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测量循环,在池塘中混合

克劳德·博伊德,博士

几种技术可以测量水的混合

混合
图1:地表水循环测试。在该试验池(a)中的曝气机上施加了蓝色染料。 20分钟后,大部分池塘都呈蓝色(b)。

机械曝气机将溶解的氧气添加到水中,并且取决于类型,它们还会影响水的不同程度的循环。机械式水循环器,例如卧式轴流水循环器,低速桨轮和螺旋桨,以及气力提升泵,设计用于混合和循环水,但通气量有限。 

一些池塘管理者已经安装了机械式水循环器,以增强水的混合,使其超过曝气器所提供的水。那些认为水循环和混合与池塘中的曝气同等重要的人寻求放置曝气和循环装置以实现最大的水循环。  

可见的表面电流为设备定位提供了有用的信息。但是,该技术无法量化,风力会掩盖水流中的表面湍流。因此,管理者可能会寻求其他方法来评估水的循环和混合。

表面混合

我在测量池塘水循环方面的第一次经验是30年前,当时Aeration Industries,Inc.让我找到一种方法来可视化描绘其中一个曝气机产生的水流,以用于广告宣传册。我们在操作的曝气机前倒入了蓝色染料,同时从一架轻型飞机上定期拍摄了池塘表面的照片。 

两名研究生从紧密盘旋的飞机上拍摄了照片,飞机在大约45分钟后必须降落在附近的机场。急转弯使学生和飞行员病得很重,但他们确实捕捉到了出色的照片(图1a和1b)。

在约30分钟内,染料完全分布在0.4公顷的池塘表面。当然,这种方法只能显示表面混合,并且不能重复,因为这种染料可持续了几个月。 

整体混合

于是出现了一个问题:在给定大小的池塘中,曝气机将水完全混合需要多长时间?几种技术可以测量水的混合。

盐法

进行染料测试后,我们将100千克氯化钠溶于约400升水中,并迅速将盐溶液倒入安装在平均深度为1米的0.4公顷池塘中的曝气机前。每升25毫克的盐度变化反映了混合效果。

比电导是通过沿网格划过池塘表面的船测量的,网格上标有12个标桩,标明了水面,中层或底部的测量值。完成整个网格的测量大约需要10分钟。持续进行该过程,直到70分钟后池塘内的特定电导率测量值基本均匀(图2)。

电导
图2:盐在试验池中分配后的水导率。

混合速率(M.R.)计算如下:

 

 

 

研究中使用的2匹马力曝气机的混合速率为1,716立方米 每马力·小时

浮法

石膏块
石膏块溶解的速率可以报告水循环。

上面的盐方法不能在微咸水中使用,对于“农场”使用来说相当复杂。一种更简单的方法涉及将浮子扔在曝气机前面并注意其运动。尽管风会影响光线,木制浮子或空塑料瓶的方向,但橘子却是理想的浮子,因为它们相对较稠密,并足以浸入水中以防止风漂移,但不足以使其难以观察。

海洋学家经常使用锥套追踪洋流。它们的当前检测深度可以在浮子下方进行调节,从而可以观察速度和方向。尽管这些设备可以在池塘中使用,但当其中一些设备同时在曝气机前释放时,它们往往会缠在一起。

石膏砌块法

海洋学家还使用小石膏(巴黎石膏板)块的溶解速率来测量珊瑚礁中水流的相对速度。可以通过将巴黎的灰泥倒入塑料冰块托盘中并使其变硬来轻松地制造这些块。然后可以使用防水胶将各个块粘合到小块塑料板上。 

在测试中,将木块称重并通过图钉以规定的深度安装在需要进行电流测量的木桩上。数小时或数天后,根据水流速度,将木块取出,在60摄氏度的烤箱中干燥,然后重新称重。 

重量损失与水速增加成正比。通过将石膏块放在池塘中,可以确定水流最快和最慢的地方。为了获得最佳结果,建议将一块砖块悬挂在100至200升容积的开放式浸没式容器中。可以从其他嵌段的重量损失中减去该嵌段的重量损失,以调节其在完全静止水中的溶解度。

石膏阻隔法在带有曝气器或水循环器的池塘中提供了出色的效果。此外,这些块可以沿着水平杆以不同的长度安装,该水平杆附接到缓慢旋转的垂直轴上。通过计算不同位置的砖块通过水的速度,砖块的重量损失转换为以米/分钟为单位的水流速度。

电流表

最后,可以借助水表对池塘中机械感应的水流进行评估。仪表可以从固定在距离曝气机不同距离的船上操作。水流,特别是表面电流,随着与曝气器距离的增加而迅速减小(图3)。在距离超过80 m时,流量通常低于廉价电流表的检测范围。

速度
图3:用便宜的手持式水流计测得的离桨式增氧机不同距离的水速。

(编辑’注意:本文最初发表于2006年9月/ 10日的印刷版中。 全球水产养殖倡导者


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