CN114088069B - 一种长江口底沙输沙率量测系统及观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长江口底沙输沙率量测系统及观测方法,系统包括集沙桶，用于埋入观测点位置收集底沙；重量测量仪，用于获取集沙桶内的底沙重量；动平衡模块，用于使集沙桶保持设置的状态；压力仪，用于获取集沙桶内水体压力；防水采集模块，用于采集重量测量仪、动平衡模块以及压力仪的数据；无线传输模块，将测量数据发送给上位机；供电模块，给部件提供电能；高压防水盒，保护各涉电部件不被水体压力损坏和侵湿。本发明使用集沙桶和沙被裙边组合，结合重量测量仪、动平衡模块、数据采集仪、无线传输模块、供电模块，解决了传统输沙量测量系统测量精度差、受地形影响大、无法实时观测输沙量的问题，更好的应用于水文测验相关科研项目。

Description

一种长江口底沙输沙率量测系统及观测方法

技术领域

本发明属于现场水文测验技术领域，具体涉及长江口底沙输沙率量测系统及观测方法。

背景技术

在长江口地区，悬沙和底沙常用来简称以悬移质形式运动的泥沙和以推移质形式运动的泥沙，与上游河流相比，长江口区的泥沙粒径较细，绝大部分泥沙在一定水流条件下均可扬动成为悬沙，悬移质输沙是河口河床长期演变的决定因素，受潮汐往复流影响，河口地区悬移质和推移质交换频繁，长江口底沙运动一般指近底区的泥沙运动，包括推移质和悬移质中的较粗部分，这部分泥沙运动往往对港口、航道回淤产生重要影响，因此需要开展长江口底沙运动规律观测，完善河口泥沙运动基本规律，掌握长江口沙水沙输移特征和宽浅型河口拦门沙航道回淤机理，为长江口航道运维提供技术支撑，由于问题的复杂性，到目前为止，长江口地区无底沙实测资料。

底沙运动规律的测量主要有直接测量和间接测量两类。直接测量包括坑测法和取样器等，坑测法在目前是能够确定推移质泥沙输沙量绝对值较可靠的测量法，此种方法的缺点一是需要投入较多的财力进行沉沙池的开挖和后期的测量；二是对地形测量的密度测量要求较高，不然容易产生较大的误差；取样器法主要在泥沙粒径较粗、水流流速较大的河道上游，推移质采样器一般不适用在平原河段、感潮河段以及河口海岸水域，主要是现有取样器体积较大，对河底产生扰动，改变取样口的水流泥沙运动状态；取样器口门不伏贴河床, 一部分泥沙从器底流走, 口门附近产生淘刷, 泥沙堵塞网孔，不能取得代表性沙样；不管是坑测法还是取样器法都只能得到某一段时间内的平均输沙率，精度较差；不能进行长时间测量，也不能得到实时运动量，无法与水动力一一对应进行研究；

间接测量包括采用沙波运动测量、超声波法和光电法等，这些方法必须首先要根据相关理论，然后将测量得到的物理量，例如水流、泥沙、地形等应用此理论进行分析，进而得到推移质运动量；由于泥沙运动的复杂性及其因其所处水域不同而不同，虽然可得到易测的间接物理量，但不同的理论往往差异很大；因此，需要研发一种底沙输沙率量测系统及观测方法来解决现有的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种长江口底沙输沙率量测系统及观测方法，以解决传统输沙规律测量方法存在的测量精度差、受地形影响大、无法实时观测输沙量的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种长江口底沙输沙率量测系统，包括：

