CN104075689A - 淤泥质潮滩滩面高程观测仪及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淤泥质潮滩滩面高程观测仪及其使用方法，不锈钢管插入滩面，尼龙棒的根部、滩面以下浇筑有混凝土墩，套筒套装在尼龙棒上且套筒的侧壁上固定有插置连接杆的空心杆，连接杆上安装有以连接杆为中心沿一周等分设有八个圆孔的圆盘，底座底面的插入针插入圆盘上的圆孔中，底座上固定枢纽关节，以枢纽关节为中心相对应的两侧分别连接平衡杆和悬臂，悬臂上等距分布18个用于插入测量针的孔；本发明采用的不锈钢管、尼龙棒、套筒和悬臂等，可方便安装及运输，有效防止自身沉降，通过调节测量方向、测量高度和扩大测量范围，有利于提高测量精度。

Description

淤泥质潮滩滩面高程观测仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及滩面高程测量技术领域，具体涉及一种滩面高程仪及其使用方法。

背景技术

我国是一个拥有18000km海岸线的国家，气候变化、海平面上升、沿海滩涂大面积种植大米草、滩涂围垦和人类活动等都对我国沿海潮滩的变化产生了巨大的影响，探究潮滩地面、地下过程和预测潮滩演变规律对于海岸带的合理开发利用和保护，具有十分重要的意义。沿海潮滩的演变也是海岸工程学科方面非常关注的课题，滩面高程测量仪器是对沿海滩涂剖面进行研究的重要设备。

淤泥质潮滩潮差大、潮流作用强、潮沟摆动剧烈，在没有米草生长的光滩上，水流对水准桩周围的扰动剧烈，刚打下去的水准桩在一个涨落潮之后，水准桩周围就会出现局部冲刷，如果使用美国地质调查局的滩面高程观测仪进行测量，水准桩周围50cm内的高程变化，测量误差较大。另外，由于淤泥质潮滩上淤泥较多，观测者在仪器安装时的踩踏，有可能对滩面高程有影响。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种适应于在淤泥质潮滩中使用、观测灵活且观测范围大的淤泥质潮滩滩面高程观测仪及其使用方法。

技术方案：本发明提供了一种淤泥质潮滩滩面高程观测仪，包括由不锈钢管和尼龙棒连接而成的水准桩、套筒、空心杆、连接杆和仪器主体，所述不锈钢管插入滩面，所述尼龙棒的根部、滩面以下浇筑有混凝土墩，混凝土墩可减小水准桩后期的自沉降，所述套筒套装在所述尼龙棒上，可实现在尼龙棒上自由调节安装高度，套筒的侧壁上固定有插置所述连接杆的空心杆，所述连接杆上安装有以连接杆为中心沿一周等分设有八个圆孔的圆盘，所述仪器主体下部的插入针可插入八个圆孔中的任意一个，实现仪器主体在圆盘表面八个方向的固定，进行八个方向的测量读数；

所述仪器主体包括平衡杆、悬臂、枢纽关节、底座和测量针，所述底座底面的插入针插入圆盘上的圆孔中，故，所述底座放置在所述连接杆的圆盘上，所述底座上固定所述枢纽关节，以枢纽关节为中心相对应的两侧分别连接所述平衡杆和所述悬臂，所述悬臂上等距分布18个用于插入所述测量针的孔。

由于海水盐度较高，为防止水准桩桩位侵蚀、锈蚀，且保证有足够的刚度，因此选取不锈钢作为水准桩的基准材料，上部连接尼龙棒，由于尼龙棒轻质，易对其进行标记刻度等便于定位套筒，且因尼龙棒有一定柔性，当船体航行意外触及尼龙棒时，不至于引起对船体的破坏；套筒可适应滩面不同的冲淤变化，在尼龙棒上自由调节安装高度，确保测量针恰好触及滩面；连接杆上的圆盘可实现仪器主体可以在其表面进行八个方向固定，进行八个方向测量读数。

