CN109916268A - 一种水下沉积物厚度测深装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种水下沉积物厚度测深装置及其使用方法，它涉及一种测深装置及其使用方法。本发明为了解决现有水底沉积物厚度的测深设备和方法存在设备重量增加、需要多人配合才能完成操作测量，以及双频回声测距仪体积较大,仪器价格昂贵，操作复杂的问题。本发明的尖头安装在柱状测深单元的下端，柱状测深单元外侧壁上等间距开设多个槽孔，弹性自锁装置安装在环形板内，环形板可上下移动套装在柱状测深单元上。装置下沉接触沉积物后，环形板受到阻力停止下沉，测深杆继续下沉穿透沉积物，上提过程中，环形板会通过自锁装置卡在测深杆某个槽孔的位置，环形板到尖头下端的垂直距离就是沉积物厚度。本发明用于水下沉积物测深。

Description

一种水下沉积物厚度测深装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于水底沉积物厚度测深的装置及其使用方法，具体涉及到不同水深、测量船只规模较小的内陆水域水底沉积物厚度的测量装置及其使用方法，属于测量与控制技术及水下沉积物测深领域。

背景技术

水底沉积物是各类水域的重要组成成分，水体污染物经过多年沉降累积，长期蓄积在沉积物中，一定条件下，沉积物中污染物会释放进入上层水体，对水体及水环境构成威胁。因此，需要深入研究沉积物的特征信息，为沉积物的采集和治理提供相关依据，其中关键在于获取水域沉积物厚度分布。

目前，广泛用于水深较浅(0-3m)的河道及湖泊的沉积物测深方法为测杆法，该方法采用标准杆下端焊接直径20cm铁板的特制测杆及标准测杆联合测深，通过两根测杆读数差值来确定沉积物的厚度。但是测杆法每次需要携带两根测杆，设备重量增加，需要多人配合才能完成操作测量。

另外，广泛用于水深较深(大于3m)的河道及湖泊的沉积物测深方法为超声波测量法，采用双频回声测距仪垂直向下间断发射声脉冲，声脉冲穿过水体，一部分经水底反射被换能器接受，另一部分声脉冲继续穿透沉积物至地层反射回来被换能器接受，通过分析反射回来的声脉冲，实现沉积物的厚度的测量。但是双频回声测距仪体积较大,仪器价格昂贵，操作复杂，操作人员需经过系统的专业培训。

综上所述，前述两种测量设备和方法均不具备简便高效、结果直观的沉积物厚度测量功能。需要研发具有测量结果直观可靠、操作简便、造价低廉、携带轻便等特点的沉积物厚度测量装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有水底沉积物厚度的测深设备和方法存在设备重量增加、需要多人配合才能完成操作测量，以及双频回声测距仪体积较大,仪器价格昂贵，操作复杂的问题。进而提供一种水下沉积物厚度测深装置及其使用方法。

本发明的技术方案是：一种水下沉积物厚度测深装置，它包括提升装置，它还包括尖头、环形板、弹性自锁装置和柱状测深单元，尖头可拆卸安装在柱状测深单元的下端，柱状测深单元外侧壁上由上至下依次等间距开设多个槽孔，弹性自锁装置安装在环形板内，环形板可上下移动套装在柱状测深单元上，环形板在无外力情况下，通过弹性自锁装置对不同高度的柱状测深单元实现自锁；环形板在有外力情况下，克服弹性自锁装置的弹力卡装在不同高度的槽孔内。

进一步地，提升装置包括缆绳连接环、缆绳和两个配重环，缆绳连接环可拆卸安装在柱状测深单元的上端，两个配重环分别安装在缆绳连接环的两侧，缆绳与缆绳连接环连接。

进一步地，它还包括两组配重块，每个配重环上安装有一组配重块。

进一步地，环形板为空心柱状环形板，环形板的外径为18cm-22cm。

进一步地，环形板的内侧对称开设有自锁安装槽。

进一步地，弹性自锁装置包括自锁弹簧和自锁钢球，自锁弹簧安装在自锁安装槽内，自锁钢球顶设在自锁弹簧上并位于在槽孔与自锁安装槽的端部之间。

进一步地，自锁弹簧通过挤压自锁钢球给环形板提供向上摩擦力，所述摩擦力大小与环形板的重力相等，并支撑环形板停留在柱状测深单元上的任意位置。

进一步地，自锁钢球在槽孔与自锁弹簧之间360度转动。

进一步地，柱状测深单元包括刻度尺、多个测深杆和多个螺柱，相邻两个测深杆之间通过一个螺柱连接，刻度尺设置在多个测深杆上。

本发明还提供了一种水下沉积物厚度测深装置的使用方法，它包括以下步骤：

步骤一：入水前的安装准备工作：

估算测样点沉积物厚度，选择测深杆的数量，依次将尖头、环形板、测深杆、螺柱和弹性自锁装置进行连接，将环形板推至测深杆最底部的槽孔处，配重块固定在配重环上，缆绳固定在缆绳连接环上，将装置放入水中；