集沙桶，用于埋入观测点位置收集底沙；

重量测量仪，用于获取集沙桶内的底沙重量；

动平衡模块，用于使集沙桶保持设置的状态；

压力仪，用于获取集沙桶内水体压力；

防水采集模块，用于采集所述重量测量仪、动平衡模块和压力仪的数据；

所述防水采集模块包括：

数据采集仪，与所述重量测量仪、动平衡模块以及压力仪相连接；

无线传输模块，用于将所述数据采集仪采集的数据发送给上位机；

供电模块，用于提供电能；

高压防水盒，用于将所述数据采集仪、无线传输模块、供电模块与水体隔离。

上述集沙桶包括：

内桶，用于收集底沙；

外桶，用于支撑所述内桶与重量测量仪的底座，同时防护内部设备；

圈盖，与所述外桶刚性连接，与所述内桶柔性连接，阻止底沙进入内桶和外桶的夹层；

桶底基座，设置于外桶内部的底部用于连接重量测量仪。

上述的一种长江口底沙输沙率量测系统，其特征在于：所述圈盖包括：

裙边扣，用于固定圈盖和沙被软体排；

进排水口，用于将所述内桶和外桶夹层之间的水体排进或排出；

排气口，用于在施放过程中排出内桶、外桶夹层之间的空气减少浮力。

上述外桶为上端开口的空心圆柱体结构，且所述外桶的壁体水平中点位置处设置有水平筋条，且所述外桶的壁体还均布若干竖直筋条，所述竖直筋条均与水平筋条相连接，且相邻两个竖直筋条之间的间距为外桶桶体周长的1/4,所述竖直筋条自上端开口处延伸至桶底基座，所述桶底基座通过测量连接柱与重量测量仪相连接，所述重量测量仪远离测量连接柱的一端并设有动平衡模块，所述动平衡模块与内桶的底端相连接，所述测量连接柱的数量至少为3根，呈三角形分布于桶底基座，所述桶底基座上设置有两个加强筋，且两个所述加强筋相连接后呈十字形分布，所述平衡模块与所述测量连接柱数量相同，且所述平衡模块与所述测量连接柱同轴分布。

上述圈盖的横截面为圆环形，且圈盖水平轴线的中点位置分别设置有所述进排水口与排气口，所述圈盖的高度为所述外桶的高度的1/10，且所述圈盖的厚度为所述外桶的内径的1/3，所述圈盖安装后使安装在内桶壁体上的防水采集模块位于其下方。

上述重量测量仪包括：

压力传感器，用于对不同时刻进入集沙桶的泥沙进行称重监测进入筒内的推移质输沙量并获取筒内推移质重量发生变化时的信号；

集线器，与所述压力传感器相连接使采集信号汇聚；

信号放大器，与集线器相连接将采集信号发送给数据采集仪。

上述无线传输模块使用433频段通信，并设置串行通信接口，将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送；所述无线传输模块包括协议栈，封装PPP拨号协议以及串行协议栈且安装嵌入式操作系统；还设置上电自动拨号，通过心跳包永久在线，当预设时间没有数据通信时，将断开连接。

上述的一种长江口底沙输沙率量测系统的观测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、测量观测点位置微地形；

步骤2、观测点位置确定后，下放集沙桶，当集沙桶上边沿与床面齐平时，整理桶边沿沙被软体排护底；

步骤3、在集沙桶上方放置三体船，船上安放与集沙桶相连接的底沙取样器和ADCP；使用底沙取样器监测潮周期底沙输移量，并进行ADCP测量、含沙量测量、潮周期过程多波束地形监测，同时监测观测点附近的常规水沙运动；

步骤4、当集沙桶内有推移质沙体进入后，积压在所述内桶的底部产生重量，所述压力传感器的弹性压敏元件在砂体重量作用下会产生弹性形变，使粘贴在其表面的电阻式应变片随之形变，电阻应变片形变后，电阻值同时变化，电桥平衡电路的测量电路将电阻值变化转换为电信号的变化并发送给集线器；数据采集仪设置定时采集周期，数据定时上传周期，当采集时间到达触发仪表采集，采集多点滤波处理，将稳定值记录在存储芯片中，采集器重复定时采集，按时间顺序存储，当定时上报周期到达触发条件，采集器触发存储模块的时钟，将测量数据实时保存在存储介质中，实现自容式数据存储，采集到的数据也同步移位至串行通信口，通过无线传输模块上传至上位机，在测量开始和结束以及测量过程中，多次监测集沙桶周围地形，确定集沙桶位置和状态后进行底沙重量监测，若发现监测桶冲刷或掩埋，对局部地形进行整平处理。

