一种珊瑚礁区污损生物调查装置及调查方法与流程

1.本发明属于一种海洋调查装置，具体涉及一种珊瑚礁区污损生物调查装置及调查方法。


背景技术：

2.海洋污损生物是指固着、附着或者栖息在海洋人工设施或涉海材料上，对材料性能和整体功能产生负面影响，造成经济损失的一类生物总称。近年来，随着海洋开发项目的不断兴起，涉海工程建筑不断增加，对污损生物进行调查，了解其生物特性必不可少。
3.现有的污损生物调查技术中，着重于港湾码头挂板、港湾外平台、浮标挂板以及船舶和各种大型海洋构筑物的原位调查，几乎没有关于珊瑚礁环境中污损生物的调查。而且，在珊瑚礁环境中较为常见的人工构筑物主要为鱼礁，且大型鱼礁和小型鱼礁都不易进行挂板的悬挂固定和更换，使得在珊瑚礁区中对污损生物的调查受到限制。
4.根据国家标准《海洋调查规范第6部分：海洋生物调查》(gbt12763.6-2007)要求，港湾挂板一律用3mm厚的环氧酚醛玻璃布层压板，每片试板正中钻两个相距50mm，孔径7mm的串板孔；而对于海岸港工程的水泥试板，则一律为150mm
×
150mm
×
20mm，每片试板正中钻两个相距50mm，孔径7mm的串板孔。
5.经检索中国专利申请文件，发现有：
6.(1)中国专利(cn111426501a)说明书公开了一种污损生物挂板，包括浮体、挂绳、挂板单元、挂绳固定件和质量块，所述的挂绳上设置有多块挂板单元，所述的挂板单元用于附着污损生物；所述的挂绳一端固定在浮体周向上，另一端连接有质量块；所述的挂绳有多根，浮体从上至下设置有多层挂绳固定件，每根挂绳由同层的挂绳固定件进行固定，使得挂绳之间保持设定的距离。可见，该装置借助浮体悬挂在海中，只能用于少量的挂板试验，且挂板材料若换成金属或水泥材料，该装置则可能发生下沉。另外，该装置的设计无论是用于垂直还是水平方向的悬挂，其固定绳与挂板之间的摩擦面积都会比本发明的要多。
7.(2)中国专利(cn206161344u)说明书公开了一种海洋污损生物附着生长挂板：是由上端空心浮球、中部长方体框架、底部支架和污损生物附着板组成；所述的空心浮球，其内部含有太阳能电板和发光装置；所述的长方体框架，底面由薄板封盖，前后两个面焊接若干拦条，拦条上均匀分布小孔；所述长方体框架上表面的四个角焊接有小环，空心浮球通过绳索与小环连接；所述的底部支架是在长方体框架底面的四个角焊接脚柱；所述的污损生物附着板，其两端打孔，用扎带系扎在长方体框架前后两个面拦条的小孔上。可见，污损生物附着板的两端只有一个钻孔，在海浪的作用下，挂板会随之进行旋转，这样则无法确定挂板的悬挂方向。
8.(3)中国专利(cn206258363u)说明书公开了一种适用于海洋附着生物挂板试验的框架，包括立方体框架，以及设置在立方体框架顶层与底层的数根固定杆。挂板悬挂于固定杆时，需将挂板插入立方体框架内，才能将挂板上下悬挂。而且，立方体框架的高度较低，如放置于珊瑚礁中的碎石或者沙质底质中，很容易被掩埋。此外，立方体框架底部较低，在底
部悬挂挂板时容易与其下方的底质结构发生摩擦，不利于生物的附着。
9.由上述可知，现有的污损生物调查装置还存在缺陷。针对于现有技术缺陷，研制出一种适合珊瑚礁区污损生物调查装置及调查方法。


技术实现要素：

10.本发明的目的是针对现有技术缺陷，提供一种珊瑚礁区污损生物调查装置及调查方法。
11.为了实现上述本发明的目的，采取如下技术方案：
12.一种海洋污损生物调查装置，包括支撑框架，所述支撑框架包括至少三根悬挂杆与至少两个呈竖立放置的三角中空支架，所述至少两个三角中空支架之间通过所述至少三根悬挂杆连接；以及挂板；其中，每根所述悬挂杆上均安装有多块所述挂板，所述挂板的同一端上与相应的所述悬挂杆有相互间隔的两处连接。
13.进一步地，本发明一种海洋污损生物调查装置还包括限位部与扎带；所述悬挂杆上间隔安装有多个限位部；所述挂板的一端或两端均开设有两个相互间隔的通孔，每个所述通孔与相应的所述限位部通过一扎带连接。
14.进一步地，所述限位部包括两个螺母，所述两个螺母间隔并行设置。
15.进一步地，所述扎带采用耐刮耐腐蚀扎带。
