气力提升式人工上升流技术及海域试验研究
发布时间：2020-12-10 02:54
近年来近海生态环境逐渐恶化,如何改善近海环境成为科学家们研究的热点。海洋人工上升流作为一种地球工程手段,通过放置人工装备,形成自海底到海面的海水流动,把底部富营养盐海水输送到海面的真光层,促进浮游植物和藻类摄入,可有效增加初级生产力、改善近海生态环境并提高海洋碳汇的能力。我国在人工上升流技术的理论和实验等方面取得了一定研究成果,但还未开展过人工上升流应用技术及其在海域试验等方面的研究。在国家重点研发计划“近海生态系统碳汇过程、调控机制及增汇模式”项目(编号:2016YFA0601400)和国家自然科学基金重点项目“人工上升流技术及其对海洋环境作用的基础性研究”(编号:No.51120195001)的资助下,本文对气力提升式人工上升流关键技术进行了研究,针对不同的应用场合,设计了高效率、强可靠的人工上升流装置。最后本文将气力提升式人工上升流技术与我国近海海洋牧场相结合,开展了人工上升流技术在海洋牧场的试验研究。通过试验研究,不仅可以测试人工上升流技术装备在海上应用的可行性,为今后的工程应用提炼技术和经验,同时也能在人工上升流对养殖产品的增产、营养盐移除和海洋碳汇等应用方面进行探索。本文的...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１人工上升流分类??人工鱼礁式上升流覊于人造海底山脉的一种，主要通过改造海底地形，向近海岸较深??水域中投放大型水泥砖块、废船等材料，形成人工鱼礁，并在海流的作用下引致人工上升??
他们发现当人造山脉的长度为其高度的４？６倍时，就会形成人工上升流。２０１０年，日本水??产综合研究所的中山哲严等人也提出了通过在海底堆砌砂石的方法形成有坡度的沙丘，从??而改变洋流的方向并形成人工上升流，如下图１．３所示［２１］。虽然人造山脉式上升流结构简??单，但是其制作成本巨大、可控性不强且十分依赖海底的地形，如果放置人造山豚的位置??不妥，甚至会影响该海域的航运。??－■??Ｔ?ｆ代?广、??＾＾?＾?亇丁？隨??「畹?Ｅ—」Ｋ?！?ｔ４，義??图１．２?Ｖ型装置及其产生的上升流旋涡［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??图丨．３改变海底地形实验示意图ｌ２１］??由日本渔业局主办的马里诺论坛（ＭＦ２１）推出了?一项雄心勃勃的项目。该项目旨在构??建一个名为海洋营养盐增强机（ＯＮＥ，?ＯｃｅａｎＮｕｔｒｉｅｎｔＥｎｈａｎｃｅｒ）的装置［２２］。该项目总共分??为两期，第一个期是从２０００年至２００４年，以开发海洋营养盐增强机原型；第二期的研究??计划于２００５年４月开始，旨在评估提高海洋初级生产的效果，并建立海洋营养盐增强机??的实际应用技术。在该项目推动下，第一台“ＯＮＥ”装置“ＴＡＫＵＭＩ”于２００３年建成并部??署［２３］。“ＴＡＫＵＭＩ”又称为“拓海”
它旨在将来自海底的富营养盐、低氧海水抽取至上层，排放并维持该富营养盐混合??海水在密度跃层附近，以供浮游植物生长并制造良好的鱼类生存区域，从而改善该海域的??生态环境，增加渔业资源。如图１．５所示，该ＤＣＧ装置从顶部和底部吸水，垂直管道将表??层和底部海水引导到位于水域中间层的泵壳。两处不同的海水通过安装在泵壳中的电动叶??轮混合后从环形喷嘴水平排出。混合后的海水作为重力驱动的密度流在水平面上向各方向??扩散。依靠１２ｋＷ的电力，该装置每天在密度跃层附近排出１２００００ｍ３的混合海水。