CN115389265A - 一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及海洋沉积原位观测和沉积机制研究的技术领域，更具体地，涉及一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置及测量方法。一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，包括漂浮于海面的浮标、若干可拆卸连接于浮标且首尾顺序通过连接绳可拆卸相连的捕获单元以及可拆卸连接于捕获单元且用于保持捕获单元之间呈垂直状态的重力球。本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置通过各捕获单元之间的可拆卸连接并在海平面下呈垂直状态设置实现了连续有效地记录事件性和周期性沉积作用的发生过程，能够满足在不同水深、不同区域同步的、周期性的海洋分层悬浮沉积物原位采集，实现沉积原位观测，进而有效记录目标海区长周期的沉积现象及其沉积过程。

Description

一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置及测量方法
技术领域
本发明涉及海洋沉积原位观测和沉积机制研究的技术领域，更具体地，涉及一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置及测量方法。
背景技术
海洋不同层位水体悬浮泥沙实时、长周期含量变化和沉积状态变化对于研究陆源碎屑物质入海通量以及其海洋碎屑物质悬浮-运移过程具有重要的意义，是海洋沉积学研究的基础。
现有技术公开了一种万向时序矢量海底沉积物捕获器，包括基座，基座上设有捕获装置，基座上设有转盘，转盘通过转向轴承设置在基座上；转盘上设有捕获装置和转向装置；其可以随着海流流向自动调节捕获器方向，反应灵敏，能够实现对沉积物通量的定向、立体、长期、时序观测，而且可以精确获取时序悬浮沉积物样品。
上述现有技术测量只能得到海底固定位置悬浮泥沙沉积物，无法探测不同海水深度的悬浮沉积物沉积通量，存在不能同时测量不同深度海水层的悬浮泥沙沉积通量和捕获各层悬浮沉积物的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中不能同时测量不同深度海水层的悬浮泥沙沉积通量和捕获各层悬浮沉积物的不足，提供一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置及测量方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
提供一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，包括漂浮于海面的浮标、若干可拆卸连接于浮标且首尾顺序通过连接绳可拆卸相连的捕获单元以及可拆卸连接于捕获单元且用于保持捕获单元之间呈垂直状态的重力球，所述捕获单元顶部设有接收悬浮泥沙沉降的开口。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，浮标漂浮在海面为与之相连的捕获单元提供支点，同时便于回收；捕获单元与浮标、首尾相连的捕获单元之间通过可拆卸的连接绳来连接，便于对每一层的捕获单元进行回收，并且通过选用不同长度的连接绳来改变每一层捕获单元所处的深度，实现海洋分层悬浮泥沙原位捕获；为了保持捕获单元之间呈垂直状态和增加其稳定性，在最底部的捕获单元连接了重力球。本发明通过各捕获单元之间的可拆卸连接并在海平面下呈稳定的垂直状态设置实现了连续有效地记录事件性沉积作用的发生过程，能够满足在不同海水深度、不同区域同步的、周期性的海洋分层悬浮沉积物原位采集需求，达到海洋沉积纹层特征原位可视化观测、事件性沉积过程完整记录、周期性的沉积速率精确计算的目的，解决了现有技术中不能同时测量不同深度海水层的悬浮泥沙沉积通量和捕获各层悬浮沉积物以及异地同步测量的技术问题，具有使用方便，成本低实用价值高的技术优势。