16.进一步地，所述三角中空支架包括第一支撑杆、第二支撑杆与第三支撑杆；所述第一支撑杆、第二支撑杆与第三支撑杆相互连接，构成三角形结构。
17.进一步地，所述悬挂杆的数量为三根，分别为第一悬挂杆、第二悬挂杆与第三悬挂杆；所述第一悬挂杆、第二悬挂杆、第三悬挂杆上均安装有一排限位部，并且，所述第二悬挂杆与第三悬挂杆相互相应的一侧上均安装有一排限位部，这两排限位部相互平行且在同一水平面上；其中，所述一排限位部包括有多个间隔并行设置的限位部。
18.进一步地，所述挂板可分为垂直方向挂板与水平方向挂板；所述第一悬挂杆、第二悬挂杆和第三悬挂杆上安装有多块垂直方向挂板；其中，所述第二悬挂杆与第三悬挂杆之间安装有多块水平方向挂板。
19.进一步地，本发明一种海洋污损生物调查装置还包括有加强杆；所述至少两个三角中空支架的底部安装有至少两根加强杆。
20.进一步地，所述挂板采用不锈钢、铁、合金钢或水泥中任一种制成；其中，不锈钢、铁或合金钢制成的挂板厚度为1～2mm，水泥制成的挂板厚度为20mm。
21.一种应用上述的海洋污损生物调查装置的调查方法，所述调查方法包括以下步骤：
22.(1)确定调查海域和站位数：对试验海域进行调查断面的布设，每个断面分为深浅两个站位，确定站位数量；
23.(2)确定挂板材料和数量：所述挂板材料分别选择水泥材料、金属材料制成，水泥材料浇筑制成的挂板其编号开头为c，金属材料制成的挂板其编号开头为m；
24.挂板可根据调查时间分为：月板、季板、半年板和年板；
25.月板，每个月更换一次；
26.季板，每三个月更换一次；
27.半年板，每六个月更换一次；
28.年板，每年更换一次；
29.每种挂板的数量＝站位数量
×
重复变量
×
更换频次
×
方向数量；其中，重复变量为3，方向为水平方向与垂直方向；
30.(3)在一个季度开始的月份之前，制作完成所需的挂板及支撑框架，然后在每个季度的第一个月1号进行投放；
31.第一次投放时，在船上完成所有挂板悬挂固定于支撑框架上，构成海洋污损生物调查装置，同时对每一块挂板进行编号标注；
32.到达每一个站位时，在船上将海洋污损生物调查装置缓慢放入水中，下水的过程中，至少两名潜水员对海洋污损生物调查装置进行扶正；
33.到达水下时，潜水员根据地形，对海洋污损生物调查装置使用斜拉筋和钢钎进行固定；固定完成后对海洋污损生物调查装置拍摄整体照片、每种材料挂板的特写照片；每个站位投放的同时也收集水环境数据；
34.(4)往后的每个月1号对月板进行回收和更换；每三个月的1号增加对季板的回收和更换；每半年的1号，增加对半年板的回收和更换；一年后将所有挂板进行回收；每一次的回收更换挂板的同时都要收集水环境数据；
35.(5)将回收的挂板按材料、方向、深度、浸没时间进行分开处理；对每块挂板刮取下来的生物使用95％乙醇溶液保存，对其进行种类鉴定，记录每一块挂板的生物种类、每个种类的个体数(单位ind./m2)和生物量(单位g/m2)，计算其生物多样性(h’、d、j’)、相对重要性指数(iri)；
36.(6)根据处理后的数据计算出污损生物附着与挂板材料、方向、深度、浸没时间之间的关系，也能计算出水环境对污损生物附着的影响，较为全面地分析污损生物的附着特点。
37.本发明相对于现有技术所具有的显著进步：
38.1.本发明具有能减轻海浪冲击，以多个呈竖立放置的三角中空支架作为支撑，再利用多根悬挂杆将多个三角中空支架进行连接，且多根悬挂杆相互间隔，使得多根悬挂杆与多个三角中空支架连接构成中空结构，可利于海水流通。每根悬挂杆上安装有多块挂板，挂板的一端与相应的悬挂杆之间设有相互间隔的两处连接，能防止挂板自身旋转。
39.2.本发明的调查方法中可将挂板分为月挂板、季挂板、半年挂板与年挂板；实现不同浸没时间的调查，并根据各种挂板的设定的浸没时间内进行更换，从而能收集不同浸没时间内的污损生物。调查时，也可根据具体的调查海域情况，增加东南西北四个方位放置本发明的污损生物调查装置，能更全面地了解所选定海域内的污损生物。
