申请/专利权人：长江流域水环境监测中心

申请日：2019-03-12

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN109932207B

主分类号：G01N1/08

分类号：G01N1/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2019.07.19#实质审查的生效;2019.06.25#公开

摘要：本发明提出了一种着生藻类原位快速采集装置，包括顶座、底座，所述顶座中央成型有顶座孔，所述顶座孔内穿过有转轴，所述转轴顶部通过螺纹安装有旋转盘，所述旋转盘上通过螺纹安装有摇轮，所述顶座上表面边缘通过螺钉固定有手轮，所述手轮的转轴一端固定有手柄，所述手轮上盘绕有钢丝绳，所述转轴四周对称设置有四根支撑柱，所述转轴另一端通过螺纹安装有叶轮，所述叶轮上胶粘有硬毛刷，该着生藻类原位快速采集装置1、克服了基质法水草法和石块法的采样空间局限性；2、克服了载玻片法和聚酯薄膜法采样所需时间长、效率低的问题；3、克服了载玻片法和聚酯薄膜法与总干渠由于生长基质及生长时间的差异造成的实验误差。

主权项：1.一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：包括顶座1、底座28，所述顶座1中央成型有顶座孔24，所述顶座孔24内穿过有转轴3，所述转轴3顶部通过螺纹安装有旋转盘7，所述旋转盘7上通过螺纹安装有摇轮8，所述顶座1上表面边缘通过螺钉固定有手轮4，所述手轮4的转轴3一端固定有手柄5，所述手轮4上盘绕有钢丝绳6，所述转轴3四周对称设置有四根支撑柱2，所述转轴3另一端通过螺纹安装有叶轮17，所述叶轮17上胶粘有硬毛刷18，所述叶轮17外侧设置有筒体16，所述筒体16上端焊接有上底座15，所述筒体16下端通过螺栓固定有底座28，所述底座28包括上盖板20、下盖板21，所述上盖板20下方通过螺栓固定有下盖板21，所述下盖板21下表面上胶粘有软胶层22；所述转轴3上端靠近顶座1的位置依次成型有下卡孔25和上卡孔26，所述下卡孔25和上卡孔26内卡嵌有卡子27；所述上盖板20中心成型有便于转轴3穿过的上底座孔23，所述上底座孔23内成型有内槽9，所述内槽9内镶嵌有小密封圈10；所述支撑柱2两端加工有螺纹，所述支撑柱2一端穿过顶座1后利用螺母固定，所述支撑柱2另一端穿过上底座15后通过螺纹固定在底座28上；所述下盖板21内成型有方形的隔板滑槽19，所述下盖板21内滑动连接有分离隔板11，所述分离隔板11一端固定有钢丝绳6，所述分离隔板11另一端通过螺纹固定有拉杆12，所述拉杆12伸出下盖板21外侧，所述拉杆12端部垂直焊接有拉杆手柄13，所述下盖板21上穿过拉杆12的位置镶嵌有密封圈。

全文数据：一种着生藻类原位快速采集装置技术领域本发明涉及水生态环境监测技术领域，尤其是涉及一种着生藻类原位快速采集装置。背景技术南水北调工程是世界上最大的跨流域调水工程，是缓解我国北方地区水资源短缺、实现水资源优化配置。南水北调水质安全是工程发挥供水效益的前提，是南水北调保障工作中的重中之重，同时也是检验调水工程成败的核心指标。南水北调中线工程全长1432千米，其中总干渠含北京段1277公里，天津干线全长155公里。中线总干渠为全钢筋水泥结构，不与外界水系连通，全线以明渠为主，并建有隧洞、管道、暗涵和渡槽等工程设施。在陶岔渠首至北拒马河长达1196.51km的总干渠中，共布置各类建筑物1715座。南水北调中线工程系统十分复杂，具有跨度大、线路长和建筑物众多等特点，在我国水利建设史上具有里程碑式的意义。着生藻类也被称为底栖藻类，是附着在水体中基质上生活的一些微型附着藻类。着生藻类营固着生活，拥有较大的生物膜面积，与水体物质交换迅速，是指示河流生态系统健康状况常用指示生物。