一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种潮间带区域(周期性干出区域)近底泥沙及全水深流速流向观测装置,其观测装置由观测架及架设在支架上的多普勒声学流速剖面仪(ADP)、光学后向散射浊度仪(OBS)和分层接沙杯组成，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潮间带近底水沙过程的水深、近底层盐度、温度和含沙量及全水深流速流向的观测。本实用新型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。
【专利说明】一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水文观测【技术领域】，具体地，本实用新型涉及一种潮间带区域(周期性干出区域，由于周期性的涨落潮过程可以漏出水面区域)近底泥沙及全水深流速流向观测装置。
【背景技术】
[0002]获取到长时间序列的可靠的潮间带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宄的重要基础前提之一。
[0003]潮间带即是指大潮期的最高潮位和大潮期的最低潮位间的海岸，也就是海水涨至最高时所淹没的地方开始至潮水退到最低时露出水面的范围。潮间带以上，海浪的水滴可以达到的海岸，称为潮上带。潮间带以下，向海延伸至约三十公尺深的地带，称为亚潮带。因此由于涨落潮作用，潮间带区域是会周期性在水面以下，周期性露出水面的。
[0004]干出水面指:由于涨落潮作用，潮间带区域是会周期性在水面以下，周期性露出水面。布放的位置属于潮间带。潮间带区域的水文观测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:
[0005](I)潮差大，滩面或水工建筑物周期性干出和淹没；
[0006](2)波浪在传播到浅水区域时变形剧烈，波能集中；
[0007](3)在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。
[0008]由于以上原因，以往采用传统的船载测量方法，即，测量人员利用测船及船载测量仪器实施数据采集。然而，由于船只在搁浅过程中易受波浪冲击从而发生船体破损或翻覆，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。
[0009]为此，尽管近底泥沙及全水深流速流向数据是潮间带区域内极为重要的代表性数据类型，但由于实际实施困难的存在，在以往的测量实践中，通常对潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向数据进行舍弃，这就极大地降低了河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关研宄的精确度。因此，针对潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置的探宄是十分必要的。
实用新型内容
[0010]为克服上述问题，本实用新型的目的是:
[0011]针对上述现有技术的不足，提供一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，所述装置克服了该区域近底泥沙及全水深流速流向数据无法全天候连续获取的难题，为河口海岸区域潮滩地貌演化机理等相关研宄提供了新的观测技术手段，有助于提高其研宄结果的准确度。
[0012]本实用新型的技术方案如下:
[0013]一种潮间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，所述观测架为一设置于底层矩形框架上的门型框架，所述门型框架二侧支撑边柱安装有浊度探头，所述门型框架可升降。
[0014]由此，所述观测架可随测量条件不同调节高度。
[0015]根据本实用新型所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，
[0016]在底层框架上架设有多普勒声学流速剖面仪，ADP，其探头方向垂直向上；
[0017]在底层框架和所述门型框架横梁上架设有光学后向散射浊度仪，OBS3+，其探头水平向外；
[0018]在中间边柱架设有光学后向散射浊度仪，OBS-3A，探头水平向外；
[0019]门型框架两侧边柱由下而上固定有分层接沙杯。
[0020]根据本实用新型所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架底座为矩形框架，边长0.6-0.Sm，四角设有圆环，所述观测架门型支架边柱上设置有安装孔。
[0021]根据本实用新型所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架底座的矩形框架设置斜梁，斜梁上设置有观测仪器安装座。
[0022]根据本实用新型所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述门型框架可升高0.5-lm。
[0023]根据本实用新型所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，所述观测装置底座固定于浅滩或水工建筑物表面。
[0024]本实用新型的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置使用具体步骤如下:
[0025]a、组建观测装置，
[0026]所述观测装置包括多普勒声学流速剖面仪(ADP)，便携式水质自容测量仪器(OBS3A温盐浊度仪或多参数水质监测仪)，连续接沙杯及观测架体，
[0027]b、仪器调试设置，
[0028]根据观测地点的特点、观测周期、电池电量对观测装置上的仪器进行调试设置，均采用自容式测量仪器；
[0029]C、布放观测装置，
[0030]在观测地点布放观测装置，
[0031]d、进行观测并采集数据，
[0032]e、观测装置回收，
[0033]待落潮时本测量系统布放位置干出水面后回收，
[0034]f、数据处理，
[0035]测量仪器停止运行，导出数据，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，
[0036]所述标定为根据不同泥沙浓度分段标定，得到:
[0037]近底层水体的水温、盐度、含沙量；
[0038]多普勒声学流速剖面仪(ADP)处理的水深及垂线上各深度流速。
[0039]根据本实用新型，现场以连续接沙杯收集现场测量点位悬沙样品，在实验室利用激光粒度仪分析样品粒径，通过自然环境中采取的不同粒径的泥沙样品，通过配比调配出与测量现场相同粒径的标定泥沙，在标定桶中对现场使用的仪器进行标定实验，得到浊度值与含沙量的对应关系，通过此关系可以将现场测量得到的浊度值换算成含沙量。
