Всплывающий пелагический модуль для учета локального биоценоза

Одним из основных вопросов охраны окружающей среды является количественная оценка влияния загрязнителей воздуха, воды и почвы на состояние среды. Эта оценка позволяет получить параметры для характеристики последствий неблагоприятного влияния на животный и растительный мир, в том числе и на здоровье населения, а также оценить эффективность мероприятий по охране биосферы от загрязнения.
Для того чтобы понять изменения в окружающей среде, обусловленные деятельностью человека, в числе многих факторов, необходимо уяснить роль растительных и животных организмов, в том числе и микроорганизмов.
От загрязнения страдают все океаны, но загрязнённость прибрежных вод выше, чем в открытом океане, из-за намного большего числа источников загрязнения: от береговых промышленных установок до интенсивного движения морских судов. Кроме того, на шельфах ведётся нефтеразработка, что увеличивает риск разлива нефти и загрязнения.
Морская мелиорация, осуществляемая за счет строительства искусственных рифов, способствует снижению уровня загрязненности в этих районах за счет обрастателей-биофильтраторов, поселяющихся на рифах и которые являются индикаторами состояния окружающей среды и источником информации при проведении исследований происходящих процессов по показателям развития индикаторного сообщества.
Необходимо существенное усовершенствование способов и методов исследований для оценки вреда морской среде и разработки комплекса мероприятий по обеспечению экологической безопасности окружающей среды.
Из уровня техники известны различные конструкции для создания искусственных рифов на дне водоемов [1], выполненные в виде коллекторов с полипропиленовыми волокнами, гравитационных якорей, поплавков [2, 3]
Известна полезная модель «Рифовый модуль» [4], выполненный из двух элементов: донного из железобетона и пелагического в виде тросов из полипропилена, расходящихся конусом от донного элемента до верхней части плавучей окружности и кольца, смонтированного в верхней части пелагического элемента. Донный элемент в верхней части снабжают ушками для крепления пелагического элемента.
Полезная модель относится к области защиты водной среды и ее мониторинга с целью оценки ее состояния по показателям развития индикаторного сообщества.
Известна полезная модель «Искусственный биотоп» [5]. Изобретение относится к рыбной промышленности, а именно к устройствам для формирования биоценозов, воспроизводства гидробионтов, обитания и нагула ценных пород рыб и беспозвоночных, и может быть использовано в марикультуре фермерских хозяйств. Искусственный биотоп содержит искусственный субстрат, якорь и поплавок. Искусственный субстрат выполнен в виде каната с вплетенными в него волокнистыми элементами из синтетического материала в виде бахромы.
Известна полезная модель «Донно-пелагический рифовый модуль» [6], который включает донную и пелагическую части. Донная часть рифового модуля выполнена в виде пирамидальной железобетонной конструкции, состоящей из сборного основания и рядов, проницаемых для волн элементов. Пелагическая часть рифового модуля выполнена в виде двухмерной пространственной структуры. Она содержит нижнее и верхнее сборные кольца, их изготавливают из обрезков пластиковой трубы, концы которых скрепляют пластиковыми соединительными муфтами. Нижнее кольцо прикрепляют в распор капроновыми тросами и полипропиленовыми тросами, концы которых заканчиваются петлями и используются для сборки пелагической части.
Полезная модель относится к области защиты водной среды, к рыбному хозяйству и может быть использована в качестве искусственного субстрата для воспроизводства морских организмов и для мониторинга водной среды.
Как видно, все перечисленные полезные модели имеют в своей структуре пелагическую часть, состоящую из различных материалов, и которая является ключевой, т.к. представляет собой искусственный субстрат, предназначенный для формирования локальных биоценозов для оценки состояния морской среды по показателям развития индикаторного сообщества.
Недостатки использования перечисленных рифовых конструкций заключаются в трудоемкости сбора материала для исследований, который осуществляется либо подъемом всей конструкции со дна водоема на судно с использованием грузоподъемных плавсредств, либо с использованием специализированных водолазных работ.
Известна полезная модель «Искусственный биотоп» [7] в виде коллектора из пропиленового каната с полипропиленовыми волокнами и мононитями, нижняя часть которого крепится к железобетонному грузу, а верхняя - к пластиковому бую, снабженному кольцом для крепления каната. Искусственный биотоп относится к области экологии, мониторинга водной среды в качестве искусственного субстрата для формирования биоценоза, сохранения биологического разнообразия, повышения биологической продуктивности морской акватории, увеличения самоочищающей способности морской экосистемы и ее устойчивости к неблагоприятным факторам: антропогенному воздействию, гипоксии, инвазии чужеродных организмов-вселенцев, а также механико-биологического фильтра в зонах повышенной антропогенной нагрузки и предназначена для оценки состояния этой среды по показателям развития индикаторного сообщества, является средством реабилитации водных экосистем.
