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人工浮岛

发布时间:2019-06-29 23:57 来源:未知 编辑:admin

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  人工浮岛人工岛的一种,可漂浮于水面或者海洋,为人类提供生存拓展空间。太平洋低洼岛国基里巴斯面临着全球气候变暖造成的海平面上升威胁。该国岛民很绝望,他们愿意考虑一些激进的选择以挽救自己的国家不被浪潮的吞食。基里巴斯总统宣布,为了能够保证其公民的生存,基里巴斯政府正在考虑建造一种类似于大型钻井平台的人工“浮岛”。这项工程将需要耗费20亿美元。

  将芦苇捆扎在一起,建成岛屿、房屋、漫画般拥有曲线的船只以及船帆。漫步于这种人造岛就像在一头巨大的橡皮熊身上行走。如果芦苇束扎的不够结实紧密,你还可能一脚将岛踏穿。有报道说,漂浮芦苇岛是史前军事战略的“遗物”,当有入侵者来犯,乌鲁斯人可以借助这种人造岛慢慢疏散撤离。

  密克罗尼西亚南马都尔和苏格兰凯尔特人的湖上居所crannoge被认为是人类早期所建的人工浮岛。现存的最早期人工浮岛位于玻利维亚秘鲁交界高原上的的的喀喀湖。在的的喀喀湖的一座座漂浮芦苇岛上,人们建起了房屋、学校甚至于广播站。这里的居民——乌鲁斯人至今仍延续着他们的祖先数百年来一直采用的古老的人造岛建造技术。他们将高香蒲芦苇(这种巨大香蒲的茎秆)捆成束,一束束芦苇扎在一起便形成一座漂浮的人造岛。随着旧芦苇腐烂,新芦苇加入,岛屿的外形也会发生改变。

  日本人工浮岛研发的活跃期是在1995年发生阪神大地震之后。如果采用人工浮岛建设,将与酥软地基或水深无关,能够在海面建设成耐震性较高的防灾基地。这也是人工浮岛研发的主要背景之一。

  目前日本有三个原本供羽田海上机场实验用的小型人工浮岛,分别位于是的海上垂钓公园、的“涡潮人工浮岛海上垂钓公园”和三重县南伊势町的“熊野滩海上公园”。

  世界上首个真正意义上也是目前全球最大的人工浮岛于2010年2月6日在韩国首尔亮相。

  首尔的3座浮岛同水上舞台、盘浦大桥,诞生新的河岸景观,集合水上活动、展示、表演等功能的人文空间,总面积接近2万平方米,不仅是全世

  这个以钢铁制造的人工浮岛名为Viva,重2500吨,面积3271平方米,大如足球场。它是耗资964亿韩元兴建的3座浮岛中的一个,可容纳2000至2500名游客。Viva经过1年时间建造,靠底部24个直径2米的特制橡胶气囊浮起,今后将在江中组装岛上设施。为防止漂浮岛漂走,江底打下了500吨重的石礅,还有多条最长达69米的铁链系住。一旦洪水水位达16米,或是卫星定位装置发现漂浮岛离开原位超过1米,铁链便会自动锁紧,将岛拉回原位。

  日本东北部9.0级大地震导致福岛核电站泄漏。日本东京电力公司开始调集静冈市的人工浮岛,用以转移福岛第一核电站的低放射性污水。

  该人工浮岛原本在静冈市清水港作为海钓设施使用。其长约136米,宽约46米,高约3米,内部有很多水池,可容纳约1万吨水。

  一组荷兰科学家提出了一个将海洋垃圾“变废为宝”的宏伟计划:他们计划从太平洋中收集4400万公斤漂浮的塑料瓶和其他塑料垃圾,然后用它们建造一个面积大如夏威夷的“人工岛”。这座由塑料垃圾建成的人工岛将依靠太阳能和海浪能提供能源,它上面将建有城市、海滩和“农场”,足可供50万人在这座漂浮的人工岛上安居乐业,过上自给自足的生活。