40.3.本发明的挂板可选用金属材料或水泥材料制成，金属材料可选用不锈钢、铁或合金钢；挂板采用不同材料制成，能利于调查污损生物对于不同材料的附着情况。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
42.图1为本发明一种海洋污损生物调查装置的结构示意图；
43.图2为本发明三角中空支架与悬挂杆之间连接的结构示意图；
44.图3为本发明中金属材料挂板上开设有两个方孔的结构示意图；
45.图4为本发明中金属材料挂板上开设有四个方孔的结构示意图；
46.图5为本发明中水泥材料挂板上开设有两个圆通孔的结构示意图；
47.图6位本发明中水泥材料挂板上开设有四个圆通孔的结构示意图；
48.图中各部件名称及序号：1-三角中空支架，11-第一支撑杆，12-第二支撑杆，13-第三支撑杆，2-加强杆，3-悬挂杆，31-第一悬挂杆，32-第二悬挂杆，33-第三悬挂杆，4-限位部， 41-螺母，5-扎带，6-挂板，61-垂直方向挂板，62-水平方向挂板。
具体实施方式
49.为了使本技术领域的人员更好的理解本技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例来对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
50.如图1至6所示，一种海洋污损生物调查装置，应用于珊瑚礁区的污损生物的采样调查；所采用的调查装置包括至少三根悬挂杆3、至少两个三角中空支架1、挂板6、限位部4与扎带5。至少两个三角中空支架1竖立并行间隔设置，多个三角中空支架1之间通过多根悬挂杆3连接。每根悬挂杆3上间隔安装有多个限位部4；挂板6上开设有至少两个通孔，每个通孔与限位部4通过一扎带5连接。
51.三角中空支架1通常可采用的数量为2、3、4、5、6、7、8、9或10个等。悬挂杆3的数量通常可为3、5、7或9根等。可根据需要进行选用三角中空支架、悬挂杆的数量。
52.如图1和2所示，给出了悬挂杆3选用三根的一种结构。为了便于区分，可将三个悬挂杆分别命名为第一悬挂杆31、第二悬挂杆32与第三悬挂杆33。
53.由图1和2可见，三角中空支架呈竖立状态，多个三角中空支架的顶部尖角通过第一悬挂杆31连接，顶部尖角的两侧分别通过第二悬挂杆32、第三悬挂杆33连接。
54.第一悬挂杆31、第二悬挂杆32、第三悬挂杆33上均安装有一排限位部，并且，第二悬挂杆32与第三悬挂杆33相互相应的一侧上还均安装有一排限位部；其中，每一排限位部包括有多个间隔并行设置的限位部4。
55.挂板的宽
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长为150mm
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200mm，厚度视挂板材料而定，材料可为金属材料或水泥材料。
56.金属材料可选用不锈钢、铁或合金钢中任一种。金属材料的挂板厚度可选择在1mm～2mm 之间，通常可选用的厚度为1、1.5或2mm等。厚度＜1mm则挂板重量较轻，极易随波浪摆动，不利于生物附着；厚度大于2mm则挂板较重，增加回收工作量。
57.如图3至5所示，挂板钻孔选择在四个角，上下左右均对称，其中，金属材料挂板的钻孔大小为10mm边长的正方形，钻孔外侧两边分别距挂板长边和短边15mm和10mm。水泥材料挂板的钻孔大小为直径10mm的圆形，钻孔圆心分别距挂板长短两边32.5mm。水泥材料挂板的厚度统一为20mm。
58.挂板6可分为垂直方向挂板61与水平方向挂板62；第一悬挂杆31、第二悬挂杆32和
第三悬挂杆33上安装有多块垂直方向挂板61；其中，第二悬挂杆32与第三悬挂杆33之间安装有多块水平方向挂板62。
59.可理解的是，垂直方向挂板61和水平方向挂板62均可采用不锈钢、铁或合金钢制成；制成的挂板厚度为1～2mm。当然，垂直方向挂板61与水平方向挂板62也还可采用水泥浇筑制成。浇筑制成的水泥板的厚度一般为20mm。
60.在一些实施例中，给出了限位部的一种结构。如图1和2所示，限位部4包括两个螺母 41，两个螺母41间隔并行设置。
