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1、(10)申请公布号 CN 103642675 A (43)申请公布日 2014.03.19 CN 103642675 A (21)申请号 201310730926.1 (22)申请日 2013.12.26 C12M 1/00(2006.01) C12M 1/02(2006.01) C12Q 1/06(2006.01) (71)申请人 中国科学院南京地理与湖泊研究所 地址 210008 江苏省南京市玄武区北京东路 73 号 (72)发明人 胡维平 朱金格 徐伟伟 马荣华 高峰 (74)专利代理机构 江苏致邦律师事务所 32230 代理人 徐蓓 (54) 发明名称 藻类垂向分层模拟装置及模拟方法 。
2、(57) 摘要 本发明公开了一种藻类垂向分层模拟装置和 模拟方法， 所述藻类垂向分层模拟装置包括 ： 藻 类垂向分层模拟箱， 藻类垂向分层模拟箱的左侧 面上沿上下方向等间隔地设有多个条带状进水口 且在右侧面上沿上下方向等间隔地设有多个条带 状出水口， 多个进水口与多个出水口在上下方向 上一一相对 ； 多个藻水均匀混合搅拌容器 ； 多个 第一水管， 多个第一水管的进水端分别对应地与 多个藻水均匀混合搅拌容器的出水口相连且出水 端分别对应地与藻类垂向分层模拟箱的多个进水 口相连 ； 多个第二水管， 多个第二水管的进水端 分别对应地与藻类垂向分层模拟箱的多个出水口 相连 , 所述藻类垂向分层模拟装置。
3、可以精确地对 藻类垂向分布进行模拟。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 6 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103642675 A CN 103642675 A 1/1 页 2 1. 一种藻类垂向分层模拟装置， 其特征在于， 包括藻水均匀混合搅拌容器、 藻类垂向 分层模拟箱、 第一水管、 第二水管及第三水管， 所述藻水均匀混合搅拌容器为多个且平行放 置 ； 多个所述第一水管的进水端分别对应地与多个所述藻水均匀混合搅拌容器的出水口 相连且出水端分别对应地与所述藻类垂向分。
4、层模拟箱的多个条带状进水口相连， 其中每个 所述第一水管上设有阀门开关、 流量调节控制阀门及输送泵， 每个第一水管的出水口不断 的进行二分式分流， 最终分成若干等粗毛细管状出口， 致使所出的藻水混合液充分的搅拌 到一起， 并保持一致的流量与流速 ； 藻类垂向分层模拟箱， 所述藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向间隔开地设有 多个条带状进水口且右侧面上沿上下方向等距离间隔开地设有多个条带状出水口， 所述多 个条带状进水口与所述多个条带状出水口在上下方向上一一相对 ； 多个所述第二水管的进水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状出 水口相连， 其中每个所述第二水管上设有阀门开关， 每个。
5、第二水管的进水口处设有与第一 水管的出水口处毛细管状出口等量的毛细管入口， 毛细管入口不断的进行合流， 致使最终 所出的藻水混合液最终合流为一股流出 ； 所述多个第二水管出水口汇总于第三水管， 第三水管内设有输送泵。 2. 根据权利要求 1 所述的藻类垂向分层模拟装置， 其特征在于， 所述藻类垂向分层模 拟箱由有机玻璃制成且所述藻类垂向分层模拟装置还包括遮光塑料层， 所述遮光塑料层设 在所述藻类垂向分层模拟箱的各表面上。 3. 根据权利要求 1 所述的藻类垂向分层模拟装置， 其特征在于， 所述藻类垂向分层模 拟箱的各表面上等间隔地设有多个加强件。 4. 根据权利要求 1 所述的藻类垂向分层模拟。