  由于气候变暖造成冰山融化等因素,全球海洋洋面将会在21世纪上升20到90厘米,相比起20世纪上升的10厘米,这是一个非常令人担忧的数据。而一些专家甚至认为,在全球气候环境越来越恶劣的情况下,地球很可能在100年甚至几十年后就变成一片汪洋。

  为了让100年后人类不遭受灭顶之灾,法国建筑师设计了一艘名为“丽丽派德”(Lilypad,百合花瓣之意)的人工浮岛,它犹如一朵巨大的百合花盛开在海面上,可供5万人同时居住,作为未来版的诺亚方舟。

  “丽丽派德”是一个真正的“双栖海上城市”——它的上半部分露出海面,与陆地建筑没有区别;而整个城市的下半部分则浸没在水下,又令它犹如船只一样可以“丽丽派德”可以随着不同季节的洋流变化从赤道漂流到南极或北极,每年都在两极之间的海洋中悠然“行驶”。它还将拥有世界上最大的海上体育馆、剧院、医院、公园、高尔夫球场,让“海上居民”就像居住在陆地上一样方便惬意。

  地球上四分之三的面积是海洋,建设海上城市是解决人类居住问题的重要途径。人们设计了一种锥形的四面体,高20层左右,漂浮在浅海和港湾,用桥同陆地相连,这就成为“海上城市”。 人们设想把机械和动力装置安置在底层,将商业中心和公共设施设置在四面体内部,上层的临海部位是居住区,运动场设置在甲板上,一些无害的轻工业厂房也可以设置在上面。

  这种海上城市每一座可容纳3万人左右。美国在离夏威夷不远处的太平洋上计划修建一座海上城市,它的底座是一艘高70米,宽27米的钢筋混凝土浮船。

  美国、加拿大和日本都先后提出“浮岛式航空母舰”这样的构想。加拿大和日本设想的浮岛式航母基本是固定式建筑,相当于在海上建造一个小型飞机场,跑道长1000米左右,可供各种飞机安全起降,而造价只有几亿美元。美国设想建造一个排水量50万吨,全长900米、宽90米、高60米,可搭载300-500架各种类型的陆基飞机,航速6节。它由6个独立的组装模组拼接而成,其飞行甲板面积比10万吨级的尼米兹级航母还大两、三倍,进驻的飞机数量当然也多2~3倍。

  所谓浮岛式航母其实就是一个浮动的海军战略航空基地。由于浮岛式航母只是一种平台或基地的概念,所以在设计思想上不再强求其他战术技术指标,不要求高航速,不苛求配备强大的攻防火力和武器。由于浮岛式航母上起降的飞机作战半径都很远,所以在作战方面,浮岛式航母和类似于冲绳基地这样的海、空军基地一样,远离战区,不进入有威胁的海域,不直接参加战斗任务,因此比较安全。据称,2020年前美国海军将建造2-3艘。

  这种浮岛式航母的原意是“浮动式海上基地”(MOBS),预计造价12亿美元,可作为海上前进基地或舰船、飞机的运补和维修基地。在浮岛式航母上,包括C-130在内大多数飞机几乎都能安全起飞和降落,而无须复杂的弹射和阻拦装置。

  和平时期,可以利用浮出水面的岛礁或不能浮出水面的珊瑚礁盘建造或部署几个这样的固定式海上基地,完全是民用性质,可将其划归某个地方政府管辖,民用船舶、民航飞机和海洋石油开发部门都可利用这样的浮岛进行海洋开发,渔业捕捞,空中航运,油气勘探,海洋调查,海上救援,物资、食品、淡水补给,机械设备的维修和人员的医疗救护等,也可开辟海空旅游航线,对国民进行海洋观和国防观教育,当然在需要的时候军队可紧急征用,作为军事基地支援海上作战。

  2015年,中国的有关专家首次透露了我国桁架式超大型海上平台技术已经获得重大突破,由我国冀东发展集团开发的国际级重大项目桁架式超大型海上平台项目进展顺利,传闻已久的中国超级巨型“浮岛航母”终于可以正式启动了。

