【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海洋工程地质，具体而言，特别涉及一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置及其监测方法。
技术介绍
1、海底沙波是海床面的砂质沉积物为适应水流剪切而使海床面发生的规则变化，海底沙波普遍存在且严重危害海底工程。海底沙波在波浪、潮流以及内波的作用下会发生迁移，海底沙波的迁移可能会对海底工程设施造成巨大危害。因此，实时监测并精准预测判断海底沙波迁移情况对海洋工程建设具有十分重要的意义。
2、海底沙波模型模拟以及预测的准确性都需要实测的现场数据来证实。现有海底沙波迁移的主要观测手段有多波束测深、水下摄影以及沙波坡面自动测量仪等，相较于其他测量方法多波束测深重复测量是最直观反应海底沙波迁移的方法，但其测量时间短且不连续故不能完全准确判定迁移的实际距离，难以对海底沙波的迁移进行实时监测，直接在海底沙波面进行监测装置会因沙波迁移而被埋葬。
技术实现思路
1、为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供了一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置及其监测方法。通过锚将装置固定在海底，自然电位电极阵列获得数据并实时传输，实现海底沙波迁移实时监测。
2、本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，包括自下至上依次连接的锚、自然电位电极阵列、连接段以及上浮系统，其中，自然电位电极阵列包括支持杆，支持杆为空心有机玻璃材质外部采用橡胶套包裹，支持杆的外壁左右两侧上等距设置有若干个方形ag/agcl固态电极，且各方形ag/agcl固态电极相互不连接，所述上浮装置包括
3、作为优选方案，锚的材质为铁，并在其外涂一层1mm防腐涂料。
4、进一步地，锚包括锚体，锚体顶部为尖头设计，锚体两侧固定安装有两个固定锚爪。
5、作为优选方案，方形ag/agcl固态电极沿支持杆垂直等间距排列。
6、作为优选方案，锚与自然电位电极阵列连接处通过可收缩连接环连接，并通过控制开关控制。
7、作为优选方案，中心浮球内部还放置水声通讯装置。
8、一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置的监测方法，具体包括以下步骤：
9、s1、在船甲板上对监测装置进行组装，设置自然电位采集仪数据采集参数，设置结束，装置开始布放；
10、s2、采用无揽布放方式，该监测装置的吊点连接脱钩器，脱钩器连接船载地质缆的吊环，待装置完全入水后，静置待自然电位采集仪传输回的数据值稳定，以最上端的两个方形ag/agcl固态电极为参比电极记录各方形ag/agcl固态电极相对参比电极对应的电势差由下至上依次为w1-0、w2-0…wn-0以及z1-0、z2-0....zn-0(n∈1，2，3…)；
11、s3、通过人为拉动脱钩器释放监测装置，此时监测装置以完全自由落体的方式触底，通过锚固定在海床，留在海底工作；
12、s4、完成固定后，以不同介质电位差不同为基础，从下至上依次采集自然电位阵列每个测量点的自然电位值；
13、s5、基于自然电位值w1、w2…wn以及z1、z2....zn(n∈1，2，3…)实时判别沙波高度ht；
14、s6、根据获得不同时刻沙波高度ht，获取沙波高度发生变化的时间m，进而根据m获取一定时间内沙波的迁移距离xi；
15、s7、检查数据采集过程是否正常，若数据采集正常，船可离开工作站点，装置进行现场原位监测；
16、s8、通过数据存储传输设备以及通讯控制系统将原始采集数据实时发送至平台，进行分析预测沙波迁移情况；
17、s9、监测结束后进行回收，通过中心浮球内的总控装置下达命令给锚与自然电位阵列处的控制开关使开关打开进而可收缩连接环收缩，自然电位阵列与锚断开连接，上浮系统带着自然电位阵列上浮，锚留在海底，上浮系统自然上浮至出水，根据卫星获取浮球位置。
18、s10、船到达浮球定位位置，将装置吊点与科考船相连，将监测装置拉至甲板，完成整个工作过程。
19、作为优选方案，步骤s2中各方形ag/agcl固态电极在海水中相对于参比电极电势差获得的方法为：
20、
21、其中，wn-0为自然电位电极阵列左侧方形ag/agcl固态电极相对于参比电极电势差值，vn1-0为自然电位电极阵列左侧方形ag/agcl固态电极电位值，vj1为自然电位电极阵列左侧顶部参比电极电位值，f为自然电位采集仪放大倍数，zn-0为自然电位电极阵列右侧方形ag/agcl固态电极相对于参比电极电势差值，vn2-0为自然电位电极阵列右侧方形ag/agcl固态电极电位值，vj2为自然电位电极阵列右侧顶部参比电极电位值。
22、作为优选方案，步骤s5具体包括以下步骤：根据测量wn、zn自然电位值判断沙波高度ht
23、
24、其中，wn、zn为监测装置工作状态下任意测量位置电势差，vn1、vn2为监测装置工作状态下任意测量电极电位值；
25、根据获得wn、zn判定突变值wy1，zy2
26、，
27、确定y1,y2值，进一步可获得
28、
29、其中，ht1为自然电位阵列左端海底沙波高度，ht2为自然电位阵列右端海底沙波高度，y1，y2为沉积物和海水交接位置，d为垂直方向上每两个电极间距。
30、进一步地，步骤s6中，海底沙波在一定时间内迁移距离xi采用如下方法获得：
31、
32、式中，m为一定时间，x为确定自然电位电极阵列最左端到最右端距离，p为高度从ht1变为ht2所用时间。
33、本专利技术由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：
