潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法及其应用的观测架，该方法首先组建一观测系统，其观测系统包括观测架及观测仪器，通过仪器调试和安装、观测架组装及观测系统布放、数据采集及数据处理分析等步骤完成对受波浪影响的潮间带区域表层水体水质要素(如水温、盐度、含沙量、溶解氧和叶绿素等)的全天候自动跟踪水表测量。本发明可以在全天候连续测量的同时，避免落潮水位较低时因波浪拍击造成的仪器刚性损伤、测船搁滩等危险，并自动跟踪水面变化，确保观测水层的均一性，有效地获取受波浪影响的潮间带表层水体多种水质要素数据，获得数据具有稳定、连续及多样性的特点。
【专利说明】潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水文观测【技术领域】，具体地说是一种受波浪影响的潮间带区域(周期性干出区域)的表层水质要素测量方法。
【背景技术】
[0002]获取到长时间序列的可靠的潮间带区域水质要素数据是认知河口海岸区域潮滩地貌演化机理和生物化学过程的重要基础前提之一。
[0003]潮间带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:
(I)潮差大，滩面或水工建筑物周期性干出和淹没；(2)波浪浅水变形剧烈，波能集中；(3)潮流和波浪的双重作用下，水体紊动强度大，水质要素掺混明显。
[0004]由于以上特点，以往对浅水区域水质要素的观测主要集中在最小水深超过测船吃水的区域，采用传统船载测量方法，由测量人员操作船载测量仪器进行水质要素数据的采集，或在潮间带区域利用坐底观测架系统对固定高度水质要素进行测量，甚至不顾仪器受损风险，采用浮筒沉锚方式，在浮筒上放置测量仪器进行跟踪水表测量。
[0005]但在潮间带区域的表层水质要素数据采集过程中遇到诸多困难。
[0006]首先，传统船载测量方法，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，由于船只在搁浅过程中易受波浪冲击发生破损或翻覆，测量人员和测船均存在严重安全风险，无法在潮间带区域安全实施。
[0007]其次，坐底观测方法，即将坐底观测架系统放置于潮间带滩面或水工建筑物上，测量仪器刚性固定于观测架内，仪器传感器探头与滩面或水工建筑物表面的高度恒定。但一方面，由于水面随涨落潮过程在逐时变化，当水面低于传感器高度时即无法完成测量，从而在测量过程中周期性存在空白测量期；另一方面，因仪器传感器探头高度恒定，在潮周期变化过程中，水质要素的测量时间序列不能固定代表某一相对水层测量值。
[0008]再次，利用浮筒沉锚测量方法，即将测量仪器安置于浮筒上进行跟踪水表测量。对于这种测量方法，在测量点潮水位下降、露滩的过程中，浅水变形严重的波浪动力的存在，使得浮筒连带测量仪器与滩面或水工建筑物发生频繁刚性碰撞，极易发生浮筒和测量仪器的损毁。且在极端天气条件下，波浪动力愈加强烈，相应测量设备损毁的风险更高。
[0009]综上所述，尽管水表水质要素数据是潮间带区域内在时间上最为连续的代表性数据类型，但由于上述实际困难的存在，过往测量实践中通常对潮间带区域表层水质要素数据进行舍弃，这极大地降低了河口海岸区域潮滩地貌演化机理和生物化学过程等相关研究的精确度。因此，针对潮间带区域水质要素自动跟踪水表测量方法的探究是十分必要的。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的第一方面的技术问题在于提供一种可全天候连续测量、自动跟踪水面变化、避免因波浪拍击造成的仪器刚性损伤、测船搁滩等危险，有效获取受波浪影响的潮间带表层水体多种水质要素数据的潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法。
