CN104280017A - 亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法及其装置 - Google Patents

亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法及其装置 Download PDF

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CN104280017A CN201410443129.XA CN201410443129A CN104280017A CN 104280017 A CN104280017 A CN 104280017A CN 201410443129 A CN201410443129 A CN 201410443129A CN 104280017 A CN104280017 A CN 104280017A
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Abstract

一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置及其方法，所述观测装置包括浮筒、牵引绳索、沉锚及坐落水中的观测架，在所述观测架上架设有多普勒声学流速剖面仪(ADP)、脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)、多普勒点流速仪(ADV-Ocean)及光学后向散射浊度仪(OBS3+和OBS3A)和分层接沙杯。本发明采用低高度、大底座稳定观测架，可以有效的防止高流速、强紊动区域观测架体侧翻情况出现；通过本观测装置可以有效地获得受波浪影响的潮间带近底泥沙及全水深流速流向数据，获得数据具有稳定、连续及多样性的特点。其操作简便，能实现长期自动测量和存储，并能满足常规天气条件和极端天气条件下的全天候无人值守观测要求。

Description

亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法及其装置
技术领域
本发明涉及水文观测技术领域，具体地说是一种亚潮带(强流深水)区域近底泥沙及全水深流速流向观擦装置。更具体地，本发明提供一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观擦装置。所述装置克服了该区域近底泥沙及全水深流速流向数据极端天气下无法全天候连续获取且常规天气观测中获取精度低的难题，为河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关研究提供了新的观测技术手段，有助于提高其研究结果的准确度。
背景技术
获取到长时间序列的可靠的亚潮带区域区域近底泥沙及全水深流速流向数据是认知河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关领域研究的重要基础前提之一。
亚潮带区域区域的水文过程具有一定的复杂性和独特性，主要体现在以下3个方面：
(1)涨落潮流流速大，潮差大，水动力强；
(2)测区周围往往较开阔，无遮挡；
(3)洪季测量过程中易受极端条件影响。
并且，在传统船载测量方法中，即测量人员利用测船及船载测量仪器实施数据采集的方法，受天气影响较大，测量人员和测船均存在严重安全风险，且对于近底层含沙量及流速特征的获取精度低。
为此，尽管亚潮带区域区域近底泥沙及全水深流速流向数据是亚潮带区域内极为重要的代表性数据类型，但由于实际困难的存在，过往测量实践中通常受天气影响不断调整测量时间且对亚潮带区域区域近底泥沙及流速流向数据进行舍弃，这极大地降低了河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关研究的精确度。因此，针对亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观擦装置的探究是十分必要的。
发明内容
为克服上述问题，本发明的目的是：提供一种强流(亚潮带)深水区域近底泥沙及全水深流速流向观擦装置。所述装置克服了该区域近底泥沙及全水深流速流向数据极端天气下无法全天候连续获取且常规天气观测中获取精度低的难题，为河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关研究提供了新的观测技术手段，有助于提高其研究结果的准确度。
本发明技术方案如下：
一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，包括观测架，其特征在于，
所述观测架为框架型构件，
所述观测架的框架型构件分为3层，上层，中层及底层，所述观测架上层框架自底层框架起高1.2-1.5m，中层高0.5-0.7m，底层框架高度，即未置入水体淤泥之前的自身高度，0.1～0.15m，
在所述观测架上架设有水体流速观测仪及光学后向散射浊度仪，以分别测得近底层水体的水温、盐度、含沙量、水体水深及水体垂线上各深度流速，
