CN111188374A - 一种适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅和修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅和修复方法。它包括方形的、由无胶玄武岩纤维编织成的栅格，所述的无胶玄武岩纤维中嵌织有纯铝线，在栅格四边沿边缘固定连接有用玄武岩纤维布制成的套管，在中部也设有用玄武岩纤维布制成的套管，在栅格的四个角上设有固定连接孔。本发明团队已将该环保型复合玄武岩纤维礁基格栅应用在南海热带沿岸、岛礁海区的多项珊瑚礁生态修复工程中，累计应用、修复面积达到4000m2并取得良好的修复示范效果。
Description
技术领域：
本发明属于珊瑚修复领域，具体涉及一种用于珊瑚礁生态修复工程的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅和修复方法，适用于热带珊瑚礁区珊瑚礁生态修复工程中，破碎礁岩、珊瑚砾石、珊瑚碎屑底质类型海域的基底稳固和底质改造。
背景技术：
珊瑚礁生态***被称为海洋中的热带雨林，是珊瑚岛礁的生命灵魂和保护神，具有护岛、保礁的重要生态功能，对于降低风暴台风破坏、减轻海流海浪侵蚀、补充流失的沙石、稳固岛礁结构、营造宜居环境等具有重要意义。我国南海拥有200多个珊瑚岛、礁与沙洲，是世界海洋珊瑚礁最丰富的区域之一，为包括濒危物种在内的众多重要生物提供栖息地、保护地、繁殖与索饵场所，提供渔业、药用生物等资源，及丰富多样的水下景观。
对南海岛礁受损珊瑚礁生态***进行修复，恢复其生物海岸的生态服务功能是维护我国国家权益的焦点之一。由于造礁石珊瑚生长以及珊瑚礁的自然恢复过程缓慢，目前国际上普遍认为珊瑚礁的管理需要从被动的保护转变成主动恢复的策略，即采用工程学的方法使珊瑚礁生长的环境条件得以恢复，以及生物恢复方法使珊瑚礁生态***的生物多样性以及整个生态***过程得以正常进行，生态***的整体功能得以恢复。
在珊瑚礁生态***修复过程中，受损塌陷的退化珊瑚礁区其底质多为破碎的珊瑚砾石碎屑，砾石和砂质碎屑在水流带动下会在滚动、迁移，无法为造礁石珊瑚幼体附着提供稳定的基底，而且珊瑚碎屑滚动也会对新生和人工底播的造礁石珊瑚造成碰撞、摩擦等机械损伤，不利于珊瑚礁生态***的人工修复与自然恢复。礁基格栅技术可以使受损珊瑚礁区内的基底得以稳定、固结、修复，在珊瑚难以自然恢复的碎屑底质上建立大面积可供珊瑚固着、增殖的基底，增加造礁石珊瑚自然补充的附着礁基，加速其自然恢复过程，也为其他功能生物种群增值、修复提供良好的底质基础让“珊瑚礁机体”复活，进入自然恢复的状态。
发明内容：
本发明针对热带珊瑚岛礁坡礁体崩塌基底碎屑化，以及热带珊瑚岛礁潟湖/大陆沿岸珊瑚砾石和碎屑底质等珊瑚礁生态修复难点问题而提供一种适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅和修复方法，它可有效改善礁区基底条件，增加造礁石珊瑚自然补充附着礁基的生态修复用环保型礁基格栅。
本发明的适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅，包括方形的、由无胶玄武岩纤维编织成的栅格，所述的无胶玄武岩纤维中嵌织有纯铝线，在栅格四边沿边缘固定连接有用玄武岩纤维布制成的套管，在中部也设有用玄武岩纤维布制成的套管，在栅格的四个角上设有固定连接孔。
优选，所述的无胶玄武岩纤维是直径7-10mm的无胶玄武岩纤维束，栅格中单个格子的尺寸为50～80mm的正方形，每股无胶玄武岩纤维束中嵌织2根并行的工业纯铝铝线，并分别间隔5cm在玄武岩纤维束表面上下穿行，还在四条边的中部设有固定连接孔，所有的固定连接孔的上下两侧设有垫片(以加固防止撕裂)。