进一步，安装完水准桩后，在尼龙棒根部周围浇筑横截面直径为30cm，高为40cm的混泥土墩，可增加水准桩与土层的接触面积，减小水准桩自身沉降，同时可防止水准桩被人为轻易拔出而造成站点的破坏。

优选的，所述不锈钢管由一组直径为10mm、长1200mm的不锈钢管组合连接而成；由于淤泥质潮滩现场条件恶劣，没有电力供应，难以使用机械设备，可工作时间短，仅有落潮至涨潮的间隔段（对半日潮一般约6小时）可以下滩进行安装工作，且所有搬运、安装完全通过人工来完成，故在制作加工时将不锈钢管设置为1.2m的若干节，使用时每节之间用螺纹连接，极大地方便了运输及安装工作。

优选的，所述尼龙棒直径为50mm，长1000mm，所述不锈钢管和所述尼龙棒通过螺纹连接；尼龙棒的直径大于钢管直径，如过细则强度不够，不能牢靠的支撑仪器主体部分；尼龙棒的长度要求埋在地下一段，且露出地面高度为40cm左右，由于测量针的长度为90cm，若尼龙棒过长则测量针难以恰好触及滩面，影响观测，且船只容易碰撞到尼龙棒上，破坏装置；同时，滩面高程变化范围大致在20～30cm，若尼龙棒过短，在滩面变化过程中尼龙棒易全部埋入淤泥下。

为了减小混凝土墩对周边水流的干扰，减小因此带来的周边滩面高程影响，需要将悬臂长度加长，测量水准桩较外围的高程变化；另外，由于淤泥质潮滩上淤泥较多，观测者在仪器安装时的踩踏，有可能对滩面高程有影响，因此，需加长悬臂减小人为因素对高程观测的影响；因此本发明所述悬臂加长至1500mm，其上等距分布有18个直径为6mm的孔，可根据各桩位实际情况，调整测孔，当水准桩中心区域水流扰动较大时，可测量水准桩较外围未受影响区域，充分扩大测量的可选范围，同时避开安装时对水准桩中心区域踩踏对测量的影响，可使水准桩周边局部冲刷和人为因素等引起的测量误差降至最低。

上述淤泥质潮滩滩面高程观测仪的使用方法，包括以下步骤：

（1）人工击打或者使用震动锤连续将多节不锈钢管打入滩面之下，在不锈钢管的上部连接尼龙棒，继续打入滩面之下直至尼龙棒露出滩面40cm处，在尼龙棒的根部浇筑混凝土；

（2）将套筒套装在已打入地下的尼龙棒上；

（3）将连接杆插入套筒侧壁上的空心杆中旋紧；

（4）将仪器主体部分竖直放在连接杆上，根据观测方位选择圆盘上的某一圆孔，使得底座下方的插入针恰好插在该圆孔中；

（5）通过水平仪测量，调节平衡杆和悬臂处于轴向水平状态；

（6）通过水平仪测量，调节悬臂在其截面方向上的水平状态，固定悬臂，防止其伸缩滑动；

（7）在悬臂上的孔中插入测量针，使得测量针底部刚好接触滩面，使用夹子将测量针固定；

（8）使用钢尺测量位于悬臂以上部分测量针的长度，并做记录；

（9）旋转仪器主体，使得底座上的插入针插入圆盘上其他方向的圆孔中，进行其他方向的测量，同样重复（6）（7）（8）中的步骤，并记录数据；

（10）每一测量周期重复以上测量步骤，可观测该点滩面高程变化。

进一步，步骤（1）中将不锈钢管打入滩面之下的深度为6m；对于淤泥质潮滩土层以粉砂质土占多数的土层特性，密实度较高，在没有机械设备的情况下，使用人工击打法将水准桩尽量打入足够深处，以避免水准桩发生自沉降，通过前后2个月的两次高程观测，监测水准桩自沉降程度，淤泥质潮滩上垂直于海岸线方向的各站水准桩打入深度平均约6m。