在各层连接杆部分连续放置长20cm的接沙杯，
所述水体流速观测仪包括上、中、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、中、下部垂直线范围的水体流速流向数据及波浪数据。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架通过牵引绳索顺序连接沉锚链及浮筒。
根据本发明，在所述观测架上架设有多普勒声学流速剖面仪、脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪、多普勒点流速仪及光学后向散射浊度仪和分层接沙杯，以分别测得近底层水体的水温、盐度、含沙量、水体水深及水体垂线上各深度流速。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架上层高1.2m，中层高0.5m，底座高度0.1m。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架为框架型构件的中层及底层为等边三角形框架结构，等边三角形框架边长1.8-2m，在底层，即底座配重的情况下，所述观测架整体重心不高于40cm。
由于观测架放到海底的时候三个角支座会陷入到海底中，所以在观测架放下测量过程中，底层即为海底。由此，可有效的保证近底强流作用下架体的稳定性。
根据本发明，通过仪器调试和安装、观测装置布放、数据采集及数据处理分析等步骤完成对亚潮带区域近底层含沙量、盐度、温度及全水深流速流向的观测，并同步采集近底层分层悬移质样品。
坐底观测架采用低高度、大底座稳定观测架，观测架分为3层，上层高1.2-1.5m，中层高0.5-0.7m，底座高度0.1～0.15m，在底座配重的情况下，架体整体重心不高于40cm。
由此，有效的保证了近底强流作用下架体的稳定性。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架中层框架边梁上平行放置浊度仪和中部水体流速观测仪，所述中部水体流速观测仪用于采集水体中部垂直线范围的水体流速流向数据、波浪数据，所述浊度仪用于采集距底层50cm处的浊度值。
为了最终可以插值得到观测架最上面到最下面之间的浊度值，所以底层、中层和上层各放置一个浊度仪(浊度仪探头)。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，
所述观测架底层框架竖直连接杆上0.3m处竖直设置浊度仪，用于采集距底层0.3m处的浊度值。底层放置光学后向散射浊度仪探头，采集距底层(底层，由于观测架放到海底的时候三个角支座会陷入到海底中，所以在观测架放下测量过程中，底层即为海底)0.3m(就是特指0.3m处)的浊度值。
所述浊度仪探头不能完全放到底层，因为由于不可预测的极端天气的可能性，如果完全放倒底层则有可能在测量过程中，探头被底层泥沙淹没而造成无数据的情况出现，且底层与距底0.3m的浊度基本是接近。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，
所述观测架框架型构件的上层为一锥台形框架，所述锥台形框架形成一凹陷的内置安装仪器用平台，放置上、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、下部垂直线范围,的水体流速流向数据、波浪数据，所述锥台形框架上部边梁水平设置浊度仪，用于采集距底层1.2m的浊度值，
所示凹陷内置框架底部边梁高于所述观测架中层框架边梁。
本发明还提供一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法。
根据本发明一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
a、组建观测系统装置
所述装置包括观测架，所述观测架为框架型构件，
所述观测架的框架型构件分为3层，上层，中层及底层，所述观测架上层框架自底层框架起高1.2-1.5m，中层高0.5-0.7m，底层框架高度，即未置入水体淤泥之前的自身高度，0.1～0.15m，
在所述观测架上架设有水体流速观测仪及光学后向散射浊度仪，以分别测得近底层水体的水温、盐度、含沙量、水体水深及水体垂线上各深度流速，
在各层连接杆部分连续放置长20cm的接沙杯，
所述水体流速观测仪包括上、中、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、中、下部垂直线范围的水体流速流向数据及波浪数据，
所述观测装置坐落水底的观测架通过牵引绳索顺序连接沉锚链及浮筒，
b、仪器调试设置
根据观测地点的特点、观测周期、电池电量等对观测系统上的仪器进行调试设置，仪器均采用自溶式仪器；
c、布放观测系统；
d、进行观测、采集数据；
所述观测系统可以连续自动测量，并记录测量数据；
e、观测系统回收；
f、数据处理。
在步骤a，所述测量仪器包括多普勒声学流速剖面仪(ADP)、光学后向散射浊度仪(OBS)。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
