珊瑚礁方舟：用于组装珊瑚礁群落的 原位 介观和工具包

注意：有关 ARMS 和珊瑚方舟结构的制造、部署和监控的详细信息，包括技术图纸、图表和照片，在 补充文件 1 中提供。协议中涉及水下工作的部分，包括方舟和ARMS结构的安装，建议由三名潜水员（水肺潜水）和两名水面支持人员组成的团队进行。 1. 武器组装和部署 注意：ARMS 是由 PVC 或石灰石基材制成的大约 1 英尺 3 英尺（ 30 厘米3）的结构，模仿礁石硬底基材的三维复杂性。 表1 讨论了考虑到不同项目考虑因素的ARMS的两种设计。建议在转移到方舟之前部署ARMS1-2年，以最大限度地通过神秘生物群进行定植。 聚氯乙烯臂注意：本协议中提到的现成组件（并在材料表中列出）使用英制单位进行描述。制造的材料使用公制单位进行描述。详细的制造说明，包括制造组件的技术图纸，在补充文件 1 的第 1 节中提供。集会将四个 1/4 英寸 20 英寸、8 英寸长的六角头螺栓穿过 1/2 英寸厚的 PVC 底板上的中心孔;然后，将其倒置，使螺栓垂直朝上。 在每个螺栓上添加一个尼龙垫片，然后添加一个 1/4 英寸厚的 PVC 9 英寸 x 9 英寸板。这将在底板和第一个堆叠板之间创建一个开放层。 在相对角的两个螺栓上添加一个长交叉垫片，然后在其余螺栓上添加两个短的交叉间隔条，以形成“X”。添加另一个PVC堆叠板以创建封闭层。 重复步骤1.1.1.2和步骤1.1.1.3，在开放层和闭层之间交替，直到在螺栓上添加七到九个板层（补充文件1-图S5）。 在每个螺栓的顶部添加一个垫圈、一个六角螺母和一个尼龙插入防松螺母，然后牢固地拧紧。 对于部署，将组装好的PVC ARMS运输到目标部署地点，在转移过程中用100μm网覆盖ARMS，以保留小型移动无脊椎动物（补充文件1-图S6）。在健康的珊瑚礁群落附近找到一块礁石硬底基质。注意：在选择具体部署地点时，应考虑当地法规和许可规定，例如避免美国水域中濒危物种法所列物种的关键栖息地。使用 3 英寸长度为 1/2 英寸的钢筋和木槌，通过将略微向外倾斜的钢筋敲入基础石灰石中，使钢筋对底板边缘产生张力，将 ARMS 固定在所有四个角的底栖动物上（图 2A、B）。 或者，使用重型扎带连接 ARMS 的链条，并用硬化的混凝土袋固定链条的末端（图 2C 和 补充文件 1-图 S6）。 石灰石武器对于组装，从 12 英寸 x 12 英寸的未完成石灰石或石灰华瓷砖开始（图 2）。确定石灰石ARMS内部所需的复杂性。注意：建议使用 2 厘米3 立方体。补充文件 1 的第 2 节提供了替代设计和注意事项。使用湿瓷砖锯，将几块未完成的瓷砖切成 2 cm2 方形垫片 （~250）。 将石灰华瓷砖切割成 ARMS 层所需的形状。与 PVC ARMS 类似，使用 12 英寸 x 12 英寸的正方形，并用垫片分层形成 1 英尺3 的立方体（补充文件 1 图 S8）。 使用两部分无毒的海洋级环氧树脂，将较小的石灰华片沿着预先绘制的网格图案粘在较大的石灰华分层板上。 准备几层，当堆叠在一起时，达到所需的 ARMS 高度。让环氧树脂根据制造商的建议固化。 使用环氧树脂组装 ARMS 堆叠板，将每一层粘在其上方。注意：ARMS 高度将根据所需的重量和内部复杂性而有所不同。建议最终尺寸约为 1 英尺3 。 在展开前，让环氧树脂在阳光直射下固化24小时。 对于部署，将组装好的石灰石 ARMS 运输到目标部署地点。在健康的珊瑚礁群落附近找到一块礁石硬底基质。注意：具体的部署地点的选择应考虑当地法规和许可规定，例如避免美国水域中濒危物种法案所列物种的关键栖息地。使用牛奶箱和升降袋将 ARMS 运送到底栖生物。将石灰岩ARMS楔入死礁基质（活岩）中。