[實(shí)用新型]一種利用波浪能的漂浮擺式海洋人工下降流裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201621160092.0
• 申請日: 2016-11-01
• 公開（公告）號: CN206144702U
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊煒;肖燦博;強(qiáng)永發(fā);徐馳騁;徐峰;許振宇;周舒樂;吳嘉平;陳鷹
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: F03B13/14
• 分類號: F03B13/14;F03B11/00;C02F1/00;C02F103/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及緩解近海底層水體缺氧狀況領(lǐng)域，尤其涉及一種利用波浪能的漂浮擺式海洋人工下降流裝置。

背景技術(shù)

溶解氧(Dissolved Oxygen,DO)是水環(huán)境健康的重要指標(biāo)。研究表明：水體缺氧(Hypoxia,DO<2mg/L)最終會導(dǎo)致魚蝦等生物將出現(xiàn)不同程度的不適甚至死亡。此外，水體缺氧將改變水體化學(xué)循環(huán)過程，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化加劇、有害重金屬離子釋放等事件的發(fā)生，破壞該水域原有的生態(tài)平衡、惡化水質(zhì)條件。

隨著人類在陸地生產(chǎn)活動日益頻繁，水體富營養(yǎng)化、洋流作用和氣候變化等因素使得近岸水體缺氧現(xiàn)象日益嚴(yán)重。全球范圍內(nèi)由于缺氧每年損失的生物量約為34.3-73.4萬公噸碳/年。世界資源研究機(jī)構(gòu)(WRI)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示：全球近海共479個缺氧區(qū)(Hypoxia Area)，還有55個即將成為缺氧區(qū)。其中，波羅的海、黑海、墨西哥灣，中國東海等地每年季節(jié)性缺氧水域面積已達(dá)到上萬平方公里。緩解近海水體缺氧狀況主要通過減少陸基氮磷源排放和人工下增氧技術(shù)兩種途徑實(shí)現(xiàn)。前者被認(rèn)為是解決這一問題的根本途徑，但在較短時間周期內(nèi)不顯著；而后者因?yàn)榫哂兄芷诙獭⑿Ч玫奶攸c(diǎn)近年來備受工程領(lǐng)域關(guān)注。

人工下降流技術(shù)，作為一種人工增氧技術(shù)，目前相關(guān)研究工作主要在日本和波羅的海周邊國家開展。日本在Gokasho海灣投放了一臺系統(tǒng)額定功率為5kw，流量為120000m³/day的“拓海”號人工下降流系統(tǒng)。該系統(tǒng)依托OTEC計(jì)劃，利用海水溫差能發(fā)電驅(qū)動葉輪轉(zhuǎn)動將表層與底層海水分別抽入混合層。該系統(tǒng)布放三年后，Gokasho海灣赤潮現(xiàn)象有所緩解，缺氧區(qū)面積減少了60％。瑞典科學(xué)家Stigebrandt等人在By Fjord進(jìn)行了區(qū)域性的人工下降流實(shí)驗(yàn)。該系統(tǒng)首先利用風(fēng)能為水泵供電，再利用水泵將表層富氧水抽入底層缺氧水中改善缺氧區(qū)氧氣條件，流量為2m³/s。瑞典隆德大學(xué)Stefan發(fā)明了一種底層海水增氧系統(tǒng)，其原理是利用海流帶動葉輪將底層海水抽至海表面，缺氧水體進(jìn)過海氣相互作用吸收大氣中的氧氣，獲得高濃度溶解氧并最終在其自身重力下形成下降流沉入海底。該裝置在0.5m/s的海流下預(yù)計(jì)可形成下降流流量為12000m³/year的下降流。瑞典皇家工學(xué)院Christoffer提出利用波浪能實(shí)現(xiàn)人工下降流的概念。海浪躍入浮式蓄水池，提升水池內(nèi)水位，形成水池內(nèi)外水位差。在這一水頭差作用下，可形成源源不斷的人工下降流。通過計(jì)算，其證明了單根下降流管道可產(chǎn)生的下降流流量為0.15m³/s-0.4m³/s。

上述研究表明：人工下降流技術(shù)有望成為提升海底DO濃度，緩解缺氧狀況的有效途徑。然而，現(xiàn)有的人工下降流裝置仍未得到廣泛的工程應(yīng)用。一些裝置依靠陸基供能，其作用區(qū)域非常有限；一些裝置采用復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，存在效率低、維護(hù)成本高的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對目前人工下降流裝置能耗大、難維護(hù)、生存能力弱等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提出了一種利用波浪能的漂浮擺式海洋人工下降流裝置，該裝置基于杠桿原理，通過將漂浮浮子所受的波浪力轉(zhuǎn)換為壓力水頭，可將表層富氧水注入底層水體，緩解缺氧狀況，改善水質(zhì)。裝置具有波浪自適應(yīng)控制系統(tǒng)，可根據(jù)波浪力大小改變自身機(jī)械結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生最佳下降流流量，從而高效利用波浪能。此外，在波浪條件較為惡劣環(huán)境下，控制系統(tǒng)將使整個裝置處于待機(jī)狀態(tài)，起到過載保護(hù)的作用，使得裝置具有良好的生存能力。由于裝置動力系統(tǒng)以機(jī)械構(gòu)件為主，裝置的維護(hù)和安裝也比較方便。綜上所述，本實(shí)用新型所提出的裝置有望在國內(nèi)外波浪能資源豐富的缺氧海域進(jìn)行大規(guī)模工程化的應(yīng)用，緩解大面積的水體缺氧情況。