一种测试海域底质承载力的装置及方法与流程

本发明涉及人工鱼礁生境构建，特别涉及一种测试海域底质承载力的装置及方法。

背景技术：

1、自20世纪70年代以来，随着近岸海域渔业资源过度捕捞，以及海洋环境污染等问题，导致海洋近海渔业资源明显衰退、渔业生境遭到严重破坏。为修复受损渔业资源和改善海洋生态环境，海洋牧场人工鱼礁建设成为重要的手段之一。

2、人工鱼礁是人为在海中设置的构造物，其目的是改善海域生态环境，营造海洋生物栖息的良好环境，为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所，达到保护、增殖和提高渔获量的目的。人工鱼礁设置在某一海域海底表面，受海底底质的影响，尤其是在淤泥质海底人工鱼礁可能会出现下陷、沉降甚至淹没的情况，而一旦发生这种情况，人工鱼礁资源养护和生境营造的生态功能就会丧失。因此，如何提升海洋牧场人工鱼礁建设海域底质承载力，对于提高人工鱼礁稳定性和增大海洋牧场可选址范围均具有重要意义。

3、在相关技术中，针对淤泥质海底曾开展了一些新型礁体的研究，包括在传统人工鱼礁下方安装带筒形桩的浮力基、增加礁体底面积、在礁体底面增加翼板、适当简化礁体机构以减少重量等，但这些试验多以数值模型或仅在水槽中进行，其无法考虑到改变海底底质的问题，而更未见有用于提升海底承载力的实验装置的报道。因此设计一种用于开展海洋牧场人工鱼礁建设海域底质承载力提升实验的装置和方法对人工鱼礁建设的稳定性、安全性十分有必要，精确测量承载力变化可以为淤泥质海底承载力提升设计提供理论指导。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本发明提供了一种测试海域底质承载力的装置及方法。本发明中的装置能够有效检测海域底质承载力，从而解决无法知晓淤泥质海底承载力是否足以支撑人工鱼礁礁体的问题，为人工鱼礁建设的稳定性、安全性提供了有效的保障，也为精确测量承载力变化，从而进一步为淤泥质海底承载力提升设计提供理论指导。

2、本发明的第一个方面，提供一种测试海域底质承载力的装置，所述装置包括人工鱼礁礁体模型和实验箱。

3、其中，所述实验箱中由空间间隔板间隔出若干独立的实验舱，所述人工鱼礁礁体模型置于实验舱内，所述实验箱下设置有可移动支架，用于控制所述装置的移动或固定。

4、在本发明的一些实施方式中，所述实验舱的个数根据实验所需空间和实验箱总空间决定，本领域技术人员可以根据实际使用需求合理调整实验舱的个数。

5、在本发明的一些实施方式中，所述实验箱的个数为5个。

6、在本发明的一些实施方式中，所述实验箱为无封顶的箱形容器，所述实验箱上标注有标尺刻度。

7、在本发明的一些实施方式中，所述实验箱的材质为透明材质，以便于观察内部的实验情况。

8、在本发明的一些实施方式中，所述实验箱的材质为有机玻璃。

9、在本发明的一些实施方式中，所述实验箱的尺寸无明确规定，本领域技术人员可以根据实验环境以及实验内容要求合理调整实验箱的尺寸大小，以获得特定的实验条件。

10、在本发明的一些实施方式中，所述实验箱的尺寸规格为：3m×0.6m×1.4m(长×宽×高)。

11、在本发明的一些实施方式中，所述标尺刻度用于便于记录实验时的数据。

12、在本发明的一些实施方式中，所述标尺刻度标注于实验箱的表面。

13、在本发明的一些实施方式中，所述标尺刻度标注于实验箱中分离出的实验舱的底部和两侧外表面。

14、在本发明的一些实施方式中，所述空间间隔板嵌入所述实验箱的侧壁和底面内以间隔出各实验舱，嵌入深度为1.2cm。

15、在本发明的一些实施方式中，所述空间间隔板横跨实验箱横向段以实现间隔效果。

16、在本发明的一些实施方式中，所述空间间隔板具体尺寸为：0.6m×2cm×1.4m(长×宽×高)。

17、在本发明的一些实施方式中，所述空间间隔板也采用透明材质材料；在本发明的一些具体实施方式中，所述空间间隔板为有机玻璃材质。

18、在本发明中，空间间隔板的“嵌入式”的间隔方式确保相邻实验舱的海水不会互相流动从而影响实验结果。

19、在本发明的一些实施方式中，所述空间间隔板与实验箱的连接处设置有支撑装置，所述支撑装置包括支撑块和皮条，为空间间隔板提供支撑力和密封性。

20、在本发明的一些实施方式中，所述支撑装置通过玻璃胶固定于空间间隔板上。

21、在本发明的一些实施方式中，在空间间隔板嵌入实验箱后，支撑块紧密抵靠于实验箱内表面，皮条则位于支撑块另一端表面。

22、在本发明的一些实施方式中，所述皮条为直角三角形，三边长分别为1.73cm、3cm、3.46cm，高为1.4m，材质为橡胶。

23、在本发明的一些实施方式中，所述支撑块为有机玻璃材质，具体尺寸为.1.73cm×1.73cm×1.4m(长×宽×高)。

24、在本发明中，支撑装置的设计是为隔板提供更大的支撑力以支撑实验时加入的海水和底泥对隔板造成的压力，皮条在支撑装置中的目的是起到密封作用，进一步确保了相邻实验舱之间海水的隔断。隔断的“嵌入式”设计和其支撑装置中的“皮条”的使用均是保证每个实验舱是相对独立的实验场所的重要基础。