[0011]为了解决上述的技术问题，本发明采用的技术方案是:潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法，包括如下步骤:
[0012](I)、仪器调试和安装:对观测系统上要安装的水质测量仪器进行调试设置；
[0013](2)、组建观测系统
[0014]观测系统包括观测架及水质测量仪器，其中，观测架包括拉索支座、钢丝绳、主滑动杆顶盖、主滑动杆、滑动悬浮框架、水质测量仪器安装基座、缓冲吸能装置；
[0015]观测架组建过程为，a.将选择的水质测量仪器安装在水质测量仪器安装基座中；
[0016]b.将加装仪器的水质测量仪器安装基座固定在滑动悬浮框架上，探头一侧向外；
[0017]c.在滑动浮动框架上、下板连接钢筋上安装浮球；
[0018]d.将安装好的滑动悬浮框架套装于主滑动杆；
[0019]e.在滑动悬浮框架两端分别安装缓冲吸能装置；
[0020]f.在主滑动杆顶端固定主滑动杆顶盖；
[0021](3)、布放观测系统
[0022]g.将安装好顶盖、滑动框架的主滑动杆通过其底部带孔钢盘直立固定于待测点位；
[0023]h.将三个拉索支座分散固定于主滑动杆周围以固定，并通过两段花篮螺栓连接的钢丝与主滑动杆顶盖上端拉索连杆连接；
[0024](4)、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；
[0025](5)、观测系统回收；
[0026](6)、数据分析处理。
[0027]本发明的一优选方案中，所述步骤(3)布放观测系统方法如下，由小型船只运送本测量系统及安装人员于高水位到达待测区域，待本测量系统布放位置于出水面后由测量人员登陆布放；
[0028]所述步骤(5)观测系统回收过程如下，由小型船只运送作业人员于涨潮高水位时到达待测区域，待本测量系统布放位置落潮时干出水面后由作业人员徒步回收。
[0029]本发明的一优选方案中，所述(6)数据处理方法为，将水质测量仪器停止，数据导出；利用现场采集悬沙样品对水质测量仪器的浊度测量值进行标定，最终得到表层水体的水温、盐度、含沙量、叶绿素、溶解氧水质要素参数。
[0030]本发明的一优选方案中，所述水质测量仪器为便携式水质自容测量仪器，选自0BS3A温盐浊度仪或多参数水质监测仪或两者同时搭载。
[0031]本发明所要解决的第二方面的技术问题在于提供一种用于潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法的观测架，所述观测架包括三个拉索支座、钢丝绳、主滑动杆顶盖、主滑动杆、滑动悬浮框架、水质测量仪器安装基座、缓冲吸能装置；
[0032]所述水质测量仪器安装基座固定在滑动悬浮框架外周，所述滑动浮动框架的上下板连接钢筋上安装有浮球，且滑动悬浮框架套装在所述主滑动杆上，且所述滑动悬浮框架上下两端部还各套装一个由多层粘合发泡橡胶材料制成的缓冲吸能装置，
[0033]所述主滑动杆通过底部带孔钢盘直立固定于待测点位，主滑动杆顶端安装有主滑动杆顶盖，三个拉索支座分散固定于所述主滑动杆周围，并通过钢丝与主滑动杆顶盖上端的拉索连杆连接进行稳固。
[0034]本发明的一优选方案中，所述滑动悬浮框架采用不锈钢材料，由6根钢筋连接上下两个镂空板，所述上下两个镂空板的边缘留有加装水质测量仪器安装基座的圆柱型空间；且所述滑动悬浮框架中部设有套装在主滑动杆上的镂空内筒。
[0035]本发明的一优选方案中，所述水质测量仪器安装基座采用壁厚1mm聚甲醛制造，为圆柱形镂空筒状。
[0036]本发明的一优选方案中，所述缓冲吸能装置采用乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡材料和丁基橡胶材料交替叠加，为环形。
