海洋科考船科考海水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

朱永兵

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國在航海領(lǐng)域上的研究項(xiàng)目也越來越多。全球氣候變暖越來越多的冰川融化成為海水，這使得越來越多的人開始利用海洋科考船來進(jìn)行海洋系統(tǒng)的研究。但是目前來看，在我國如何更好的對海水科考系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一直以來是我們需要研究的問題，文章主要通過對科考海水系統(tǒng)的類別、要求、特點(diǎn)三個方面來進(jìn)行分析，幫助我國在研究海洋科考船的科考海水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中做得更好。

關(guān)鍵詞：海洋科考船；科考海水；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：U674.81 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0101-02

Abstract： With the development of science and technology， there are more and more research projects in the field of navigation in China. Global warming more and more glaciers melt into sea water， which makes more and more people begin to use marine research vessels to study marine systems. However， at present， how to better design the seawater science system in our country has always been a problem that we need to study. This paper mainly analyzes the types， requirements and characteristics of the scientific sea water system， to help our country to do better in the research of marine research ship in the design of the sea water system.

Keywords： marine research ship； scientific sea water； system design

引言

所謂海洋科考船，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，其主要應(yīng)用在對海水進(jìn)行科學(xué)研究或是對海洋進(jìn)行測量、勘探等科學(xué)調(diào)查上。目前階段我們在對海洋進(jìn)行認(rèn)識和了解的過程中，其主要的手段之一就是利用海洋科考船，特別是在探索中遠(yuǎn)海域的時候，這種手段可以幫助我們對海洋進(jìn)行更好的認(rèn)知，幫助我們理解和探究海洋的奧秘，對于科考來講有著不可以代替的作用。

1 在進(jìn)行科考的時候其所用海水的類別及要求

在進(jìn)行對海洋系統(tǒng)的分析和調(diào)查的過程中，我們對科研所無間斷提供的海水是未曾受過污染的次表層海水，提供這樣的海水可以有效的幫助科學(xué)家對海水進(jìn)行一系列有效的分析，其中包括對海水的溫度測定、海水的含鹽度測定、海水內(nèi)所含的顆粒物（其中包括小型的浮游類生物）以及海水中的溶解氣體觀測等。在進(jìn)行科考海水的過程中，根據(jù)對海水的用途不同大致可以將海水分成三類，分別為提供船舶走航狀態(tài)下的表層海水、提供痕量金屬元素分析用水以及提供實(shí)驗(yàn)室及甲板樣品沖洗用水。

（1）船舶走航狀態(tài)下的表層海水。所謂船舶走航狀態(tài)下的表層海水主要指的是，在日常進(jìn)行航海的過程中船舶走航時經(jīng)過的水域，這種水域中所含有的眾多指標(biāo)，如：海水的物理指標(biāo)、化學(xué)指標(biāo)、微生物種類指標(biāo)以及生態(tài)指標(biāo)，是科學(xué)家對這片海域進(jìn)行了解的最基本數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)可以清楚的了解到當(dāng)前地域的氣候變化、人類的活動程度以及這片海域的海洋生態(tài)系統(tǒng)等。同時也可以利用這些基本的數(shù)據(jù)對重大的海洋現(xiàn)象或是海底變化進(jìn)行推測和預(yù)報(bào)，幫助人們更好的適應(yīng)和理解海洋，同時這些數(shù)據(jù)也是科學(xué)家在對海洋進(jìn)行深層次了解的時候一個有效的依據(jù)。在當(dāng)前的大環(huán)境下，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析理解對于我們本身是十分有意義的。在進(jìn)行對船舶走航狀態(tài)下的表層海水取樣的時候，其自身的取水口多半布置在船舶的首部，取水口的材質(zhì)多選用聚丙烯以及雙相不銹鋼等材質(zhì)，其自身的管路需要進(jìn)行隔熱材料的包裹，以免由于溫度過高而破壞了取水口和供應(yīng)點(diǎn)之間水溫，一旦水溫遭到破壞，那么水質(zhì)也會被破壞，需要保證其溫度相差在±0.5℃以內(nèi)。

（2）提供痕量金屬元素的分析用水。海水中存在著微量金屬元素，但是如何對其進(jìn)行應(yīng)用和更好的分析一直以來都是科學(xué)家所研究的，作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成成分之一，其存在的本身對于科學(xué)家更好的了解海洋生態(tài)系統(tǒng)有著重要的意義。不同海域中其海水中所含有的金屬元素也不完全相同，這也印證了不同的海域所擁有的海洋生物對于金屬元素的要求不同。痕量金屬海水的存在，對于地球的生物化學(xué)研究有著十分重要的意義，只有分析出海水中所存在的微量元素才能更好的了解和分析海洋生態(tài)系統(tǒng)。在進(jìn)行痕量金屬海水的取樣時，其取水口一般情況下會布置在升降鰭板上，所使用的材料多為聚丙烯、聚乙烯等非金屬材質(zhì)，同船舶走航狀態(tài)下的表層海水相同，其系統(tǒng)內(nèi)管路也需要包覆著隔熱的材料，只有這樣才能保證取水口和供應(yīng)點(diǎn)之間水溫不會相差太多，一旦水溫相差太多就破壞了取樣本身，要求其溫差±0.5℃。