南水北调中线通水后，春季出现了着生藻类大量增殖现象，着生藻类大量增殖死亡上浮后可能对总干渠水质造成影响，因此，需要监测、研究总干渠着生藻类的分布与生长变化规律，需要对着生藻类进行高密度的取样监测工作。传统的着生藻类采样方法有三种，基质法水草法或石块法、载玻片法和聚酯薄膜法。其中水草法或石块法是采集完整水草或石块，带回实验室，用小刀刮取着生藻类，然后测试。载玻片法是将载玻片固定在固定架上，用绳索绑在它物上或加重物使之沉入水中或用棍棒插在水底，其顶端用浮子使之漂浮水面。聚醋薄膜法是将聚醋薄膜一端固定在浮子上，另一端缚上重物使之沉下。以上传统方法不适合于总干渠或者时效性无法满足研究要求，主要表现为：1总干渠全线为水泥底质，大型水生植物无法生存，也无石块可供采集，水草法或石块法采样无法使用；2利用载玻法和聚脂薄膜法时，由于着生藻的生长需要一定的时间，采样架一般需要在水中放置14天，所需时间长，时效性低，难以满足研究所需的高密度采样监测需求。而且对总干渠近两年的研究表明，在采用载玻法和聚脂薄膜法采样时，载玻法和聚脂薄膜上着生藻类的生长量与渠底的生长量存在显著差异，这主要可能是生长时间及附着基质材质差异造成的，使得载玻法和聚脂薄膜法采集的着生藻类样品很难反应总干渠真实的情况。因此，需要针对总干渠的水泥底质特点及实际高密度采样需求，研发适合于总干渠的专用着生藻类采样工具，以满足总干渠着生藻类监测及研究需求。发明内容本发明的目的在于针对现有采样方法不适合于总干渠及时效性无法满足研究要求等问题，提供一种着生藻类原位快速采集装置，本发明克服了传统着生藻类采样方法基质法水草法和石块法的采样空间局限性，可以在总干渠任何区域采样，不再受水草和石块分布的局限；本发明克服了传统采样方法载玻片法和聚酯薄膜法采样所需时间长、效率低的问题。传统的载玻片法和聚酯薄膜法一般需要挂板14天用于着生藻类生长，所需时间较长，耗时耗力，而本设备实现了原位快速采样，单个点位的采样时间缩短至10分钟以内，显著缩短了采样时间，提高了采样效率；本发明克服了载玻片法和聚酯薄膜法与总干渠由于生长基质及生长时间的差异造成的实验误差，传统的载玻片法和聚酯薄膜法利用载玻片和聚酯薄膜为着生藻类生长提供基质，二者在材料组成上与总干渠的水泥底质存在显著差异，且生长14天与总干渠底部着生藻类的生长时间也显著不同，这就使得在载玻片和聚酯薄膜上着生藻类的生物量与总干渠渠底上生物量存在显著差异，使得监测结果与实际生长情况差异较大。为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：一种着生藻类原位快速采集装置，包括顶座、底座，所述顶座中央成型有顶座孔，所述顶座孔内穿过有转轴，所述转轴顶部通过螺纹安装有旋转盘，所述旋转盘上通过螺纹安装有摇轮，所述顶座上表面边缘通过螺钉固定有手轮，所述手轮的转轴一端固定有手柄，所述手轮上盘绕有钢丝绳，所述转轴四周对称设置有四根支撑柱，所述转轴另一端通过螺纹安装有叶轮，所述叶轮上胶粘有硬毛刷，所述叶轮外侧设置有筒体，所述筒体上端焊接有上底座，所述筒体下端通过螺栓固定有底座，所述底座包括上盖板、下盖板，所述上盖板下方通过螺栓固定有下盖板，所述下盖板下表面上胶粘有软胶层。进一步的，所述转轴上端靠近顶座的位置依次成型有下卡孔和上卡孔，所述下卡孔和上卡孔内卡嵌有卡子。进一步的，所述上盖板中心成型有便于转轴穿过的上底座孔，所述上底座孔内成型有内槽，所述内槽内镶嵌有小密封圈。进一步的，所述支撑柱两端加工有螺纹，所述支撑柱一端穿过顶座后利用螺母固定，所述支撑柱另一端穿过上底座后通过螺纹固定在底座上。进一步的，所述下盖板内成型有方形的隔板滑槽，所述下盖板内滑动连接有分离隔板，所述分离隔板一端固定有钢丝绳，所述分离隔板另一端通过螺纹固定有拉杆。进一步的，所述拉杆伸出下盖板外侧，所述拉杆端部垂直焊接有拉杆手柄，所述下盖板上穿过拉杆的位置镶嵌有密封圈。进一步的，所述下盖板上成型有变向通道，所述钢丝绳从变向通道内穿过后固定在分离隔板上。