[0037]本发明的一优选方案中，所述主滑动杆顶盖采用不锈钢板材，上端拉索连杆成三向120度开角，末端带孔，主滑动杆顶盖下端为和主滑动杆连接的内螺纹管；
[0038]所述主滑动杆末端加筋肋连接圆盘，圆盘上四周均匀分布6个圆孔；
[0039]所述三个拉索支座底盘采用不锈钢板材，留有三个固定圆孔，中间焊接垂向带孔拉环。
[0040]本发明的一优选方案中，所述三个拉索支座分散固定于主滑动杆周围，并通过两段花篮螺栓连接的钢丝与主滑动杆顶盖上端拉索连杆连接，通过花篮螺栓收紧钢丝绳增加主滑动杆稳定性。
[0041]本发明的潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法及其使用的观测架具有以下优点和特点:
[0042](I)加装有水质测量仪器的滑动悬浮框架能够沿着主滑动杆随着潮水水位的升降变化而上下移动，因此，测量仪器探头能够实时跟踪水面测量，获得数据具有稳定、连续及多样性的特点。
[0043](2)本发明的方法操作简便，观测系统架设完毕后在现场测量过程中无需人工干预，能实现自动测量，自动存储。
[0044](3)本发明的方法及其观测架满足全天候测量要求，而且由于观测架固定牢固，且安装有测量仪器的滑动悬浮框架上下端设有防护的缓冲吸能装置，因此即时观测过程中遭遇台风、寒潮等极端天气过程时，本观测方法也可有效避免波浪作用下测量仪器与浅滩或水工建筑物因刚性碰撞而损毁，从而确保测量过程的全天候连续、安全进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0046]图1为本发明的观测架整体结构示意图。
[0047]图2为本发明观测架的水质测量仪器安装基座结构示意图。
[0048]图3为本发明观测架的滑动悬浮框架结构示意图。
[0049]图4为本发明观测架的缓冲吸能装置结构示意图。
[0050]图5为本发明观测架的主滑动杆结构示意图。
[0051]图6为本发明观测架的主滑动杆顶盖结构示意图。
[0052]图7a，7b为本发明观测架的拉索支座结构示意图。
【具体实施方式】
[0053]以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0054]如图1-图7a/7b所示的观测架，包括三个拉索支座7、钢丝绳8、主滑动杆顶盖6、主滑动杆1、滑动悬浮框架3、水质测量仪器安装基座2、缓冲吸能装置5，水质测量仪器安装基座2固定在滑动悬浮框架3外周，所述滑动浮动框架3的上下板连接钢筋33上安装有浮球4，且滑动悬浮框架3套装在所述主滑动杆I上，且所述滑动悬浮框架3上下两端部还各套装一个由多层粘合发泡橡胶材料制成的缓冲吸能装置5，所述主滑动杆I通过底部带孔钢盘11直立固定于待测点位，主滑动杆I顶端安装有主滑动杆顶盖6，三个拉索支座7分散固定于所述主滑动杆I周围，并通过钢丝8与主滑动杆顶盖6上端的拉索连杆61连接进行稳固。
[0055]本发明的一优选实施例中，如图2所示，所述水质测量仪器安装基座采用壁厚1mm聚甲醒制造，内径68mm。
[0056]本发明的一优选实施例中，如图3所示，滑动悬浮框架3采用304不锈钢材料，由复数个钢筋33连接上下两个镂空板31、32，上下两个镂空板31、32的边缘留有加装水质测量仪器安装基座2的圆柱型空间35 ;且滑动悬浮框架中部为套装在主滑动杆I上的镂空内筒34，且镂空内筒34还设有加强筋36。
[0057]本发明的一优选实施例中，如图4所示，所述缓冲吸能装置5采用乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡材料52和丁基橡胶材料51交替叠加形成环形,优选内径60mm,外径120mm。
[0058]本发明的一优选实施例中，如图5所示，所述主滑动杆I采用1mm厚304不锈钢管材,长2590mm,末端加筋肋连接直径300mm圆盘，圆盘上四周均勻分布6个圆孔,孔直径26mm ；
