一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法，步骤如下：步骤一设定仪器参数；步骤二布放观测装置；步骤三获取各仪器原始数据；步骤四读取多普勒流速剖面仪的回声强度、三维高频点式流速仪的流速和光学后向散射浊度仪的后向散射浊度数据且进行预处理；步骤五计算后向散射强度SV、流速、底应力、浊度，标定质量浓度、后向散射强度SV,用SV反演悬浮物质量浓度SSC；步骤六计算SSC对时间导数，当导数为负值且保持十分钟以上时，确定为发生沉降事件，统计发生沉降次数，计算沉降临界应力。本发明专利技术有益效果是：能完成长时间的自动观测、数据存储而获取连续数据，且对水体无干扰；对悬浮物质量浓度和底应力实现科学的数据处理与应用。

In situ measuring method and device for settling critical stress of suspended particulate matter in seawater

The present invention discloses an in situ measurement method for the critical stress of the sedimentation of a sea water suspended particulate matter. The steps are as follows: Step 1 set the instrument parameters; step two to distribute the observation device; step three obtain the original data of each instrument; step four read the echo intensity of the Doppler velocity profiler and the velocity of the three-dimensional high frequency point velocity meter. The backscatter turbidity data of the optical backscatter turbidimeter is pretreated. Step five calculates the backward scattering intensity SV, velocity, bottom stress and turbidity, calibrate mass concentration and backscatter intensity SV, inverse the mass concentration SSC of the suspended matter by SV; step six calculate the SSC pair time guide, when the derivative is negative and holds for ten minutes. On the upper stage, the settlement events are determined, the number of settlement times is calculated, and the settlement critical stress is calculated. The beneficial effect of the invention is that the continuous data can be obtained after the automatic observation and data storage of the growing time, and there is no interference to the water body, and the scientific data processing and application of the mass concentration and the bottom stress of the suspended matter are realized.