进一步，从尼龙棒顶端自上而下每隔10cm做刻度，在测量时可根据滩面冲淤变化情况调整套筒套在水准桩上的位置，以测量针触及滩面为前提，调整套筒安装在水准桩上的位置，如滩面冲刷较多时可将套筒位置向下移动，淤积过多时可将套筒位置向上移动。

有益效果：1、本发明中使用不锈钢管作为水准桩，可防止海水对水准桩的腐蚀，延长使用期限，同时将每段不锈钢管长度设置为1.2m，适用于淤泥质潮滩承载能力差、缺少动力机械、只能采用人工搬运和安装的实际情况，水准桩的各节间采用螺纹连接，为现场快速安装提供极大方便；2、水准桩顶部采用尼龙棒，材质密度小，质地较轻，可方便在观测过程中对顶部进行改造、画线等工作，方便人工搬运，同时可降低水准桩滩面以上部分被人为破坏的可能性，降低航行船只意外触及桩顶产生的破坏；3、在尼龙棒底部滩面以下浇筑混凝土水泥墩，可解决在淤泥质滩面中水准桩自身易于沉降的问题，同时防止被人为轻易的拔出造成站点的破坏；4、使用套筒和连接杆将仪器主体与水准桩进行连接，便于通过调节套筒在尼龙棒上的上下位置调整仪器主体的高度，使测量高程易于控制，有利于提高测量精度，同时方便测量时的安装及拆卸过程，便于携带；5、加长悬臂至1.5m可充分扩大可测量区域，当水准桩周围小范围出现水流扰动而形成冲刷坑，或者因安装仪器在水准桩局部周围有践踏时，可将测量区域调整至外围，保证测量的准确性。

附图说明

图1为本发明观测仪的结构示意图；

图2为套筒和空心杆的结构示意图；

图3为套筒和空心杆的俯视图；

图4为连接杆的结构示意图；

图5为圆盘的俯视图；

图6为仪器主体的侧视图；

图7为仪器主体的俯视图；

图8为仪器安装点位置图；

图9为S4号站点2012年9月～2013年7月高程变化图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种淤泥质潮滩滩面高程观测仪，如图1所示，包括由不锈钢管21和尼龙棒22连接而成的水准桩、套筒17、空心杆15、连接杆11和仪器主体18，不锈钢管21由多节直径为10mm、长为1200mm的不锈钢管21通过螺纹连接成一体，尼龙棒22的直径为50mm，长1000mm，不锈钢管21打入滩面以下，不锈钢管21顶端与尼龙棒22通过螺纹连接，在尼龙棒22的根部、滩面以下浇筑有混凝土墩23，混凝土墩23的浇筑直径为30cm，高为40cm；套筒17的筒壁上一周每隔90°水平旋入一个六角螺丝16，如图3所示，套筒17套装在尼龙棒22上通过三个方向将六角螺丝16旋紧在尼龙棒22上进行固定；如图2所示，套筒17的侧壁上固定有空心杆15用于插置连接杆11；如图4所示，连接杆11的底端设有螺帽13，与空心杆15顶端的螺纹旋紧进行固定，连接杆11上安装有以连接杆为中心沿一周等分设有八个圆孔12的圆盘14，如图5所示，圆盘的底部设有固定段，通过正对的两个螺丝19使圆盘固定在连接杆11上，连接杆11由下至上穿过仪器主体18，仪器主体18下部的插入针8插入其中的一个圆孔12中进行固定，因此仪器主体18可在圆盘14上的一周八个方向进行旋转并固定以便进行各个方向的测量。