步骤二：入水测量：

测样点水深较浅时，水下沉积物厚度测深装置的尖头首先接触沉积物表层，环形板下沉接触沉积物后，环形板受到阻力停止下沉，直接用人力将测深杆插入沉积物中，直到达到无法继续插入沉积物中的阻力时，水下沉积物厚度测深装置停止下沉；测深杆插入沉积物过程中，环形板通过弹性自锁装置卡在测深杆上的某个槽孔上；

测样点水深较深时，水下沉积物厚度测深装置的尖头距离沉积物表层一定高度，释放水下沉积物厚度测深装置，水下沉积物厚度测深装置自由落体进入沉积物中并依靠自重到达沉积物底层，环形板受阻力停留在沉积物表层，由弹性自锁装置卡装在测深杆上；

步骤三：上提水下沉积物厚度测深装置：

拽动缆绳，直至水下沉积物厚度测深装置离开水面，通过刻度尺读出环形板固定在测深杆槽孔中的位置，刻度尺读数即为测量点沉积物的厚度；

步骤四：拆卸并清洗水下沉积物厚度测深装置：

拆解配重块、尖头、环形板、测深杆、螺柱和弹性自锁装置，并清洗上述构件，至此，完成了对水下沉积物厚度的测深。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

相比于现有用于沉积物厚度测深的测杆法和超声波测量法测量结果不够直观、操作复杂等不足，本发明具有如下优点：

1、本发明的水下沉积物厚度测深装置由于取出后看环形板2在测深杆4-2上的位置，直接读取测深杆4-2上的刻度尺3数字，直接读取测量结果。使得测量结构更加直观可靠。

2、本发明在进行不同水深的沉积物测深时，无需对操作人员进行培训，水深较浅时，只需人工向下插入即可，水深较深时，投放后靠自重到达沉积物底层即可。整个操作过程简单。

3、本发明各构件结构简单，成本低廉。而且使用前只需要将其运送到现场，尤其是测深杆4-2的长度，经过拆解携带，节省空间，携带方便。

4、本发明的各构件连接均为可拆卸连接，不但连接方便，而且还便于清洗以及后续维护和更换配件。

附图说明

图1是本发明的沉积物测深装置示意图以及上下部分剖面图。

图2是本发明的沉积物测深装置在水深较浅水域沉积物测深示意图。

图3是本发明的沉积物测深装置在水深较深水域沉积物测深示意图。

图4是本发明的侧视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的水下沉积物厚度测深装置包括提升装置，它还包括尖头1、环形板2、弹性自锁装置和柱状测深单元4，尖头1可拆卸安装在柱状测深单元4的下端，柱状测深单元4外侧壁上由上至下依次等间距开设多个槽孔4-1，弹性自锁装置安装在环形板2内，环形板2可上下移动套装在柱状测深单元4上，环形板2在无外力情况下，通过弹性自锁装置对不同高度的柱状测深单元4实现自锁；环形板2在有外力情况下，克服弹性自锁装置的弹力卡装在不同高度的槽孔4-1内。

本实施方式的尖头1主体为圆锥台结构，与测深杆4-2的下端通过螺柱连接。便于顺利插入到沉积物中。

本实施方式的环形板2使用前推至测深杆4最底部，避免装置在下放过程中因水的阻力产生倾斜。

本实施方式的缆绳连接环6与测深杆4通过螺纹连接。连接简单、方便。

具体实施方式二：结合图1、图3和图4说明本实施方式，本实施方式的提升装置包括缆绳连接环6、缆绳10和两个配重环5，缆绳连接环6可拆卸安装在柱状测深单元4的上端，两个配重环5分别安装在缆绳连接环6的两侧，缆绳10的一端与缆绳连接环6连接。缆绳10的另一端由工作人员控制操作。如此设置，便于实现工作人员对测深装置的控制，完成对测深装置的释放和提起等动作。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图3说明本实施方式，本实施方式的还包括两组配重块11，每个配重环5上安装有一组配重块11。如此设置，配重环5可与配重块连接，配重块对称放置，增加装置下沉速度和稳定性。其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的环形板2为空心柱状环形板，空心柱状环形板与柱状测深单元4之间间隙配合，环形板2的外径为18cm-22cm。如此设置，便于环形板2受阻力停留在沉积物表层，环形板2的尺寸保证了在下沉过程中，阻力小，又能保证受到沉积物表面阻隔时贴附在沉积物表面上。其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。