进一步地，所述浮标顶部设有夜间可发光的指示球，所述浮标外表面铺设有太阳能电池面板，所述浮标内装设有我国北斗定位系统，所述指示球与所述浮标之间连接有连接杆，所述指示球、北斗定位系统均与太阳能电池面板电连接。为了便于在视线不好的天气或夜间对捕获装置进行回收，在浮标顶部设置了夜间可发光的指示球，由于浮标在海面不断波涌作用下，连接设置在浮标与指示球之间的连接杆可加大指示球的无规则摆动幅度，更易于工作人员锁定捕获装置的位置；北斗定位系统不仅可以帮助技术人员远程监测捕获装置的位置变化，同时便于观察海流的总体流向；太阳能电池面板在白天可以将太阳能转化为电能为指示球和北斗定位系统及相关搭载设备供电。
进一步地，所述浮标与所述捕获单元之间可拆卸设有用于测量实时海水介质的流速和悬浮泥沙浓度的声学测量系统。声学测量系统的原理为利用声学反向散射测量原理，通过短时声脉冲信号，照射目标水域悬浮物质和底部沉积物，再接收反向散射回波，建立从上而下的回波强度剖面，计算声学强度和悬浮体颗粒浓度之间的关系，获取实时海水介质的流速和悬浮泥沙浓度，并记录储存，满足与本发明获取原位泥沙沉积通量对比，亦可同步满足不同研究目的需求。
进一步地，所述浮标底部连接有第一锁扣，所述连接绳一端连接有与第一锁扣可拆卸连接的第二锁扣、另一端连接有第三锁扣，所述捕获单元包括可拆卸连接于第三锁扣的第四锁扣、连接于第四锁扣的捕获器、连通于捕获器底部的存储器以及连接于存储器且与可第二锁扣拆卸连接的第五锁扣，所述重力球连接有可拆卸连接于第五锁扣的第六锁扣。连接绳通过第二锁扣和第一锁扣的可拆卸连接与浮标连接，捕获器通过第四锁扣和第三锁扣的可拆卸连接于连接绳连接，存储器连通于捕获器底部用于储存原位悬浮沉降泥沙，连接于存储器且与可第二锁扣拆卸连接的第五锁扣实现了下方连接绳与上方存储器的可拆卸连接，并且重力球连接有可拆卸连接于第五锁扣的第六锁扣，使得重力球可连接于任意存储器，实现了设置捕获单元于不同海水深度的调节，具有结构简单、使用方便的优势。
进一步地，所述捕获器为顶部设有开口、底部设有连接口的漏斗状；所述捕获器顶部设有十字连接杆，所述第四锁扣连接于十字连接杆的交叉中心；所述捕获器的底部通过连接口与存储器连通。漏斗状的捕获器顶部设置开口有利于悬浮的泥沙在重力和絮凝作用下会自然沉降开口内并且通过连接口沉积至存储器中；在捕获器顶部设置了十字连接杆，并且设置第四锁扣连接于十字连接杆的交叉中心可以使捕获器在连接状态下连接点始终在整体重心轴线上，同时减少对悬浮泥沙沉降的影响。
进一步地，所述存储器为圆锥状，所述存储器与所述捕获器螺纹连接、且所述存储器与所述捕获器的螺纹连接处设有密封圈。圆锥状的存储器便于将捕获到的泥沙集中存放，起到凝聚悬浮沉积物的作用，并维持捕获单元的稳定性；为了保证存储器和捕获器之间的连接密封效果，设置存储器与所述捕获器螺纹连接并且在存储器与捕获器的螺纹连接处设置了密封圈，提高了密封的性能。
进一步地，所述存储器顶面直径大于所述连接口直径，所述连接口直径小于所述开口直径，且所述存储器的体积小于所述捕获器的体积。设置存储器顶面直径大于所述连接口直径可以避免存储器的沉积泥沙在海流的波动影响下从连接口溢出存储器，起到对已沉降泥沙的阻挡作用；由于海水中的泥沙量较少，存储器的体积设置过大不利于对泥沙的凝聚储存，所以设置存储器的体积小于所述捕获器的体积，对沉降沉积物起到易进难出的效果。
进一步地，所述重力球的选用重量按以下方法计算：
1)测量捕获器的开口半径R1、捕获器的连接口半径R1、存储器顶面半径R3、捕获器的高度h1和存储器的高度h2；
2)根据公式V总＝V捕获器+V存储器＝1/3[π]×h1+1/3πR3 2×h2计算出捕获器和存储器的总体积V总，V捕获器表示捕获器的体积，V存储器表示存储器的体积；
3)根据公式F总＝ρgV总计算得到捕获器和存储器在水中受到的总浮力F总，其中：海水密度ρ为1.025×103kg·m-3，重力加速度g为9.8m·s-2；
4)根据公式M重力球＝m重力球g≥F总，选取重力M重力球大于等于捕获器和存储器在水中受到的总浮力F总的重力球，m重力球为重力球的质量。
为了保持捕获单元之间呈垂直状态同时避免重力球重力过大导致出现浮标下沉的情况，需精确计算出捕获器和存储器在水中受到的总浮力，并选取重力大于总浮力的重力球，以此达到各捕获单元之间处于合适的动态垂直平衡。
本发明还提供了一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法，包括海洋分层水体悬浮泥沙沉积通量的测量方法：