[0040]根据本实用新型，根据观测地点的特点、观测周期、电池电量对观测装置上的仪器进行调试设置指，根据观测地点最高水位高度设置声学多普勒流速仪最大测量距离，即测量单元厚度及测量单元数量；根据电池电量和观测周期，来设定采样的频率，因为采样频率大则好点，这要根据不同的的电池类型及电量来具体设定。另外，均采用自容式指测量仪器，自容式测量仪器是指测量仪器在设定好的时间点启动，并且以设定的频率自动采集并记录数据，测量过程中不需要人为参与。
[0041]根据本实用新型，通过仪器对记录的数据进行去除坏点、平滑得到相对水层的流速流向数据，处理数据的过程通过MATLAB编程处理实现。相对水层指将当前水深分为6层来给出结果，这是水文报表的一般规范。
[0042]根据本实用新型所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，所述观测装置数据采集过程连续自动测量，并记录测量数据。
[0043]所述测量过程测量仪器自带的功能，也是自溶模式的特点，不受天气状况影响。
[0044]本实用新型具有以下特点:
[0045](I)能有效获得长时间序列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。
[0046](2)操作简便。观测装置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。
[0047](3)满足全天候测量要求，当观测过程中遭遇台风、寒潮等极端天气过程时，通过将观测架底座刚性固定于滩面或水工建筑物表面，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、损毁、移位及丢失，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】
[0048]图1-3分别为本实用新型的潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置使用的观察架主视图、侧视图及俯视图。
[0049]图中，I为门型框架，2为多普勒声学流速剖面仪(ADP)，3为光学后向散射浊度仪(OBS3+)，4为光学后向散射浊度仪(OBS-3A)，5为安装孔，6为斜梁，7为观测仪器安装座。
【具体实施方式】
[0050]下面结合附图及实施实例对本实用新型专利进一步描述:
[0051]实施例
[0052]实施时间为2014年2月，地点为长江口北槽南导堤8号9号丁坝之间，坐标为31° 06.7522' W，122° 12.1939r E，观测期间，观测地点的最高潮位水深约2m，低潮位露滩时间越3小时，观测期间最大风力6-7级，最大有效波高约lm，观测周期为15天，本实施完全按照上文所述的方法进行操作。
[0053]a、组建观测装置
[0054]观测装置包括多普勒声学流速剖面仪(ADP)、光学后向散射浊度仪(OBS3+，OBS-3A)及观测架，观测架由底座、浊度探头升降梁组成，分为两层，总高度可调节。观测架第一层成矩形，边长0.6-0.Sm，四角上设有圆环；第二层为一平行于底的横梁，由二根支架边柱支撑，高度可随测量条件不同进行调节，边柱上多孔。多普勒声学流速剖面仪(ADP)架设在底层，探头方向垂直向上；光学后向散射浊度仪(OBS3+)架设在底层及二层横梁，探头水平向外；光学后向散射浊度仪(OBS-3A)架设在中间边柱，抬头水平向外；分层接沙杯由下而上固定于两侧边柱。
[0055]b、仪器调试设置
[0056]多普勒声学流速剖面仪(ADP)设置单元格为0.lm，盲区为0.lm，采样间隔为2分钟；光学后散射浊度仪(OBS3A温盐深浊度仪)设置采样间隔为2分钟，采样时间20s，发射频率1Hz，采用自容式。
[0057]C、布放观测装置
[0058]由小型船只运送本测量系统及安装人员于涨潮高水位时到达待测区域，待落潮时本测量系统布放位置干出水面后由测量人员徒步布放，使用手枪钻对半圆体导堤表面钻孔，观测装置底座利用膨胀螺栓等工具于打孔点刚性固半圆体表面。
[0059]d、进行观测、采集数据
[0060]观测装置可以连续自动测量，记录测量数据。
[0061]e、观测装置回收
[0062]由小型船只运送作业人员于涨潮高水位时到达待测区域，待落潮时本测量系统布放位置干出水面后由作业人员徒步回收。
[0063]f、数据处理
[0064]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。
[0065]以上所述，仅为本实用发明的优选实施例，并不能以此限定本实用新型实施的范围，凡依本实用新型权利要求及说明书内容所作的简单的变换，皆应仍属于本实用新型覆盖的保护范围。
[0066]根据本实用新型，⑴能有效获得长时间序列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；(2)操作简便。观测装置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；(3)满足全天候测量要求，当观测过程中遭遇台风、寒潮等极端天气过程时，通过将观测架底座刚性固定于滩面或水工建筑物表面，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、损毁、移位及丢失，从而确保测量过程的全天候连续、安全进行。
【权利要求】
1.一种潮间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，所述观测架为一设置于底层矩形框架上的门型框架，所述门型框架二侧支撑边柱安装有浊度仪，所述门型框架可升降。
2.根据权利要求1所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于， 在底层框架上架设有多普勒声学流速剖面仪，ADP，其探头方向垂直向上； 在底层框架和所述门型框架横梁上架设有光学后向散射浊度仪，0BS3+，其探头水平向外； 在中间边柱架设有光学后向散射浊度仪，0BS-3A，探头水平向外； 门型框架两侧边柱由下而上固定有分层接沙杯。
3.根据权利要求1所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架底座为矩形框架，边长0.6-0.Sm，四角设有圆环，所述观测架门型支架边柱上设置有安装孔。
4.根据权利要求1所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述观测架底座的矩形框架设置斜梁，斜梁上设置有观测仪器安装座。
5.根据权利要求1所述的一种潮间带区域近底泥沙及全水深流速流向观测装置，其特征在于，所述门型框架可升高0.5-lm。
【文档编号】G01C13/00GK204177385SQ201420502559
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】王元叶, 纪为刚, 李为华, 程晨, 张国庆 申请人:上海河口海岸科学研究中心