进一步的，所述筒体直径150mm，高200mm，厚5mm，所述筒体为亚格力材料，所述上盖板和下盖板对应筒体的位置成型有通槽。进一步的，所述上盖板和下盖板上的通槽内镶嵌有密封圈。与现有技术相比，本发明采用了上述技术方案，其有益效果为：1、本发明克服了基质法水草法和石块法的采样空间局限性，该方法可以在总干渠任何区域采样，不再受水草和石块分布的局限；2、本发明克服了载玻片法和聚酯薄膜法采样所需时间长、效率低的问题，传统的载玻片法和聚酯薄膜法一般需要挂板14天用于着生藻类生长，所需时间较长，耗时耗力，而本设备实现了原位快速采样，单个点位的采样时间缩短至10分钟以内，显著缩短了采样时间，提高了采样效率；3、本发明克服了载玻片法和聚酯薄膜法与总干渠由于生长基质及生长时间的差异造成的实验误差，传统的载玻片法和聚酯薄膜法的原理是利用载玻片和聚酯薄膜为着生藻类生长提供基质，二者在材料组成上与总干渠的水泥底质存在显著差异，且生长14天与总干渠底部着生藻类的生长时间也显著不同，这就使得在载玻片和聚酯薄膜上着生藻类的生物量与总干渠渠底上生物量存在显著差异，使得监测结果与实际生长情况差异较大。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明着生藻类快速采集装置的空间立体视图；图2为本发明着生藻类快速采集装置的侧视图；图3为本发明着生藻类快速采集装置的仰视图；图4为本发明着生藻类快速采集装置的底座侧视图；图5为2017年9月使用本发明着生藻类快速采集装置对南水北调中线总干渠着生藻类密度进行测定的结果图。其中：1、顶座；2、支撑柱；3、转轴；4、手轮；5、手柄；6、钢丝绳；7、旋转盘；8、摇轮；9、内槽；10、小密封圈；11、分离隔板；12、拉杆；13、拉杆手柄；14、变向通道；15、上底座；16、筒体；17、叶轮；18、硬毛刷；19、隔板滑槽；20、上盖板；21、下盖板；22、软胶层；23、上底座孔；24、顶座孔；25、下卡孔；26、上卡孔；27、卡子；28、底座。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。如图1-4所示，一种着生藻类原位快速采集装置，包括顶座1、底座28，所述顶座1中央成型有顶座孔24，所述顶座孔24内穿过有转轴3，所述转轴3顶部通过螺纹安装有旋转盘7，所述旋转盘7上通过螺纹安装有摇轮8，所述顶座1上表面边缘通过螺钉固定有手轮4，所述手轮4的转轴3一端固定有手柄5，所述手轮4上盘绕有钢丝绳6，所述转轴3四周对称设置有四根支撑柱2，所述支撑柱2高80cm，直径5mm，材料为不锈钢材质，所述转轴3另一端通过螺纹安装有叶轮17，所述叶轮17上胶粘有硬毛刷18，通过转动所述手轮4带动转轴3，所述转轴3带动叶轮17旋转刷取着生藻类，所述叶轮17外侧设置有筒体16，所述筒体16上端焊接有上底座15，所述筒体16下端通过螺栓固定有底座28，所述底座28包括上盖板20、下盖板21，所述上盖板20下方通过螺栓固定有下盖板21，所述下盖板21下表面上胶粘有软胶层22，所述软胶层22的厚度3mm，其作用是当所述筒体16与水泥渠底接触时起到密封作用，保证采集的着生藻类不会从底座28与渠底的结合处被水冲走。进一步的，所述转轴3上端靠近顶座1的位置依次成型有下卡孔25和上卡孔26，所述下卡孔25和上卡孔26内卡嵌有卡子27，通过所述卡子27在上卡孔26和下卡孔25的位置调节转轴3的上下位置。进一步的，所述上盖板20中心成型有便于转轴3穿过的上底座孔23，所述上底座孔23内成型有内槽9，所述内槽9内镶嵌有小密封圈10，避免样品从所述筒体16上端泄露。进一步的，所述支撑柱2两端加工有螺纹，所述支撑柱2一端穿过顶座1后利用螺母固定，所述支撑柱2另一端穿过上底座15后通过螺纹固定在底座28上，提高装置的强度和稳定性。