避免沙质底部栖息地和那些被草皮藻类或底栖蓝藻垫大量定植的栖息地。 将石灰石 ARMS 放在岩石悬垂和露头旁边，以保护它们免受波浪作用和风暴潮的影响。 2. 珊瑚方舟组装和部署 注： 表2 讨论了珊瑚方舟在不同项目参数下的设计考虑因素。子元件（支柱、轮毂、平台、系泊部件和正浮力）的尺寸可以根据最终珊瑚方舟结构的所需尺寸和重量进行修改。 锚固系统的安装注意：根据现场和项目特定的考虑因素（如方舟设计、风暴频率、底部类型、场地暴露、项目持续时间以及阻力、水流和浮力引起的预期力）选择锚固系统。请参阅 PADI41 以深入了解系泊系统选择。在沙质底部和松散的瓦砾栖息地使用沙子螺钉。将沙子螺钉运送到底栖生物中。将砂螺钉直立，扭转并埋入砂螺钉，直到第一个圆盘被沙子或松散的瓦砾覆盖。 将一个 5 英尺长的金属旋转杆穿过锚的眼睛，使大部分旋转杆从眼睛的一侧伸出。 在底栖生物上走路或游泳，将沙子拧入基质，直到只剩下眼睛伸出底栖生物（补充文件1-图S20）。 以三角形模式安装三个沙螺钉，由链条缰绳连接，以增加保持力（补充文件 1 图 S20）。 在硬底和碳酸盐岩栖息地使用哈拉斯锚。将吊环螺栓中的9-12和潜水钻（电动或气动）运输到锚点。 使用潜水钻和直径为 1 英寸的砖石孔锯在基岩中钻一个 9 英寸深和 1 英寸宽的孔。使用火鸡棒定期清除孔中多余的基质。 用波特兰水泥或海洋级环氧树脂填充孔。将吊环螺栓轴推入孔中，并用水泥或环氧树脂填充剩余的间隙。 让水泥/环氧树脂固化 5 天。 为了增加保持力，请以三角形模式安装三个 Halas 锚，由链条缰绳连接。 在有现有系泊块或重型碎片元件的地点使用块式系泊设备。注意：安装新的系泊块需要商业级安装设备，例如驳船式起重机，不建议用于范围较小的项目。通过硬件和钓具 将 系泊系统连接到现有的重型碎片元件（沉没的船只、发动机缸体）或现有的系泊块眼上。 确保金属系泊部件由类似金属制成，并使用牺牲阳极防止电偶腐蚀。 1V频率结构（双平台）注意：详细的制造说明，包括制造组件的技术图纸，在 第四节 之 补充文件 1.此协议中提到的现成组件（并在 目录） 使用英制单位进行描述。1V 测地线框架的组装将 1/4-20 不锈钢六角螺母拧到 1/4-20 2.5 英寸不锈钢螺栓上，3/4 处拧到螺栓顶部。将螺栓插入支柱上的一个朝内孔中。 将防松螺母固定在螺钉的另一侧，将其拧紧，直到它与 PVC 牢固配合，以防止轮毂沿着支柱的长度滑动。 对支柱的另一侧和其余 29 个支柱重复此操作。 将每个支柱的末端推入轮毂中的一个孔中，并将另一个螺栓固定在支柱上的外孔中，最后用防松螺母完成以防止支柱滑出轮毂 （补充文件 1-图 S24）。 对一个轮毂中的所有五个支柱重复此操作，然后继续添加轮毂和支柱，直到组装测地线球体（补充文件 1-图 S24）。 解开 1/8 不锈钢钢丝绳，开始将其穿过支柱。用尼龙扎带创建 12 个环，大约一银元大小 – 每个集线器一个。当钢丝绳穿过支柱时，将绳子穿过轮毂处的拉链领带环，然后继续到下一个支柱。注意：某些支柱将重复。 继续穿线，直到钢丝绳穿过所有支柱，通过拉链领带环在每个顶点的中间连接。 将电缆拧回起点。使用钳子拉动拉链领带环，将它们缩小到尽可能小的尺寸，使钢丝绳的长度靠近在一起。将 1/2 英寸的不锈钢电缆夹安装到所有钢丝绳长度上并牢固拧紧。 对结构的所有顶点重复此操作。 将钢丝绳的起始长度与末端长度配合，并使用三个 1/2 英寸的电缆夹将它们夹在一起。注意：钢丝绳（断裂强度：2，000 磅）现在应支撑放置在结构上的大部分负载，从而大大加强它。 添加索具系统，该系统由两根长度为 3/8 英寸的不锈钢电缆组成，两端液压锻造到一个眼上。将 PVC 端盖安装在垫片之间，使电缆穿过整个方舟长度，顶部和底部有系泊/浮标绳附件的眼睛。