6、装置， 其特征在于， 所述藻类垂向分层模 拟箱为长方体状， 每个所述藻水均匀混合搅拌容器为圆柱体状。 5. 一种利用根据权利要求 1-4 中任一项所述的藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向 分布的方法， 其特征在于， 包括 ： A） 将现场采集藻类按等重量分成若干份， 再将各份藻类按等重量、 不等重量分成与所 述藻水均匀混合搅拌容器数量相同的份数， 并称重 ； B） 在所述藻水均匀混合搅拌容器放入一份藻类， 向放入所述藻水均匀混合搅拌容器加 入等量不含藻类的湖水 ； C） 启动藻水均匀混合搅拌容器搅拌器， 同时采集混合搅拌容器中不同深度水样， 分析 确定藻类是否均匀混合 ； D） 在确定藻水均匀混。
7、合搅拌容器中藻、 水完全混合后， 同时打开第一管路开关， 同时启 动第一水管中和第三水管中的输送水泵 ； E） 同步采集藻类垂向分层模拟箱内不同水层水样， 分析水样藻类含量， 确定藻类垂向 分层分布 ； F） 改变放入所述藻水均匀混合搅拌容器现场采集藻类重量， 重复 A-E， 获得另一类型藻 类垂向分层分布。 权 利 要 求 书 CN 103642675 A 2 1/6 页 3 藻类垂向分层模拟装置及模拟方法 技术领域 0001 本发明涉及一种藻类垂向分层模拟装置， 还涉及一种利用所述藻类垂向分层模拟 装置模拟藻类垂向分布的方法。 背景技术 0002 蓝藻水华是藻类大量繁殖引起的环境现象， 蓝。
8、藻水华的发生不仅制约了湖泊水资 源的可利用性， 而且直接危害着人类的健康生存。 2007年5月， 无锡太湖区域蓝藻大面积暴 发， 引发无锡市自来水严重污染， 致使上百万人饮水困难。 蓝藻水华为分散在水柱中有浮力 的蓝藻在水体表面的聚集， 蓝藻水华暴发是在水柱中含有大量蓝藻的条件下， 藻类空间位 置在短时间内发生改变造成的， 即藻类从水中上浮到水表面， 或是由于风的作用在局部地 区大量聚集。因此， 掌握蓝藻空间分布信息， 对于认识蓝藻异常生长的原因， 建立蓝藻水华 的预警系统， 控制蓝藻水华危害显得非常必要。 发明内容 0003 本发明的一个目的在于构建可模拟不同类型藻类垂向分布的模拟装置， 模。
9、拟出不 同类型的藻类垂向分层， 为研究藻类垂向分布对水面水华形成、 水下光强、 水质、 沉水植物 影响创造手段和工具。 0004 1、 为实现上述目的， 根据本发明提出一种藻类垂向分层模拟装置， 所述藻类垂向 分层模拟装置包括藻水均匀混合搅拌容器、 藻类垂向分层模拟箱、 第一水管、 第二水管及第 三水管， 所述藻水均匀混合搅拌容器为多个且平行放置 ； 多个所述第一水管的进水端分别对应地与多个所述藻水均匀混合搅拌容器的出水口 相连且出水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状进水口相连， 其中每个 所述第一水管上设有阀门开关、 流量调节控制阀门及输送泵， 每个第一水管的出水口不断 的进行。
10、二分式分流， 最终分成若干等粗毛细管状出口， 致使所出的藻水混合液充分的搅拌 到一起， 并保持一致的流量与流速 ； 藻类垂向分层模拟箱， 所述藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向间隔开地设有 多个条带状进水口且右侧面上沿上下方向等距离间隔开地设有多个条带状出水口， 所述多 个条带状进水口与所述多个条带状出水口在上下方向上一一相对 ； 多个所述第二水管的进水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱的多个条带状出 水口相连， 其中每个所述第二水管上设有阀门开关， 每个第二水管的进水口处设有与第一 水管的出水口处毛细管状出口等量的毛细管入口， 毛细管入口不断的进行合流， 致使最终 所出的藻水混合液最终。