如图6、图7所示，仪器主体18包括平衡杆1、锁死轮盘2、悬臂4、枢纽关节5、调节螺丝6、底座7和测量针9，底座7向下通过连接杆11平稳放置在连接杆11的圆盘14上，底座7底面的插入针8插入圆孔12进行固定，底座7的上部固定枢纽关节5，以枢纽关节5为中心上相对应的两侧分别连接平衡杆1和悬臂4，平衡杆1和悬臂4可同时绕枢纽关节5进行转动，平衡杆1的底部通过调节螺丝6与底座7连接，通过旋转调节螺丝6平衡杆1可沿底座中心上下转动，实现平衡杆1与底座7之间距离的减小和增加，调节底座7上部杆件轴向方向上的平衡，通过水平尺观测，使得平衡杆1和悬臂4处于水平状态后，由于悬臂4起始端与底座7中心由螺纹连接，通过旋转悬臂4并由水平尺测量，使其处于截面方向上的水平状态，向悬臂4远端方向旋紧旋在螺纹上的锁死圆盘2，将悬臂4固定，防止其自由转动；悬臂4长1500mm，其上等距分布18个用于插入测量针9的孔20，孔直径为6mm，测量时，当测量针9底部刚接触滩面时，使用夹子10将测量针9夹紧，防止其继续滑落，因此每个方向悬臂4上最多可测得18组数据，可充分减少水流扰动对高程测量的影响。

2012年8月，使用上述观测仪对江苏省盐城大丰市川东港南侧潮滩上所选取一断面进行淤泥质潮滩高程变化的长期观测研究，对该潮滩剖面上的十个点位进行水准桩的安装工作，具体观测点位如图8所示的点位S1～S9及S6S，安装测量过程中，S1、S2和S3三个站点均通过人工从海堤往下跑滩进行工作，其余点位水准桩的安装测量，通过乘船趁高潮位出海到达点位，待落潮期潮滩出露后，下滩进行安装或测量工作。

2012年9月开始利用设置的水准桩，进行滩面高程逐月观测，观测仪的安装及测量使用方法，包括以下步骤：

（1）人工将一节不锈钢管21打入滩面之下，打入至顶端即将进入滩面前，通过螺纹连接第二根不锈钢管21，继续打入，如此重复直至人工无法将其再向下打入为止，在顶部不锈钢管21上通过螺纹连接尼龙棒22，打入至露出滩面约40cm处，挖开周围小范围土壤，浇筑快速凝固混凝土；使用同样的步骤在潮滩的其余九个点位安装水准桩；

（2）从尼龙棒22顶端自上而下每隔10cm使用锯条锯一小口作为标记刻度，将套筒17套在尼龙棒22上某刻度处，套筒17固定位置可根据滩面冲淤情况进行调整，旋紧套筒17上的三个六角螺丝16使其与水准桩固定牢固；

（3）将连接杆11插入套筒17侧壁上的空心杆15中，旋紧螺帽13；

（4）将仪器主体18部分竖直放在连接杆11上，使得底座7下方的插入针8恰好插在连接杆11上圆盘14的孔中；

（5）旋转调节螺丝6，通过水平尺测量，使得平衡杆1和悬臂4处于轴向水平状态；

（6）旋转悬臂4，通过水平尺测量，使其处于截面方向上的水平状态，向悬臂4远端方向旋紧，锁死圆盘14，将悬臂4固定，防止其在测量时前后转动；

（7）在悬臂4上的孔20中插入测量针9，使得测量针9底部刚好接触滩面，使用夹子10将测量针9固定，测量针9数量可根据测量精度要求和滩面水平方向均匀程度确定，一般使用5根测针；

（8）使用钢尺测量位于悬臂4以上部分测量针9的长度，并做记录；

（9）旋转仪器主体18，使得底座7上的插入针8插入圆盘14上其他方向的圆孔12中，进行其他方向的测量，同样重复（6）（7）（8）中的步骤，并记录数据，S4站一次测量数据表如表1所示；