中间的旋转扣系统连接两种长度的不锈钢电缆。 将电缆的底端穿过方舟的顶部和底部，使用木槌将端盖安装到顶部和底部轮毂上。将吊环螺栓拧入转扣并拧紧，直到结构上有足够的张力使系统刚性（补充文件 1 图 S24）。 使用重型 250 磅拉链扎带将切割成两个半五边形的每个模制玻璃纤维格板添加到方舟内部，将平台的侧面固定在方舟支柱上（补充文件 1-图 S24）。 在结构下方，放置一段长度的玻璃纤维工字钢，使其连接玻璃纤维平台的两半。使用两个 1/4 in-20 不锈钢 U 型螺栓固定在平台底部。 对其他四个工字梁重复此操作，将它们平均分布在平台的长度上。这连接并支撑了平台的两半，创建了一个完整的五边形。 拧紧平台边缘的重型拉链扎带，并夹掉多余的部分。在此步骤结束时，内部平台牢固地集成到方舟结构中（补充文件1-图S24）。 使用不锈钢鼠标鼠标旋转扣的末端和所有卸扣。在此步骤结束时，方舟将有两个集成平台，用于硬件连接的顶部和底部附件，以及一根中央电缆，该电缆通过锚固和正浮力 承受 施加在结构上的大部分拉力。 系泊缆绳连接到测地线框架注意：系泊系统的设计应使所有单个系泊部件的断裂强度超过由于环境和极端环境条件而预期的最大载荷。有关在系泊系统设计中使用流体动力学建模的说明，请参阅代表性结果。建议将负载分布在方舟和海底锚固系统上的多个连接点上，因为这会在单个元件发生故障时为系统增加冗余。设计系泊缆绳和硬件，以确保方舟底座和锚系统之间的安全连接（有关示例，请参见 图 1 ）。注意：建议设计系泊系统，使方舟结构的中线位于 30 m 深度。 用镣铐将双拼接线的顶部连接到方舟的底座眼睛。将高强度不锈钢旋转卸扣连接到该线的底部（图 1 和补充文件 1-图 S25）。 将双接头线的顶部连接到旋转卸扣的底部。此行的底部将连接到锚点系统（图 1 和补充文件 1-图 S25）。 将方舟运送到部署地点通过平板卡车 将 方舟运送到部署地点附近的海滩（近岸部署与沙子进入）或船只发射场（船舶部署）。 使用 1/2 英寸的卸扣将 220 磅的升降袋连接到方舟的顶部不锈钢眼上。 将系泊缆绳（包括用于连接到海底锚的硬件）连接到方舟的底部。 对于从没有A型框架或吊架的船只上部署，请将方舟装载到船上，以便可以轻松地将其从船上滚入水中（避免使用高炮的船首或带有舷外发动机的船尾）。 要从岸上展开，将方舟滚入水中，直到足够深度，使升降袋可以充满空气（图3）。 游泳、拖曳或将方舟运送到水面的锚定地点（图 3）。 方舟与系泊系统的连接注意：在此阶段，方舟系统用升降袋漂浮在锚固地点上方的表面上。以下任务在水下水肺潜水执行，需要至少三名潜水员的团队。慢慢地从提升袋中排出空气，执行受控下降到锚固系统。 将方舟底部的系泊硬件连接到锚固系统。 通过在升降袋中充满空气来增加 Arks 系统的正浮力，并检查监测组件的结构完整性。确保卸扣正确就位，锚牢固就位。使用鼠标铁丝鼠标所有镣铐。 用卸扣将短的双拼接线的眼部连接到方舟系统的顶眼。用卸扣将多形充气系泊浮标连接到该线的另一端（补充文件 1-图 S25）。 使用连接到压缩空气小马瓶的标准低压空气喷嘴适配器将系泊浮标填充空气，直到它充满大约 75% 的空气。 慢慢排出升降袋中的空气，然后将其从系统中取出。 为使用石灰石ARMS的方舟系统添加更大或更多的系泊浮标，或补偿生物质量积累。 将武器连接到方舟从播种位置取回ARMS，并放入衬有100μm网眼的牛奶箱中，以防止生活在ARMS内的小型移动无脊椎动物的损失。 将 ARMS 转移到阴凉的海水桶中的方舟站点。 将 ARMS 放在方舟的顶部或底部平台上，将重量均匀地分布在平台上。 将重型电缆扎带穿过模制玻璃纤维平台和 PVC 或石灰石 ARMS 的底座，然后拧紧以将 ARMS 固定在方舟框架上（补充文件 1-图 S25）。 