  据军事专家雷泽介绍,被称为桁架式超大型海上平台技术,是一种全新概念的海上浮体结构型式,该技术水平世界领先、产品用途十分广泛,属于新型海洋工程装备产业,将使中国率先掌握“超大型海上平台”工程化的核心技术,把握战略先机。用于构成大型/超大型海上浮体的桁架基本结构的标准面积分90米×300米、120米×600米和120米×900米三种规格,但它根据需求拼接组装无限放大,相当于多个船体并联形成浮岛式的平台,并且配置动力可以以18公里/小时的时速进行移动,在这块“陆地”上可以进行旅游开发、码头仓储、能源发电、海水利用以及作为海洋保障基地。

  “浮岛”.原本是指由于泥碳层向上浮起作用,使湖岸的植物一部分被切断,漂浮在水面的一种自然现象在这里介绍的浮岛是一种象筏子似的人工浮体,在这个人工浮体上栽培一些芦苇之类的水生植物,放在水里它的主要机能可以归纳为四个方面:1水质净化;2创造生物(鸟类、鱼类)的生息空间;3.改善景观;.4消波效果对岸边构成保护作用。

  人工浮岛的水质净化针对富营养化的水质,利用生态工学原理,降解水中的COD、氮、磷的含量在这里讲的生态工学(Ecological.engineering.)或Ecotechnology的概念最早是由WJMitsch和SJJorgensen提出来的,他俩给生态工学下的定义是“We.define.ecological.engineering.and.ecotechnology.as.the.design.of.human.society.with.its.natural.environment.for.the.benefit.of.both.(Mitsch.,.1988)作为水边的环境保护技术——人工浮岛,20年前是由德国的BESTMAN公司想出来的在日本的琵琶湖,作为鱼类用的产卵床的人工浮岛70年代末就开始在做近年来,随着人们对环境问题的越来越关心,周围的自然环境特别是水边的自然景观状况也越来越受到重视,在此背景下,不光是水的净化,人们对创造多样性生态系统的人工浮岛技术也寄予了很大希望现在,人工浮岛因具有净化水质、创造生物的生息空间、改善景观、消波等综合性功能,在水位波动大的水库或因波浪的原因难以恢复岸边水生植物带的湖沼或是在有景观要求的池塘等闭锁性水域得到广泛的应用随着人工浮岛工程事例的不断增加,经验也越来越多,在评价人工浮岛的功能及效果方面已逐步从定性评价上升到定量评价的高度。

  从大的方面分,人工浮岛可分为干式和湿式两种水和植物接触的为湿式,不接触的为干式。干式浮岛因植物与水不接触,可以栽培大型的木本、园艺植物,通过不同木本的组合,构成良好的鸟类生息场所同时也美化了景观但这种浮岛对水质没有净化作用一般这种大型的干式浮岛是用混凝土或是用发泡聚苯乙烯做的湿式浮岛里又分有框架和无框架,有框架的湿式浮岛,其框架一般可以用纤维强化塑料、不锈钢加发泡聚苯乙烯、特殊发泡聚苯乙烯加特殊合成树脂、盐化乙烯合成树脂、混凝土等材料制作据统计到目前为止湿式有框架型的人工浮岛的施工事例比较多,占了7成无框架浮岛一般是用椰子纤维编织而成,对景观来说较为柔和,又不怕相互间的撞击,耐久性也较好也有用合成纤维作植物的基盘,然后用合成树脂包起来的做法。常见材质有竹木、泡沫、海绵、塑料、橡胶、藤草编制、苇席编制等等,根据材质不同,结构和价格以及制作工序都各不相同。

  植物栽培基盘用椰子树的纤维、鱼网之类的材料和土壤混合在一起使用的比较多,由于装入土壤会增加重量且促进水质恶化,目前使用的比较少,只有20%左右。湿式浮岛上面通常栽植水生植物花卉,如荷花、芦苇、香蒲、茭白、水葱、美人蕉、千屈菜等等,能改善很好的生态环境。