步骤1中，所述底沙重量监测方法包括：

设置内桶泥沙重量

与内桶水中泥沙重量

之间的关系为：

式中：

为相同泥沙体积的水重，上式可以得出：

则推移质的单宽输沙率

计算公式：

其中，

，

为统计时间段结束和起始时间，

和

为

时刻的泥沙重量和 测量压力值，

和

时刻的泥沙重量和测量压力值，

为

到

的时间 间隔，

为

到

时段内泥沙重量变化，

，

分别为沙和水的重度，

为内筒的宽度。

本发明的技术效果和优点：该长江口底沙输沙率量测系统及观测方法，使用集沙桶和沙被软体排裙边组合，结合重量测量仪、动平衡模块、数据采集仪、无线传输模块、供电模块，解决了传统输沙量测量系统测量精度差、受地形影响大、无法实时观测输沙量的问题，更好的应用于水文测验相关科研项目；

通过桶底基座通过测量连接柱与重量测量仪相连接，所述重量测量仪远离测量连接柱的一端设有动平衡模块，所述动平衡模块与内桶的底端相连接，提高了采集的精确度；

通过圈盖的横截面为圆环形，且圈盖水平轴线的中点位置分别设置有所述进排水口与排气口，有效的控制了浮力和重量，提高了测量的方便性和精确性；

通过圈盖的高度为所述外桶的1/10，且所述圈盖的厚度为所述外桶的内径的1/3，方便采集时放置，防止采集过程中桶体的移动；

通过高压防水盒，用于将所述数据采集仪、无线传输模块、供电模块与水体隔离，提高了装置的安全性，防止设置漏水导致装置的故障；

通过合理设置沙被软体排重量，使之在水流作用下不被冲刷浮起，同时能随河床地形变化贴合床面，有效防止了底沙观测桶周边局部地形变化产生的泥沙进入观测桶；

集沙桶底沙量测和三体船ADCP联合测量，能有效获得潮周期过程中底沙输沙率随潮动力的变化过程。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1去掉外桶后的结构示意图；

图3为本发明的工作原理流程图

图4为本发明的观测方法流程图；

图5为本发明实施例中长江口南槽底沙输沙观测成果示意图。

图中：1、外桶；2、内桶；3、圈盖；11、桶底基座；21、防水采集模块；22、动平衡模块；23、重量测量仪；24、测量连接柱；31、进排水口；32、排气口；33、裙边扣。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了如图1和图2中所示的一种长江口底沙输沙率量测系统，包括：

集沙桶，用于埋入观测点位置收集底沙；保证压力式水下重量测量仪23内外水压平衡；所述集沙桶包括：

内桶2、用于收集底沙；

外桶1， 用于内桶2与重量测量仪23的底座支撑、也兼做本量测系统硬件设备的防护外壳；所述外桶1为上端开口的空心圆柱体结构，且所述外桶1的壁体水平中点位置处设置有水平筋条，且所述外桶1的壁体还均布竖直筋条，所述竖直筋条均与水平筋条相连接，且相邻两个竖直筋条之间的转体间距为外桶1桶体周长的1/4,所述竖直筋条自上端开口处延伸至桶底基座11，所述桶底基座11通过测量连接柱24与重量测量仪23相连接，所述重量测量仪23远离测量连接柱24的一端设有动平衡模块22，所述动平衡模块22与内桶2的底端相连接，所述测量连接柱24的数量为3根，按照三点确定一面的原则呈三角形均匀分布于桶底基座11，所述桶底基座11上设置有两个加强筋，且两个所述加强筋相连接后呈十字形分布，所述平衡模块与所述测量连接柱24数量相同，一一对应后所述平衡模块与所述测量连接柱24同轴分布。

圈盖3，用于连接内桶2、外桶1，防止底沙进入内桶和外桶的夹层，影响重量测量仪的准确测量；圈盖3与外桶刚性连接，圈盖3与内外桶1间隙采用柔性连接，保持连通性和一定的密封性，使得内桶2、外桶1之间的夹层只进水不进沙，保证测量精度，所述圈盖3包括：

