[发明专利]潮滩海床内部垂向泵送输运的沉积物的捕获装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种潮滩海床内部垂向泵送输运的沉积物的捕获装置及方法，用于研究水动力作用下潮滩海床内部渗流携带沉积物颗粒的“泵送”过程与规律，属河口沉积物动力学领域。

背景技术

海床土在海洋水动力条件下发生的侵蚀、再悬浮、搬运、再沉积过程一直是沉积动力学研究的重点和难点。近年来，沉积物捕获器越来越发展为该领域研究的重要工具和手段。优质的捕获器应具有合理的结构以便使沉积物被有效收集且不易受到外界干扰而流失，同时带有精确地定位与固定系统。近年来，国内外研究工作者不断开发与改进了一些沉积物捕获器，不同的捕获器针对不同的沉积物来源方向。目前，沉积物捕获器的捕获方向主要是垂直向下的沉降沉积物颗粒：中国环境科学研究所的胡小贞等设计的浅水湖泊沉积物悬浮颗粒捕获器，申请专利号为：(200710195112.7)，主要捕获一定时间段内的沉积颗粒。中国水产科学研究院黄海水产研究所的张继红等设计的多功能沉积物捕获器，申请专利号为：(200710014973.0)，主要用于收集生物性沉积物以计算生物摄食参数，实际也是针对水中垂直向下沉积的沉积物。国家海洋局第一研究所的张德玉等设计了深海时间系列沉积物捕获器，申请专利号为：(00263855.X)，用于深海收集海水中沉降颗粒物质样品，由于其自带的自动控制系统，实现了实时、分步收集的效果。北京师范大学的崔保山等设计了一种原位分时段沉积物收集器，申请专利号为：201210122273.4，适用于湖泊、河流等非紊流水体的原位分时段沉积物收集，可实现沉积物的长期监测和原位分时段采集，避免对水底沉积物为环境的破坏。其主要用途是无扰动原位采样。中国海洋大学环境岩土工程研究所设计了水平四向与垂向沉降沉积物通量捕获器，实现了一定时间段内水平四向的沉积物累积通量捕获。

沉积物捕获器中针对来自于海床内部垂向“泵送”的海床表面的细颗粒沉积物的捕获装置，目前还尚未见到相关专利。

发明内容

本发明针对现有技术的不足或缺陷，提供一种潮滩海床内部垂向泵送输运的沉积物的捕获装置及方法，使其可在潮滩环境下对“泵送”输运沉积物进行捕获。

鉴于本发明解决的科研问题尚属发展起步阶段，尚未形成科学常识，下面先进行该科学问题的原理介绍：

已有的科学研究表明，海区大规模再悬浮的沉积物，不仅来自于以往认为的表层沉积物剪切启动，还有一部分来自于海床内部随孔隙水垂向渗流携带运输(“泵送”)到海床表面的细颗粒沉积物，而孔隙水的垂向渗流是由于海床土在波浪循环荷载作用下，海床内部不同深度处超孔隙水压力累积程度不同而引起的孔压梯度所致，已有研究表明该部分物质在海区再悬浮过程中不容忽视，输供比例可达50％。

本发明即针对该具体科研问题所设计，旨在收集“泵送”物质，探索“泵送”规律。

本发明实现上述目的的原理：

本发明中主要运用了反滤层原理：反滤层指的是在大口井或渗渠进水处铺设的粒径沿水流方向由细到粗的级配沙砾层。通常由2-4层颗粒大小不同的砂、碎石或卵石等材料做成的，顺着水流的方向颗粒逐渐增大，任一层的颗粒都不允许穿过相邻较粗一层的孔隙。同一层的颗粒也不能产生相对移动。设置反滤层后渗透水流出时就带不走堤坝体或地基中的土壤，从而可防止管涌和流土的发生。

本发明的具体构成与设计详细说明如下：

潮滩海床内部垂向泵送输运沉积物的捕获装置，

一种潮滩海床内部垂向泵送输运的沉积物的捕获装置，其特征在于包括捕集系统和洗砂系统，所述的捕集系统包括一个用于固定在海床上的圆形支架筒，该支架筒的顶部设有对接法兰；以及一个竖直放置的圆形捕集筒，该捕集筒底部有对接法兰与支架筒顶部的对接法兰通过螺栓实现对接，而使捕集筒固定在支架筒的上方，对接法兰和对接法兰之间夹有20目不锈钢筛网垫片，且该筛网垫片的边缘位于对接法兰和对接法兰之间的预留卡槽内；

且捕集筒顶部设有对接法兰，捕集筒上方有对接法兰和对接法兰通过螺栓实现对接，对接法兰和对接法兰之间夹有500目筛绢垫片，且该筛绢垫片的边缘位于对接法兰和对接法兰之间的预留卡槽内；

捕集筒内部在筛网垫片与筛绢垫片之间铺设有最优级配的反滤石英砂层；上述捕集筒还分别通过缆绳连接有位于海床底部的重砣块以及位于海面上的浮球；

所述的洗砂系统包括底部带支架且顶部为敞开结构的滤液容器，该滤液容器的下部侧面设有带排水阀门的导液管，滤液容器的上缘罩有滤网，且滤网通过固定夹具而固定在滤液容器的边缘。