11、合流为一股流出 ； 所述多个第二水管出水口汇总于第三水管， 第三水管内设有输送泵。 0005 根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过在所述藻类垂向分层模拟箱的 左侧面上沿上下方向间隔开地设置多个条带状进水口且在所述藻类垂向分层模拟箱的右 侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状出水口， 从而可以在所述藻类垂向分层模拟箱 说 明 书 CN 103642675 A 3 2/6 页 4 内形成多个水层， 这样可以利用所述藻类垂向分层模拟箱模拟出不同类型对藻类垂向分 布 ； 而且， 根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过设置与所述藻类垂向分层模拟 箱相连的多个所述藻水均匀混合搅拌容器， 从而可以。
12、使所述藻类垂向分层模拟箱内的多个 水层的层流达到稳定， 这样可以利用所述藻类垂向分层模拟箱模拟不同类型藻类垂向分 布。 0006 因此， 根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置结构简单， 可以模拟不同类型 的藻类垂向分布。 0007 另外， 根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置可以具有如下附加的技术特 征 ： 根据本发明的一个实施例， 所述藻类垂向分层模拟箱由有机玻璃制成且所述藻类垂向 分层模拟装置还包括遮光塑料层， 所述遮光塑料层设在所述藻类垂向分层模拟箱的各表面 上， 这样可以使光线仅从所述藻类垂向分层模拟箱的上表面照射到所述藻类垂向分层模拟 箱内， 从而可以使所述藻类垂向分层模拟箱提供。
13、的生长环境更加接近自然生长环境。 0008 根据本发明的一个实施例， 所述藻类垂向分层模拟箱的各表面上等间隔地设有多 个加强件， 从而可以防止因所述藻类垂向分层模拟箱内的水压过大而导致所述藻类垂向分 层模拟箱破裂。 0009 根据本发明的一个实施例， 所述藻类垂向分层模拟箱为大体长方体状， 每个所述 藻水均匀混合搅拌容器为大体圆柱体状。 这样可以使所述藻类垂向分层模拟箱和所述藻水 均匀混合搅拌容器更加容易制造。 0010 本发明还提供了一种利用所述藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法， 所述模拟方法包括 ： A） 将现场采集藻类按等重量分成若干份， 再将各份藻类按等重量、 不等 重量分成。
14、与所述藻水均匀混合搅拌容器数量相同的份数， 并称重 ； B） 在所述藻水均匀混合搅拌容器放入一份藻类， 向放入所述藻水均匀混合搅拌容器加 入等量不含藻类的湖水 ； C） 启动藻水均匀混合搅拌容器搅拌器， 同时采集混合搅拌容器中不同深度水样， 分析 确定藻类是否均匀混合 ； D） 在确定藻水均匀混合搅拌容器中藻、 水完全混合后， 同时打开第一管路开关， 同时启 动第一水管中和第三水管中的输送水泵 ； E） 同步采集藻类垂向分层模拟箱内不同水层水样， 分析水样藻类含量， 确定藻类垂向 分层分布 ； F） 改变放入所述藻水均匀混合搅拌容器现场采集藻类重量， 重复 A-E， 获得另一类型藻 类垂向分层。
15、分布。 0011 根据本发明实施例的利用所述藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法 可以精确地对藻类垂向分布进行模拟。 0012 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出， 部分将从下面的描述中变 得明显， 或通过本发明的实践了解到。 附图说明 0013 本发明的上述和 / 或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 说 明 书 CN 103642675 A 4 3/6 页 5 得明显和容易理解， 其中 ： 图 1 是根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置的结构示意图 ； 图 2 是藻类垂向分层模拟箱的结构示意图 ； 1- 藻类垂向分层模拟箱 ； 2- 藻水均匀混合搅拌容器。