在步骤c，所述观测装置布放由测船运送本测量装置及安装人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，
所述观测装置回收由测船只运送作业人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，所述观测架为框架型构件的中层及底层为等边三角形框架结构，等边三角形框架边长1.8-2m，在底层，即底座配重的情况下，所述观测架整体重心不高于40cm。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，坐底观测架采用低高度、大底座稳定观测架，观测架分为3层，上层高1.2-1.5m，中层高0.5-0.7m，底座高度0.1～0.15m，在底座配重的情况下，架体整体重心不高于40cm。
由此，有效的保证了近底强流作用下架体的稳定性。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
在步骤f，将测量仪器停止，数据导出；利用现场采集悬沙样品对光学后向散射浊度仪(OBS3+，OBS-3A)浊度值进行标定，在标定中，根据不同泥沙浓度分段标定，得到近底层水体的水温、盐度、含沙量；多普勒声学流速剖面仪(ADP)处理得水深及垂线上各深度流速，并同步采集近底层分层悬移质样品。
一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
使用上述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，所述观测装置布放由测船运送本测量装置及安装人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，
所述观测装置回收由测船只运送作业人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，
通过仪器调试和安装、观测装置布放、数据采集及数据处理分析等步骤完成对亚潮带区域近底层含沙量、盐度、温度及全水深流速流向的观测，并同步采集近底层分层悬移质样品。
浮筒通过牵引绳索连接沉锚链一端，沉锚链另一端连接坐落水底的观测架，牵引绳索的长度为抛投现场水深值的一倍。
这样做的优势在于，钢丝绳较长，使得强流作用下钢丝绳倾斜角度较大，由此，可以有效的减弱强流作用对底部锚链的拉力；锚链的使用可以防止涨落潮流周期作用下钢丝绳对坐底观测架的缠绕，进而影响声学测流仪器声波投射路径并且保证架体不易侧翻，回收架体更简易。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，所述观测架为框架型构件的中层及底层为等边三角形框架结构，等边三角形框架边长1.8-2m，在底层，即底座配重的情况下，所述观测架整体重心不高于40cm。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
所述观测架中层框架边梁上平行放置浊度仪和中部水体流速观测仪，所述中部水体流速观测仪用于采集水体中部垂直线范围的水体流速流向数据、波浪数据，所述浊度仪用于采集距底层50cm处的浊度值，
所述观测架底层框架竖直连接杆上0.3m处竖直设置浊度仪，用于采集距底层0.3m处的浊度值。
根据本发明所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
所述观测架框架型构件的上层为一锥台形框架，所述锥台形框架形成一凹陷的内置安装仪器用平台，放置上、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、下部垂直线范围,的水体流速流向数据、波浪数据，所述锥台形框架上部边梁水平设置浊度仪，用于采集距底层1.2m的浊度值，
所示凹陷内置框架底部边梁高于所述观测架中层框架边梁。
根据本发明，由于观测架放到海底的时候三个角支座会陷入到海底中，所以在观测架放下测量过程中，底层即为海底。另外，1.2m处是观测架的最顶层，及最高高度，因此为了最终可以插值得到观测架最上面到最下面之间的浊度值，所以底层、中层和上层各放置一个浊度仪探头。
又，所述观测架中层放置声学流速仪及光学后向散射浊度仪探头，用于分别采集水体上、中、下部分流速流向数据及波浪数据及距底层50cm处浊度值，所述水体下部特指观测架底层边梁至观测架中层边梁水体区域，所述水体中部特指观测架中层边梁以上10m左右水体区域，所述水体上部特指观测架底层边梁至观测架上层边梁至水面水体区域，。
根据本发明，由于观测架放到海底的时候三个角支座会陷入到海底中，所以在观测架放下测量过程中，底层即为海底。
观测架上层主要放置光学后向散射浊度仪探头，采集距底1.2m浊度值；
第二层放置三套声学流速仪及光学后向散射浊度仪探头，分别采集上、中、下部分水体流速流向数据及波浪数据及距底50cm浊度值。底层放置光学后向散射浊度仪探头，采集距底0.3m浊度值。
所述在各层连接杆部分连续放置接沙杯，如图所示，就是一个接着一个连接放置，例如，接沙杯现有尺寸是20cm高度，一次就是20cm一个接沙杯。