将第n层水深捕获单元捕获的泥沙沉积物烘干后称重得到沉积物重量Mn，计算捕获器的开口面积A0＝π×R2，设定测量周期时间△T，△T＝Tn-Tn-1，Tn是第n层水体终止测量时间，Tn-1是第n层水体开始测量时间，利用公式Sn＝Mn/A0/△T计算得到第n层海水水体悬浮泥沙沉积通量Sn，Sn的单位为g·m-2·T-1；
利用公式St＝Mn/A0/Tn计算得到第n层以上海水水体悬浮泥沙沉积通量St，St的单位为g·m-2·T-1。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法，通过捕获单元获取的不同海水深度水体的悬浮沉积物通量St，准确计算不同海区沉积环境在不同时期的分层沉积速率，并分析不同沉积现象对应的沉积过程，满足不同时间尺度观测和沉积机制研究的需求，可以有效揭示瞬时诱发的海底重力流的发生过程以及不同水层湍流导致的物质交换事件。
进一步地，还包括分层海水水体悬浮泥沙浓度的测量方法：
计算第n层水体高度△H，△H＝Hn-Hn-1，Hn是系统第n层水体水深捕获器开口距离海平面高度，Hn-1是第n-1层水体捕获器开口距离海平面的高度，单位是m；利用公式Cn＝Sn×A0×△H×1000计算得到第n层海水水体悬浮泥沙浓度Cn，Cn的单位是g/L；
利用公式Ct＝St×A0×Hn×1000计算得到第n层以上海水水体悬浮泥沙浓度Ct，Ct的单位是g/L。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法，通过计算捕获单元获取的不同海水深度水体的悬浮泥沙浓度，可以实时监测评估活性污泥和整个海洋生物处理过程、分析海水中0.1μm至10μm之间的微粒的浓度以及检测不同阶段的污泥浓度来获得连续、准确的测量结果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的一种长周期海洋悬浮泥沙捕获装置通过各捕获单元之间的可拆卸连接并在海平面下呈垂直状态设置实现了连续有效地记录事件性沉积作用的发生过程，能够满足在不同海洋水深、不同区域同步、周期性的海洋悬浮沉积物原位采集需求，达到海洋沉积纹层特征原位可视化观测、事件性沉积过程记录、周期性的沉积速率精确计算的目的，解决了现有技术中不能同时测量不同深度海水层的悬浮泥沙沉积通量和捕获各层悬浮沉积物的技术问题，具有使用方便，成本低实用价值高的技术优势。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置采用模块化设计和安装，可以减少不必要的人力、设备和经费浪费，同时提高工作效率，并且捕获装置的机构简单、可靠、易维护。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置可根据海洋水深变化及采集海水分层密度需求，在海上进行任意的拆卸、组装，实现不同的观测和研究目的需求。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置适用于大批量加工，具有制造简单，生产成本低、安装简便。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法通过捕获单元获取的海洋不同分层深度水体的悬浮沉积物通量，准确计算不同海区沉积环境在不同时期的沉积速率，并分析不同沉积现象对应的沉积过程，满足不同时间尺度观测的需求，可以有效揭示瞬时诱发的海底重力流的发生过程以及不同水层湍流导致的物质交换事件。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法，通过计算捕获单元获取的不同海水深度水体的悬浮泥沙浓度，可以实时监测评估活性污泥和整个海洋生物处理过程、分析海水中的微粒的浓度以及检测不同阶段的污泥浓度来获得连续、准确的测量结果。
附图说明
图1为一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置的结构示意图；
图2为长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置的沉积事件记录应用模式图；
图3为声学测量系统的结构示意图；
图4为浮标的结构示意图；
图5为捕获单元的分解图。