[0059]本发明的一优选实施例中，如图6所示，主滑动杆顶盖6采用1mm厚304不锈钢板材，上端拉索连杆61成三向120度开角，末端带孔，优选孔直径26mm，主滑动杆顶盖下端为内螺纹管，管长80mm,内径80mm。
[0060]本发明的一优选实施例中，如图7a，7b所示，采用三个拉索支座7底盘71采用1mm厚304不锈钢板材，留有三个直径26mm圆孔，中间焊接垂向带孔拉环72高90mm,孔直径 26mm。
[0061]本发明的一优选实施例中，所述钢丝绳8采用8mm钢丝绳，两段钢丝绳直接采用花篮螺栓连接。
[0062]一种潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法，它包括以下具体步骤:
[0063](I)、组建观测系统
[0064]观测系统包括观测架及便携式水质自容测量仪器，其中，观测架包括拉索支座、钢丝绳、主滑动杆顶盖、主滑动杆、滑动悬浮框架、水质测量仪器安装基座、缓冲吸能装置。
[0065]本发明专利的一优选方案中，所述观测架组装过程为，首先根据需要选择水质要素采集仪器并安装在水质测量仪器安装基座中，并在仪器桶两端垫放发泡橡胶板，将加装仪器的水质测量仪器安装基座固定在滑动悬浮框架上，探头一侧向外，并在滑动浮动框架上下板连接钢筋上安装浮球，浮球型号可满足滑动浮动架连同仪器悬浮即可，将安装好的滑动悬浮框架套装于主滑动杆，并在滑动悬浮框架两端分别安装缓冲吸能装置，在主滑动杆顶端固定主滑动杆顶盖，将安装好的主滑动杆及顶盖、滑动框架通过主滑动杆底部带孔钢盘直立固定于待测点位，三个拉索支座分散固定于主滑动杆周围，并通过两段花篮螺栓连接的钢丝与主滑动杆顶盖上端拉索连杆连接，通过花篮螺栓收紧钢丝绳增加主滑动杆稳定性。
[0066](2)、仪器调试设置
[0067]本发明专利的一优选方案中，所述仪器调试设置方法如下，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，均采用自容式。
[0068](3)、布放观测系统
[0069]本发明专利的一优选方案中，所述布放观测系统方法如下，由小型船只运送本测量系统及安装人员于高水位到达待测区域，待本测量系统布放位置干出水面后由测量人员登陆布放。
[0070](4)、进行观测、采集数据
[0071]本发明专利的一优选方案中，所述数据采集过程如下，观测系统可以连续自动测量，并记录测量数据，测量过程不受极端天气条件影响，吸能缓冲装置可有效避免波浪作用对浮动仪器的损伤。
[0072](5)、观测系统回收
[0073]本发明专利的一优选方案中，所述观测系统回收过程如下，由小型船只运送作业人员于涨潮高水位时到达待测区域，待本测量系统布放位置落潮时干出水面后由作业人员徒步回收。
[0074](6)、数据处理
[0075]本发明专利的一优选方案中，所述数据处理过程如下，将测量仪器停止，数据导出；利用现场采集悬沙样品对便携式水质自容测量仪器的浊度测量值进行标定，在标定中，根据不同泥沙浓度分段标定，最终得到表层水体的水温、盐度、含沙量、叶绿素、溶解氧等水质要素参数。
[0076]上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法，包括如下步骤: (1)、仪器调试和安装:对观测系统上要安装的水质测量仪器进行调试设置； (2)、组建观测系统 观测系统包括观测架及水质测量仪器，其中，观测架包括拉索支座、钢丝绳、主滑动杆顶盖、主滑动杆、滑动悬浮框架、水质测量仪器安装基座、缓冲吸能装置； 观测架组建过程为，a.将选择的水质测量仪器安装在水质测量仪器安装基座中； b.将加装仪器的水质测量仪器安装基座固定在滑动悬浮框架上，探头一侧向外； c.