  一块浮岛的大小一般来说边长1~5m不等,考虑到搬运性、施工性和耐久性,边长2~3m的比较多形状上四边形的居多,也有三角形、六角形或各种不同形状组合起来的以往施工时单元之间不留间隙,现在趋向各单元之间留一定的间隔,相互间用绳索连接(连接形式因人工浮岛的制造厂家的不同而各异)这样做的理由有四:

  ③单元和单元之间会长出浮叶植物、沉水植物,丝状藻类等也生长茂盛,成为鱼类良好的产卵场所、生物的移动路径;

  人工浮岛的水下固定设计是一个较为重要的设计内容,既要保证浮岛不被风浪带走,还要保证在水位剧烈变动的情况下,能够缓冲浮岛和浮岛之间的相互碰撞以前日本在研究海洋的浮防波堤的时候,曾对水下固定部分的安全性提出过怀疑而人工浮岛的设计是以湖沼为对象,象琵琶湖、霞浦这两个湖泊属最大规模的项目,和海洋比较起来设计外力仅为海洋的1/10,所以参考过去海洋建筑物及沿岸设计进行琵琶湖、霞浦这两个湖泊的人工浮岛的水下固定计算,得到了安全可靠的计算结果水下固定形式要视地基状况而定,常用的有重量式、锚固式、杭式等另外,为了缓解因水位变动引起的浮岛间的相互碰撞,一般在浮岛本体和水下固定端之间设置一个小型的浮子的做法比较多。

  人工浮岛的布设规模因目的的不同,规模也不同,到目前还没有固定的公式可套研究结果表明提供鸟类生息环境至少需要1000m2的面积,若是以净化水质为目的除了小型水池以外,相对比较困难,专家认为覆盖水面的30%是很必要的,若是以景观为主要目的的浮岛,至少应在视角10°~20°的范围内布设。

  为了恢复一度失去的自然,其费用是很大的,经过对近些年的施工事例的调查,造价在10万日圆/m2的比较多,不过最近也有每平米几万日圆做下来的在国外比如美国,使用的是再生材料,其造价每平米不到1万日圆。

  日本也好,美国也好,人工费相对比较高,只要是经过加工的材料、物品,其价格也会相应提高很多,我国和日本、美国的国情不一样,他们的造价只能作参考。

  人工浮岛的水质净化的定义因目的、对象的不同而有所不同,人工浮岛的水质净化主要针对富营养化的水质而言的,通过减少COD(化学需氧量)、氮、磷的浓度来抑制赤潮的发生提高水的透视度为目的它的净化机理基本上与湖沼沿岸植物带的水质净化机理相似根据有关研究资料,湖沼沿岸植物带的水质净化要素由以下7个:

  7.在湖泥表面的除氮人工浮岛比起湖沼沿岸植物带来它具有附着生物多、水中直接吸收N、P等特点,在对植物性浮游生物的抑制、提高水的透视度等方面效果比较显著。

  为了对人工浮岛的水质净化效果进行定量分析,1995年专业研究者们在霞浦(土浦市大岩田)进行一次隔离水域试验,他们分别设置3个边长为4m的正方形、水深15m的相互隔离的水域,在这三个隔离的水域里,A、B水域各放一个人边长2m(4m2)的人工浮岛,在其上面分别栽培蒲公英和水毛花,C水域为对照水域,没有人工浮岛。

  从1995年5月11日放置人工浮岛开始,历经8个多月,期间进行了6次调查,主要调查水中叶绿素和COD变化过程从左边的图-2可以看出,没有设置人工浮岛隔离水域C,夏季蓝藻的细胞繁殖很快,相当于有人工浮岛的10倍左右取7、9、12月的数值平均后,人工浮岛占有率只有25%的条件下,削减了94%的植物性浮游生物由此可以得出人工浮岛抑制夏季的植物性浮游生物的细胞繁殖的效果非常大的结论另外人工浮岛对COD的抑制效果夏季也比较明显,大约能削减50%,但是入冬以后抑制效果很小其他类似的试验研究结果同样得出人工浮岛夏季抑制植物性浮游生物、COD的效果突出的结论专家普遍认为植物的遮蔽效果在抑制植物性浮游生物的细胞繁殖方面起了很大作用。