附图中：100、浮标；101、指示球；102、连接杆；103、第一锁扣；200、连接绳；201、第二锁扣；202、第三锁扣；300、捕获单元；301、开口；302、第四锁扣；303、第五锁扣；304、第六锁扣；310、捕获器；311、连接口；312、十字连接杆；320、存储器；330、密封圈；400、重力球；500、声学测量系统。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例一
如图1至图4所示为本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置的第一实施例。
一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，包括漂浮于海面的浮标100、若干可拆卸连接于浮标100且首尾顺序通过连接绳200可拆卸相连的捕获单元300以及可拆卸连接于捕获单元300且用于保持捕获单元300之间呈垂直状态的重力球400，捕获单元300顶部设有接收悬浮泥沙沉降的开口301。本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，浮标100漂浮在海面为与之相连的捕获单元300提供支点，同时便于回收；捕获单元300与浮标100、首尾相连的捕获单元300之间通过可拆卸的连接绳200来连接，便于对每一层的捕获单元300进行回收，并且通过选用不同长度的连接绳200来改变每一层捕获单元300所处的深度，为了保持捕获单元300之间呈垂直状态和稳定状态，在最底部的捕获单元300连接了重力球400；本发明通过各捕获单元300之间的可拆卸连接并在海平面下呈垂直状态设置实现了连续有效地记录事件性沉积作用的发生过程，能够满足在不同水深、不同区域同步的、周期性的海洋分层悬浮沉积物原位采集需求，达到海洋沉积纹层特征原位可视化观测、事件性沉积过程记录、周期性的沉积速率精确计算的目的，解决了现有技术中不能同时测量不同深度海水层的悬浮泥沙沉积通量和捕获各层悬浮沉积物的技术问题，达到可以多地同步悬浮泥沙沉积通量测量对比的技术效果，具有使用方便，成本低，实用价值高，相对精度优越的技术优势。
此外，如图2所示为长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置的沉积事件记录应用模式图，根据不同海洋深度设置不同数目的捕获单元300组成的捕获装置分布在不同海洋区域中；由于海洋在悬浮泥沙密度差异作用下产生两种比重相差不大、可以相混的流体：异轻流和重力流，其中异轻流的密度ρ小于海水的密度ρw，重力流的密度ρ大于海水的密度ρw；当异轻流与海水汇合时，由于异轻流的密度小于海水，异轻流会浮在海水上方流动，而海水中的沉积物在异轻流的流动下产生沉积作用而向下潜入海底；而当重力流的与海水汇合时，由于重力流的密度大于海水，重力流会在海水下方流动，海水中的沉积物在重力流的流动下产生再悬浮作用而向上漂浮；本发明利用了不同动力成因沉积物的沉积作用和再悬浮作用的特性设计出采集不同海水深度中的沉积物，实现精确记录长周期海洋分层悬浮泥沙的原位沉积事件。
其中，浮标100与捕获单元300之间可拆卸设有用于测量实时海水介质的流速和悬浮泥沙浓度的声学测量系统500。为了便于在视线不好的天气或夜间对捕获装置进行回收，在浮标100顶部设置了夜间可发光的指示球101，由于浮标100在海面不断波涌作用下，连接设置在浮标100与指示球101之间的连接杆102可加大指示球101的无规则摆动幅度，更易于工作人员锁定捕获装置的位置；北斗定位系统可以帮助技术人员远程监测捕获装置的分布变化，同时可以观察海流的总体流向；太阳能电池面板在白天可以将太阳能转化为电能为指示球101和北斗定位系统供电。
此外，连接杆102的材质为不锈钢，可以抵御海水的侵蚀，提高使用耐久度。
其中，如图3所示，浮标100与捕获单元300之间可拆卸设有用于测量实时海水介质的流速和悬浮泥沙浓度的声学测量系统500。声学测量系统500由能量设置模块、声波发射模块、散射回波接收模块和数据存储模块组成，其原理为利用声学反向散射测量原理，通过能量设置模块发射短时声脉冲信号，声波发射模块照射目标水域悬浮物质和底部沉积物，散射回波接收模块再接收反向散射回波，从而建立从上而下的回波强度剖面、并计算声学强度和悬浮体颗粒浓度之间的关系，最后获取的实时海水介质的流速和悬浮泥沙浓度由数据存储模块记录储存，与获取的原位泥沙沉积通量对比，可同步满足不同研究目的需求。