优选，所述的工业纯铝铝线是∮1mm 1A50工业纯铝铝线，所述的套管内径不低于25mm，以用于加穿∮16mm的支撑固定钢筋，所述的固定连接孔为孔径20mm的固定连接孔。
本发明的第二个目的是提供一种珊瑚礁底质修复方法，包括以下步骤：
将由无胶玄武岩纤维编织成的栅格展开固定于待珊瑚礁生态修复海域的海底，所述的无胶玄武岩纤维中嵌织有纯铝线。
优选，所述的无胶玄武岩纤维编织成的栅格为正方形，在其四边沿边缘固定连接有用玄武岩纤维布制成的套管，在中部也设有用玄武岩纤维布制成的套管，在栅格的四个角上设有固定连接孔，由此形成环保型复合玄武岩纤维礁基格栅；
在各套管中穿入一根固定管，使得纵向上栅格固定于固定管上，横向的套管中的固定管将栅格展开，然后平放于待珊瑚礁生态修复海域的海底中。
优选，包括有若干个环保型复合玄武岩纤维礁基格栅，相邻格栅的相邻固定连接孔之间用夹板相连，夹板两端具有孔，夹板一端的孔与一个格栅的固定连接孔对应，并***固定螺栓固定，夹板另外一端的孔与相邻的另外一个格栅的固定连接孔对应，如此使得若干个环保型复合玄武岩纤维礁基格栅形成连排格栅，然后在每个套管中***固定管，每个栅格平放于海底中，将连排格栅固定于待珊瑚礁生态修复海域的海底中。
优选，还在四条边的中部设有固定连接孔，所有的固定连接孔的上下两侧设有垫片(以加固防止撕裂)。
优选，所述的固定螺栓为“T”字形固定螺栓，“T”字形的纵向作为固定螺栓，横向压于套管上。
玄武岩纤维在海洋工程中多用于表面防腐和结构加固，虽然玄武岩纤维本身由天然玄武岩熔解加工而成，属于环保型工程材料，但在实际使用时都需要在玄武岩纤维中添加最少15％以上的环氧树脂类材料以使其达到所需要的机械和化学性能，这就使其环保性受到明显影响。而本发明的复合玄武岩纤维是在玄武岩纤维制作过程中不添加环氧树脂类材料，而是在玄武岩纤维中嵌织纯铝线，以增加机械性能和环保性，还能提高珊瑚幼虫的吸附率。本发明的适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅采用完全无胶玄武岩纤维束作为主体材料，嵌织纯铝线作为生态及机械性能功能材质，封边加固材料为玄武岩纤维布、高强度棉线和不锈钢垫片，以上所有材料均属于环保型天然材质或在使用过程中可实现自然降解，已有资料表明均对海洋生态***无负面影响。
利用复合玄武岩纤维礁基格栅对基底进行物理稳定，固定及限制珊瑚骨骼碎片和碎屑随海浪移动的范围，可有效限制投放区域碎屑迁移，降低水流冲刷对基底的影响，对修复区域底质具有良好的稳定效果。天然碎屑、砾石礁区基底在人工稳固后2～3年即可实现初步自然固结，碎屑可通过生物胶连作用固化在礁盘中。因此平衡生态效应、机械性能和格栅使用寿命，我们选取无胶玄武岩纤维和纯铝线作为主要格栅材料，纤维束实际选择宽度应根据生态修复工程海域基底碎屑粒径以及水动力条件调整。在底质颗粒粒径较小或环境水动力强度较高的海域应采用较宽的玄武岩纤维束制作礁基格栅。单格格栅为边长范围应在50～80mm，具体边长尺寸要根据修复区域主要底栖生物类群和礁栖鱼类尺寸分布情况进行调整，在保证基底稳固效果的同时也要保证基底的通透性，让大多数礁栖生物能自由往返于基底和水体。
本发明的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅所用材料均有良好的柔韧性和弯曲延展性可完全折叠，每张格栅可打包成约70*70*20cm的规整独立件，运输、储藏时不占多余空间并方便堆叠和搬运，相较于普通金属和塑料格栅/网片只能整张叠加或卷成圆筒状其优势十分明显，并且更适于制作大尺寸礁基格栅构件；而这一特性也更有利于复合玄武岩纤维礁基格栅在水下的展开、铺装工作，一名潜水员水下可轻松携带2张格栅至基底作业。珊瑚砾石和碎屑质基底表面均具有大量小型礁块起伏和砂坑凹陷结构，普通金属和塑料格栅/网片由于柔韧性和可塑性较差在展开和铺装时较难贴合基底，所以对碎屑的限制和稳固效果会相对较差，而且当有珊瑚幼体在上面附着后因格栅悬空于基底造成珊瑚始终无法与基底连结固化，在珊瑚生长到一定大小后受动力环境影响容易脱落死亡，因此会削弱修复效果。并且普通金属和塑料格栅/网片受材料机械性能影响，水下铺装、固定难度较大，且塑料格栅/网片使用后还要进行移除工作，这都限制了现有礁基格栅技术在生态修复中的大面积应用。环保型复合玄武岩纤维礁基格栅由于具有良好的柔韧性、可塑性和弯曲延展性，在修复应用中可更好地贴合基底表面的凹凸结构，有效限制砾石和砂质碎屑的滚动迁移，并利于附着在礁基格栅上的珊瑚幼体固结于基底，加速礁基格栅与基底的融合和基底的自然恢复过程。