本实施方式的环形板2的外径为20cm。尺寸为最佳。使用前推至测深杆4最底部，避免装置在下放过程中因水的阻力产生倾斜。

具体实施方式五：结合图4说明本实施方式，本实施方式的环形板2的内侧对称开设有自锁安装槽2-1。如此设置，便于安装弹性自锁装置，对称开设的自锁安装槽2-1也能够保证在实现自锁时，环形板2仍然处于水平状态，防止环形板2倾斜。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式的弹性自锁装置包括自锁弹簧7和自锁钢球8，自锁弹簧7安装在自锁安装槽2-1内，自锁钢球8顶设在自锁弹簧7上并位于在槽孔4-1与自锁安装槽2-1的端部之间。如此设置，结构简单，便于生产制造。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本实施方式的环形板2内环部分左右各有一套自锁装置，所述的环形板2下沉接触沉积物后，环形板2受到阻力停止下沉，测深杆4-2继续下沉穿透沉积物，上提过程中，环形板2会通过弹性自锁装置卡在测深杆4-2某个槽孔的位置，环形板2到尖头1下端的垂直距离就是沉积物厚度。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式的自锁弹簧7通过挤压自锁钢球8给环形板2提供向上摩擦力，所述摩擦力大小与环形板2的重力相等，并支撑环形板2停留在柱状测深单元4上的任意位置。如此设置，便于保证自锁弹簧7所提供的力满足在下沉过程中，不发生移动，还能保证在受沉积物阻隔时，环形板2上移。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式的自锁钢球8在槽孔4-1与自锁弹簧7之间360度转动。如此设置，使环形板2能上下自由移动。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

具体实施方式九：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的柱状测深单元4包括刻度尺3、多个测深杆4-2和多个螺柱9，相邻两个测深杆4-2之间通过一个螺柱9连接，刻度尺3设置在多个测深杆4-2上。如此设置，连接更加简单、方便。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六、七或八相同。

本实施方式的刻度尺3长度与测深杆4长度一致，采用直接喷漆在测深杆4上或者上下螺母安装刻度尺在测深杆4上的方式制作，刻度尺3不影响环形板2的上下移动。

本实施方式的测深杆4-2为柱状结构，上下两端设有内螺纹，与尖头1上端、测深杆4-2下端或缆绳连接头6下端通过螺纹连接；所述的测深杆4-2两侧等间距平行设置多个槽孔，槽孔保证无外力情况下自锁钢球8嵌入槽孔后环形板2不能上下移动；所属的测深杆4-2可以多个通过螺柱串联连接。

本实施方式的螺柱9可以使多个测深杆4通过螺纹串联连接。

具体实施方式十：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式包括以下步骤：

步骤一：入水前的安装准备工作：

估算测样点沉积物厚度，选择测深杆4-2的数量，依次将尖头1、环形板2、测深杆4-2、螺柱9和弹性自锁装置进行连接，将环形板2推至测深杆4-2最底部的槽孔4-1处，配重块11固定在配重环5上，缆绳10固定在缆绳连接环6上，将装置放入水中；

步骤二：入水测量：

测样点水深较浅时，水下沉积物厚度测深装置的尖头1首先接触沉积物表层，环形板2下沉接触沉积物后，环形板2受到阻力停止下沉，直接用人力将测深杆4-2插入沉积物中，直到达到无法继续插入沉积物中的阻力时，水下沉积物厚度测深装置停止下沉；测深杆4-2插入沉积物过程中，环形板2通过弹性自锁装置卡在测深杆4-2上的某个槽孔4-1上；

测样点水深较深时，水下沉积物厚度测深装置的尖头1距离沉积物表层一定高度，释放水下沉积物厚度测深装置，水下沉积物厚度测深装置自由落体进入沉积物中并依靠自重到达沉积物底层，环形板2受阻力停留在沉积物表层，由弹性自锁装置卡装在测深杆4上；