61.两个螺母41之间的间距可为100mm。相邻两限位部之间的间距为80mm。螺母可选用不锈钢螺母，规格可为m12。三角中空支架、悬挂杆可采用不锈钢材质制成。可理解的是，螺母与悬挂杆的一种连接方式可为焊接连接，即为，螺母通过焊接连接于悬挂杆上，为了增加稳固性，采用满焊焊接。焊接结束后，去除焊渣，可适当打磨焊缝，再在焊接处区域涂刷防锈漆。
62.在一些实施例中，给出了扎带的结构。扎带5采用耐刮耐腐蚀扎带。耐刮耐腐蚀扎带可采用400蒙奈尔扎带、317l型不锈钢扎带、316型不锈钢扎带或304型不锈钢扎带等。
63.在一些实施例中，给出了三角中空支架的一种结构。三角中空支架1包括第一支撑杆11、第二支撑杆12与第三支撑杆13；第一支撑杆11、第二支撑杆12与第三支撑杆13相互连接，构成三角形结构。
64.在一些实施例中，增加安装有加强杆2。
65.多个三角中空支架1间隔并行设置，底部通过至少两根加强杆2连接。加强杆用于支撑多个三角中空支架的底部，使得多个三角中空支架连接稳定。
66.如图1和2所示，多个三角中空支架竖立间隔并行设置，再通过多根悬挂杆、加强杆连接，构成三棱柱框架，三棱柱框架的侧面、内部均呈中空结构，给予挂板提供悬挂的空间的同时，又能使得海水流通。
67.根据上述实施例，本发明一种应用珊瑚礁区污损生物调查装置的调查方法，包括以下步骤：
68.(1)确定调查海域和站位数：调查海域为广西北部湾某海域，根据东南西北四个方向设置4个断面，每个断面分为深浅2个站位，共计8个站位。对每个站位进行编号，如东边的水深站位编号为ed，水浅站位为es，同理，西、南、北方向深浅站位分别编号为wd、ws、 sd、ss、nd、ns。
69.(2)确定挂板材料和数量：调查使用水泥材料和金属材料各一种，两种材料编号分别为 c(水泥材料)和m(金属材料)。根据月板、季板、半年板和年板的调查频次(编号分别为月板y、季板j、半年板b和年板n)、水平和垂直两个方向(编号分别为水平h，垂直v)和三个重复变量(编号分别为i，ii，iii)的要求，每种材料的挂板数量确定如下(调查周期为1年)：
70.月板，每个月更换一次，共更换12次；季板，每三个月更换一次，共更换4次；半年板，每六个月更换一次，共更换2次；年板，每年更换一次；
71.每种挂板的数量＝站位数量
×
重复变量
×
更换频次
×
方向数量；其中，重复变量为3，方向为水平方向与竖直方向；如下：
72.水泥材料月板数量＝8(8个站位)
×
3(3个重复)
×
12(1年每个月更换一次)
×
2(垂直和水平2个方向)＝576块；
73.水泥材料季板数量＝8(8个站位)
×
3(3个重复)
×
4(1年每3个月更换一次)
×
2(垂直和水平2个方向)＝192块；
74.水泥材料半年板数量＝8(8个站位)
×
3(3个重复)
×
2(1年每6个月更换一次)
×
2(垂直和水平2个方向)＝96块；
75.水泥材料年板数量＝8(8个站位)
×
3(3个重复)
×
1(1年更换一次)
×
2(垂直和水平2个方向)＝48块；
76.水泥材料共计挂板数为912块，但预防运输或者制作过程中有损坏，最终制作数量为950 块。
77.金属材料的月板、季板、半年板和年板数量均与水泥材料的相同，制作950块，两种材料挂板总数为1900块。
78.(3)确定支撑框架的材料、规格和数量：选用的304不锈钢钢管制作。根据站位和挂板数量的安排，一个站位首次投放需要放置挂板48块挂板，其中，水泥材料垂直和水平方向各12块，金属材料垂直和水平方向各12块。
79.支撑框架的一种结构：支撑框架的水平方向金属短杆长度为700mm，垂直方向金属短杆长度为783mm，根据设计图中螺母的间距，且为了避免支撑框架的长度过长不利于水下固定，金属长杆的长度确定为1120mm，最外侧的螺母距离垂直方向的金属短杆50mm，即为悬挂杆上最外侧螺母与其相近的三角中空支架的间距为50mm，一个支撑框架的螺母数量60颗。一个支撑框架的水平方向可以固定挂板6块，垂直方向可以固定挂板18块。所以，一个站位需要 4个呈三棱柱形的支撑框架，螺母240颗，8个站位则需要32个挂板支撑框架，螺母1920颗。
