[D]. 李淑玲.中國(guó)海洋大學(xué) 2012
[5]海底營(yíng)養(yǎng)鹽注氣提升技術(shù)的初步研究[D]. 盧凌.杭州電子科技大學(xué) 2012
[6]氣舉系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)方法研究[D]. 劉永輝.西南石油學(xué)院 2002
本文編號(hào)：2907959
【文章來(lái)源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：152 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
圖１．１人工上升流分類(lèi)??人工魚(yú)礁式上升流覊于人造海底山脈的一種，主要通過(guò)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(yú)礁，并在海流的作用下引致人工上升??
他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)人造山脈的長(zhǎng)度為其高度的４？６倍時(shí)，就會(huì)形成人工上升流。２０１０年，日本水??產(chǎn)綜合研究所的中山哲?chē)?yán)等人也提出了通過(guò)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)??單，但是其制作成本巨大、可控性不強(qiáng)且十分依賴(lài)海底的地形，如果放置人造山豚的位置??不妥，甚至?xí)绊懺摵Ｓ虻暮竭\(yùn)。??－■??Ｔ?ｆ代?廣、??＾＾?＾?亇丁？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(shí)驗(yàn)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(xiàng)雄心勃勃的項(xiàng)目。該項(xiàng)目旨在構(gòu)??建一個(gè)名為海洋營(yíng)養(yǎng)鹽增強(qiáng)機(jī)（ＯＮＥ，?ＯｃｅａｎＮｕｔｒｉｅｎｔＥｎｈａｎｃｅｒ）的裝置［２２］。該項(xiàng)目總共分??為兩期，第一個(gè)期是從２０００年至２００４年，以開(kāi)發(fā)海洋營(yíng)養(yǎng)鹽增強(qiáng)機(jī)原型；第二期的研究??計(jì)劃于２００５年４月開(kāi)始，旨在評(píng)估提高海洋初級(jí)生產(chǎn)的效果，并建立海洋營(yíng)養(yǎng)鹽增強(qiáng)機(jī)??的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)。在該項(xiàng)目推動(dòng)下，第一臺(tái)“ＯＮＥ”裝置“ＴＡＫＵＭＩ”于２００３年建成并部??署［２３］�！埃裕粒耍眨停伞庇址Q(chēng)為“拓�！�
它旨在將來(lái)自海底的富營(yíng)養(yǎng)鹽、低氧海水抽取至上層，排放并維持該富營(yíng)養(yǎng)鹽混合??海水在密度躍層附近，以供浮游植物生長(zhǎng)并制造良好的魚(yú)類(lèi)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(dǎo)到位于水域中間層的泵殼。兩處不同的海水通過(guò)安裝在泵殼中的電動(dòng)葉??輪混合后從環(huán)形噴嘴水平排出�；旌虾蟮暮Ｋ鳛橹亓︱�(qū)動(dòng)的密度流在水平面上向各方向??擴(kuò)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(huì)完全破壞此處的密度躍層。自１９９７年６??月安裝以來(lái)，該裝置改善了?Ｇｏｋａｓｈｏ灣口處３?ｋｍ尺度范圍的水質(zhì)，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(jiàn)該地的漁獲資源也得到了增加。Ｓａｔｏ等人通過(guò)數(shù)值模擬，驗(yàn)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(wèn)題［３Ｇ，３１］。??５??
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國(guó)首座全潛式大型智能網(wǎng)箱下水[J]. 陳家勇. 中國(guó)水產(chǎn). 2018(06)
[2]赤潮發(fā)生關(guān)鍵控制要素識(shí)別研究——以渤海為例[J]. 林國(guó)紅,董月茹,李克強(qiáng),王淑萍,王修林. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2017(12)
[3]不同進(jìn)氣方式下氣力提升泵水力特性理論模型與驗(yàn)證[J]. 左娟莉,李逢超,郭鵬程,孫帥輝,羅興锜. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2017(21)
[4]氣力提升理論模型建立及驗(yàn)證[J]. 胡東,王曉川,唐川林,康勇. 高校化學(xué)工程學(xué)報(bào). 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(duì)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(jī)電工程. 2014(04)
[7]國(guó)際海洋生物碳匯研究進(jìn)展[J]. 劉慧,唐啟升. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué). 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(xué)進(jìn)展. 2010(04)
[9]半封閉高密度筏式養(yǎng)殖海域水動(dòng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬[J]. 史潔,魏皓. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2009(06)
[10]養(yǎng)殖海帶的生長(zhǎng)模型研究[J]. 吳榮軍,張學(xué)雷,朱明遠(yuǎn),鄭有飛. 海洋通報(bào). 2009(02)
博士論文
[1]波浪/海流引致人工上升流技術(shù)基礎(chǔ)性研究[D]. 林杉.浙江大學(xué) 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(xué) 2017
[2]開(kāi)式環(huán)境下差熱式人工上升流速度場(chǎng)及溫度場(chǎng)基礎(chǔ)特性研究[D]. 閆旭.杭州電子科技大學(xué) 2015
[3]氣力人工上升流環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測(cè)與評(píng)估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大學(xué) 2014
[4]鰲山灣水動(dòng)力環(huán)境及泥沙運(yùn)動(dòng)特征研究[D]. 李淑玲.中國(guó)海洋大學(xué) 2012
[5]海底營(yíng)養(yǎng)鹽注氣提升技術(shù)的初步研究[D]. 盧凌.杭州電子科技大學(xué) 2012
[6]氣舉系統(tǒng)效率評(píng)價(jià)方法研究[D]. 劉永輝.西南石油學(xué)院 2002
本文編號(hào)：2907959
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