根据本发明的观测方法，其布放由测船运送本测量装置及安装人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，布放过程中，投放顺序为坐底观测架，沉锚，浮筒。
根据本发明的观测方法，其数据采集在于观测装置可以连续自动测量，并记录测量数据，测量过程不受极端天气状况影响。
根据本发明的观测方法，其回收由测船只运送作业人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，回收过程中，回收顺序为浮筒，沉锚，坐底观测架。
根据本发明观测装置及方法，克服了该区域近底泥沙及全水深流速流向数据极端天气下无法全天候连续获取且常规天气观测中获取精度低的难题，为河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关研究提供了新的观测技术手段，有助于提高其研究结果的准确度。
附图说明
图1为本发明的亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观擦装置立体示意图。
图2为本发明的亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观擦装置使用示意图。
图中，1为浊度仪，2为分层接沙杯，3为上部流速仪，4为电池，5为中部流速仪，6为下部流速仪，7为锚链，8为钢丝绳，9为浮筒。
具体实施方式
下面结合附图及实施实例对本发明进一步描述：
实施例
一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，所述观测装置包括浮筒、牵引绳索、沉锚及坐落水中的观测架。在所述观测架上架设有多普勒声学流速剖面仪(ADP)、脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)、多普勒点流速仪(ADV-Ocean)及光学后向散射浊度仪(OBS3+和OBS3A)和分层接沙杯。
浮筒通过牵引绳索连接沉锚链一端，沉锚链另一端连接坐底观测架，牵引绳索的长度为抛投现场水深值的一倍。
所述观测架采用低高度、大底座稳定观测架，且观测架分为3层，层高1.2m，中层高0.5m，在底座配重的情况下，架体整体重心不高于40cm，有效的保证了近底强流作用下架体的稳定性。
通过仪器调试和安装、观测装置布放、数据采集及数据处理分析等步骤完成对亚潮带区域近底层含沙量、盐度、温度及全水深流速流向的观测，并同步采集近底层分层悬移质样品。
坐底观测架采用低高度、大底座稳定观测架，观测架分为3层，上在底座配重的情况下，架体整体重心不高于40cm，有效的保证了近底强流作用下架体的稳定性。
另外，观测架上层为等边三角形，边长1-1.2m，主要放置光学后向散射浊度仪探头，采集距底1.2m浊度值；第二层放置三套声学流速仪及光学后向散射浊度仪探头，分别采集上、中、下部分水体流速流向数据及波浪数据及距底50cm浊度值；底层放置光学后向散射浊度仪探头，采集距底0.3m浊度值；并且在各层连接杆部分连续放置接沙杯。
所述观测架框架型构件的上层为一锥台形框架，所述锥台形框架形成一凹陷的内置安装仪器用平台，放置上、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、下部垂直线范围,的水体流速流向数据、波浪数据，所述锥台形框架上部边梁水平设置浊度仪，用于采集距底层1.2m的浊度值，
所示凹陷内置框架底部边梁高于所述观测架中层框架边梁。
根据本发明，其布放由测船运送本测量装置及安装人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，布放过程中，投放顺序为坐底观测架，沉锚，浮筒。
根据本发明，其数据采集在于观测装置可以连续自动测量，并记录测量数据，测量过程不受极端天气状况影响。
根据本发明，其回收由测船只运送作业人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，回收过程中，回收顺序为浮筒，沉锚，坐底观测架。
根据本发明，其数据处理在于将测量仪器停止，数据导出；利用现场采集悬沙样品对光学后向散射浊度仪(OBS3+，OBS-3A)浊度值进行标定，在标定中，根据不同泥沙浓度分段标定，得到近底层水体的水温、盐度、含沙量；多普勒声学流速剖面仪(ADP)处理得水深及垂线上各深度流速。
据本发明，提供一种亚潮带区域区域近底泥沙及全水深流速流向观擦装置，所述装置克服了该区域近底泥沙及全水深流速流向数据极端天气下无法全天候连续获取且常规天气观测中获取精度低的难题，为河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关研究提供了新的观测技术手段，有助于提高其研究结果的准确度。

Claims (10)

1.一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，包括观测架，其特征在于，