进一步的，所述下盖板21内成型有方形的隔板滑槽19，所述下盖板21内滑动连接有分离隔板11，所述分离隔板11一端固定有钢丝绳6，所述分离隔板11另一端通过螺纹固定有拉杆12，从而实现所述筒体16的开关，在关闭状态下保证采集水样的不泄露。进一步的，所述拉杆12伸出下盖板21外侧，所述拉杆12端部垂直焊接有拉杆手柄13，所述下盖板21上穿过拉杆12的位置镶嵌有密封圈，通过所述拉杆手柄13可以控制分离隔板11移动。进一步的，所述下盖板21上成型有变向通道14，所述钢丝绳6从变向通道14内穿过后固定在分离隔板11上，保证所述钢丝绳6正常使用。进一步的，所述筒体16直径150mm，高200mm，厚5mm，所述筒体16为亚格力材料，其作用为装取采集的着生藻类，所述上盖板20和下盖板21对应筒体16的位置成型有通槽。进一步的，所述上盖板20和下盖板21上的通槽内镶嵌有密封圈，以防止采集样品外泄。本装置使用时，通过拉动拉杆手柄13将分离隔板11拉开，然后将装置放入水下，当底座28与藻类接触后将卡子27装入上卡孔26，通过推动转轴3向下移动，将硬毛刷18与藻类接触，硬毛刷18旋转的面积即为采样面积，然后通过转动旋转盘7上的摇柄8，带动叶轮17上的硬毛刷18转动，从而刮取着生藻类，待藻类采集完成后，将卡子27放入下卡孔25，此时转轴3向上，硬毛刷18进入筒体16内，转动手轮4上的手柄5，通过钢丝绳6拉动分离隔板11，将筒体16的下端封闭，从而保证水样不泄漏，完成系列操作后将装置从水中提出，手动拉开分离隔板11，打开筒体16，将水样倒入预定的容器中，即完成取样操作，使用完毕将本实用装置清洗干净，留作下次使用。本实施例解决了总干渠水泥渠底着生藻类原位定量采样难度大、时间长、实验误差大的技术难题。如上所述，总干渠由于是水泥底质，水草无法生长，也无石块可供采集，载玻片法和聚醋薄膜法所需时间较长，且由于生长时间和基质的差异使得实验结果误差大，难以满足中线总干渠着生藻类研究所需的高密度采样需求。因此，总干渠最好的着生藻类采集方法是直接原位采集，由于着生藻类生长在渠底，总干渠流速在0.7～1.0米秒，较快的流速使得着生藻类刮取后便迅速被水流冲走，无法实现原位定量采集。如何在高流速下定量采集总干渠底部着生藻类而不被水流冲走成为需要解决的一个技术难题。本发明专利通过底座的软胶层与渠底进行接触，通过施压封闭实现着生藻类采集区域与外部水体的隔离，通过转轴带动叶轮及硬毛刷实现着生藻类的采集，被刷掉的着生藻类上浮进入筒体，当采集工作完成后，提取转轴，通过钢丝绳拉动分离隔板实现筒体的封闭，从而完成着生藻类的定量采集。本发明与传统的技术相比，最大的区别是传统的石块法或水草法主要是现场采集石块或水草带回实验室后刮取表面的着生藻类，或者是利用载玻片或聚醋薄膜作为基质在水体中悬挂14天后带回实验室，手动刮取表面生长的着生藻类，然后将刮取的着生藻类溶解在水里，定容，再利用显微镜计数。传统的采样方法是在现场采集与实验室处理两个步骤完成的，中间存在运输环节，且采样受有无石块、水草及其空间分布的限制。而本发明是在原位刮取、利用筒体进行定容，在现场完成整个采集过程，避免了由于石块或水草运输中可能造成的损失与误差，而且采样不再受有无石块、水草的限制，也不受采用载玻片或聚醋薄膜作为基质所需14天生长时间的限制，避免了由于生长时间不同与生长基质材质不同所带来的实验误差。本发明的难点一是水下原位采集时软胶层与渠底的密封，确保采集的着生藻类不被水流冲走。难点二是采集完成后通过分离隔板的滑动实现水下筒体的原位密封，确保在隔板滑动过程中及装置提出水面的过程中所采集的样品不泄露。难点三是如何在保证密封的条件下用较小的力实现分离隔板的滑动，使得装置具有较好的可操作性。因为要想实现装置的完全密封，上下隔板及密封圈之间接触较紧，滑动分离隔板滑动所需力量较大，这不利于野外样品的采集。本实施例与传统采样方法原理相同，不同的是将传统方法进行了优化集成，将传统的野外采集与实验室处理步骤进行整合，使得采样与处理全部在现场完成。