该海??湾湾口处的总水量约２０兆吨，因此该装置还不会完全破坏此处的密度跃层。自１９９７年６??月安装以来，该装置改善了?Ｇｏｋａｓｈｏ湾口处３?ｋｍ尺度范围的水质，极大地减少了赤潮的??发生。另外，１９９９年和２０００年该地捕获的短颈蛤分别为１２吨和８吨，而１９９７年养殖的??幼体才不到１吨，可见该地的渔获资源也得到了增加。Ｓａｔｏ等人通过数值模拟，验证了??ＤＣＧ装置还可适用于其他一些需要改善环境的海湾，可有效改善缺氧等问题［３Ｇ，３１］。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国首座全潜式大型智能网箱下水[J]. 陈家勇. 中国水产. 2018(06)
[2]赤潮发生关键控制要素识别研究——以渤海为例[J]. 林国红,董月茹,李克强,王淑萍,王修林. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2017(12)
[3]不同进气方式下气力提升泵水力特性理论模型与验证[J]. 左娟莉,李逢超,郭鹏程,孙帅辉,罗兴锜. 农业工程学报. 2017(21)
[4]气力提升理论模型建立及验证[J]. 胡东,王晓川,唐川林,康勇. 高校化学工程学报. 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]气力人工上升流对水体温度的影响研究[J]. 冷金英,黄豪彩,陈家旺,樊炜,葛晗,林杉,刘明洲,杨景,陈鹰. 机电工程. 2014(04)
[7]国际海洋生物碳汇研究进展[J]. 刘慧,唐启升. 中国水产科学. 2011(03)
[8]桑沟湾多元养殖生态模型研究:Ⅰ养殖生态模型的建立和参数敏感性分析[J]. 史洁,魏皓,赵亮,方建光,张继红. 渔业科学进展. 2010(04)
[9]半封闭高密度筏式养殖海域水动力场的数值模拟[J]. 史洁,魏皓. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2009(06)
[10]养殖海带的生长模型研究[J]. 吴荣军,张学雷,朱明远,郑有飞. 海洋通报. 2009(02)
博士论文
[1]波浪/海流引致人工上升流技术基础性研究[D]. 林杉.浙江大学 2017
硕士论文
[1]涌升管中的气液两相流研究[D]. 张青松.浙江大学 2017
[2]开式环境下差热式人工上升流速度场及温度场基础特性研究[D]. 闫旭.杭州电子科技大学 2015
[3]气力人工上升流环境效应监测与评估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大学 2014
[4]鳌山湾水动力环境及泥沙运动特征研究[D]. 李淑玲.中国海洋大学 2012
[5]海底营养盐注气提升技术的初步研究[D]. 卢凌.杭州电子科技大学 2012
[6]气举系统效率评价方法研究[D]. 刘永辉.西南石油学院 2002
本文编号：2907959
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：152 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１人工上升流分类??人工鱼礁式上升流覊于人造海底山脉的一种，主要通过改造海底地形，向近海岸较深??水域中投放大型水泥砖块、废船等材料，形成人工鱼礁，并在海流的作用下引致人工上升??