步骤三：上提水下沉积物厚度测深装置：

拽动缆绳10，直至水下沉积物厚度测深装置离开水面，通过刻度尺3读出环形板2固定在测深杆4槽孔4-1中的位置，刻度尺3读数即为测量点沉积物的厚度；

步骤四：拆卸并清洗水下沉积物厚度测深装置：

拆解配重块11、尖头1、环形板2、测深杆4-2、螺柱9和弹性自锁装置，并清洗上述构件，至此，完成了对水下沉积物厚度的测深。

本实施方式的步骤一中，对尖头1、环形板2、测深杆4-2、螺柱9和弹性自锁装置进行连接的方式，参照具体实施方式一至九中的连接方式进行连接。

为了更加清楚的表述本发明在实际实施过程中的具体要求，现对各构件做如下说明：

尖头1由不锈钢加工而成，主体为圆锥台结构，用于减小测深装置进入沉积物时阻力，上端与测深杆4下端通过螺柱连接。

环形板2由塑料板或金属板制成，主体为空心柱状结构，直径20cm，使用前推至测深杆4最底部，避免装置在下放过程中因水的阻力产生倾斜；环形板2内环部分左右各有一套自锁装置，自锁装置由自锁弹簧7、自锁钢球8和测深杆4-2表面的槽孔组成；所述的环形板2下沉接触沉积物后，环形板2受到阻力停止下沉，测深杆4-2继续下沉穿透沉积物，上提过程中，环形板2会通过自锁装置卡在测深杆4-2某个槽孔的位置，环形板2到尖头1下端的垂直距离就是沉积物厚度。

刻度尺3长度与测深杆4-2长度一致，采用直接喷漆在测深杆4上或者上下螺母安装刻度尺在测深杆4-2上的方式制作，刻度尺3不影响环形板2的上下移动。

测深杆4-2为不锈钢材质，柱状结构，上下两端设有内螺纹，与尖头1上端、测深杆4-2下端或缆绳连接头6下端通过螺纹连接；所述的测深杆4-2两侧等间距平行设置多个槽孔，槽孔保证无外力情况下自锁钢球8嵌入槽孔后环形板2不能上下移动；所属的测深杆4-2可以多个通过螺柱串联连接。

配重环5为不锈钢材质，焊接在缆绳连接环6上，可与配重块连接，配重块对称放置，增加装置下沉速度和稳定性。

缆绳连接环6为不锈钢材质，与测深杆4-2通过螺纹连接。

自锁弹簧7为钢制弹簧，固定在环形板2内环的槽孔里，自锁弹簧7通过挤压自锁钢球8给环形板2提供向上摩擦力，摩擦力大小与环形板2重力相等，支撑环形板2停留在测深杆4任意位置。

自锁钢球8为钢制钢球，位于测深杆4-2槽孔和自锁弹簧7之间，可360度转动，使环形板2能上下自由移动。

螺柱9为不锈钢材质，可以使多个测深杆4通过螺纹串联连接。

实施例1

使用过程中，水深较浅时，估算测样点沉积物厚度，选择测深杆4-2的数量，依次将尖头1、测深杆4-2等各构件连接，将环形板2推至测深杆4-2最底部槽孔，将装置放入水中。

装置底部接触沉积物表层，直接用人力将测深杆4插入沉积物中达到一定阻力装置停止下沉，环形板2受阻力停留在沉积物表层，由自锁装置固定在测深杆4上，如图2所示。

上提装置(指本发明所述的水下沉积物厚度测深装置)，直至离开水面，通过刻度尺3读出环形板2固定在测深杆4槽孔中的位置，刻度尺3读数即为测量点沉积物的厚度。

拆解尖头1、环形板2等构件，清洗装置。

实施例2

使用过程中，水深较深时，估算测样点沉积物厚度，选择测深杆4的数量，依次将尖头1、测深杆4-2等各构件连接，将环形板2推至测深杆4最底部槽孔，配重块固定在配重环5上，缆绳固定在缆绳连接环6上，将装置放入水中。

装置底部距离沉积物表层一定高度，释放装置，装置自由落体进入沉积物中并依靠自重到达沉积物底层。环形板2受阻力停留在沉积物表层，由自锁装置固定在测深杆4上，如图3所示。