裙边扣33，用于固定圈盖3和沙被软体排；

进排水口31，集沙桶施放和回收过程中，用于将内桶2、外桶1夹层之间的水体排进或排出，便于整个集沙桶的入水自沉和出水轻便；

排气口32，在集沙桶提升前，用于在施放过程中排出内桶2、外桶1夹层之间的空气减少浮力；所述圈盖3的横截面为圆环形，且圈盖3水平轴线的中点位置分别设置有所述进排水口31与排气口32，所述圈盖3的高度约为所述外桶1的1/10,且所述圈盖3的宽度为所述外桶1的内径的1/3，所述圈盖3安装后使安装在外桶1的壁体上，防水采集模块21位于其下方。

桶底基座11，设置于外桶1内部的底部用于连接重量测量仪23。

重量测量仪23，用于获取集沙桶内的底沙重量；所述重量测量仪23包括：

压力传感器，用于对不同时刻进入集沙桶的泥沙进行称重监测进入筒内的推移质输沙量并获取筒内推移质重量发生变化时的信号；

集线器，与所述压力传感器相连接使采集信号汇聚；

信号放大器，与集线器相连接将采集信号放大后发送给数据采集仪。

动平衡模块22，用于使集沙桶保持设置的状态；

压力仪，用于获取集沙桶内水体压力；

防水采集模块21，用于采集重量测量仪23、动平衡模块22以及压力仪的数据；

所述防水采集模块21包括：

数据采集仪，与所述重量测量仪23、动平衡模块22以及压力仪相连接；

无线传输模块、用于将所述数据采集仪采集的数据发送给上位机；

供电模块，用于给装置提供电能；

高压防水盒，用于将所述集线器、信号放大器、数据采集仪、无线传输模块、供电模块的涉及电信号部分与水体隔离。

本发明另提供如图3所示的一种长江口底沙输沙率量测系统的工作原理如下：

所述高压防水盒自身具有较强的刚度，能较好的适应深水下工作,将集线器、信号放大器、数据采集仪、无线传输模块、供电模块等涉及电信号处理的部件都固定安装在所述高压防水盒内部,高压防水盒的盖子上开有供导线通过的4个通孔，其中3个通孔分别供3只压力传感器的引出导线通过，另1个通孔供无线传输模块的天线通过；每个通孔均使用防水接头连接，保证所述高压防水盒的盖子闭合后内部不会有水体渗入；

当集沙桶内有推移质沙体进入后，会积压在所述内桶2的底部产生重量，所述压力传感器的弹性压敏元件在砂体重量作用下会产生微小的弹性形变，使粘贴在它表面的电阻式应变片也随之产生微小形变,电阻应变片形变后，它的电阻值将发生变化，再经相应电桥平衡电路的测量电路把这一电阻值变化转换为电信号的变化，从而完成了将重量变化变换为电信号变化的过程，本实施例中将3个压力传感器均匀地布置在圆形基准面上，构成整个圆面的重量测量载体。

所述集线器是将3个所述压力传感器输出的电信号通过加法运算电路叠加成1路信号输出，形成重量测量的初始信号。

所述信号放大器是利用运算放大器作为核心原件，将所述集线器形成输出的初始微弱的信号放大成工业标准接口电压值，电压值的范围为0-10V，运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元，与反馈网络共同组成功能模块，带有特殊耦合电路及反馈的放大器以，其输出信号是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果，在选择集成运算放大器时，要考虑信号源的性质是电压源还是电流源、负载的性质、集成运算放大器输出电压和电流是否满足要求、环境条件，集成运算放大器允许工作范围、工作电压范围、功耗与体积等因素是否满足要求；

所述数据采集仪是将所述信号放大器输出的模拟电压值采样，采用∑-△模数转换数字技术，通过对传感器输出的电信号进行数字化处理，本实施例以单片微处理器作为CPU，为适应观测现场恶劣的电磁环境，在微处理器中设置了数值滤波，防止受强烈干扰影响计量精度；在硬件上输入、输出通道都采用了光隔离芯片，提高了观测系统的安全性；系统设置好定时采集周期，设置好数据定时上传周期，当采集时间到达触发仪表采集，采集多点滤波处理，将稳定值记录在存储芯片中，采集器重复定时采集，按时间顺序存储，当定时上报周期到达触发，采集器触发存储模块的时钟，将测量数据实时保存在存储介质，本实施例中，存储介质为U盘，实现自容式数据存储，同时，采集到的数据也同步移位至单片机的串行通信口，可通过无线传输模块上传至上位机，实现数据自存和远程监测同步结合的数据采集模式，确保观测数据的可靠保存；