16、 ； 3- 第一水管 ； 4- 第二水管 ； 5- 流 量调节控制阀门 ； 6- 阀门开关 ； 7- 输送泵 ； 8- 第三水管。 具体实施方式 0014 下面详细描述本发明的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的， 仅用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。 0015 下面参照图 1 描述根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置。如图 1 所示， 根 据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置包括藻类垂向分层模拟箱 1、 多个藻水均匀混合 搅拌容器 2、 多个第一水管 3。
17、、 多个第二水管 4、 第三水管 8。 0016 藻类垂向分层模拟箱， 所述藻类垂向分层模拟箱的左侧面上沿上下方向间隔开地 设有多个条带状进水口且右侧面上沿上下方向等距离间隔开地设有多个条带状出水口， 所 述多个条带状进水口与所述多个条带状出水口在上下方向上一一相对 ； 多个藻水均匀混合搅拌容器 2 为多个且平行排列放置 ； 多个第一水管 3， 多个所述第一水管 3 的进水端分别对应地与多个所述藻水均匀混合 搅拌容器2的出水口相连且出水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状 进水口相连， 其中每个所述第一水管 3 上设有阀门开关 6、 流量调节控制阀门 5 及输出水泵 7， 每个第。
18、一水管的出水口不断的进行二分式分流， 最终分成若干等粗毛细管状出口， 致使 所出的藻水混合液充分的搅拌到一起， 并保持一致的流量与流速 ； 多个第二水管 4， 多个所述第二水管 4 的进水端分别对应地与所述藻类垂向分层模拟 箱的多个条带状出水口相连， 其中每个所述第二水管 4 上设有阀门开关 6， 每个第二水管 4 的进水口处设有与第一水管的出水口处毛细管状出口等量的毛细管入口， 毛细管入口不断 的进行合流， 最终所出的藻水混合液最终合流为一股流出， 致使藻类垂向分层模拟箱水及 藻以一致流速从藻类垂向分层模拟箱条带状出口 ； 所述多个第二水管 4 出水口汇总于第三水管 8， 第三水管 8 内设。
19、有输送泵 7。 0017 藻类垂向分层模拟箱 1 的左侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状进水口 （上下方向 A 如图 1 中的箭头方向所示， 左右方向 B 如图 1 中的箭头方向所示） ， 且藻类垂向 分层模拟箱 1 的右侧面上沿上下方向间隔开地设有多个条带状出水口， 藻类垂向分层模拟 箱1的多个条带状进水口与藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状出水口在上下方向上一一 相对。也就是说， 藻类垂向分层模拟箱 1 的条带状进水口的数量与藻类垂向分层模拟箱 1 的条带状出水口的数量相等， 且藻类垂向分层模拟箱 1 的一个条带状进水口在上下方向上 与藻类垂向分层模拟箱 1 的一个条带状出水口相对。 0。
20、018 多个第一水管3的进水端分别对应地与多个藻水均匀混合搅拌容器2的出水口相 连。即第一水管 3 的进水端的数量与藻水均匀混合搅拌容器 2 的数量相等， 且一个第一水 管 3 的进水端与一个藻水均匀混合搅拌容器 2 的出水口相连。多个第一水管 3 的出水端分 别对应地与藻类垂向分层模拟箱 1 的多个条带状进水口相连。即第一水管 3 的出水端的数 说 明 书 CN 103642675 A 5 4/6 页 6 量与藻类垂向分层模拟箱 1 的条带状进水口的数量相等， 且一个第一水管 3 的出水端与藻 类垂向分层模拟箱 1 的一个条带状进水口相连。其中， 每个第一水管 3 上设有流量调节控 制阀门 。
