专利名称：河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法
技术领域：
本发明涉及水文观测技术领域，具体地说是一种用于河口海岸高浊度水 体环境下近底床水沙过程的观测方法。
背景技术：
水流结构明显受底床影响的水层被称为近底边界层。作为水体和底床直 接相互作用的层面，往往伴随着两者之间颗粒物、化学物质和有机体的频繁 交换。就泥沙而言，侵蚀、输移和沉积过程也主要发生在近底边界层内。这 些过程直接影响着床面的稳定性、物质输移及底栖动物群落。因此河口海岸 和大陆架近底边界层一直是海洋学家、海岸工程学家和环境学家的关注点。
自然条件下近底边界层的观测一直是研究中的难点。常规的水文观测方 法一般采用船载多普勒流速剖面仪测量流速。但多普勒流速剖面仪在靠近底 床处信号干扰强烈，很难获取真正的近底水流数据，只能获得次底部数据； 其次，多普勒流速剖面仪测量分层较厚，满足不了近底垂线精度要求；再次， 由于仪器载体测船会随水流运动，往往测得的数据不是同一地点。常规的水 文观测方法一般采用"六点法"取水，室内分析的方法测量含沙量。这种方 法操作繁琐，连续性不好；其次，由于取水器底部悬挂铅鱼，实际上取水器 所取底部水体只能是次底部水体，很难取到真正底部水体。国外研究中有设 计底部锚定系统来观测近底水沙运动，但其针对的观测环境一般为水体相对 清澈的河口与大陆架区域。而在高浊度环境下，相关仪器测量和处理均会遇 到难题，必须针对高浊度环境自行设计观测装置和探究处理方法。 发明目的
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法，该方法克服了底部水体含沙量、水流等数据难以观测并 获取的难题，为自然水体条件下水流近底边界层、底床稳定性及近底泥沙输 运等研究提供了新的技术支持。
本发明的目的是这样实现的
一种河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法，它包括以下具体步骤
a、 组建观测系统
观测系统包括多普勒声学流速剖面仪(ADP)、脉冲耦合模式多普勒声
学流速剖面仪(PC-ADP)、多普勒点流速仪(ADV-0cean)、光学后向散射浊度 仪(0BS)、浪潮仪(SBE-26)及支架。支架呈正棱台状，总高2 3m，分为三 层，第一层四边长O. 5 0.8m，四角上设有圆环；第二层距底1.5 2m，四 边长0.8 1.2m，该层架设胶合板并固定一向下钢管；最下层为底座，边长 2.5 3 m，底座四角向下突起并用铸铁制造，便于在河床固定，角间铺设带 孔的胶合板；其中多普勒声学流速剖面仪(ADP)设在第二层胶合板上且探 头向上，用于测量近底高分辨率的流速场；脉冲耦合模式多普勒声学流速剖 面仪(PC-ADP)设在第二层胶合板上且探头向下，用于测量近底高分辨率的 流速场；多普勒点流速仪(ADV-Ocean)设在第二层向下钢管的底部且探头向 下，用于测量近底高精度的流速过程和紊动过程；光学后向散射浊度仪(OBS) 为数个且固定在支架边柱上，该仪利用光学红外后向散射原理来获取水体中 悬浮物浊度；浪潮仪(SBE-26)设置在支架底部，测量波浪和潮高。
b、 仪器调试设置
根据观测地点及特点对观测系统上的仪器进行调试设置，均采用自容模式。
c、 布放观测系统在支架的一脚固定钢索，钢索一端与浮标相连，在观测地点利用船上吊 机将支架吊起，平稳放置在河床面上。
d、 进行观测、采集数据
观测系统上的仪器处于工作状态，记录存储实时观测数据。
e、 观测系统回收
回收时，首先吊起浮标，然后拖起观测系统。
f、 数据处理
将仪器停止，数据导出；利用现场采近底悬浮泥沙对光学后向散射浊度 仪(0BS)浊度值进行标定，在标定中，根据不同泥沙浓度分段标定，得到含
沙量；脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)的数据采用针对高流 速情况开发的后处理软件进行处理，得到近底对应水深流速；多普勒声学流 速剖面仪(ADP)处理得垂线上各深度流速；浪潮仪(SBE-26)处理得水深和波 浪数据。
