[发明专利]基于三维时序原位观测装置的沉积物输运通量动态分析方法

说明书

本发明提出一种基于三维时序原位观测装置的沉积物输运通量动态分析方法，对沉积物输运通量进行动态观测，根据三维时序原位观测装置的观测数据，建立以高程‑压力、流速‑浊度相互冗余的沉积物动态运输过程的分析方法，打破了传统利用流速与悬浮泥沙剖面测量间接估算沉积物通量的手段限制，通过分析获取悬浮沉积物输运通量，能够实现对悬砂样品的精细时序分割，直接收集的沉积物柱状样可以为物质元素循环的研究提供珍贵的时序样品，并且克服了传统的取水样化验分析的时空局限性，为海底沉积动力过程、物质循环过程等科学研究提供了更有效的技术支持。

技术领域

本发明涉及一种基于三维时序原位观测装置的沉积物输运通量动态分析方法。

背景技术

深海海底的沉积物对海洋生态学研究和深化采矿环境影响评价具有十分重要的意义。深海沉积物是海洋沉积作用形成的海底物质，包含大量的地质、生物信息，开展深海沉积物的类型与分布、搬运与动力过程、土工特性、微生物群落等调查研究，对于深海矿产资源环境评估和后期资源开采具有重要意义。目前，悬浮泥沙输运观测的主要原理是基于悬沙浓度与流速剖面的实测数据估算输运通量，即通过ADCP与ASM-IV、OBS等仪器分别测量流速与悬沙浓度剖面，配合粒度量测(如LISST)，分别计算在不同流向上输运通过沉积物的速率。

涉及物质输运的研究依赖于现场观测，然而上述观测方法涉及的仪器，无论是激光粒度仪、浊度计还是悬沙剖面仪等，均有严格的量程限制。在风暴潮等极端海况下，沉积物输运通量急剧增大，目前相关的主流声学、光学仪器对此均无能为力。风暴事件在物质再悬浮和输运过程中的作用知之甚少，再加上传统的沉积物捕获器缺乏时域、空间以及定量方面的可靠分辨率，难以实现长期高精度观测，因而不能有效的捕捉悬浮沉积物的远程输运。

申请公布号为【CN107478458A】的发明专利公开一种三维时序矢量沉积物捕获器，为海洋悬浮沉积物输运过程进行原位、长期、立体、动态的观测提供了支持。故而，基于该设计，亟待提出一种沉积物输运通量动态分析方法，以打破传统利用流速与悬浮泥沙剖面测量间接估算沉积物通量的手段限制，实现对高浓度悬浮沉积物输运通量的直接观测，并可与目前主流的声学、光学等间接、低浓度观测方法形成技术互补，为海底沉积动力过程、物质循环过程等科学研究提供一种更为有效的技术手段。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于三维时序原位观测装置的沉积物输运通量动态分析方法，以直接测量沉积物输运通量，精确获取时序悬浮沉积物样品。

本发明是采用以下的技术方案实现的：基于三维时序原位观测装置的沉积物输运通量动态分析方法，所述三维时序原位观测装置包括基座、控制舱、悬沙捕获管和贯入式插针，悬沙捕获管以等深梯度均匀布设在基座的各方向上，悬沙捕获管内设置有浊度计、海流计、沉积物滤网、高度计、压差传感器和沉降管，所述沉积物输运通量动态分析方法具体包括以下步骤：

步骤A、基于输入悬沙浓度对沉积物的输运通量进行分析：

1)海流计和浊度计连续采集并记录流经悬沙捕获管的水体的悬浮泥沙浓度SSC_(d,h,t)与流速V_c(d,h,t)；

2)建立沉积物输运通量与流速-浊度的数学模型：获得不同方向、不同深度、不同时刻的沉积物输运通量S¹_(d,h,t)；其中，d为沉积物输运方向，h为悬沙捕获管管口中心点与海床底之间的距离，t为当前观测的对应时刻，k为相邻两次观测的时间间隔，Q为悬沙捕获管的管口面积；

步骤B、基于捕获的沉积物高程对沉积物的输运通量进行分析：