  人工浮岛本身具有适当的遮蔽、涡流、饲料等效果,构成了鱼类生息的良好条件实际的调查表明,在设施周围、人工浮岛的下面聚集着大量的各类鱼种,均为生下来不到一年的幼鱼滋贺县琵琶湖的调查表明,在设置60个人工浮岛构成的大约1500m2的水域里,发现8500万粒鲤鱼等三种鱼的鱼卵为了强化人工浮岛作为鱼类产卵床的机能,有的在浮岛的下面系上一些绳子,改善鲤鱼等鱼类的浮式产卵床的结构由于绳子对污泥有吸附作用,又可净化水质。

  有关人工浮岛上的鸟类研究相对比较多,特别是鸟的种类、筑巢情况等几乎在所有的人工浮岛上都进行过调查在霞浦土浦港的人工浮岛上,已发现一些鸟类的巢穴,有时为了吸引某种鸟在岛上搭窝,根据该鸟的筑巢习惯在人工浮岛上进行特殊布置,为该鸟创造筑巢的条件。

  陆生昆虫的的调查1996年在土浦港的人工浮岛、附近的樱川河口的芦苇林、附近的住宅区空地草坪上进行过一次,调查方法是用采用网捕捉、排打取出、随机取样、目视观察等方法调查结果表明住宅区的草地上昆虫最多,其次是樱川河口,人工浮岛上最少人工浮岛上昆虫有10目35科53分类群,蜘蛛类有8科18分类群人工浮岛上种的构成与樱川河口的芦苇林大致相同,只是量少一些其原因是人工浮岛上没有土壤,而土壤在昆虫的生活史中十分必要,所以说人工浮岛上的昆虫生息条件还有欠缺。

  作为消波物体的人工浮岛属于浮防波,在海岸工程专业研究的比较多它的优点主要有以下几个方面:

  2.不受设置水域深浅的影响,即使在深水区也比固定式防波堤的建设费用要低3.与水下地基的好坏没什么关系,即使设置在软弱地基上,也不需要进行地基处理。

  7.一般可在场外制作,质量容易保证除了上述的若干优点外,作为防波用的浮岛,比起其它防波建筑物,与岸边的植物带的融和性更好,而且浮岛本身又可成为生物的良好生息场所不过防波浮岛也存在若干的不足:

  由于波浪的原因日本很多湖的沿岸植物带的面积越来越小,近几年已引起人们的注意特别是霞浦麻生町岛并地区的情况比较典型1972年该沿岸还是一片50m宽的绿色长廊,到了1997年只剩下10m×60m的一小块绿地,靠近水的一侧可以见到象似被挖开的寝食断面,岸边附近的水深1m左右经过对湖心风速和风向3年间的观测,掌握了频率较高的风向(不考虑来自陆地方向的风),由此算出它的代表波高为064m、周期T=34m,方向为西偏南8°消波浮岛的消波率与风向有很大关系,一般在5%~40%之间,要是把反射波的影响考虑进去设计消波率可达53%设置在霞浦的消波浮岛的消波率,经检测达50%,第二年岸边植物面积增加34%可见人工浮岛的消波效果还是很大的。

  经过几十年的研究发展,国内、外生态浮岛技术得到极大完善,然而其仍处于试验与示范阶段,存在一些问题和不足。

  1.现有生态浮岛栽培不易进行标准化推广应用。不同的湖泊河流,其富营养化水平不同,水流、温度、风速、水体波动等都各不相同,需要相应的浮岛设计组合和浮岛植物种类搭配,很难制定一个统一的标准予以推广应用。