21、5。 0019 多个第二水管4的进水端分别对应地与藻类垂向分层模拟箱1的多个条带状出水 口相连。即第二水管 4 的进水端的数量与藻类垂向分层模拟箱 1 的条带状出水口的数量相 等， 且一个第二水管 4 的进水端与藻类垂向分层模拟箱 1 的一个条带状出水口相连。其中， 每个第二水管 4 上设有阀门开关 6。 0020 根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过在藻类垂向分层模拟箱 1 的右 侧面上沿上下方向间隔开地设置多个条带状进水口且在藻类垂向分层模拟箱 1 的左侧面 上沿上下方向间隔开地设有多个条带状出水口， 从而可以在藻类垂向分层模拟箱 1 内形成 多个水层， 这样可以利用藻类垂向分层模拟。
22、箱 1 精确地对藻类垂向分布进行模拟。而且， 根 据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过设置与藻类垂向分层模拟箱 1 相连的多个 藻水均匀混合搅拌容器 2， 从而可以使藻类垂向分层模拟箱 1 内的多个水层的层流达到稳 定， 这样可以利用藻类垂向分层模拟箱 1 精确地对藻类垂向分布进行模拟。 0021 此外， 通过设置多个第一水管阀门可以调节藻类垂向分层模拟箱 1 内的多个水层 的流速。通过设置多个藻水均匀混合搅拌容器 2 内藻类含量调节藻类垂向分层模拟箱 1 内 的多个水层的藻类含量， 一个藻水均匀混合搅拌容器 2 可以与藻类垂向分层模拟箱 1 内的 一个水层相对应。 0022 因此， 根据。
23、本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置结构简单， 可以精确地对藻类 垂向分布进行模拟。 0023 具体地， 一个藻水均匀混合搅拌容器 2 内的水可以通过一个第一水管 3 流入藻类 垂向分层模拟箱 1 内的一个水层中， 多个水层沿上下方向分布便形成藻类的垂向分布。 0024 有利地， 如图 1 所示， 藻类垂向分层模拟箱 1 可以是大体长方体状， 这样藻类垂向 分层模拟箱 1 可以更加容易制造。 0025 如图1所示， 在本发明的一些实施例中， 藻类垂向分层模拟箱1可以由有机玻璃制 成， 这样可以直接从外面观察到藻类垂向分层模拟箱 1 内的藻类垂向分布。 0026 藻类垂向分层模拟装置还可以包括遮光。
24、塑料层 （图中未示出） ， 所述遮光塑料层可 以设在藻类垂向分层模拟箱1的各表面上， 换言之， 藻类垂向分层模拟箱1的各表面上都可 以设有所述遮光塑料层， 这样可以使光线仅从藻类垂向分层模拟箱 1 的上表面照射到藻类 垂向分层模拟箱 1 内， 即可以保证容纳在藻类垂向分层模拟箱 1 内的水中的光源仅来源于 所述水的上方， 从而可以使藻类垂向分层模拟箱 1 提供的环境更加接近自然环境。 0027 在本发明的一个实施例中， 藻类垂向分层模拟箱 1 的各表面上都可以间隔开地设 有多个加强件 （图中未示出） 。通过在藻类垂向分层模拟箱 1 的各表面上的每一个上间隔开 地设置多个所述加强件， 从而可以防。
25、止因藻类垂向分层模拟箱 1 内的水压过大而导致藻类 垂向分层模拟箱 1 破裂。藻类垂向分层模拟箱 1 的各表面上的每一个上的多个所述加强件 可以沿上下方向间隔开， 也可以沿左右方向间隔开。具体地， 所述加强件可以是不锈钢方 管。 0028 根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置通过设置多个条带状出水口且藻类 垂向分层模拟箱 1 的一个条带状出水口包括多个沿前后方向间隔开排列的出水孔， 从而可 说 明 书 CN 103642675 A 6 5/6 页 7 以使藻类垂向分层模拟箱 1 的每个水层的水更加均匀地离开藻类垂向分层模拟箱 1， 进而 可以使藻类垂向分层模拟装置更加精确地对藻类垂向分布进行。
