[发明专利]自主稳定的海底底形与边界层近距离观测装置及应用方法

说明书

本发明公开了一种自主稳定的海底底形与边界层近距离观测装置及应用方法。该装置包括仪器仓、三脚架两大部分，其中仪器仓包含三维点式流速计、电池仓、声学多普勒流速剖面仪、悬浮物剖面测量仪和三维微地貌声纳；三脚架包含拉环、仪器安装支柱、上三边架、仪器安置平板、上斜边杆、中斜边杆、下斜边杆、防下沉挡板和下三边架。该装置的使用方法，包括装置组装、仪器调试、投放、作业与回收等步骤。本发明具有自主稳定、组装拆卸方便、采集数据多样等优点，可对活动性底形及其底边界层的水动力环境进行同步监测，以分析底形的时序变化过程及致灾机理。本发明可在海底动力地貌、海底探测装备、海洋工程建设等领域使用。

技术领域

本发明涉及海底地形地貌、海底动力地貌、海底探测装备、海底原位监测技术、海洋工程建设等技术领域，具体是指一种可自主稳定的活动性底形原位监测装置与应用方法。

背景技术

当水流流速超过海床泥沙碎屑的起动流速，就会引起沉积物的运动，塑造各种起伏的地貌，通称为底床形态（bedform，简称底形），如：海底沙波、沙脊、冲刷槽等。同时，在海水与这些底形之间的边界层内，水流因与底部摩擦，将对其近底的流速、流向、悬沙浓度等产生重要影响。

我国拥有西太平洋最宽广的近浅海区，60米以浅海域面积超过80万平方公里，长期以来，长江和黄河等大型河流携带巨量的沉积物入海，使得我国近浅海海床分布有大面积的松散沉积物。同时，中国近浅海的水动力作用复杂，受潮流、海流、内波及台风等多种复杂因素的影响，具备发育大规模活动性底形的最有利条件。

活动性底形的快速生长、形变和迁移，可导致海床形态的剧烈改变，严重威胁周边海底工程（如浅海航道、海底光缆、石油平台、跨海大桥等）的安全与稳定。中国近浅海活动性底形发育区必将对海洋工程的稳定和安全产生重要影响。因此，对活动性底形及其上覆的边界层的水动力、悬沙信息开展长期原位的高精度监测，进而揭示其致灾过程和机理，是海底地形地貌和海洋工程领域共同关注的重要技术问题。

当前，三维微地貌声呐是获取长时序、高分辨率活动性底形数据的主要技术手段，但该技术对于所搭载的原位平台的姿态垂向稳定性要求极高，现有的原位监测技术难以满足三维微地貌声呐的高稳定性要求。同时，现有技术还难以满足活动性底形及其上覆底边界层水文动力环境的同步监测需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种自主稳定的海底底形与边界层近距离观测装置及应用方法。

本发明通过下述技术方案得以实现：

一种自主稳定的海底底形与边界层近距离观测装置，包括仪器仓、三脚架；仪器仓位于三脚架上部，便于搭载的仪器进行竖直方向的探测；所述的仪器仓内安装有三维点式流速计、电池仓、声学多普勒流速剖面仪、悬浮物剖面测量仪、陀螺仪和三维微地貌声呐；三维点式流速计通过抱箍安装在仪器仓内，用于获取底边界层的流速、流向信息；电池仓通过抱箍安装在仪器仓内，通过电缆向三维点式流速计、声学多普勒流速剖面仪、悬浮物剖面测量仪和三维微地貌声呐供电；声学多普勒流速剖面仪底部通过螺丝安装在仪器安置平板上表面，用于测量装置顶部至海表的流速、流向剖面；悬浮物剖面测量仪通过抱箍安装在仪器仓内，用于获取底边界层的泥沙浓度剖面及其沉降速率信息；陀螺仪通过螺丝安装在仪器安置平板中部的圆形空洞内，其内部固定安装有三维微地貌声呐，三维微地貌声呐依靠重力作用，可始终保持竖直向下获取活动性底形数据。

所述的三维点式流速计、声学多普勒流速剖面仪和悬浮物剖面测量仪测得的底边界层水文数据，用于分析解释三维微地貌声呐观测到的活动性底形时序变化过程及致灾机理。