所述无线传输模块采用433频段实现数据传输单元，433频段的无线传输是专门用于将串口数据通过网络进行传送的无线设备，包含内部集成协议栈，内部封装了PPP拨号协议以及串行协议栈并且具有嵌入式操作系统，从硬件上，它可看作是嵌入式PC数据与无线GPRS MODEM的结合；具备数据通信传输的完整功能；提供串口数据双向转换功能，433频段提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且433频段在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说433频段可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，433频段可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动；支持自动心跳，保持永久在线，支持终端设备永久在线，433频段网络在设计上都支持永久在线功能，这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线，当长时间没有数据通信时，移动网关将断开DTU与中心的连接，心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包，以保持连接不被断开、支持断线自动重连、自动重拨号等特点；支持参数配置，永久保存，433频段作为一种通信设备，数据中心的物理地址及端口号，串口的波特率等都是不同的，因此，433频段都应支持参数配置，并且将配置好的参数保存内部的永久存储器件内，一旦上电，就自动按照设置好的参数进行工作，本实施例中将所述无线传输模块配套的天线通过防水接头由水利引出水面以上，以克服水体对无线信号的屏蔽特点，天线引出水面后，在以天线为中心的5公里范围内，均可通过上位机实时接收到所述长江口底沙输沙率量测系统的工作信号，既可以获取实时排沙量的大小，也可以实时系统的工作状态是否正常；

所述供电模块是将蓄电池经稳压电路处理后同时给所述集线器、信号放大器、数据采集仪、无线传输模块提供续航电能，因本实施例中将集沙桶埋入河底的河床下，且设备自身功耗较低，采用锂电池组对底沙观测系统供电。将电池组装入所述防水盒内，通过升压稳压等方法，将锂电池的电压转换成设备各部分需要的电压等级，结构简单，且可对电池组重复充电使用。

本发明另提供如图4所示的一种长江口底沙输沙率量测系统的观测方法，包括以下步骤：

步骤1、测量观测点位置微地形；所述测量观测点位置微地形的方法为在拟观测区域1km区域进行多波束扫测，多波束扫测的目的是为了消除沙波存在对量测结果的影响，保证获取的底沙输移资料能反映真实底沙输沙量与潮动力关系；一般根据地形特点在拟观测区域1km区域进行多波束扫测，根据多波束扫侧结果选择沙波幅度较小、地形较平坦区域放置集沙桶；

步骤2、观测点位置确定后，船抛锚，在潜水员配合下放集沙桶，用高压水枪冲沙，下放集沙桶，当集沙桶边沿与床面齐平时，整理桶边沿护底；集沙桶边沿的沙被软体排护底范围一般半径5m左右，能有效防止监测桶周围的局部扰动对筒内沙代表性的影响；

步骤3、在集沙桶上方放置三体船，船上安放与集沙桶相连接的底沙取样器和ADCP；使用底沙取样器监测潮周期底沙输移量，观测位置ADCP测量和含沙量测量，潮周期过程多波束地形监测，同时监测观测点附近的常规水沙运动；得到潮周期内水动力变化与底沙输沙量间的对应关系，底沙捕沙器是辅助测量设备，采集底沙样品用于分析研究；

步骤4, 当集沙桶内有推移质沙体进入后，积压在所述内桶2的底部产生重量，所述压力传感器的弹性压敏元件在砂体重量作用下会产生弹性形变，使粘贴在其表面的电阻式应变片随之形变，电阻应变片形变后，电阻值同时变化，电桥平衡电路的测量电路将电阻值变化转换为电信号的变化并发送给集线器；数据采集仪设置定时采集周期，数据定时上传周期，当采集时间到达触发仪表采集，采集多点滤波处理，将稳定值记录在存储芯片中，采集器重复定时采集，按时间顺序存储，当定时上报周期到达触发条件，采集器触发存储模块的时钟，将测量数据实时存储介质中，实现自容式数据存储，采集到的数据也同步移位至串行通信口，通过无线传输模块上传至上位机，在测量开始和结束以及测量过程中，多次监测集沙桶周围地形，确定集沙桶位置和状态后进行底沙重量监测，若发现监测桶冲刷或掩埋，对局部地形进行整平处理，避免局部扰动对筒内沙代表性的影响，对局部地形进行整平处理，所述底沙重量监测方法包括：

