[发明专利]应用于内波发育区的海底沙波长期观测装置及观测方法

说明书

本发明涉及海底观测领域，特别是一种应用于内波发育区的海底沙波长期观测装置及观测方法。支撑机构呈天平状，包括重力锚、六棱杆、环形仪器控制舱和支撑杆，重力锚位于整个装置的底部，重力锚通过数个六棱杆与其上方的环形仪器控制舱连接，内波能发电机构设置在环形仪器控制舱内，环形仪器控制舱的外侧对称固定有两支撑杆，其中一支撑杆通过其端部的机械抓环与多功能观测杆连接，另一支撑杆通过其端部的机械抓环与砂质沉积物采样杆连接，环形仪器控制舱的顶部通过凯夫拉电缆与海水分界层面处的潜标连接。其充分利用海洋内波能量，实现了对海底沙波的长期原位观测，观测结果准确可靠，观测成本低，并实现了对海底沙波土样的采集回收。

技术领域

本发明涉及海底观测领域，特别是一种应用于内波发育区的海底沙波长期观测装置及观测方法。

背景技术

我国的南海海域，地质条件复杂，海水密度层化显著，是海洋内孤立波的天然多发区。这一海域内波不仅以孤立波的形式出现,还以内潮波的形式存在，目前观测到的振幅最大可达240m，蕴含巨大能量。其在海水密度分层界面处传播时会引起大量水体和沉积物垂直运动，这一过程作用在海床上常会形成诸如海底沙波等地貌形态，正因如此我国南海北部陆坡发育有大量由海洋内波造成的海底沙波。而海底沙波的迁移会造成海底管道悬空折断、航道淤积碍航、油气平台结构失稳等事故，对海洋里的工程设施安全造成严重威胁，因此对海底沙波的观测研究具有重大意义。

目前国内外学者原位观测海底沙波多采用多波束测深系统和侧扫声呐等声学仪器。间隔一定时间通过多波束和侧扫声呐等声学仪器对观测海域进行重复水深测量，通过水深变化，结合平面、剖面对比来实现对海底沙波的迁移观测。但是这种方法成本高、效率低、得到的数据是间断的，无法实现对海底沙波的原位实时观测。从检索的公开资料分析发现：专利号为CN2013103117430.1、名称为“一种海底大型复杂沙波地貌的精确探测方法”和专利号为CN201310317429.9、，名称为“一种基于MBES的海底沙波地貌运动探测方法”的发明专利，均是以高分辨率多波束测深技术和定位系统为核心技术来探测海底沙波的迁移，上述方法是目前的主流观测方式，但是需多次重复测量，观测时间不连续，间断的数据无法准确的反应海底沙波迁移过程的具体情况，因此需要对海底沙波进行原位定点长期观测研究。专利号为CN201710693750.5、名称为“海底沙波原位实时观测装置及方法”和专利号为CN201611223091.0、名称为“基于压力计的海底沙波迁移观测装置及方法”的发明专利和公开号为CN109579801A、名称为“基于电阻率探杆的多级贯入式海底沙波原位观测装置及方法”的发明专利，均在原理上实现了对沙波原位、长期、连续的观测。

但由于砂质海床贯入强度大，现有的重力取样装置中的取样柱难以贯入，所以通过重力取样难以完成取样工作；而箱式取样器和蚌式取样器无法采集到海床内部的样品且在取海床表面样品时由于砂砾的作用，难以完全闭合，常出现漏沙现象，目前尚未有可以有效获取砂质海床内部沉积物剖面信息的取样装置，而上述专利并未解决这一问题，这也导致其在实际观测中缺乏对沉积物浮容重、粒径、孔隙度等性质的数据支撑，导致其通过上覆沉积物重量或沉积物电阻率的变化来反演沙波高程变化时误差较大。

另外，由于海底沙波迁移的速率慢、周期长等特点，坐底观测平台在观测此类现象时需要观测数月甚至数年的时间，而这需要消耗十分巨大的电能，这一问题也是困扰海底观测平台建设多年的问题，上述专利也未能提出对这一问题的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提出了一种应用于内波发育区的海底沙波长期观测装置，其充分利用海洋内波能量，实现了对海底沙波的长期原位观测，观测结果准确可靠，观测成本低，并实现了对海底沙波土样的采集回收。