25、在本发明的一些实施方式中，所述可移动支架用于支托实验箱，所述可移动支架主体为支撑板，所述支撑板上设置有缓冲垫、轮胎和轮刹装置。

26、在本发明中，轮胎的设计便于装置整体的移动，轮胎的数量可以基于实验装置本身的尺寸大小决定，在本发明的一些具体实施方式中，共设置有10个可360°转向的轮胎。

27、在本发明的一些实施方式中，所述轮胎可以采用任意市售轮胎，尺寸大小无要求。在本发明的一些具体实施方式中，轮胎选择为钢圈橡胶胎，尺寸大小为直径为10cm、胎宽为4cm。

28、在本发明的一些实施方式中，所述轮刹装置用于控制轮胎的移动和刹停。

29、在本发明的一些实施方式中，每个轮胎均单独或共同使用一组刹停功能的组件。不移动时，该轮刹装置处于刹停状态。

30、在本发明的一些实施方式中，轮刹组件可选择任意市售轮刹组件，在本发明的一些具体实施方式中，具体为高弹刹车器。

31、在本发明的一些实施方式中，所述轮胎通过液压杆连接于支撑板上，所述缓冲垫设置于实验箱和支撑板之间，用于过滤振动的干扰。在本发明的一些实施方式中，所述支撑板和缓冲垫无具体选择要求。所述缓冲垫可以包括任意的橡胶软垫。

32、在本发明的一些具体实施方式中，使用厚度为2mm的橡胶皮作为本装置的橡胶软垫，其长宽分别为3m、0.6m；液压杆的选择为不锈钢制的小型气弹簧气动液压杆，尺寸大小为高8cm。

33、在本发明的一些实施方式中，所述支撑板为不锈钢或木质材质。

34、在本发明中，可移动支架的设计主要是为了确保实验箱离开地面，从而过滤掉人物走动或物体移动带来的地面微小振动的影响，提高其在实验的准确性。

35、在本发明的一些实施方式中，所述人工鱼礁礁体模型为人工鱼礁礁体的等比缩小模型。

36、在本发明中，人工鱼礁礁体模型为钢筋混凝土材质，其结构形态可以按照实际所要使用的人工鱼礁礁体进行等比缩小，即对于其长、宽和高进行等比例的缩小，使其能够适应于实验舱的尺寸。

37、在本发明的一些实施方式中，所述人工鱼礁礁体模型的高度占所述实验箱高度的1/4。

38、本发明的第二个方面，提供一种测试海域底质承载力的方法，包括如下步骤：向本发明第一个方面所述的装置的实验舱中依次投放掺入砂石的海底底泥、人工鱼礁礁体模型和海水，根据人工鱼礁礁体模型下陷深度，计算出适宜的单位面积底泥中砂石百分比，将单位面积底泥中砂石百分比带入模型公式中评估海域底质承载力提升适宜性。

39、其中，掺入砂石的海底底泥在实验舱中的厚度大于人工鱼礁礁体模型的高度；所述各实验舱中的海底底泥中掺入的砂石比例不同。

40、在本发明的一些实施方式中，所述方法中，可每个一定的时间检测人工鱼礁礁体模型下陷深度，间隔时间可以为5～60分钟。

41、在本发明的一些实施方式中，所述方法中，适宜的单位面积底泥中砂石百分比可以根据人工鱼礁的使用要求决定，由于人工鱼礁礁体的形貌以及其使用目的的不同，存在不同的使用要求，因此，通过本发明中的装置在不同单位面积底泥中砂石百分比条件下可以决定出使用者认为有效的单位面积底泥中砂石百分比范围，从而将其带入特定的模型公式中进行判定。

42、在本发明的一些实施方式中，所述模型公式为：

43、

44、其中，p承载为海域底质承载力提升适宜性评价值；

45、ρ1为底泥密度；

46、ρ2为砂石密度；

47、x为单位面积底泥中砂石百分比；

48、g为种类加速度；

49、l为人工鱼礁礁体模型底宽；

50、d为人工鱼礁礁体模型下陷深度；

51、c1为底泥粘聚力；

52、c2为砂石粘聚力；

53、m为人工鱼礁礁体模型重量；

54、s为人工鱼礁礁体模型实际占海底面积。

55、在本发明的一些实施方式中，所述方法的评估标准为：若p承载＞0时，则判定承载力适宜投放人工鱼礁，当p承载≤0时，则判定承载力不适宜投放人工鱼礁。

56、本发明的第三个方面，提供本发明第一个方面所述的装置在海洋底质评估中的应用。

57、本发明的有益效果是：

58、1.本发明提供了一种可以用于展海洋牧场人工鱼礁建设海域底质承载力提升实验的装置，主要用于开展淤泥底质承载力提升试验研究，重点在于实验不同梯度砂石占有比情况下，底泥承载力提升情况，研究得出提升底泥承载力最佳的试验因素数据；而且其便于通过模型计算提升海底承载力所需砂石的量，并通过本发明实验装置进行验证、判断，以便得出准确的量化值。

59、2.本发明中的装置通过插销(嵌入)式分隔方式将实验箱分隔为多个独立的实验舱，便于装置的组装；可移动支架的设计，便于装置的携带、搬运、过滤地面震动造成的影响等，且使用简便，具有极高的实用性。

60、3.本发明中的测试方案简单、便捷，能够极大的降低测试成本，具有较明显的经济性、实用性。