所述观测架为框架型构件，
所述观测架的框架型构件分为3层，上层，中层及底层，所述观测架上层框架自底层框架起高1.2-1.5m，中层高0.5-0.7m，底层框架高度，即未置入水体淤泥之前的自身高度，0.1～0.15m，
在所述观测架上架设有水体流速观测仪及光学后向散射浊度仪，以分别测得近底层水体的水温、盐度、含沙量、水体水深及水体垂线上各深度流速，
在各层连接杆部分连续放置长20cm的接沙杯，
所述水体流速观测仪包括上、中、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、中、下部垂直线范围的水体流速流向数据及波浪数据。
2.如权利要求1所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架为框架型构件的中层及底层为等边三角形框架结构，等边三角形框架边长1.8-2m，在底层，即底座配重的情况下，所述观测架整体重心不高于40cm。
3.如权利要求1所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架中层框架边梁上平行放置浊度仪和中部水体流速观测仪，所述中部水体流速观测仪用于采集水体中部垂直线范围的水体流速流向数据，所述浊度仪用于采集距底层50cm处的浊度值。
4.如权利要求1所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，
所述观测架框架型构件的上层为一锥台形框架，所述锥台形框架形成一凹陷的内置安装仪器用平台，放置上、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、下部垂直线范围,的水体流速流向数据及波浪数据，所述锥台形框架上部边梁水平设置浊度仪，用于采集距底层1.2m的浊度值，
所示凹陷内置框架底部边梁高于所述观测架中层框架边梁。
5.一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
a、组建观测系统装置
所述装置包括观测架，所述观测架为框架型构件，
所述观测架的框架型构件分为3层，上层，中层及底层，所述观测架上层框架自底层框架起高1.2-1.5m，中层高0.5-0.7m，底层框架高度，即未置入水体淤泥之前的自身高度，0.1～0.15m，
在所述观测架上架设有水体流速观测仪及光学后向散射浊度仪，以分别测得近底层水体的水温、盐度、含沙量、水体水深及水体垂线上各深度流速，
在各层连接杆部分连续放置长20cm的接沙杯，
所述水体流速观测仪包括上、中、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、中、下部垂直线范围的水体流速流向数据及波浪数据，
所述观测装置坐落水底的观测架通过牵引绳索顺序连接沉锚链及浮筒，
b、仪器调试设置
根据观测地点的特点、观测周期、电池电量等对观测系统上的仪器进行调试设置，均采用自溶式仪器；
c、布放观测系统；
d、进行观测、采集数据；
所述观测系统可以连续自动测量，并记录测量数据；
e、观测系统回收；
f、数据处理。
6.如权利要求5所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
在步骤c，所述观测装置布放由测船运送本测量装置及安装人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域，
所述观测装置回收由测船只运送作业人员于涨平潮或落平潮时段到达待测区域。
7.如权利要求5所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，所述观测架为框架型构件的中层及底层为等边三角形框架结构，等边三角形框架边长1.8-2m，在底层，即底座配重的情况下，所述观测架整体重心不高于40cm。
8.如权利要求5所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，所述观测架为框架型构件的中层及底层为等边三角形框架结构，等边三角形框架边长1.8-2m，在底层，即底座配重的情况下，所述观测架整体重心不高于40cm。
9.如权利要求5所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，
所述观测架框架型构件的上层为一锥台形框架，所述锥台形框架形成一凹陷的内置安装仪器用平台，放置上、下部水体流速观测仪，用于分别采集水体上、下部垂直线范围,的水体流速流向数据、波浪数据，所述锥台形框架上部边梁水平设置浊度仪，用于采集距底层1.2m的浊度值，
所示凹陷内置框架底部边梁高于所述观测架中层框架边梁。
10.如权利要求5所述一种亚潮带区域近底泥沙及全水深流速流向观测方法，其特征在于，所述观测架底层框架竖直连接杆上0.3m处竖直设置浊度仪，用于采集距底层0.3m处的浊度值。底层放置光学后向散射浊度仪探头，采集距底层0.3m的浊度值。
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