80.(4)确定好(1)(2)(3)步后，则联系厂家开始制作挂板和三棱柱形支撑框架，固定装置和整个调查周期所需要用挂板统一一次性制作完成，避免不同批次制作出现偏差。挂板设计如图3-6所示，规格统一为150mm
×
200mm，金属材料的挂板厚度为2mm，水泥材料挂板的厚度为20mm。挂板钻孔选择在四个角，上下左右均对称，其中，金属材料挂板的钻孔大小为10mm边长的正方形，钻孔外侧两边分别距挂板长边和短边15mm和10mm；水泥材料挂板的钻孔大小为直径10mm的圆形，钻孔圆心分别距挂板长短两边32.5mm。
81.(5)在一个季度开始的月份之前，制作完成所需的挂板及支撑框架，然后在每个季度的第一个月进行投放；如夏季(6月至8月)，则6月1日出海进行投放(投放时间视海况而定，但是尽量选择在月初的几天)。开始进行投放时，将一个站位需要投放的48块挂板平均分配到4个支撑框架上，在船上分别用不锈钢扎带将所有挂板进行悬挂固定，构成4个污损生物调查装置。挂板的编号按照“站位+深浅+材料+频次+方向+投放月份”标注，如东边水深站位 6月份投放的垂直水泥月板为edciv06。到达站位后，将4个本发明的污损生物调查装置依次放入水中，下水过程中，2名潜水员在污损生物调查装置边上进行扶正，直至落到海底。待4 个污损生物调查装置全部投放完后，潜水员在水下使用钢钎和斜拉筋对污损生物调查装置进行固定，固定完成后，一名潜水员进行拍照记录，另一名潜水员在4个污损生物调查装置中间位置打一象拔至水面，以便记录这一站位实际坐标。潜水员水下干活的同时，船上工作人员进行水样的采集，包括水深、水温、盐度、营养盐等要素。其余7个站位均按此流程进行。
82.(6)挂板的更换和回收：往后的每个月1号对月板进行回收和更换；每三个月的1号
增加对季板的回收和更换；每半年的1号，增加对半年板的回收和更换；一年后将所有挂板进行回收。(回收和更换的时间可根据海况进行调整，尽量在月初几天)。每一次的回收更换挂板都要收集水环境数据。挂板在水下回收时，为防止板上附着和栖息的生物掉落，直接在水下用样品袋将其进行密封后带回。
83.(5)挂板处理：同一批次的挂板回收完成后，立即冷冻保存送回实验室进行处理。将回收的挂板按站位、材料、方向、深度、频次进行分开处理。对每块挂板刮取下来的生物使用 95％乙醇溶液保存，对其进行种类鉴定(尽量鉴定到种级别)，记录每一块挂板的生物种类、每个种类的个体数(单位ind./m2)和生物量(单位g/m2)，填写《污损生物分析记录表》和《污损生物种类记录表》，计算其生物多样性(h’、d、j’)、相对重要性指数(iri)。
84.计算公式如下：
85.相对重要性指数(index of re1ative importance，iri)：
86.iri＝(w+n)
×f×
10487.shannon-wiener多样性指数：
[0088][0089]
margalef物种丰富度指数：
[0090]
d＝(s-1)/log2n’[0091]
pielou均匀度指数：
[0092]j′
＝h
′
/log2s
[0093]
式中，w为物种的生物量占总生物量的百分比，n为物种的丰度占总丰度的百分比，f为该物种的出现频率，s为样品中的种类总数，n’为样品中种类的总个数，pi为第i种生物的个数与样品中总个数的比值。
[0094]
(6)水环境要要素处理：水样要素采集过程中，水深、水温、透明度、盐度、ph均在现场进行检测，并记录在《水质环境调查数据记录表》上，其余要素则在现场进行预处理后，带回实验室进行下一步处理，所有检测均在24h内处理完，同样将数据记录在《水质环境调查数据记录表》上。
[0095]
(7)最后可根据处理后的数据计算出污损生物附着与挂板材料、方向、深度、浸没时间和放置方位之间的关系，也能计算出水环境对生物附着的影响，较为全面地分析污损生物的附着特点。
[0096]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。