其中，声学测量系统500可以采用声学多普勒流速剖面仪(Acoustic DopplerCurrent Profilers，ADCP)。
此外，本发明的还可以搭载其他测量设备进行同步相关测量，如浊度计等，供电方式可以选择太阳能供电或采用蓄电池供电。
实施例二
如图1、图4和图5所示为本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置的第二实施例。
本实施例与实施例一类似，不同之处在于：浮标100底部连接有第一锁扣103，连接绳200一端连接有与第一锁扣103可拆卸连接的第二锁扣201、另一端连接有第三锁扣202，捕获单元300包括可拆卸连接于第三锁扣202的第四锁扣302、连接于第四锁扣302的捕获器310、连通于捕获器310底部的存储器320以及连接于存储器320且与可第二锁扣201拆卸连接的第五锁扣303，重力球400连接有可拆卸连接于第五锁扣303的第六锁扣304。连接绳200通过第二锁扣201和第一锁扣103的可拆卸连接与浮标100连接，捕获器310通过第四锁扣302和第三锁扣202的可拆卸连接于连接绳200连接，存储器320连通于捕获器310底部用于储存沉降悬浮泥沙，连接于存储器320且与可第二锁扣201拆卸连接的第五锁扣303实现了下方连接绳200与上方存储器320的可拆卸连接，并且重力球400连接有可拆卸连接于第五锁扣303的第六锁扣304，使得重力球400可连接于任意存储器320，实现了设置捕获单元300于不同海水深度的调节，具有结构简单，使用方便的优势。
此外，由于浮标100与声学测量系统500电连接，第一锁扣103作为供电连接线与声学测量系统500连接供电。
其中，捕获器310为顶部设有开口301、底部设有连接口311的漏斗状；捕获器310顶部设有十字连接杆312102，第四锁扣302连接于十字连接杆312102的交叉中心；捕获器310的底部通过连接口311与存储器320连通。漏斗状的捕获器310顶部设置开口301有利于悬浮的泥沙在重力作用下沉降在开口301内并且通过连接口311沉积至存储器320中；在捕获器310顶部设置了十字连接杆312，并且设置第四锁扣302连接于十字连接杆312的交叉中心可以使捕获器310在连接状态下连接点始终在整体重心轴线上，同时减少对悬浮泥沙沉降的影响。
其中，存储器320为圆锥状，存储器320与捕获器310螺纹连接、且存储器320与捕获器310的螺纹连接处设有密封圈330。圆锥状的存储器320便于将捕获到的泥沙稳定沉降，起到实现原位沉积保存作用；为了保证存储器320和捕获器310之间的连接密封效果，设置存储器320与捕获器310螺纹连接并且在存储器320与捕获器310的螺纹连接处设置了密封圈330，提高了密封的性能。
其中，存储器320顶面直径大于连接口311直径，连接口311直径小于开口301直径，且存储器320的体积小于捕获器310的体积。设置存储器320顶面直径大于连接口311直径可以避免存储器320的泥沙在海流的波动影响下从连接口311溢出存储器320，起到对沉积悬浮泥沙的原位保存作用；由于通常海水中的悬浮泥沙量较少，存储器320的体积设置过大不利于对悬浮泥沙的沉降存储，所以设置存储器320的体积小于捕获器310的体积，对采集的沉积物起到易进难出的效果。
此外，存储器320装置为透明有机玻璃材质，便于从外面观察捕获的沉积物形态、颜色及沉积构造等，满足事件性沉积机制研究需求。
实施例三
本实施例为一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置的第三实施例。
本实施例与实施例一或实施例二类似，不同之处在于：重力球400的选用重量按以下方法计算：
1)测量捕获器310的开口301半径R1、捕获器310的连接口311半径R1、存储器320顶面半径R3、捕获器310的高度h1和存储器320的高度h2；
2)根据公式V总＝V捕获器+V存储器＝1/3[π(R1 2+R1 2+R1R2)]×h1+1/3πR3 2×h2计算出捕获器310和存储器320的总体积V总，V捕获器表示捕获器310的体积，V存储器表示存储器320的体积；