2V频率结构（外壳）注意：详细的制造说明，包括制造组件的技术图纸，在 第三节 之 补充文件 1.2V 测地线框架的组装根据VikingDome提供的指南组装方舟安装框架（补充文件1-图S11）。 将垫圈添加到 2.5 英寸长的 10/32 不锈钢螺栓上。将螺栓插入支柱末端的两个孔之一，在内表面（S1 或 S2 支柱专用孔）添加 STAR 连接器，并用防松螺母固定。 对第二个螺栓孔重复此操作。继续不拧紧防松螺母，直到结构完全组装好（补充文件 1-图 S12）。 拧紧方舟安装框架。在步骤 2.3.1.1 结束时，支柱-STAR 连接将松散且具有延展性。使用套筒扳手（10 mm 或 3/8 英寸套筒）和飞利浦螺丝刀开始拧紧防松螺母。 继续整个结构，直到所有防松螺母都拧紧，防松螺母的尼龙嵌件完全啮合在螺栓的螺纹上。 为系泊缰绳的附件添加垫眼。在方舟底部的不锈钢 S1 支柱上添加一个垫眼，并用四个 3 英寸盘头不锈钢螺栓固定。 加入 1/4 in-20 防松螺母并拧紧。重复总共五个系泊连接点（补充文件 1 图 S17）。 将 10 个 ARMS 底板安装到朝中间的 N2 STAR 连接器上。将 3 英寸的盘头螺栓穿过 ARMS 底板上的中心孔。在螺栓轴上添加一个灰色 PVC 支座，并将其穿过 N2 STAR 连接器的中心孔，底板位于结构内。添加垫圈和防松螺母并拧紧。 添加两个支架，并使用四个 3 1/4 英寸六角头螺栓和防松螺母将 ARMS 底板固定到支柱上。拧紧所有防松螺母。所有 ARMS 底板保持相同的方向（补充文件 1 图 S15）。 将 20 个珊瑚板底板安装到朝顶的支柱上。将四个 3 英寸六角头螺栓穿过珊瑚板底板上的孔，并使用支架和防松螺母固定在支柱上。对另一侧重复此操作。拧紧防松螺母以固定（补充文件 1 图 S15）。 在方舟的中央脊柱上添加一个中心杆和拖网浮子。 将一根 8 英尺长的无螺纹玻璃纤维棒插入用方舟底部的焊接管段修改的 STAR 连接器中。 在结构内的无螺纹玻璃纤维杆上添加一个 1 英寸的垫圈和一个未修改的拖网浮子。完成将杆插入方舟的顶部 STAR 连接器。 将螺栓穿过改装的 STAR 连接器上的金属管，并将防松螺母安装到方舟内的锁杆上。 在拖网浮子（方舟顶部）下方添加一个绿色管夹，然后拧紧。 安装改装拖网漂浮在顶部朝向 N2 和 N1 STAR 连接器内，中间孔为 1。将玻璃纤维垫圈添加到裸露的螺纹玻璃纤维棒的较长端。 通过改进的 STAR 连接器孔固定，以便拖网浮在结构内部。添加另一个玻璃纤维清洗机和一个玻璃纤维六角螺母。使用扳手和扭转浮子拧紧（补充文件 1 图 S16）。 系泊系统连接到测地线框架设计系泊缆绳和硬件，以确保方舟底座和锚系统之间的安全连接（例如，请参见 图 1 ）。注意：建议设计系泊系统，使方舟结构的中线位于 10 m 深度。 将方舟结构底部的每个垫眼连接到具有高强度 7/16 英寸不锈钢卸扣的 3/4 英寸光谱线双拼接长度末端的拼接眼图（补充文件 1-图 S17）。 使用1/2英寸的螺旋销卸扣，将每条光谱线的另一端连接到两个不锈钢主链节之一，使每个链节有两个或三个连接。 将 3/4 英寸旋转卸扣连接到万事达链节的底部，并将用不锈钢顶针拼接的 1 英寸尼龙线的眼部。 将 3/4 英寸的卸扣连接到眼睛上，并在尼龙线的另一端安装顶针。此卸扣将连接到锚系统（补充文件 1-图 S17）。 将2V方舟运送到部署地点注意：壳牌方舟的部署需要一艘具有扁平船尾和舷内发动机的船只，以便方舟可以从船甲板上滚入水中，或者一艘带有大型吊架或 A 型框架的船只。通过平板卡车 将 方舟运送到码头或码头。 使用适当大小的叉车将方舟装载到船上（补充文件 1-图 S21）。 