Искусственный биотоп наиболее близок по признакам к предлагаемой полезной модели, состоит по сути из донной части, пелагической - искусственного субстрата и буя.
Недостатком является трудоемкость сбора материала для исследований, который осуществляется либо водолазами, либо подъемом всей конструкции со дна водоема на судно для дальнейшей обработки с использованием грузоподъемных плавсредств.
Предлагаемая полезная модель «Всплывающий пелагический модуль для учета локального биоценоза» относится к области экологии, мониторинга водной среды в качестве искусственного субстрата для формирования биоценоза организмов обрастателей (перифитона), сохранения биологического разнообразия, повышения биологической продуктивности морской акватории, увеличения самоочищающей способности морской экосистемы и ее устойчивости к неблагоприятным факторам, а также в качестве механико-биологического фильтра в зонах повышенной антропогенной нагрузки и предназначена для оценки состояния этой среды по показателям развития индикаторного сообщества, является средством реабилитации и контроля водных экосистем.
Целью создания полезной модели является:
облегчение сбора проб для исследований с заданной глубины в полном, не повреждённом объёме с целью оценки состояния морской среды по показателям развития индикаторного сообщества на искусственном субстрате, отсутствие необходимости в использовании грузоподъемных плавсредств, а также специализированных водолазных работ для сбора материала;
мониторинг и экологическая мелиорация морской акватории, а именно: оценка состояния морской среды, сохранение биоразнообразия, повышение самоочищающей способности и устойчивости экосистемы;
повышение продуктивности биоценоза за счет размещения субстрата в слоях воды с благоприятными условиями обитания;
увеличение полезной площади субстрата при компактности конструкции для накопления и сбора достоверной информации для мониторинга состояния окружающей среды;
надежная и устойчивая фиксация устройства на заданной глубине;
получение материала для оценки состояния, видового состава сообществ гидробионтов, уровня накопления токсикантов организмами, что служат показателями для оценки качества морской среды.
Решение вышеуказанной задачи достигается за счет выполнения конструкции, состоящей из буя (1, фиг. 2, 3), пелагического модуля (3, фиг. 2, 3), являющегося по сути искусственным субстратом и донной части - груза (5, фиг. 2, 3). Пелагический модуль изготовлен в виде прямоугольного в сечении коллектора из пластика PLA (биоразлагаемый полиэфир) размером не менее 30×40×50 см. В верхней части коллектора при помощи верёвочного полимерного материала (2, фиг. 2, 3) закреплён буй (1, фиг. 2, 3), выполненный из усиленного пластика с положительной плавучестью, снабженный ушками для крепления коллектора пелагического модуля. В нижней части при помощи того же полимерного веревочного материала, длина которого зависит от заданного исследуемого уровня пелагиали, закреплён груз (5, фиг. 2, 3). При этом груз, удерживающий всплывающий коллектор пелагического модуля на дне моря, снабжен ушком, изготовлен в виде куба из высокопрочного армированного бетона размером не менее 50×50×50 см, заглублен в грунт дна, что обеспечивает устройству фиксацию и прочное сцепление с дном.
Всплывающий пелагический модуль удерживается в толще воды, при помощи буя и фиксируется на дне моря грузом.
Конструкция устанавливается на дне моря, груз заглубляется в толщу дна. На поверхности коллектора пелагического модуля начинают осаждаться микроорганизмы, формирующие локальный биоценоз, который в дальнейшем подвергается сбору и обсчёту. По завершении опыта для исследования локального биоценоза, сформировавшегося на коллекторе модуля, коллектор отсоединяется от груза, вследствие чего модуль при помощи буя всплывает и может быть извлечен на любое плавсредство.
Функция отсоединения может быть реализована посредством применения следующих подходов.