底沙重量监测方法包括：

设置内桶2泥沙重量

与内桶2水中泥沙重量

之间的关系为：

式中：

为相同泥沙体积的水重，上式可以得出：

则推移质的单宽输沙率

计算公式：

其中，

，

为统计时间段结束和起始时间，

和

为

时刻的泥沙重量和 测量压力值，

和

时刻的泥沙重量和测量压力值，

为

到

的时间 间隔，

为

到

时段内泥沙重量变化，

，

分别为沙和水的重度，

为内筒的宽度。 本实施例中，在长江口南槽底沙输沙率监测实例，长江口南槽底沙运动规律现场观测点拟 布置在南槽航道S4~S6疏浚单元附近，集沙桶的外通高为100cm，内通直径60cm，首先在拟观 测区域1km区域进行了多波束扫测，多波束扫测范围为S19~S23南槽航标之间地形，从地形 扫测结果看，扫测区域明显存在沙波，靠近S23区域沙波明显，S19区域地形较平坦，根据多 波束扫测结果，确定地形相对平坦，没有明显沙波的S19区域放置集沙桶；

南槽航道北侧观测点河底高程约-4.7m，在安放底沙集沙桶前，首先测量原始地形，集沙桶安放完成后再次测量桶周围的局部地形，在测量过程中，多次监测桶周围地形，结合潜水员的水下探摸情况，可以确定，在监测过程中，桶周边局部冲淤变化较小，观测持续时间约24小时，得到潮周期内底沙输沙率变化过程，见图5，对集沙桶内泥沙按5cm分层，每层样品分4区取样，共取得84个样品，对所有样品进行颗粒分析，集沙桶内泥沙大部分层为灰黄色粉细砂，泥沙中径D₅₀为0.13mm~0.17mm，中间夹杂1层约1cm厚的泥质层，和2层含泥质颗粒的细沙层，泥质粒径0.02mm左右，细颗粒泥沙夹层对应水流动力较弱时段，对应弱动力条件下的悬沙落淤，集沙桶内泥沙粒径的变化也进一步说明底沙输沙与水动力的关系；

长江口南槽底沙输沙监测成果填补了长江口无底沙输沙率实测资料的空白，同时该实例表明本发明切实可行，可以根据实际河口海岸的具体情况推广使用。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种长江口底沙输沙率量测系统，其特征在于：包括：

集沙桶，用于埋入观测点位置收集底沙；

重量测量仪，用于获取集沙桶内的底沙重量；

动平衡模块，用于使集沙桶的自重保持初始设置的状态；

压力仪，用于获取集沙桶内水体压力；

防水采集模块，用于采集所述重量测量仪、动平衡模块和压力仪的数据；

所述防水采集模块包括：

数据采集仪，与所述重量测量仪、动平衡模块以及压力仪相连接；

无线传输模块，用于将所述数据采集仪采集的数据发送给上位机；

供电模块，用于提供电能；

高压防水盒，用于将所述数据采集仪、无线传输模块、供电模块与水体隔离；所述圈盖包括：

裙边扣，用于固定圈盖和沙被软体排；

进排水口，用于将所述内桶和外桶夹层之间的水体排进或排出；

排气口，用于在施放过程中排出内桶、外桶夹层之间的空气减少浮力；所述集沙桶包括：

内桶，用于收集底沙；

外桶，用于支撑所述内桶与重量测量仪的底座，同时防护内部设备；

圈盖，与所述外桶刚性连接，与所述内桶柔性连接，阻止底沙进入内桶和外桶的夹层；

桶底基座，设置于外桶内部的底部用于固定重量测量仪。

2.根据权利要求1所述的一种长江口底沙输沙率量测系统，其特征在于：所述外桶为上端开口的空心圆柱体结构，且所述外桶的壁体水平中点位置处设置有水平筋条，且所述外桶的壁体还均布若干竖直筋条，所述竖直筋条均与水平筋条相连接，且相邻两个竖直筋条之间的间距为外桶桶体周长的1/4,所述竖直筋条自上端开口处延伸至桶底基座，所述桶底基座通过测量连接柱与重量测量仪相连接，所述重量测量仪远离测量连接柱的一端并设有动平衡模块，所述动平衡模块与内桶的底端相连接，所述测量连接柱的数量至少为3根，呈三角形分布于桶底基座，所述桶底基座上设置有两个加强筋，且两个所述加强筋相连接后呈十字形分布，所述平衡模块与所述测量连接柱数量相同，且所述平衡模块与所述测量连接柱同轴分布。