将系泊缆绳和硬件（包括用于连接到海底锚系统的下线和硬件）连接到方舟的底部。 将方舟运送到锚点（图3）。准备一条与锚固系统深度长度大致相同的线，一端是卸扣，另一端是浮标。 将绳索的卸扣端连接到锚固系统，浮标端漂浮在水面上。 将方舟安全地从船尾甲板上滚入水中，或使用吊架或 A 型框架将方舟展开到水中。将线的浮标端连接到正浮力方舟上，使结构漂浮在锚固系统上方。 方舟与系泊系统的附件注意：在此阶段，方舟结构漂浮在锚定地点上方的表面上，集成的浮力元件（浮子）提供浮力。以下任务在水下水肺完成，需要至少三名潜水员和两名水面支持人员组成的团队。将块和滑轮系统的顶部块连接到方舟底部的安全连接点，在向海底下降时解开滑轮，然后将底部块连接到锚固系统（补充文件 1-图 S19）。 将线拉过底部块以接合滑轮，将方舟拉到深处。每次拉动时，线应锁定在夹板中（补充文件 1 图 S19）。注意：对于具有高初始正浮力的 Arks 系统，请使用 6：1 的块和钓具系统以获得最大购买量。砝码也可以临时连接到方舟系统，以减少下沉结构所需的浮力。 继续将方舟拉到深处，直到下线和系泊附件硬件可以连接到锚系统。用铁丝把所有的镣铐都放在鼠标上。 检查所有系泊部件的完整性。确保卸扣正确就位，锚牢固就位。 慢慢地将张力从块和钓具传递到系泊系统。拆下块和铲斗、重物和浮标线。 将武器连接到方舟从播种位置取回ARMS，并放入衬有100μm网眼的牛奶箱中，以防止生活在ARMS内的小型移动无脊椎动物的损失。将 ARMS 转移到阴凉的海水桶中的方舟站点。 操纵 ARMS 通过方舟中线附近的一个较大的三角形开口，使 ARMS 位于结构内部。将 ARMS 牢固地固定在 Ark 框架内部的白色底板上。 将 1/2 英寸 13 英寸、1.75 英寸长的不锈钢六角头螺栓穿过 ARMS 底板和白色底层 HDPE 底板的开角孔，将不锈钢防松螺母连接到从另一侧突出的螺栓上，然后拧紧直至紧贴。对其他三个面重复此操作（图2D）。 来回推动 ARMS 以确保牢固连接。 珊瑚与方舟的附着使用 2 英寸长、1/4 英寸 20 英寸的不锈钢六角头螺栓、垫圈和防松螺母，将含有环氧树脂的珊瑚板固定在石灰石瓷砖上的珊瑚板 HDPE 底板上方舟外部。 使用套筒扳手拧紧防松螺母，将珊瑚板固定到位。 3. 珊瑚方舟监控和维护 注意：补充文件 1 的第 7 节中提供了详细的制造说明，包括制造组件的技术图纸。 测量方舟的水中重量将潜水称重传感器连接到块和滑轮系统，用于将系泊缆绳上的张力临时传递到应变片系统。 将块的底座和钓具连接到方舟系泊系统上的安全位置，例如中间卸扣点或海底锚。将称重传感器的顶部连接到 Ark 安装框架上的安全位置（补充文件 1-图 S33）。 在不拆卸或改变方舟上的系泊部件的情况下，将缆绳拉过块和处理滑轮系统，使张力从方舟系泊系统传递到滑轮系统，每次拉动时将缆绳固定（补充文件 1-图 S33）。 确保系泊缆绳完全松弛，以允许应变片收集张力测量值（补充文件 1-图 S33）。 慢慢地将张力从块和滑轮系统转移到方舟系泊缆绳，检查以确保卸扣和其他系泊部件正确就位并固定。 对于长期数据收集，将称重传感器作为“在线”组件集成到系泊系统中。定期切换数据记录器以检索数据。 方舟的长期维护对方舟系泊系统进行例行检查，并根据需要进行维护工作。注：有关维护清单示例，请参阅 补充文件图 S18 。建议每半年维护一次。 确保锚继续提供最大的保持力（即，不退出基板）。 清洁系泊缆绳中可能侵入并损害缆绳完整性的污垢生物。 根据需要更换退化组件，例如牺牲阳极、卸扣和系泊缆绳（补充文件-图 S18）。 根据需要通过在现有的系泊浮标中添加固定浮标或空气来增加补充浮力，以补偿生物质量积累。