【技术实现步骤摘要】
一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法及装置
本专利技术涉及海洋沉积动力学领域，特别涉及一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法及观测装置。
技术介绍
海水悬浮颗粒物沉降是沉积动力学研究的重要问题之一，而原位测量能够获取第一手数据资料，是研究该问题最理想、最全面的方法，利用三维高频点式流速仪可以同步进行流速(估算底应力)和回声强度(反演悬浮物质量浓度)的测量，这两种数据是开展悬浮物动力学研究的基础。为了实现对海水悬浮颗粒物沉降临界应力的估算，即判断观测范围内所发生的所有沉降事件、计算悬浮颗粒物沉降的临界应力，需要合理地设计一套观测装置，并提供一套完善的数据处理与应用的方案。其中，ADCP可以测量回声强度、ADV可以测量流速，OBS可以测量浊度，而CTD可以获取温、盐、深数据；回声强度可以转化为平均体积后向散射强度，而平均体积后散射强度可以计算悬浮物质量浓度；利用“湍流脉动相关法”可以估算底应力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种根据悬浮物质量浓度和底应力判断沉降事件、计算海水悬浮颗粒物沉降的临界应力原位测量方法和观测装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法，步骤如下：步骤一：调设观测装置中各仪器的参数，观测装置包括：声学多普勒流速剖面仪、三维高频点式流速仪、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，获各取仪器原始数据；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、三维高频点式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SV、流速计算底应力、浊度标定为质量浓度，并进一步用其标定后向散射强度SV,用SV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，当导数为负值且保持十分钟以上时，确定为发生沉降事件，统计发生沉降次数，并分别计算对应的底应力，最后，确定沉积物的沉降临界应力。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、三维高频点式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，均进行时间平均；三维高频点式流速仪测得的流速先做去噪、去粗大值，再用线性插值补齐，最后进行时间平均。所述进行时间平均的时间为0.5—5min。一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位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三维高频点式流速仪。声学多普勒流速剖面仪的安装位置为距底1m，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。本专利技术的有益效果是：能够出色地完成长时间的自动观测、数据存储而获取连续数据，且对水体无干扰；并对悬浮物质量浓度和底应力实现科学的数据处理与应用。附图说明图1为海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位观测装置示意图；图2为海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量流程示意图。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、三维高频点式流速仪具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：如图1所示，一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位观测装置的技术方案，包括：本体1、连接本体1的底座支架2和若干侧壁支撑杆4，本体底部设有托板11，托板11上面设有电池仓7和声学多普勒流速剖面仪8，侧壁支撑杆4分别设有光学后向散射浊度仪9、温盐深仪10和三维高频点式流速仪12，本体1上设有吊环3，底座支架2的支点下面设有防沉降地脚圆盘5，防沉降地脚圆盘5下面均设有铅块6。观测装置选择耐海水腐蚀且能有效防止生物附着的不锈钢材料制作，如316L型号；装置底座支架2设置三个支点，每个点都有一个圆盘，以防止装置陷入更深的海底沉积物中；圆盘下方浇灌同等重量和大小的铅块6，尖角长10cm直径2cm，是为了方便其扎入海底沉积物，并保持稳固，在工作期间不发生较大位移；装置本体1部分为圆柱体框架结构，目的是为了减少水平对流的阻力；本体1顶部设有半圆环式吊环，方便装置的布放和回收。由于装置上配备有不同的仪器，为了保证仪器的稳固，在装置的圆柱本体1底部焊接不锈钢板，形成可供放置声学多普勒流速剖面仪8和电池仓7的平台；并设计仪器夹子，其中一端通过钻孔将夹子固定在装置上，另一端为活动式，待仪器放上后使用螺丝拧紧，各夹子规格分别与各仪器相一致。将声学多普勒流速剖面仪8安装在装置的圆柱本体1结构的平台上，向上观测，电池仓7放在右侧，并通过线缆给声学多普勒流速剖面仪8为供电；为使声学多普勒流速剖面仪8和光学后向散射浊度仪9数据高度对应一致，且考虑到声学多普勒流速剖面仪8的盲区，将光学后向散射浊度仪9固定在圆柱本体1上的侧壁支撑杆4钢管上，高度比声学多普勒流速剖面仪8高0.5米，温盐深仪10、三维高频点式流速仪12分别放在另一侧的竖直钢管上，以测量调查海域的海水温度、盐度等基本要素信息，三维高频点式流速仪12向下观测。使用调查船将装置运送到调查指定海域，通过悬吊方式将装置缓慢下放，最终平稳放置在海底并完成观测任务。观测任务完成后通过缆绳收回装置。如图2所示，一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法的技术方案，包括步骤如下：步骤一：调设观测仪器参数，观测仪器包括：声学多普勒流速剖面仪、三维高频点式流速仪、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：布设观测仪器，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、三维高频点式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：根据步骤四声学多普勒流速剖面仪测得的回声强度计算后向散射强度SV，将光学后向散射浊度仪测得的浊度标定为质量浓度并进一步用其标定后向散射强度SV,用SV反演悬浮物质量浓度SSC；根据步骤四三维高频点式流速仪测得的流速计算底应力，步骤六：根据步骤五的悬浮物质量浓度SSC的突变，确定发生沉降事件和对应的底应力，发生沉降事件是计算悬浮物质量浓度SS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法，步骤如下：步骤一：调设观测装置中各仪器的参数，观测装置包括：声学多普勒流速剖面仪、三维高频点式流速仪、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，获各取仪器原始数据；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、三维高频点式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SV、流速计算底应力、浊度标定为质量浓度，并进一步用其标定后向散射强度SV,用SV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，当导数为负值且保持十分钟以上时，确定为发生沉降事件，统计发生沉降次数，并分别计算对应的底应力，最后，确定沉积物的沉降临界应力。

【技术特征摘要】
1.一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法，步骤如下：步骤一：调设观测装置中各仪器的参数，观测装置包括：声学多普勒流速剖面仪、三维高频点式流速仪、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，获各取仪器原始数据；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、三维高频点式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SV、流速计算底应力、浊度标定为质量浓度，并进一步用其标定后向散射强度SV,用SV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，当导数为负值且保持十分钟以上时，确定为发生沉降事件，统计发生沉降次数，并分别计算对应的底应力，最后，确定沉积物的沉降临界应力。2.根据权利要求1所述的一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法，其特征是：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、三维高频点式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。3.根据权利要求2所述的一种海水悬浮颗粒物沉降临界应力的原位测量方法，其特征是：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，沈家葳，蒋昊，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：天津,12