本发明团队已将该环保型复合玄武岩纤维礁基格栅应用在南海热带沿岸、岛礁海区的多项珊瑚礁生态修复工程中，累计应用、修复面积达到4000m2并取得良好的修复示范效果。
附图说明：
图1是本发明的网格状的复合玄武岩纤维图；
图2是无胶玄武岩纤维束的剖视图；
图3是实施例3的适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅的结构示意图；其中1、无胶玄武岩纤维束；2、工业纯铝铝线；3、套管；4、固定连接孔；5、不锈钢夹板；6、孔。
具体实施方式：
以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。
实施例1：
以添加有20％(质量分数)的环氧树脂的有胶玄武岩纤维(直径10mm)、复合玄武岩纤维(即在直径10mm的无胶玄武岩纤维束1中嵌织两根并行的∮1mm 1A50工业纯铝铝线2，并分别间隔5cm在玄武岩纤维束表面上下穿行，如图1和图2所示)、水泥板、塑料板和铝合金板为材料。所述的有胶玄武岩纤维或复合玄武岩纤维编织成网格状，网格的孔径为5cm。
将上述实验材料均切割成15cm*15cm大小。水泥块在提前循环海水缸中浸泡56天，其他材料浸泡25天。实验珊瑚采用鹿角杯型珊瑚浮浪幼虫，计数后放入3L玻璃烧杯中进行附着培养，每个玻璃烧杯中含有一种实验材料，所有实验组烧杯均在同一水槽体系中进行水浴以保证温度一致，2天后计算不同材料的幼体附着率。
结果如表1所示：
表1
复合玄武岩纤维相较于已有的底质稳固材料具有优异的生态性能。在造礁石珊瑚幼体附着对比实验中，将对比实验材料浸泡在自然海水中让材料表面形成生物膜后，比较无胶玄武岩纤维格栅(复合玄武岩纤维)、常规含20％环氧树脂玄武岩纤维格栅(有胶玄武岩纤维)、塑料板、普通硅酸盐水泥板、铝合金板的幼体附着率和浮浪幼虫对附着材料的选择性。与目前常规基底稳固材料对比，珊瑚幼体在放置5种材料的水槽中对无胶玄武岩纤维材料制作的附着基显示明显的偏好性选择，单位面积附着幼体数量由高到低次序依次为：无胶玄武岩纤维(复合玄武岩纤维)＞铝合金＞硅酸盐水泥板＞20％环氧树脂玄武岩纤维(有胶玄武岩纤维)＞塑料；在单一材料附着实验中，无胶玄武岩纤维幼体附着率较铝合金材质提高50％以上。金属材质对部分珊瑚幼体有显著的诱导附着效果，例如对杯型珊瑚这一类先锋种的诱导效果十分明显，在受损生态***中先锋种的快速入添对珊瑚群体的恢复十分重要。因此，平衡礁基格栅幼体诱导效果、使用寿命和材料机械性能，选取纯铝线作为复合纤维束的组成部分，相较于铁线和铝合金其腐蚀速率居中，对珊瑚幼体亦能保持较好的金属诱导效果，并具有良好的可塑性、导电性、弯曲延展性，利于格栅的水下铺设和后续的生态修复操作需求。
实施例2：
如图1、图2和图3所示，本实施例的适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅，包括方形(3*3m)的、由直径10mm的无胶玄武岩纤维束1编织成的栅格，格栅中的单格栅格为边长范围在80mm的正方形。每股无胶玄武岩纤维束1中嵌织2根并行的∮1mm1A50工业纯铝铝线2，并分别间隔5cm在玄武纤维束表面上下穿行，栅格沿四边内折并用玄武岩纤维布折叠缝制成套管状，形成套管3，套管内径不低于25mm以用于加穿∮16mm的支撑固定钢筋(固定管)，格栅中部其中一面亦需要玄武岩纤维布缝制加工成一个套管3固定在格栅中部，用于加穿∮16mm的支撑固定钢筋(固定管)，所有套管的缝制用线均采用高强度棉线加工。格栅四个角和每条边的中部均有1个∮20mm的固定连接孔4并用304不锈钢圈垫片加固防止撕裂，即每张礁基格栅共有8个固定连接孔，由此得到适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅。