本发明采用SonTek公司生产的多普勒声学流速剖面仪(ADP)、脉冲耦 合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)、多普勒点流速仪(ADV-Ocean), D&A 公司生产的光学后向散射浊度仪(OBS)和SEA-BIRD公司生产的SBE-26浪潮 仪；ADP、 PC-ADP、 ADV-Ocean仪器都是基于声学多普勒原理，利用发射信号 与水体中颗粒反射信号之间的相位差来计算流速，可以不干扰水体准确测量 流速。近年来在国内外使用广泛。OBS利用光学红外后向散射原理来获取水 体中悬浮物浊度，然后通过相关分析，将浊度转化为颗粒物浓度，具有操作 简单、快速、实时、连续等优点。ADP布放在第二层胶合板上，探头向上， 用于测量上部水体流速场。PC-ADP布放在第二层胶合板上，探头向下，用于 测量近底高分辨率的流速场。第二层上同时固定向下钢管，钢管底部安放探头向下的ADV-0cean，用于测量近底高精度的流速过程和紊动过程。OBS固定 在四角架边柱上， 一般放置3 4个。SBE-26型浪潮仪布放在底部，测量波 浪和潮高。各仪器分别自带电池和内存，采用自容模式运行。在仪器布放中， 为防止数据受仪器间的互相干扰以及支架边柱对流场的影响，应注意各仪器 之间的距离及其距边柱距离。 本发明具有以下特点
(1) 、能有效获取近底层水沙数据，获得数据具有稳定、连续及高分辨率 的特点。
(2) 、操作简便。仪器设置好放置在水面后就不需要人工操作，能实现自 动观测，自动存储。
(3) 、能应用于极端天气条件下的观测。
图1为本发明中观测系统结构示意图
图2为本发明实施例的水深、有效波高、近底4层盐度和含沙量、近底 流速流向的观测成果图
具体实施例方式
现通过以下实施例详细叙述本发明 实施例
实施时间为2007年8月，地点为长江口北槽，坐标为31° 14.007' W， 122° 02.005' E。本实施完全按照上文所述的方法进行了操作。 a、组建观测系统
参阅图l，支架呈正棱台状，总高2.3m，分为3层，第一层四边长0.6 m，四角上有圆环，用于整个支架的布放和回收；第二层距底1.8m，四边长lm，架设胶合板；最下层为底座，边长2.5m，底座四角用铸铁制造，有向
下突起，便于在河床固定，角间铺放带孔的胶合板，以增加整个系统在河床
上的稳定性，防止侧翻。支架边柱上设置4个光学后向散射浊度仪(0BS)， 其距支架底的高度自下而上分别为30、 50、 75、 120 cm;多普勒点流速仪 (ADV-0cean)测点距底高度为30 cm;脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪 (PC-ADP)距底高度为150 cm;多普勒声学流速剖面仪(ADP)距底高度为 180 cm;浪潮仪(SBE-26)设置在支架底部。
b、 仪器调试设置
多普勒声学流速剖面仪(ADP)设置单元格为0.4m，盲区0.7m，采样间 隔为10分钟；多普勒点流速仪(ADV-Ocean)采用多频率耦合测量模式，共 有3个频率，频率1为0.5Hz，用于平均流速的测量，采样间隔为15分钟， 采样数为60;频率2为4Hz，用于波浪轨迹流速的测量，采样间隔为30分钟， 采样数为2048;频率3为25Hz，用于紊动流速的测量，采样间隔为15分钟， 采样数为2500;脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)设置单元格 为3.2cm，盲区10cm，采样间隔5分钟；光学后向散射浊度仪(OBS)设置采 样间隔为5分钟；浪潮仪(SBE-26)设置为每10分钟测一次潮位，每1小时测 一次波浪。
c、 布放观测系统
在支架的一脚固定钢索，钢索一端与浮标相连，在观测地点利用船上吊 机将支架吊起，平稳放置在河床面上。