（3）實(shí)驗(yàn)室以及甲板上樣品的沖洗用水。所謂實(shí)驗(yàn)室以及甲板上樣品的沖洗用水指的就是現(xiàn)場海水，由于在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中往往需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對照，那么普通的生活用水或是工業(yè)用水是絕對不能夠滿足實(shí)驗(yàn)條件的，為此確保一定量的海水存在對于實(shí)驗(yàn)本身是十分重要的。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，現(xiàn)場海水的儲備量一定要足夠并且盡可能的保證其取樣不被破壞。在進(jìn)行現(xiàn)場海水的取水時，可以從海水總管中進(jìn)行取水。與痕量金屬元素海水和船舶走航狀態(tài)下的表層海水不同，在進(jìn)行現(xiàn)場海水的取樣時其自身系統(tǒng)所選用的材質(zhì)需要為耐腐蝕的材質(zhì)，只有這樣才能保證可以對現(xiàn)場海水進(jìn)行長時間的存儲并且不發(fā)生變質(zhì)，多數(shù)情況下選擇雙相不銹鋼、聚丙烯、銅鎳管等材質(zhì)。

2 科考海水系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

對于科學(xué)研究來說，其最重要的就是保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性、科學(xué)性，那么在進(jìn)行海水系統(tǒng)的科考時最重要的就是保障海水本身不被污染和破壞。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程，要求能保障提供海水樣品的真實(shí)性和連續(xù)性，只有這樣才能幫助我們更好的去認(rèn)識海洋系統(tǒng)。

（1）有關(guān)走航表層海水的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行走航表層海水的取樣時，需要從兩個方面進(jìn)行取樣，一方面為科學(xué)實(shí)驗(yàn)室本身所存儲的走航表層海水，而另一方面則是甲板內(nèi)的集裝箱實(shí)驗(yàn)室其所提供的海水。其中將科學(xué)實(shí)驗(yàn)室所提供的海水作為樣本，而甲板內(nèi)的集裝箱實(shí)驗(yàn)室所提供的則為變量和分析用水。為了甲板內(nèi)的集裝箱實(shí)驗(yàn)室海水樣品的真實(shí)性與有效性，在進(jìn)行取水的時候其自身的系統(tǒng)設(shè)置是十分關(guān)鍵的，如何設(shè)置取水口是整個系統(tǒng)中最為重要的一個環(huán)節(jié)，如果取水口的位置設(shè)置不好，那么很有可能出現(xiàn)取水口所取的水樣不夠真實(shí)，或是被污染。通常情況下，在進(jìn)行取水口的設(shè)計(jì)時會選擇同科考船所設(shè)置的排水口的另一側(cè)，這一可以保證海水是未被污染過的海水，如排水口在左舷則走航表層海水的取水口就應(yīng)該布置在右舷。在進(jìn)行取水口的設(shè)計(jì)時，除了需要考慮這一問題，還需要考慮的是由于科考船自身為了防止在實(shí)驗(yàn)的過程中出現(xiàn)意外，所有的科考船其自身都是帶有動力定位的，在科考船的首部通常都會配有側(cè)推裝置，然而在船的行駛過程中，常常會出現(xiàn)側(cè)推裝置影響取水，為了有效的避免對取水的影響，在對走航表層海水系統(tǒng)取水口的布置時，其應(yīng)盡量的布置在側(cè)推裝置的前方，這樣可以最大程度的降低和避免影響，保證海水的真實(shí)性。同時為了有效的保證走航表層海水系統(tǒng)在進(jìn)行應(yīng)用的過程中能夠穩(wěn)定的、持續(xù)的對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行供水，并且保證水流不出現(xiàn)停止這一現(xiàn)象。為了能夠保障實(shí)驗(yàn)室用水不出現(xiàn)問題，需要利用變頻海水泵來進(jìn)行一定的調(diào)整，保證實(shí)驗(yàn)安全，同時利用變頻海水泵來進(jìn)行調(diào)整可以保證整個系統(tǒng)的壓力不會過大。對于走航表層海水系統(tǒng)來說，其系統(tǒng)本身主要包括了以下幾個方面：單聯(lián)濾器、海水取水口、海水管、走航表層海水泵（此泵需要選擇變頻系統(tǒng)）、壓力傳感器、取水口溫度傳感器、舷外排放口等。同時為了在使用的過程中出現(xiàn)海洋生物的附著，系統(tǒng)需要配有可以進(jìn)行沖洗的接頭，利用沖洗接頭可以使用淡水和清潔藥劑來對整個系統(tǒng)進(jìn)行一個有效的沖洗，然后采用壓縮空氣來對整個系統(tǒng)進(jìn)行干燥。最后在用淡水經(jīng)過淡水系統(tǒng)，然后通過止回閥來向系統(tǒng)提供可用的沖洗用水，以此來防止系統(tǒng)內(nèi)的淡水受到污染。