他们发现当人造山脉的长度为其高度的４？６倍时，就会形成人工上升流。２０１０年，日本水??产综合研究所的中山哲严等人也提出了通过在海底堆砌砂石的方法形成有坡度的沙丘，从??而改变洋流的方向并形成人工上升流，如下图１．３所示［２１］。虽然人造山脉式上升流结构简??单，但是其制作成本巨大、可控性不强且十分依赖海底的地形，如果放置人造山豚的位置??不妥，甚至会影响该海域的航运。??－■??Ｔ?ｆ代?广、??＾＾?＾?亇丁？隨??「畹?Ｅ—」Ｋ?！?ｔ４，義??图１．２?Ｖ型装置及其产生的上升流旋涡［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??图丨．３改变海底地形实验示意图ｌ２１］??由日本渔业局主办的马里诺论坛（ＭＦ２１）推出了?一项雄心勃勃的项目。该项目旨在构??建一个名为海洋营养盐增强机（ＯＮＥ，?ＯｃｅａｎＮｕｔｒｉｅｎｔＥｎｈａｎｃｅｒ）的装置［２２］。该项目总共分??为两期，第一个期是从２０００年至２００４年，以开发海洋营养盐增强机原型；第二期的研究??计划于２００５年４月开始，旨在评估提高海洋初级生产的效果，并建立海洋营养盐增强机??的实际应用技术。在该项目推动下，第一台“ＯＮＥ”装置“ＴＡＫＵＭＩ”于２００３年建成并部??署［２３］。“ＴＡＫＵＭＩ”又称为“拓海”
它旨在将来自海底的富营养盐、低氧海水抽取至上层，排放并维持该富营养盐混合??海水在密度跃层附近，以供浮游植物生长并制造良好的鱼类生存区域，从而改善该海域的??生态环境，增加渔业资源。如图１．５所示，该ＤＣＧ装置从顶部和底部吸水，垂直管道将表??层和底部海水引导到位于水域中间层的泵壳。两处不同的海水通过安装在泵壳中的电动叶??轮混合后从环形喷嘴水平排出。混合后的海水作为重力驱动的密度流在水平面上向各方向??扩散。依靠１２ｋＷ的电力，该装置每天在密度跃层附近排出１２００００ｍ３的混合海水。该海??湾湾口处的总水量约２０兆吨，因此该装置还不会完全破坏此处的密度跃层。自１９９７年６??月安装以来，该装置改善了?Ｇｏｋａｓｈｏ湾口处３?ｋｍ尺度范围的水质，极大地减少了赤潮的??发生。另外，１９９９年和２０００年该地捕获的短颈蛤分别为１２吨和８吨，而１９９７年养殖的??幼体才不到１吨，可见该地的渔获资源也得到了增加。Ｓａｔｏ等人通过数值模拟，验证了??ＤＣＧ装置还可适用于其他一些需要改善环境的海湾，可有效改善缺氧等问题［３Ｇ，３１］。??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国首座全潜式大型智能网箱下水[J]. 陈家勇. 中国水产. 2018(06)
[2]赤潮发生关键控制要素识别研究——以渤海为例[J]. 林国红,董月茹,李克强,王淑萍,王修林. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2017(12)
[3]不同进气方式下气力提升泵水力特性理论模型与验证[J]. 左娟莉,李逢超,郭鹏程,孙帅辉,罗兴锜. 农业工程学报. 2017(21)
[4]气力提升理论模型建立及验证[J]. 胡东,王晓川,唐川林,康勇. 高校化学工程学报. 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]气力人工上升流对水体温度的影响研究[J]. 冷金英,黄豪彩,陈家旺,樊炜,葛晗,林杉,刘明洲,杨景,陈鹰. 机电工程. 2014(04)
[7]国际海洋生物碳汇研究进展[J]. 刘慧,唐启升. 中国水产科学. 2011(03)
[8]桑沟湾多元养殖生态模型研究:Ⅰ养殖生态模型的建立和参数敏感性分析[J]. 史洁,魏皓,赵亮,方建光,张继红. 渔业科学进展. 2010(04)
[9]半封闭高密度筏式养殖海域水动力场的数值模拟[J]. 史洁,魏皓. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2009(06)
[10]养殖海带的生长模型研究[J]. 吴荣军,张学雷,朱明远,郑有飞. 海洋通报. 2009(02)
博士论文
[1]波浪/海流引致人工上升流技术基础性研究[D]. 林杉.浙江大学 2017
硕士论文
[1]涌升管中的气液两相流研究[D]. 张青松.浙江大学 2017
[2]开式环境下差热式人工上升流速度场及温度场基础特性研究[D]. 闫旭.杭州电子科技大学 2015
[3]气力人工上升流环境效应监测与评估的初步研究[D]. 冷金英.浙江大学 2014
[4]鳌山湾水动力环境及泥沙运动特征研究[D]. 李淑玲.中国海洋大学 2012
[5]海底营养盐注气提升技术的初步研究[D]. 卢凌.杭州电子科技大学 2012
[6]气举系统效率评价方法研究[D]. 刘永辉.西南石油学院 2002
本文编号：2907959
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