[发明专利]一种研究紊流脉动强度对藻类生长及优势藻类演替影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及对水体中藻类生长研究方法的改进，具体指一种研究紊流脉动强度对藻类生长及优势藻类演替影响的方法，属于藻类生长规律研究和水体富营养化预防和治理领域。

 

背景技术

水体富营养化是全球性的水环境问题，它导致藻类异常增殖形成水华，水体腥臭难闻，鱼类大量死亡，水质急剧下降并失去其使用价值。藻类水华爆发涉及营养盐、水动力、环境等多方面因素。以往研究多集中在营养盐方面，即考虑如何通过减少水体中氮磷等营养盐浓度控制藻类生长繁殖，而对于影响藻类生长规律的水动力因素研究较少。仅有的研究也只是对流速或流态进行分析，且尚未形成统一结论。这主要是由于水动力因素复杂多变，其涉及次级河流回水、风力以及降雨等因子，物理化学过程难以分析，相关物理量难于测量。目前的水动力因素研究方法笼统，单一，不够深入和具体，影响了对水体藻类生长及优势藻类演替机理等的深入研究。自然水体中，紊流脉动对于藻类生长影响较为突出。例如，三峡库区蓄水后的次级河流回水段，尽管水库蓄水区的流速极低，但水力半径较大，流动仍然处于紊流状态，水华频繁爆发；在浅水湖泊类水体藻华发生事件中，风引起水体表层持续频繁扰动，形成紊流脉动，也成为明显的诱因。

目前，由于直接紊流脉动的测量非常困难，国内外学者对紊流脉动对藻类生长及优势藻类演替的研究较少。另外，由于紊流涉及三个关键因素--紊流平均速度、剪切力和紊流脉动强度，即使有研究紊流脉动对藻类生长及优势藻类演替的影响，也只是笼统的研究，即紊流所有因素的共同作用下的影响，而不能将紊流三个关键因素各自对藻类生长的影响分别表述，因为在目前的研究水平下，当研究其中一个因素对藻类生长的影响时，还难以将其余两个因素剔除。比如要研究紊流脉动强度对藻类生长的影响时，就难以剔除紊流平均速度和剪切力这两个因素的影响。因此，这三个因素各自对藻类生长的影响如何，目前掌握得非常少，也难以有效利用这些因素的影响来针对性地进行水体富营养化的预防和治理。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种研究紊流脉动强度对藻类生长及优势藻类演替影响的方法，本方法可以消除紊流平均速度和剪切力这两个因素对研究的影响，解决了水体表层紊流脉动强度的模拟问题，并结合底泥氮磷营养盐的析出与吸附、pH、溶解氧等因素，研究了自然水体紊流脉动强度中藻类的生长规律及优势藻类演替的变化。

本发明实现上述目的的技术解决方案如下：

一种研究紊流脉动强度对藻类生长及优势藻类演替影响的方法，按如下步骤进行：

1）先在一个透光水箱内放置水平的振动格栅，振动格栅孔隙率大于60%，并在水箱中加入实验水体使振动格栅淹没于水体中，实验水体取至自带藻类的自然水体；

2）在电机的驱动下，使振动格栅在上下方向来回振动，振动频率0.5～2.0Hz，由格栅振动频率表征紊流脉动强度；振动格栅振动的最高位低于水面8～10cm以模拟水体表层的紊流脉动强度；

在振动格栅按上述频率振动时，通过水箱外上方设置的日光灯冷光源以模拟光照环境，且日光灯冷光源的光照强度可调节；水箱中设置可调式绝缘电热棒以调节水温；

3）在实验期间，每天观察并记录实验水体的变化至少一次，实验测量水质指标包括Chl-a浓度、总氮量、总磷量、pH值和溶解氧浓度，实验周期不少于15天。

在水箱底部铺设5.0-6.0cm厚的海绵层，以对格栅振动产生的水波在水箱底部反射后带来的叠加现象进行消波处理；或者在水箱底部铺设5.0-6.0cm厚的富含氮磷营养盐的河流底泥。水箱底部铺设海绵层可以用于研究紊流脉动强度对自然水体混合藻生长规律及对水环境的影响，铺设河流底泥可以用于研究浅层水体不同紊流脉动强度下对底泥氮磷营养盐的析出以及藻类生长的影响。

本发明实现格栅振动的具体方案为：所述水箱位于钢结构支架内，电机固定在钢结构支架上方，在电机的输出轴上安装有传动圆盘；在传动圆盘上通过销轴安装有可绕销轴转动的偏心传动杆，偏心传动杆通过销轴与竖直的格栅传动杆活动连接，振动格栅固定在格栅传动杆上；在水箱底部设有竖向的导向套筒，格栅传动杆下端位于导向套筒中并在电机带动格栅传动杆上下移动时不脱离导向套筒。上述实现格栅振动的结构即构成本方法使用的垂直振动格栅紊流装置。