本发明集约程度高，整个设备是一个整体，而传统采样方法则需要镰刀、聚醋薄膜、镊子、采样袋、刀片或硬刷、烧杯、量筒等，操作起来费时费力。与传统采样方法相比，利用本发明采集整个样品所需时间不超过10分钟，采样时间缩短99％以上，采样效率显著提高，采样误差显著降低。利用上述设备及方法对南水北调中线总干渠进行调查的结果如图5所示，调查结果很好的吻合了实际情况，与传统的载玻片法和聚酯薄膜法相比，本发明装置单个样品的采样时间，由传统的载玻片法和聚酯薄膜法一般需要挂板14天缩短至10分钟以内，使得对总干渠完成一次完整着生藻类调查的时间由原来的30天缩短为7天，显著缩短了采样时间，提高了采样效率。而且克服了人工基质法所受空间的限制，可以在总干渠任何区段采样，可以满足研究总干渠着生藻类生长规律所需的高密度采样需求。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：包括顶座1、底座28，所述顶座1中央成型有顶座孔24，所述顶座孔24内穿过有转轴3，所述转轴3顶部通过螺纹安装有旋转盘7，所述旋转盘7上通过螺纹安装有摇轮8，所述顶座1上表面边缘通过螺钉固定有手轮4，所述手轮4的转轴3一端固定有手柄5，所述手轮4上盘绕有钢丝绳6，所述转轴3四周对称设置有四根支撑柱2，所述转轴3另一端通过螺纹安装有叶轮17，所述叶轮17上胶粘有硬毛刷18，所述叶轮17外侧设置有筒体16，所述筒体16上端焊接有上底座15，所述筒体16下端通过螺栓固定有底座28，所述底座28包括上盖板20、下盖板21，所述上盖板20下方通过螺栓固定有下盖板21，所述下盖板21下表面上胶粘有软胶层22。2.根据权利要求1所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述转轴3上端靠近顶座1的位置依次成型有下卡孔25和上卡孔26，所述下卡孔25和上卡孔26内卡嵌有卡子27。3.根据权利要求1所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述上盖板20中心成型有便于转轴3穿过的上底座孔23，所述上底座孔23内成型有内槽9，所述内槽9内镶嵌有小密封圈10。4.根据权利要求1所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述支撑柱2两端加工有螺纹，所述支撑柱2一端穿过顶座1后利用螺母固定，所述支撑柱2另一端穿过上底座15后通过螺纹固定在底座28上。5.根据权利要求1-4任一项所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述下盖板21内成型有方形的隔板滑槽19，所述下盖板21内滑动连接有分离隔板11，所述分离隔板11一端固定有钢丝绳6，所述分离隔板11另一端通过螺纹固定有拉杆12。6.根据权利要求4-5任一项所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述拉杆12伸出下盖板21外侧，所述拉杆12端部垂直焊接有拉杆手柄13，所述下盖板21上穿过拉杆12的位置镶嵌有密封圈。7.根据权利要求5所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述下盖板21上成型有变向通道14，所述钢丝绳6从变向通道14内穿过后固定在分离隔板11上。8.根据权利要求1所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述筒体16直径150mm，高200mm，厚5mm，所述筒体16为亚格力材料，所述上盖板20和下盖板21对应筒体16的位置成型有通槽。9.根据权利要求8所述的一种着生藻类原位快速采集装置，其特征在于：所述上盖板20和下盖板21上的通槽内镶嵌有密封圈。

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