  2.现有生态浮岛难以推行机械化操作。生态浮岛漂浮在水面上,日常的管理均在水面上完成,目前其管理操作大多采用人工完成,在小面积的试验示范中尚可,若大面积推广,需要经常、及时采收,人工操作就不能满足需要,限制其发展。

  3.现有生态浮岛制作施工周期长。从目前来看多数的生态浮岛都是采用现场制作及现场种植的模式,大面积制作施工周期较长。

  4.现有生态浮岛难以过冬。生态浮岛上的植物大多数不能过冬,尤其在冬季天气较冷的北方地区植物需要在第二年春天重新种植。

  5.现有生态浮岛多数采用大型水生植物及水生蔬菜难以抵抗极端的大风、大雨及大浪。

  6.国内、外目前使用的生态浮岛单体面积较小,大多数是在小面积的河湖中使用,难以对较大的河湖进行生态修复,现需要有超大面积的生态浮岛。

  目前利用无土草坪的各种优点制作生态浮岛已取得很好效果,解决了目前国内、外生态浮岛制作技术存在的诸多问题,并能达到如下效果:

  1.无土草坪生态浮岛采用禾本科草建成,禾本科草是一类根系发达,适应性强的多年生植物,具有净化富营养化水体的潜在优势。由于无土草坪生态浮岛草坪高度不高,结构牢固,它能抵抗极端大风、大雨及大浪并能达到在不同的水流、温度、富营养化水平不同等情况下使用。

  2.无土草坪生态景观浮岛采用在地面培育已经成坪的无土草坪,用草坪在工厂里组合成浮岛模块,到了施工场地根据所需要的面积,只要将相邻的浮岛模块相连在一起,即可制成所需生态景观浮岛,这样的制作方法使工程现场施工变得更为方便快捷,由于无土草坪生态景观浮岛特殊的结构及方便的管理可以用它能制成超大面积的浮岛。能够对较大的河湖进行生态修复,应该说无土草坪生态景观浮岛目前是国内、外唯一能制成超大面积的浮岛

  3.无土草坪生态景观浮岛制成后漂浮在水面上景观立现,整齐划一,就像一块绿色的地毯景观效果非常明显。冬季在南方不冻的水面无土草坪生态景观浮岛四季常绿,即便在北方冰冻的水面无土草坪被冻在冰面第二年开春能够返青,返青率远高于地面草坪。

  4.用无土草坪制成的生态景观浮岛表面平整并有足够的浮力,在大面积使用中工人可以在草坪上用剪草机剪草。无土草坪在地面使用时1怕干旱2怕缺肥,但是无土草坪生态景观浮岛漂浮在富营养化水面上也就没有这些问题了。实验证明水面栽培条件下禾本科高羊茅草的叶绿素含量、叶片含水量、干重、密度、盖度等指标均显著高于土培条件,草坪每年剪草的次数高于地面草坪,这样就能更多的将水体中的富营养物质搬离水体,用禾本科无土草坪制成的生态景观浮岛是对较大的河湖修复富营养化提供一条有效的新途径,并具有极高的环境经济价值、资源价值和社会价值,在国、内外具有广阔的推广运用前景。

  一方面,表现在利用表面积很大的植物根系在水中形成浓密的网,吸附水体中大量的悬浮物,并逐渐在植物根系表面形成生物膜,膜中微生物吞噬和代谢水中的污染物成为无机物,使其成为植物的营养物质,通过光合作用转化为植物细胞的成分,促进其生长,最后通过收割浮岛植物和捕获鱼虾减少水中营养盐;另一方面,浮岛通过遮挡阳光抑制藻类的光合作用,减少浮游植物生长量,通过接触沉淀作用促使浮游植物沉降,有效防止“水华”发生,提高水体的透明度,其作用相对于前者更为明显,同时浮岛上的植物可供鸟类栖息,下部植物根系形成鱼类和水生昆虫生息环境。

  生态浮床有净化水质、美化水面景观、提供水生生物栖息空间及进行环境教育等多种

  (3)无需专人管理,只需定期清理,大大减少人工和设备的投资,降低了维护保养费和设备的运行费用等。

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