3)根据公式F总＝ρgV总计算得到捕获器310和存储器320在水中受到的总浮力F总，其中：密度ρ为1.025×103kg·m-3，重力加速度g为9.8m·s-2；
4)根据公式M重力球＝m重力球g≥F总，选取重力M重力球大于等于捕获器310和存储器320在水中受到的总浮力F总的重力球400，m重力球为重力球400的质量。
为了保持捕获单元300之间呈垂直状态同时避免重力球400重力过大导致出现浮标100下沉的情况，需精确计算出捕获器310和存储器320在水中受到的总浮力，并选取重力大于总浮力的重力球400，以此达到各捕获单元300之间处于合适的动态垂直平衡。
实施例四
本实施例为本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法的实施例，包括海洋分层水体悬浮泥沙沉积通量的测量方法：
将第n层水深捕获单元300捕获的泥沙沉积物烘干后称重得到沉积物重量Mn，计算捕获器310的开口301面积A0＝π×R2，设定测量周期时间△T，△T＝Tn-Tn-1，Tn是第n层水体终止测量时间，Tn-1是第n层水体开始测量时间，利用公式Sn＝Mn/A0/△T计算得到第n层海水水体沉积通量Sn，Sn的单位为g·m-2·T-1；
利用公式St＝Mn/A0/Tn计算得到第n层以上海水水体沉积通量St，St的单位为g·m-2·T-1。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法，通过捕获单元300获取的不同海水深度水体的悬浮沉积物通量St，准确计算不同海区沉积环境在不同时期的沉积速率，并分析不同沉积现象对应的沉积过程，满足不同时间尺度观测的需求，可以有效记录瞬时诱发的海底重力流的发生过程以及不同水层湍流导致的物质交换事件。
实施例五
本实施例为本发明一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法的实施例。
本实施例与实施例四类似，不同之处在于：还包括分层海水水体悬浮泥沙浓度的测量方法：
计算第n层水体高度△H，△H＝Hn-Hn-1，Hn是系统第n层水体水深捕获器310开口301距离海平面高度，Hn-1是第n-1层水体捕获器310开口301距离海平面的高度，单位是m；利用公式Cn＝Sn×A0×△H×1000计算得到第n层海水水体悬浮泥沙浓度Cn，Cn的单位是g/L；
利用公式Ct＝St×A0×Hn×1000计算得到第n层以上海水水体悬浮泥沙浓度Ct，Ct的单位是g/L。
本发明的一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法，通过计算捕获单元300获取的不同海水深度水体的悬浮泥沙浓度，可以实时监测评估活性污泥和整个海洋生物处理过程、分析海水中0.1μm至10μm之间的微粒的浓度以及检测不同阶段的污泥浓度来获得连续、准确的测量结果。
在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：包括漂浮于海面的浮标(100)、若干可拆卸连接于浮标(100)且首尾顺序通过连接绳(200)可拆卸相连的捕获单元(300)以及可拆卸连接于捕获单元(300)且用于保持捕获单元(300)之间呈垂直状态的重力球(400)，所述捕获单元(300)顶部设有接收悬浮泥沙沉降的开口(301)。
2.根据权利要求1所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：所述浮标(100)顶部设有夜间可发光的指示球(101)，所述浮标(100)外表面铺设有太阳能电池面板，所述浮标(100)内装设有北斗定位系统，所述指示球(101)与所述浮标(100)之间连接有连接杆(102)，所述指示球(101)、北斗定位系统均与太阳能电池面板电连接。
3.根据权利要求1所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：所述浮标(100)与所述捕获单元(300)之间可拆卸设有用于测量实时海水介质的流速和悬浮泥沙浓度的声学测量系统(500)。