上提装置，直至离开水面，通过刻度尺3读出环形板2固定在测深杆4槽孔中的位置，刻度尺3读数即为测量点沉积物的厚度。

拆解配重块、尖头1、环形板2等构件，清洗装置。

以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，图1、图2、图3和图4组装形式仅为示意图，其实际尺寸需要根据实际需要进行确定，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水下沉积物厚度测深装置，它包括提升装置，其特征在于：它还包括尖头(1)、环形板(2)、弹性自锁装置和柱状测深单元(4)，尖头(1)可拆卸安装在柱状测深单元(4)的下端，柱状测深单元(4)外侧壁上由上至下依次等间距开设多个槽孔(4-1)，弹性自锁装置安装在环形板(2)内，环形板(2)可上下移动套装在柱状测深单元(4)上，环形板(2)在无外力情况下，通过弹性自锁装置对不同高度的柱状测深单元(4)实现自锁；环形板(2)在有外力情况下，克服弹性自锁装置的弹力卡装在不同高度的槽孔(4-1)内。

2.根据权利要求1所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：提升装置包括缆绳连接环(6)、缆绳(10)和两个配重环(5)，缆绳连接环(6)可拆卸安装在柱状测深单元(4)的上端，两个配重环(5)分别安装在缆绳连接环(6)的两侧，缆绳(10)与缆绳连接环(6)连接。

3.根据权利要求2所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：它还包括两组配重块(11)，每个配重环(5)上安装有一组配重块(11)。

4.根据权利要求3所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：环形板(2)为空心柱状环形板，环形板(2)的外径为18cm-22cm。

5.根据权利要求4所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：环形板(2)的内侧对称开设有自锁安装槽(2-1)。

6.根据权利要求5所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：弹性自锁装置包括自锁弹簧(7)和自锁钢球(8)，自锁弹簧(7)安装在自锁安装槽(2-1)内，自锁钢球(8)顶设在自锁弹簧(7)上并位于在槽孔(4-1)与自锁安装槽(2-1)的端部之间。

7.根据权利要求6所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：自锁弹簧(7)通过挤压自锁钢球(8)给环形板(2)提供向上摩擦力，所述摩擦力大小与环形板(2)的重力相等，并支撑环形板(2)停留在柱状测深单元(4)上的任意位置。

8.根据权利要求7所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：自锁钢球(8)在槽孔(4-1)与自锁弹簧(7)之间360度转动。

9.根据权利要求8所述的一种水下沉积物厚度测深装置，其特征在于：柱状测深单元(4)包括刻度尺(3)、多个测深杆(4-2)和多个螺柱(9)，相邻两个测深杆(4-2)之间通过一个螺柱(9)连接，刻度尺(3)设置在多个测深杆(4-2)上。

10.一种水下沉积物厚度测深装置的使用方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤一：入水前的安装准备工作：

估算测样点沉积物厚度，选择测深杆(4-2)的数量，依次将尖头(1)、环形板(2)、测深杆(4-2)、螺柱(9)和弹性自锁装置进行连接，将环形板(2)推至测深杆(4-2)最底部的槽孔(4-1)处，配重块(11)固定在配重环(5)上，缆绳(10)固定在缆绳连接环(6)上，将装置放入水中；

步骤二：入水测量：

测样点水深较浅时，水下沉积物厚度测深装置的尖头(1)首先接触沉积物表层，环形板(2)下沉接触沉积物后，环形板(2)受到阻力停止下沉，直接用人力将测深杆(4-2)插入沉积物中，直到达到无法继续插入沉积物中的阻力时，水下沉积物厚度测深装置停止下沉；测深杆(4-2)插入沉积物过程中，环形板(2)通过弹性自锁装置卡在测深杆(4-2)上的某个槽孔(4-1)上；

测样点水深较深时，水下沉积物厚度测深装置的尖头(1)在距离沉积物表层一定高度，释放水下沉积物厚度测深装置，水下沉积物厚度测深装置自由落体进入沉积物中并依靠自重到达沉积物底层，环形板(2)受阻力停留在沉积物表层，由弹性自锁装置卡在测深杆(4-2)上的某个槽孔(4-1)上；

步骤三：上提水下沉积物厚度测深装置：

拽动缆绳(10)，直至水下沉积物厚度测深装置离开水面，通过刻度尺(3)读出环形板(2)固定在测深杆(4)槽孔(4-1)中的位置，刻度尺(3)读数即为测量点沉积物的厚度；

步骤四：拆卸并清洗水下沉积物厚度测深装置：

拆解配重块(11)、尖头(1)、环形板(2)、测深杆(4-2)、螺柱(9)和弹性自锁装置，并清洗上述构件，至此，完成了对水下沉积物厚度的测深。