[发明专利]一种海底沉积物再悬浮临界应力测量方法及观测装置

说明书

技术领域

本发明涉及海洋沉积动力学领域，特别涉及一种海底沉积物再悬浮临界应力测量方法及观测装置。

背景技术

悬浮颗粒物在水体中的输运及其动力过程研究是沉积动力学以及海洋生态系统的基础课题。再悬浮是沉积动力学的重要过程，研究沉积物的再悬浮等临界过程对提高悬浮颗粒物输运数值模式的精度和预测侵蚀与沉降有重要意义。目前直接观测临界状态的仪器大多破坏了沉积物或水动力环境，高频流速观测和声学反演技术的应用，可以在不破坏现场环境的情况下获得底边界层底应力和悬浮物质量浓度的变化，并且能较准确的得到再悬浮临界应力等动力学参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在不破坏现场环境的情况下获得底边界层底应力和悬浮物质量浓度的变化，并且准确的得到再悬浮临界应力等动力学参数的一种海底沉积物再悬浮临界应力测量方法和观测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种海底沉积物再悬浮临界应力测量方法，步骤如下：步骤一：调设观测装置各仪器参数，观测装置包括：声学多普勒流速剖面仪、声学多普勒流速仪、光学后向散射浊度仪和温盐深仪，参数设置包括采样模式、频率、工作起止时间；步骤二：布设观测装置，将观测装置放置海底；步骤三：观测结束后从海底收回观测装置，获取各仪器原始数据；步骤四：数据读取和原始数据预处理，读取声学多普勒流速剖面仪原位测量的回声强度、声学多普勒流速仪原位测量的流速和光学后向散射浊度仪原位测量的后向散射浊度数据且进行预处理；步骤五：根据步骤四的回声强度计算后向散射强度S_V、流速计算底应力、用高频质量浓度标定后向散射强度S_V,用S_V反演悬浮物质量浓度SSC；步骤六：根据步骤五的悬浮物质量浓度SSC，计算SSC对时间的导数，当导数为正值且保持十分钟以上时，确定为发生再悬浮事件，统计发生再悬浮次数和对应的底应力，确定沉积物再悬浮临界应力。

所述步骤一装置各仪器参数，采样模式为连续或间断采样；声学多普勒流速剖面仪、声学多普勒流速仪和光学后向散射浊度仪的采样频率分别为2Hz、32Hz和1Hz；声学多普勒流速剖面仪的盲区和层厚分别为0.5m和0.5m；各仪器的工作开始时间一致。

所述步骤四原始数据预处理为光学后向散射浊度仪所测得的原始浊度数据去异常值，先进行时间平均，并标定得到高频的质量浓度序列；声学多普勒流速剖面仪测得的回声先去除盲区数值、异常值，对空缺进行线性插值，并进行时间平均；声学多普勒流速仪测得的流速先进行去噪处理、去粗大值和用线性插值补齐，再进行时间平均。

所述进行时间平均的时间为0.5—5min。

一种用于权利要求1所述的海底沉积物再悬浮临界应力测量方法的观测装置，包括：本体、连接本体的底座支架和若干侧壁支撑杆，所述本体底部设有托板，所述托板上面设有电池仓和声学多普勒流速剖面仪，所述侧壁支撑杆设有光学后向散射浊度仪和温盐深仪和声学多普勒流速仪。

光学后向散射浊度仪安装高于声学多普勒流速剖面仪。

所述本体为不锈钢圆柱体框架结构，所述侧壁支撑杆为不锈钢管。

所述底座支架设置三个支点，每个支点都设有一个防沉降地脚圆盘，所述防沉降地脚圆盘下面均设有等重量和大小的铅块，所述铅块下端的尖脚长10cm，直径2cm。

所述托板上设有一端固定，另一端为活动式仪器夹子。

所述本体上设有吊环。

本发明的有益效果是：多套仪器同步观测，有效获取高分辨率水体垂向剖面的流速、回声强度和浊度数据；实现长时间观测和存储，数据连续，分辨率高；在不破坏现场环境的情况下，获得悬浮物质量浓度的变化，得到较准确的海底底边界层底应力和临界应力等参数。

附图说明

图1为一种海底沉积物再悬浮临界应力观测装置示意图；

图2为一种海底沉积物再悬浮临界应力测量方法声学多普勒流速剖面仪数据预处理流程图；

图3为一种海底沉积物再悬浮临界应力测量方法流程示意图。

其中：

1、本体 2、底座支架 3、吊环

4、侧壁支撑杆 5、防沉降地脚 6、铅块

7、电池仓 8、声学多普勒流速剖面仪

9、光学后向散射浊度仪

10、温盐深仪11、托板12、声学多普勒流速仪

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：