在滑动浮动框架上、下板连接钢筋上安装浮球； d.将安装好的滑动悬浮框架套装于主滑动杆； e.在滑动悬浮框架两端分别安装缓冲吸能装置； f.在主滑动杆顶端固定主滑动杆顶盖； (3)、布放观测系统 g.将安装好顶盖、滑动框架的主滑动杆通过其底部带孔钢盘直立固定于待测点位； h.将三个拉索支座分散固定于主滑动杆周围以固定，并通过两段花篮螺栓连接的钢丝与主滑动杆顶盖上端拉索连杆连接； (4)、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； (5)、观测系统回收； (6)、数据分析处理。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)布放观测系统方法如下，由小型船只运送本测量系统及安装人员于高水位到达待测区域，待本测量系统布放位置干出水面后由测量人员登陆布放； 所述步骤(5)观测系统回收过程如下，由小型船只运送作业人员于涨潮高水位时到达待测区域，待本测量系统布放位置落潮时干出水面后由作业人员徒步回收。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述(6)数据处理方法为，将水质测量仪器停止，数据导出；利用现场采集悬沙样品对水质测量仪器的浊度测量值进行标定，最终得到表层水体的水温、盐度、含沙量、叶绿素、溶解氧水质要素参数。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述水质测量仪器为便携式水质自容测量仪器，选自0BS3A温盐浊度仪或多参数水质监测仪或两者同时搭载。
5.用于权利要求1的潮间带区域水质要素的全天候自动跟踪水表测量方法的观测架，其特征在于，所述观测架包括三个拉索支座、钢丝绳、主滑动杆顶盖、主滑动杆、滑动悬浮框架、水质测量仪器安装基座、缓冲吸能装置； 所述水质测量仪器安装基座固定在滑动悬浮框架外周，所述滑动浮动框架的上下板连接钢筋上安装有浮球，且滑动悬浮框架套装在所述主滑动杆上，且所述滑动悬浮框架上下两端部还各套装一个由多层粘合发泡橡胶材料制成的缓冲吸能装置， 所述主滑动杆通过底部带孔钢盘直立固定于待测点位，主滑动杆顶端安装有主滑动杆顶盖，三个拉索支座分散固定于所述主滑动杆周围，并通过钢丝与主滑动杆顶盖上端的拉索连杆连接进行稳固。
6.根据权利要求5所述的观测架，其特征在于，所述滑动悬浮框架采用不锈钢材料，由6根钢筋连接上下两个镂空板，所述上下两个镂空板的边缘留有加装水质测量仪器安装基座的圆柱型空间；且所述滑动悬浮框架中部设有套装在主滑动杆上的镂空内筒。
7.根据权利要求5所述的观测架，其特征在于，所述水质测量仪器安装基座采用壁厚1mm聚甲醛制造，为圆柱形镂空筒状。
8.根据权利要求5所述的观测架，其特征在于，所述缓冲吸能装置采用乙烯-醋酸乙烯共聚物发泡材料和丁基橡胶材料交替叠加，为环形。
9.根据权利要求5所述的观测架，其特征在于，所述主滑动杆顶盖采用不锈钢板材，上端拉索连杆成三向120度开角，末端带孔，主滑动杆顶盖下端为和主滑动杆连接的内螺纹管； 所述主滑动杆末端加筋肋连接圆盘，圆盘上四周均匀分布6个圆孔； 所述三个拉索支座底盘采用不锈钢板材，留有三个固定圆孔，中间焊接垂向带孔拉环。
10.根据权利要求9所述的观测架，其特征在于，所述三个拉索支座分散固定于主滑动杆周围，并通过两段花篮螺栓连接的钢丝与主滑动杆顶盖上端拉索连杆连接，通过花篮螺栓收紧钢丝绳增加主滑动杆稳定性。
【文档编号】G01N33/18GK104267165SQ201410184114
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】王钟寅, 程晨, 黄伟, 王元叶, 李为华, 曹杰, 纪为刚, 张国庆 申请人:上海河口海岸科学研究中心