d、 进行观测、采集数据
观测系统上的仪器处于工作状态，记录存储实时观测数据。
e、 观测系统回收回收时，首先吊起浮标，然后拖起观测系统。 f、数据处理
利用现场采近底悬浮泥沙对0BS浊度值进行标定，在标定中根据不同泥
沙浓度分段标定，得到三条标定曲线，将浊度值换算为含沙量；PC-ADP采用 针对高流速情况开发的后处理软件进行处理，得到近底对应水深流速；ADP
处理得垂线上各深度流速；浪潮仪数据经过浪潮分离，处理得水深和波浪数据。
参阅图2，最终获取了水深、有效波高、近底4层盐度和含沙量、近底 流速流向。图中流速流向为距底30 cm高度处流速流向；图中120 cm等表 示距底高度为120 cm。
权利要求
1、一种河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法，其特征在于该方法包括以下具体步骤a、组建观测系统观测系统包括多普勒声学流速剖面仪(ADP)、脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)、多普勒点流速仪(ADV-Ocean)、光学后向散射浊度仪(OBS)、浪潮仪(SBE-26)及支架，支架呈正棱台状，总高2～3m，分为三层，第一层四边长0.5～0.8m，四角上设有圆环；第二层距底1.5～2m，四边长0.8～1.2m，该层架设胶合板并固定一向下钢管；最下层为底座，边长2.5～3m，底座四角向下突起并用铸铁制造，角间铺设带孔的胶合板；其中多普勒声学流速剖面仪(ADP)设在第二层胶合板上且探头向上，脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)设在第二层胶合板上且探头向下，多普勒点流速仪(ADV-Ocean)设在第二层向下钢管的底部且探头向下，光学后向散射浊度仪(OBS)为数个且固定在支架边柱上，浪潮仪(SBE-26)设置在支架底部；b、仪器调试设置根据观测地点及特点对观测系统上的仪器进行调试和设置；均采用自容模式；c、布放观测系统在支架的一脚固定钢索，钢索一端与浮标相连，在观测地点利用船上吊机将支架吊起，平稳放置在河床面上；d、进行观测、采集数据观测系统上的仪器处于工作状态，记录并存储实时观测数据；e、观测系统回收回收时，首先吊起浮标，然后拖起观测系统；f、数据处理将仪器停止，数据导出；利用现场采近底悬浮泥沙对光学后向散射浊度仪(OBS)浊度值进行标定，在标定中，根据不同泥沙浓度分段标定，得到含沙量；脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)的数据采用针对高流速情况开发的后处理软件进行处理，得到近底对应水深流速；多普勒声学流速剖面仪(ADP)处理得垂线上各深度流速；浪潮仪(SBE-26)处理得水深和波浪数据。
全文摘要
本发明公开了一种河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法，该方法首先组建一观测系统，其观测系统由支架及设在支架上的多普勒声学流速剖面仪(ADP)、脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪(PC-ADP)、多普勒点流速仪(ADV-Ocean)、光学后向散射浊度仪(OBS)和浪潮仪(SBE-26)组成，通过仪器调制、布放观测系统、采集数据及数据处理等步骤完成近底床水沙过程的水深、有效波高、近底层盐度和含沙量及近底流速流向的观测。本发明能有效获取近底层水沙数据，获得数据具有稳定、连续及高分辨率的特点；操作简便，能实现自动观测，自动存储并能应用于极端天气条件下的观测。
文档编号G01N21/49GK101533035SQ20091004876
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月2日 优先权日2009年4月2日
发明者青 何, 徐俊杰, 王元叶 申请人:华东师范大学