一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法

本发明涉及海岸带灾害、海洋工程环境监测，具体而言，特别涉及一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法。

背景技术：

1、中国境内河流众多、海岸线漫长，港口码头大大增加了我们的航运能力，在国家建设中有着举足轻重的地位。但港口码头的淤积往往影响着航道的深浅、制约着航道的运输的能力，更由于淤泥的高有机质含量、低强度等的特性，在地震等外力作用下严重影响了码头桩基的安全，埋下了安全隐患。

2、因此，对于港口码头淤积的实时监测就显的非常重要。但目前的观测方法主要通过船载声纳测深法进而对泥沙淤积进行监测，并且需要测量船反复不断在航道上进行测量，对于航道过窄、淤积变化快的港口航道以及在恶劣环境下难以进行监测；同时由于水深变化复杂多变，时效性差，选用高新技术设备如激光测深精度高、速度快但其价高、重量大在实际应用中也存在一定困难。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法，对港口码头淤积、桩基周遭土冲刷的实时监测有重要的研究意义。

2、本发明是通过如下技术方案实现的：一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法，包括自然电位电极阵列、数据采集仪、无线传输设备以及供电装置，其中，自然电位电极阵列包括飘带，飘带的上下两端分别连接两个不锈钢块，飘带的内部设有连接线，飘带的外部等距离开设有若干个梯形电极卡槽，梯形电极卡槽上连接有测量电极，测量电极与飘带连接后选用防水胶进行固定，测量电极均与连接线电性连接；数据采集仪连接在飘带一端，且数据采集仪放置在防水采集仓内，数据采集仪电性连接无线传输设备，供电装置电性连接数据采集仪、无线传输设备和连接线，无线传输设备通讯连接电脑；

3、具体包括以下步骤：

4、 s1、确定监测位置，组装监测系统，设置数据采集仪采集参数；

5、s2、将监测系统放置在海水中获得初始背景值tn，初始背景值tn的获得具体为：

6、将最靠近数据采集仪的测量电极作为参比电极m,其余测量电极由底端至该电极分别记为m0、m1、m2....mn，各测量电极在海水中相对于参比电极m的电势差为：

7、，（n∈0、1、2....）

8、其中，vm为参比电极在海水中电位值，vmn为除参比电极m外其余测量电极在海水中电位值；

9、s3、获得初始背景值tn后将监测系统放置监测并对监测系统进行固定；

10、s4、监测系统放置在监测点后，实时发送监测数据至实验室，根据实时数据获得水土界面位置z，进一步判断港口淤积情况；水土界面位置z的获得具体包括以下步骤：

11、s41、获取实时各电极相对于参比电极的电势差值sn

12、,（n∈0、1、2....）

13、式中，um为参比电极在监测点位置电位值，umn为除参比电极m外其余电极在监测点的电位值；

14、s42、对比tn与sn值,判断水土界面所处位置z：

15、

16、式中，x为电极环编号变量（x∈n），为电极编号第x（x∈0-n）处的电势差值，为电极编号第x（x∈0-n）处的背景电势差值；若公式完全成立，则水土界面位置就在第x电极处；若公式左边的大于等于号成立右边的大于等于号不成立，则水土界面位置在电极环x至x+1之间；若公式左边的大于等于号不成立右边的大于等于号成立，则水土界面位置在电极环x-1至x之间；

17、

18、式中，x每两个电极之间的距离为固定值，h为底端不锈钢块至第一个电极环的距离，为误差值。

19、作为优选方案，飘带的材质为柔性橡胶材料。

20、作为优选方案，测量电极采用碳材料改性的ag/agcl电极。

21、作为优选方案，测量电极与飘带连接端形状为梯形。

22、作为优选方案，供电装置包括太阳能电池板以及备用电池。

23、作为优选方案，步骤s3中监测系统垂直放置在监测点时，下端不锈钢块需触底或没入沉积物内部，水平放置在监测点时上下两端的不锈钢块都需接触到沉积物。

24、本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：

25、1. 本发明采用的自然电位电极飘带重量较小，更便携且成本低。

26、2. 本发明与其他港口淤泥监测相比，克服了后者监测时间短且受环境限制较大的缺点，可对海岸侵蚀、海上风电桩基、桥梁桩基侵蚀淤积实时监测。

27、3. 电学方法在浅海测试应用过程中因电流的存在使得生物不易附着，避免了生物对测量结果的影响。

28、本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法，包括自然电位电极阵列（1）、数据采集仪（2）、无线传输设备（3）以及供电装置（4），其特征在于,所述自然电位电极阵列（1）包括飘带（7），飘带（7）的上下两端分别连接两个不锈钢块（6），飘带（7）的内部设有连接线（8），飘带（7）的外部等距离开设有若干个梯形电极卡槽（10），梯形电极卡槽（10）上连接有测量电极（9），测量电极（9）与飘带（7）连接后选用防水胶进行固定，测量电极（9）均与连接线（8）电性连接；数据采集仪（2）连接在飘带（7）一端，且数据采集仪（2）放置在防水采集仓内，数据采集仪（2）电性连接无线传输设备（3），供电装置（4）电性连接数据采集仪（2）、无线传输设备（3）和连接线（8），无线传输设备（3）通讯连接电脑（5）；

2.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法,其特征在于,所述飘带（7）的材质为柔性橡胶材料。

3.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法,其特征在于,所述测量电极（9）采用碳材料改性的ag/agcl电极。

4.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法,其特征在于,所述测量电极（9）与飘带（7）连接端形状为梯形。

5.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法,其特征在于,所述供电装置（4）包括太阳能电池板以及备用电池。

6.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法,其特征在于,所述步骤s3中监测系统垂直放置在监测点时，下端不锈钢块（6）需触底或没入沉积物内部，水平放置在监测点时上下两端的不锈钢块（6）都需接触到沉积物。

7.根据权利要求1所述的一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法,其特征在于,所述步骤s4中水土界面位置z的获得具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及海岸带灾害、海洋工程环境监测技术领域，提供了一种海洋工程桩基侵蚀淤积原位实时监测系统的工作方法,包括自然电位电极阵列，数据采集仪，无线传输设备以及供电装置。自然电位电极阵列采用柔性电性特征设计，结构简单，便携，选用碳材料改性的Ag/AgCl电极，通过本发明的技术方案，根据自然电位测量原理，配合无线传输设备，并采用太阳能供电装置，能够对港口淤积情况实时监测，该系统可适用于海岸侵蚀、海上风电桩基、桥梁桩基侵蚀淤积监测。

技术研发人员：范智涵,贾永刚,李雪洋,刘晓磊,鲁德泉,权永峥,孙中强
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10