3.根据权利要求2所述的一种长江口底沙输沙率量测系统，其特征在于：所述圈盖的横截面为圆环形，且圈盖水平轴线的中点位置分别设置有进排水口与排气口，所述圈盖的高度为所述外桶的高度的1/10，且所述圈盖的厚度为所述外桶的内径的1/3，所述圈盖安装后使安装在内桶壁体上的防水采集模块位于其下方。

4.根据权利要求1所述的一种长江口底沙输沙率量测系统，其特征在于：所述重量测量仪包括：

压力传感器，用于对不同时刻进入集沙桶的泥沙进行称重监测进入筒内的推移质输沙量并获取筒内推移质重量发生变化时的信号；

集线器，与所述压力传感器相连接使采集信号汇聚；

信号放大器，与集线器相连接将采集信号发送给数据采集仪。

5.根据权利要求1所述的一种长江口底沙输沙率量测系统，其特征在于：

所述无线传输模块使用433频段通信，并设置串行通信接口，将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送；所述无线传输模块包括协议栈，封装PPP拨号协议以及串行协议栈且安装嵌入式操作系统；还设置上电自动拨号，通过心跳包永久在线，当预设时间没有数据通信时，将断开连接。

6.基于权利要求4所述的一种长江口底沙输沙率量测系统的观测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、测量观测点位置微地形；

步骤2、观测点位置确定后，下放集沙桶，当集沙桶上边沿与床面齐平时，整理桶边沿沙被软体排护底；

步骤3、在集沙桶上方放置三体船，船上安放与集沙桶相连接的底沙取样器和声学多普勒流速剖面仪ADCP；使用底沙取样器监测潮周期底沙输移量，并进行声学多普勒流速剖面仪ADCP测量、含沙量测量、潮周期过程多波束地形监测，同时监测观测点附近的常规水沙运动；

步骤4、当集沙桶内有推移质沙体进入后，积压在所述内桶的底部产生重量，所述压力传感器的弹性压敏元件在砂体重量作用下会产生弹性形变，使粘贴在其表面的电阻式应变片随之形变，电阻应变片形变后，电阻值同时变化，电桥平衡电路的测量电路将电阻值变化转换为电信号的变化并发送给集线器；数据采集仪设置定时采集周期，数据定时上传周期，当采集时间到达触发仪表采集，采集多点滤波处理，将稳定值记录在存储芯片中，采集器重复定时采集，按时间顺序存储，当定时上报周期到达触发条件，采集器触发存储模块的时钟，将测量数据实时保存在存储介质中，实现自容式数据存储，采集到的数据也同步移位至串行通信口，通过无线传输模块上传至上位机，在测量开始和结束以及测量过程中，多次监测集沙桶周围地形，确定集沙桶位置和状态后进行底沙重量监测，若发现监测桶冲刷或掩埋，对局部地形进行整平处理。

7.基于权利要求6所述的一种长江口底沙输沙率量测系统的观测方法，步骤1中，所述测量观测点位置微地形的方法为在拟观测区域1km区域进行多波束扫测。

8.基于权利要求6所述的一种长江口底沙输沙率量测系统的观测方法，步骤4中,所述底沙重量监测方法包括：

设置内桶泥沙重量

与内桶水中泥沙重量

之间的关系为：

式中：

为相同泥沙体积的水重，上式可以得出：

则推移质的单宽输沙率

计算公式：

其中，

，

为统计时间段结束和起始时间，

和

为

时刻的泥沙重量和测量 压力值，

和

时刻的泥沙重量和测量压力值，

为

到

的时间间隔，

为

到

时段内泥沙重量变化，

,

分别为沙和水的重度，

为内桶的宽度。

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