34、1.本专利技术采用的是一种锚固型装置可使监测装置稳定固定在测量位置不会因海底沙波的迁移导致设备被埋藏。
35、2. 本专利技术与其他海底沙波监测装置相比，克服了后者监测时间短且不连续的缺陷，可对海底沙波运移实时监测并结合已有模型精准预测。
36、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
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1.一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，包括自下至上依次连接的锚（7）、自然电位电极阵列、连接段（4）以及上浮系统，其特征在于，所述自然电位电极阵列包括支持杆（6），支持杆（6）为空心有机玻璃材质外部采用橡胶套包裹，支持杆（6）的外壁左右两侧上等距设置有若干个方形Ag/AgCl固态电极（5），且各方形Ag/AgCl固态电极（5）相互不连接，所述上浮系统包括中心浮球（3）以及以中心浮球（3）为中心在其周围等距离排列的四个外围浮球（15），中心浮球（3）内部放置总控装置，中心浮球（3）的顶部安装有通讯天线（2）以及吊点（1），所述总控装置包括采集舱（14）、放置在采集舱（14）内部自然电位采集仪（13）和数据存储传输设备以及通讯控制系统（12），自然电位采集仪（13）的输入端通过水密电缆连接方形Ag/AgCl固态电极（5），自然电位采集仪（13）的输出端通过线路连接数据存储传输设备以及通讯控制系统（12）；所述连接段（4）包括橡胶气管和水密电缆，水密电缆连接方形Ag/AgCl固态电极（5）和自然电位采集仪（13）。
2.根据权利要求1所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装
3.根据权利要求2所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，其特征在于， 所述锚（7）包括锚体（8），锚体（8）顶部为尖头设计，锚体（8）两侧固定安装有两个固定锚爪（9）。
4.根据权利要求1所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，其特征在于， 所述方形Ag/AgCl固态电极（5）沿支持杆（6）垂直等间距排列。
5.根据权利要求1所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，其特征在于， 所述锚（7）与自然电位电极阵列连接处通过可收缩连接环（11）连接，并通过控制开关（10）控制。
6.根据权利要求1所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，其特征在于， 所述中心浮球（3）内部还放置水声通讯装置。
7.如权利要求1所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置的监测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置的监测方法，其特征在于，所述步骤S2中各方形Ag/AgCl固态电极（5）在海水中相对于参比电极电势差获得的方法为：
9.根据权利要求7所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置的监测方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：根据测量Wn、Zn自然电位值判断沙波高度Ht
10.根据权利要求7所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置的监测方法，其特征在于，所述步骤S6中，海底沙波在时间内迁移距离Xi采用如下方法获得：
...【技术特征摘要】
1.一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，包括自下至上依次连接的锚（7）、自然电位电极阵列、连接段（4）以及上浮系统，其特征在于，所述自然电位电极阵列包括支持杆（6），支持杆（6）为空心有机玻璃材质外部采用橡胶套包裹，支持杆（6）的外壁左右两侧上等距设置有若干个方形ag/agcl固态电极（5），且各方形ag/agcl固态电极（5）相互不连接，所述上浮系统包括中心浮球（3）以及以中心浮球（3）为中心在其周围等距离排列的四个外围浮球（15），中心浮球（3）内部放置总控装置，中心浮球（3）的顶部安装有通讯天线（2）以及吊点（1），所述总控装置包括采集舱（14）、放置在采集舱（14）内部自然电位采集仪（13）和数据存储传输设备以及通讯控制系统（12），自然电位采集仪（13）的输入端通过水密电缆连接方形ag/agcl固态电极（5），自然电位采集仪（13）的输出端通过线路连接数据存储传输设备以及通讯控制系统（12）；所述连接段（4）包括橡胶气管和水密电缆，水密电缆连接方形ag/agcl固态电极（5）和自然电位采集仪（13）。
2.根据权利要求1所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，其特征在于，所述锚（7）的材质为铁，并在其外涂一层1mm防腐涂料。
3.根据权利要求2所述的一种锚固型海底沙波迁移原位监测装置，其特征在于， 所述锚（7）包括锚体...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾永刚，范智涵，李雪洋，刘晓磊，权永峥，鲁德泉，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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