Монтирование всплывающего пелагического модуля на грузе для ручного отсоединения (фиг. 2) заключается:
в возможности крепления веревочного материала, идущего от нижней части коллектора пелагического модуля к вмонтированному в груз ушку (4, фиг. 2), посредством закрепления карабина из нержавеющих материалов, в дальнейшем данное крепление может рассоединяться путём отсоединения карабина водолазом;
в возможности крепления при помощи скобы, изготовленной из нержавеющих материалов, за изгиб которой закреплен верёвочный материал, идущий от нижней части коллектора пелагического модуля, а отверстие для штифта заведено в ушко на грузе и закупорено штифтом, который в дальнейшем удаляется из своего паза проталкиванием или вытягиванием оного, тем самым высвобождая всплывающий пелагический модуль. Данный вариант метода наиболее предпочтителен для осуществления работ подводными дронами
Другой метод реализуется (фиг. 3) для дистанционного отсоединения всплывающего пелагического модуля и заключается в возможности монтирования стыковочного модуля (4, фиг. 3), одна часть которого присоединена к крепёжному ушку на грузе, а другая к верёвочному материалу, идущему от нижней части коллектора пелагического модуля. Так тело стыковочного модуля состоит из двух частей, рассоединяющихся посредством гидроакустического размыкателя. Срабатывание размыкателя происходит при помощи управляющего сигнала, направляемого от гидроакустической антенны, расположенной на судне, поверхности водоёма, предварительно настроенной на работу в одной частоте с гидроакустическим размыкателем.
Удобство сбора материала для исследований заключается в том, что за счет простоты конструкции, устройство легко транспортируется и монтируется. Пробы для исследований с заданной глубины доставляются в полном, не повреждённом объёме за счёт отстыковки крепления модуля от груза как в ручном, так и в дистанционном режиме и последующего всплытия коллектора модуля под действием выталкивающей силы буя. Буй в свою очередь обеспечивает всплытие модуля и нахождение на поверхности водного объекта для последующей его транспортировки на борт плавсредства.
Всплывающий пелагический модуль заявляемой конструкции отличается минимальными затратами материальных и финансовых ресурсов при изготовлении, транспортировки, установки и разборки, замены составных элементов, минимальными трудозатратами при монтаже, обслуживании и ремонте, прочностью и устойчивостью, экологической пластичностью, возможностью регулировать расположение модуля в толще воды, доступности сбора и целостности материала для исследований всех уровней. Заявленная полезная модель может быть неоднократно реализована на практике с использованием указанной выше совокупностью существенных признаков, что соответствует критерию «промышленная применимость».
Ни из документации, ни из научно-технической литературы данной области техники, к которой относится заявленная полезная модель, не известно об устройстве такого же назначения, имеющего идентичные существенные признаки. Отсюда правомерен вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «новизна». Указанная выше совокупность существенных признаков, а каждый из существенных признаков достаточен этой совокупности - необходим для решения поставленной задачи с получением технического результата. Между приведенной выше совокупностью существенных признаков и получаемым техническим результатом существует необходимая причинно-следственная связь. Совокупность существенных признаков является причиной получения технического результата.
Изложенная сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - опытная модель всплывающего пелагического модуля;
на фиг. 2 - общий вид всплывающего пелагического модуля с вариантом крепления к грузу для ручного отсоединения, где:
1. буй,
2. верёвочный полимерный материал,
3. пелагический модуль,
4. ушко,
5. груз.
на фиг. 3 - общий вид всплывающего пелагического модуля с вариантом крепления к грузу для дистанционного отсоединения, где:
1. буй,
2. верёвочный полимерный материал,
3. пелагический модуль,
4. стыковочный модуль,
5. груз.
Действующая опытная модель (фиг.1) всплывающего пелагического модуля изготовлена непосредственно в ООО НИИ «Южморэкология» и испытана при проведении работ в Каспийском море.
Источники информации
1. Сайт www.reefboll.org.
2. Сокольский А.Ф., Попова Н.В., Колмыков Е.В., Курапов А.А. Биоэкологические основы и практические результаты разработки системы защиты биологического разнообразия Каспийского моря от загрязнения. Астрахань. 2005. с. 26-36.
3. Афанасьев Д.В., Корпакова И.Г., Барабашин Т.О., и др. Экосистема Азовского моря: перифитон искусственных субстратов. Ростов-на-Дону. 2009. с. 12.
4. Полезная модель «Рифовый модуль». Патент на полезную модель 93773, МПК B63B 35/32, опублик. 2010 г.
5. Полезная модель «Искусственный биотоп». Патент 2202881, опублик. 27.04.2003, Бюл. № 12.
6. Полезная модель «Донно-пелагический рифовый модуль». Патент 179174, опублик. 03.05.2018, Бюл. № 13.