（2）對于痕量金屬潔凈海水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。與走航表層海水系統(tǒng)的取水口設(shè)計(jì)不同，在進(jìn)行痕量金屬潔凈海水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時候沒有很多位置上的顧慮。在進(jìn)行痕量金屬潔凈海水系統(tǒng)的布置時，需要將取水口布置在升降鰭板上，在進(jìn)行取水的過程中，金屬的取水軟管會從鰭板的頂部進(jìn)行穿進(jìn)，然后水流從底部穿出，取水軟管會按照已經(jīng)既定好的軌道到達(dá)彈性軟管槽，最后再到達(dá)取水箱。在進(jìn)行取水箱的布置的時候，為了保證取水的方便，取水箱應(yīng)該布置在升降鰭的圍井附近，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，需要應(yīng)用吸入總管來從取水箱中進(jìn)行取水，然后再通過痕量海水系統(tǒng)內(nèi)的取水泵連接到需要的實(shí)驗(yàn)室的供水網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，以此來為實(shí)驗(yàn)室提供足夠且穩(wěn)定的痕量金屬海水，保證在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，不會出現(xiàn)取水?dāng)嗔骰蚴撬床环€(wěn)定等諸多問題。痕量金屬海水對于我國目前研究海洋生態(tài)系統(tǒng)是十分重要的，如果這一取水環(huán)節(jié)取水出現(xiàn)問題，那么在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的時候也會出現(xiàn)各種問題，對于科學(xué)有效的研究百害而無一利。在痕量金屬潔凈海水系統(tǒng)中其取水軟管外需要設(shè)置鈦金屬管的保護(hù)，保證其溫差不會出現(xiàn)太大，導(dǎo)致海水發(fā)生變化。痕量金屬潔凈海水系統(tǒng)主要包括了以下幾個方面分別為：單聯(lián)濾器、痕量海水取水泵、海水取水管、加藥口、壓力調(diào)節(jié)閥、舷外排放口等部件。同走航表層海水系統(tǒng)相同，為了防止在進(jìn)行取水的過程中有海洋生物附著在取水口，系統(tǒng)配有專門的沖洗接頭，在進(jìn)行沖洗的時候可以利用淡水和清潔藥劑進(jìn)行混合第一次對整個系統(tǒng)進(jìn)行簡單的沖洗，然后用淡水在進(jìn)行重新，最后為了防止水腐蝕管道需要采用壓縮空氣的方式來對整個系統(tǒng)進(jìn)行干燥。清洗系統(tǒng)所用的淡水則由淡水系統(tǒng)通過止回閥然后來向系統(tǒng)進(jìn)行提供沖洗用水，這樣可以有效的防止淡水受到污染。

（3）現(xiàn)場海水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。和其他兩種海水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，現(xiàn)場海水其主要的使用目的是對實(shí)驗(yàn)室以及沖洗用水，其本身對于水質(zhì)的要求并不會過高，但是在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時候需要考慮到用水的連續(xù)性，所以需要選用變頻的海水泵，現(xiàn)場海水在進(jìn)行取水的時候其主要的取水方式為通過船艙內(nèi)的海水總管來進(jìn)行取水，然后通過海水泵以及單聯(lián)濾器進(jìn)行抽水使用。

3 結(jié)束語

根據(jù)本文所述可以知道，在本文中主要針對了海洋科考船在對海水進(jìn)行科考的過程中，其科考系統(tǒng)的類別、特點(diǎn)以及要求三個方面進(jìn)行了分析和討論，同時也對當(dāng)前經(jīng)常進(jìn)行科考的三種海水類別即走航表層的海水、微量金屬的海水、現(xiàn)場海水的科考系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了一定的闡述，盡可能地保證了在使用該系統(tǒng)的過程中所使用的海水其取水清潔程度高、真實(shí)性高以及能夠持續(xù)的提供海水，這一系統(tǒng)可以為以后在設(shè)計(jì)一些類似方案的時候提供一些參考。

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