4.根据权利要求1所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：所述浮标(100)底部连接有第一锁扣(103)，所述连接绳(200)一端连接有与第一锁扣(103)可拆卸连接的第二锁扣(201)、另一端连接有第三锁扣(202)，所述捕获单元(300)包括可拆卸连接于第三锁扣(202)的第四锁扣(302)、连接于第四锁扣(302)的捕获器(310)、连通于捕获器(310)底部的存储器(320)以及连接于存储器(320)且与可第二锁扣(201)拆卸连接的第五锁扣(303)，所述重力球(400)连接有可拆卸连接于第五锁扣(303)的第六锁扣(304)。
5.根据权利要求4所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：所述捕获器(310)为顶部设有开口(301)、底部设有连接口(311)的漏斗状；所述捕获器(310)顶部设有十字连接杆(312)，所述第四锁扣(302)连接于十字连接杆(312)的交叉中心；所述捕获器(310)的底部通过连接口(311)与存储器(320)连通。
6.根据权利要求5所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：所述存储器(320)为圆锥状，所述存储器(320)与所述捕获器(310)螺纹连接、且所述存储器(320)与所述捕获器(310)的螺纹连接处设有密封圈(330)。
7.根据权利要求6所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：所述存储器(320)顶面直径大于所述连接口(311)直径，所述连接口(311)直径小于所述开口(301)直径，且所述存储器(320)的体积小于所述捕获器(310)的体积。
8.根据权利要求1至7所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：所述重力球(400)的选用重量按以下方法计算：
1)测量捕获器(310)的开口(301)半径R1、捕获器(310)的连接口(311)半径R1、存储器(320)顶面半径R3、捕获器(310)的高度h1和存储器(320)的高度h2；
2)根据公式V总＝V捕获器+V存储器＝1/3[π(R1 2+R1 2+R1R2)]×h1+1/3πR3 2×h2计算出捕获器(310)和存储器(320)的总体积V总，V捕获器表示捕获器(310)的体积，V存储器表示存储器(320)的体积；
3)根据公式F总＝ρgV总计算得到捕获器(310)和存储器(320)在水中受到的总浮力F总，其中：海水密度ρ为1.025×103kg·m-3，重力加速度g为9.8m·s-2；
4)根据公式M重力球＝m重力球g≥F总，选取重力M重力球大于等于捕获器(310)和存储器(320)在水中受到的总浮力F总的重力球(400)，m重力球为重力球(400)的质量。
9.一种长周期海洋分层悬浮泥沙测量方法，应用如权利要求1至8任一所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙捕获装置，其特征在于：包括海洋分层水体悬浮泥沙沉积通量的测量方法：
将第n层水深捕获单元(300)捕获的泥沙沉积物烘干后称重得到沉积物重量Mn，计算捕获器(310)的开口(301)面积A0＝π×R2，设定测量周期时间△T，△T＝Tn-Tn-1，Tn是第n层水体终止测量时间，Tn-1是第n层水体开始测量时间，利用公式Sn＝Mn/A0/△T计算得到第n层海水水体悬浮泥沙沉积通量Sn，Sn的单位为g·m-2·T-1；
利用公式St＝Mn/A0/Tn计算得到第n层以上海水水体悬浮泥沙沉积通量St，St的单位为g·m-2·T-1。
10.根据权利要求9所述的一种长周期海洋分层悬浮泥沙沉积通量的测量方法，其特征在于：还包括分层海水水体悬浮泥沙浓度的测量方法：
计算第n层水体高度△H，△H＝Hn-Hn-1，Hn是系统第n层水体水深捕获器(310)开口(301)距离海平面高度，Hn-1是第n-1层水体捕获器(310)开口(301)距离海平面的高度，单位是m；利用公式Cn＝Sn×A0×△H×1000计算得到第n层海水水体悬浮泥沙浓度Cn，Cn的单位是g/L；
利用公式Ct＝St×A0×Hn×1000计算得到第n层以上海水水体悬浮泥沙浓度Ct，Ct的单位是g/L。
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