26、模拟。 0029 有利地， 如图 1 所示， 每个藻水均匀混合搅拌容器 2 可以是大体圆柱体状。这样可 以使藻水均匀混合搅拌容器 2 更加容易制造。 0030 当全部的输送泵 7 和阀门开关 6 关闭时， 藻类垂向分层模拟箱 1 和多个藻水均匀 混合搅拌容器 2 可以保持稳定。当多个输送泵 7 和多个阀门开关 6 打开时， 可以通过调节 多个输送泵 7 的流量的大小和多个阀门开关 6 的开闭程度来使藻类垂向分层模拟箱 1 内的 多个水层的层流达到稳定以便进行模拟藻类垂向分布的实验。 0031 本发明还提供了一种利用根据上述实施例的藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂 向分布的方法， 所述模拟方法包括。
27、 ： A） 将现场采集藻类按等重量分成若干份， 再将各份藻类按等重量、 不等重量分成与所 述藻水均匀混合搅拌容器数量相同的份数， 并称重 ； B） 在所述藻水均匀混合搅拌容器放入一份藻类， 向放入所述藻水均匀混合搅拌容器加 入等量不含藻类的湖水 ； C） 启动藻水均匀混合搅拌容器搅拌器， 同时采集混合搅拌容器中不同深度水样， 分析 确定藻类是否均匀混合 ； D） 在确定藻水均匀混合搅拌容器中藻、 水完全混合后， 同时打开第一管路开关， 同时启 动第一水管中和第三水管中的输送水泵 ； E） 同步采集藻类垂向分层模拟箱内不同水层水样， 分析水样藻类含量， 确定藻类垂向 分层分布 ； F） 改变放入。
28、所述藻水均匀混合搅拌容器现场采集藻类重量， 重复 A-E， 获得另一类型藻 类垂向分层分布。 0032 根据本发明实施例的利用藻类垂向分层模拟装置模拟藻类垂向分布的方法可以 精确地对藻类垂向分布进行模拟。 0033 本实验的目的是定量表征不同深度的藻类含量， 实际水体中的藻类是种类繁多大 小不一的， 藻类密度统计是宏观数量， 并非特定藻属。 0034 可以按照以下描述进行不同条件 （要素） 对藻类的垂向分布的影响的实验。具体 地， 藻类垂向分层模拟箱 1 具有四个条带状出水口和四个条带状进水口 （即藻类垂向分层 模拟箱 1 内具有四个水层） 且藻水均匀混合搅拌容器 2 为四个。 0035 不同。
29、流速模拟 ： 根据输送泵 7 的流量的大小控制水层的流速的大小， 设置四种水层的层流类型 ： 无动 力扰动、 四个水层的流速相同、 四个水层的流速由上向下逐渐减弱和四个水层的流速由上 向下逐渐增加。 0036 不同水深模拟 ： 将藻类垂向分层模拟箱 1 内的水位分别维持在 1.9 米、 1.6 米和 1 米， 并在上述的水位 条件下进行模拟实验。 0037 在每次模拟实验开始前采集一次水样， 模拟实验开始后每隔 2 分钟采样一次， 共 采样 10-16 分钟。每次每个水层的水样为 0.2 升， 用于藻类含量的定量分析。 0038 根据本发明实施例的藻类垂向分层模拟装置结构简单， 可以精确地对藻。
30、类垂向分 说 明 书 CN 103642675 A 7 6/6 页 8 布进行模拟。 0039 在本说明书的描述中， 参考术语 “一个实施例” 、“一些实施例” 、 “示例” 、“具体示 例” 、 或 “一些示例” 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、 结构、 材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中， 对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 0040 尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 本领域的普通技术人员可以理解 ： 在不 脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修改、 替换和变型， 本 发明的范围由权利要求及其等同物限定。 说 明 书 CN 103642675 A 8 1/2 页 9 图 1 说 明 书 附 图 CN 103642675 A 9 2/2 页 10 图 2 说 明 书 附 图 CN 103642675 A 10 。