表1S4桩位测量数据表

（10）每隔一定周期重复以上测量步骤，可观测该点滩面高程变化；S4号站点2012年9月～2013年7月高程变化如图9所示。

通过对表1中记录表的分析可以得到，该仪器可进行多个方向、多组次数据测量，将所得数据取平均，可降低因滩面在水平方面高程的不均匀引入的误差，提高测量精度；通过两个月之间的比较，可以得出该点位在该月间的高程变化。通过长时间、多点位的观测，即可得出单个点位长时间变化或剖面多点位高程变化情况。如图9所示的S4号站点长期观测数据，可分析该点长期高程变化情况，可用于分析滩面高程未来变化趋势。

如上，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (8)

1.一种淤泥质潮滩滩面高程观测仪，其特征在于：包括由不锈钢管和尼龙棒连接而成的水准桩、套筒、空心杆、连接杆和仪器主体，所述不锈钢管插入滩面，所述尼龙棒的根部、滩面以下浇筑有混凝土墩，所述套筒套装在所述尼龙棒上且套筒的侧壁上固定有插置所述连接杆的空心杆，所述连接杆上安装有以连接杆为中心沿一周等分设有八个圆孔的圆盘；

所述仪器主体包括平衡杆、悬臂、枢纽关节、底座和测量针，所述底座底面的插入针插入圆盘上的圆孔中，所述底座上固定所述枢纽关节，以枢纽关节为中心相对应的两侧分别连接所述平衡杆和所述悬臂，所述悬臂上等距分布18个用于插入所述测量针的孔。

2.根据权利要求1所述的淤泥质潮滩滩面高程观测仪，其特征在于：所述混凝土墩的横截面直径为30cm，高为40cm。

3.根据权利要求1所述的淤泥质潮滩滩面高程观测仪，其特征在于：所述不锈钢管由一组直径为10mm、长1200mm的不锈钢管组合连接而成。

4.根据权利要求1所述的淤泥质潮滩滩面高程观测仪，其特征在于：所述尼龙棒直径为50mm，长1000mm，所述不锈钢管和所述尼龙棒通过螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的淤泥质潮滩滩面高程观测仪，其特征在于：所述悬臂长1500mm，其上等距分布有18个直径为6mm的孔。

6.一种如权利要求1所述的淤泥质潮滩滩面高程观测仪的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）人工击打或者使用震动锤连续将不锈钢管打入滩面之下，在不锈钢管的上部连接尼龙棒，继续打入滩面之下直至尼龙棒露出滩面40cm处，在尼龙棒的根部浇筑混凝土；

（2）将套筒套装在已打入滩面下的尼龙棒上；

（3）将连接杆插入套筒侧壁上的空心杆中旋紧；

（4）将仪器主体部分竖直放在连接杆上，根据观测方位选择圆盘上的圆孔，使得底座下方的插入针恰好插在该圆孔中；

（5）通过水平仪测量，调节平衡杆和悬臂处于轴向水平状态；

（6）通过水平仪测量，调节悬臂在其截面方向上的水平状态，固定悬臂，防止伸缩滑动；

（7）在悬臂上的孔中插入测量针，使得测量针底部刚好接触滩面，使用夹子将测量针固定；

（8）使用钢尺测量位于悬臂以上部分测量针的长度，并做记录；

（9）旋转仪器主体，使得底座上的插入针插入圆盘上其他方向的圆孔中，进行其他方向的测量，同样重复（6）（7）（8）中的步骤，并记录数据；

（10）每一测量周期重复以上测量步骤，观测该点滩面高程变化。

7.根据权利要求6所述的淤泥质潮滩滩面高程观测仪的使用方法，其特征在于：步骤（1）中将不锈钢管打入滩面之下的深度为6m。

8.根据权利要求6所述的淤泥质潮滩滩面高程观测仪的使用方法，其特征在于：从尼龙棒顶端自上而下每隔10cm做刻度，以测量针触及滩面为前提，调整套筒安装在水准桩上的位置，在滩面冲刷时将套筒位置向下移动，淤积时将套筒位置向上移动。