将若干个适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅连起来，具体是将相邻格栅的相邻固定连接孔之间用不锈钢夹板5相连，具体是相邻固定连接孔上下各2根长30cm、宽50mm、厚4mm、两端具孔6的304不锈钢夹板，一端的孔夹住格栅的固定连接孔，并用316不锈钢螺栓锁定，再通过不锈钢夹板的另一端采用相同操作完成相邻格栅间的连接，如此使得格栅形成连排格栅，然后在每个套管中***固定管(2m∮16mm钢筋)，使得格栅展开固定，每个栅格平放于海底中，将连排栅格固定于待珊瑚礁生态修复海域的海底中。
Claims (8)
1.一种适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅，其特征在于，包括方形的、由无胶玄武岩纤维编织成的栅格，所述的无胶玄武岩纤维中嵌织有纯铝线，在栅格四边沿边缘固定连接有用玄武岩纤维布制成的套管，在中部也设有用玄武岩纤维布制成的套管，在栅格的四个角上设有固定连接孔。
2.根据权利要求1所述的适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅，其特征在于，所述的无胶玄武岩纤维是直径7-10mm的无胶玄武岩纤维束，栅格中单个格子的尺寸为50～80mm的正方形，每股无胶玄武岩纤维束中嵌织2根并行的工业纯铝铝线，并分别间隔5cm在玄武岩纤维束表面上下穿行，还在四条边的中部设有固定连接孔，所有的固定连接孔的上下两侧设有垫片。
3.根据权利要求1所述的适用于珊瑚礁底质修复的环保型复合玄武岩纤维礁基格栅，其特征在于，所述的工业纯铝铝线是∮1mm 1A50工业纯铝铝线，所述的套管内径不低于25mm，以用于加穿∮16mm的支撑固定钢筋，所述的固定连接孔为孔径20mm的固定连接孔。
4.一种珊瑚礁底质修复方法，其特征在于，包括以下步骤：
将由无胶玄武岩纤维编织成的栅格展开固定于待珊瑚礁生态修复海域的海底，所述的无胶玄武岩纤维中嵌织有纯铝线。
5.根据权利要求4的珊瑚礁底质修复方法，其特征在于，所述的无胶玄武岩纤维编织成的栅格为正方形，在其四边沿边缘固定连接有用玄武岩纤维布制成的套管，在中部也设有用玄武岩纤维布制成的套管，在栅格的四个角上设有固定连接孔，由此形成环保型复合玄武岩纤维礁基格栅；
在各套管中穿入一根固定管，使得纵向上栅格固定于固定管上，横向的套管中的固定管将栅格展开，然后平放于待珊瑚礁生态修复海域的海底中。
6.根据权利要求4的珊瑚礁底质修复方法，其特征在于，包括有若干个环保型复合玄武岩纤维礁基格栅，相邻格栅的相邻固定连接孔之间用夹板相连，夹板两端具有孔，夹板一端的孔与一个格栅的固定连接孔对应，并***固定螺栓固定，夹板另外一端的孔与相邻的另外一个格栅的固定连接孔对应，如此使得若干个环保型复合玄武岩纤维礁基格栅形成连排格栅，然后在每个套管中***固定管，每个栅格平放于海底中，将连排格栅固定于待珊瑚礁生态修复海域的海底中。
7.根据权利要求5的珊瑚礁底质修复方法，其特征在于，还在四条边的中部设有固定连接孔，所有的固定连接孔的上下两侧设有垫片。
8.根据权利要求6的珊瑚礁底质修复方法，其特征在于，所述的固定螺栓为“T”字形固定螺栓，“T”字形的纵向作为固定螺栓，横向压于套管上。
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