[發明專利]一種多級貫入式海底沙波原位觀測裝置及方法

有效

• 申請號: 201811605627.4
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109579802B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 劉曉磊;鄭曉泉;季春生;張博文;賈永剛
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01C13/00
• 分類號: G01C13/00
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 張中南;邱岳

一種多級貫入式海底沙波原位觀測裝置及方法，包括支撐結構、由三級貫入機構、多級探桿、配套觀測儀器與輔助設備，輔助設備即輔助船和起吊裝置等。其原理是依賴由沙波遷移不同階段沙波體對探桿的貫入阻力變化作為觸發要素的多級貫入系統對探桿進行貫入，并由探桿搭載的設備對貫入區進行原位觀測，分析沙波遷移過程中的海床環境要素變化。其方法包括多級貫入系統的實施。本發明為海底沙波遷移的原位實時觀測提供了一種新的觀測思路，為中小型海底沙波發育區的貫入提供了一種新的辦法，具有設備簡單易行，原位實時測量適用水域廣等特點。

技術領域

本發明涉及一種多級貫入式海底沙波原位觀測裝置及方法，屬于海底觀測技術領域和海洋工程地質領域。

背景技術

海底沙波是陸架海底砂質沉積物在海洋浪、潮等水動力作用下，一種波脊線垂直于主水流方向狹長的間歇式的海底地貌類型。大量事實表明海底沙波的存在和遷移對海底管道安全有較大影響，沙波遷移極容易造成海底管纜的懸空或掩埋，更嚴重時會導致海底管纜的斷裂、失效，給經濟安全和環境安全帶來巨大威脅，所以對海底沙波進行觀測研究意義重大。

目前海底沙波遷移的研究數據來源主要是多波束重復測深和側掃聲吶等聲學儀器。通過間隔時間派出物探船對觀測海域利用多波束和側掃聲吶等聲學儀器進行定位水深重復測量，通過水深變化，來實現對于沙波遷移的觀測。耗費大量船時且得到的只是時間間斷的數據，無法實現對于海底沙波的原位實時的觀測。從檢索的公開資料分析發現：一種海底大型復雜沙波地貌的精確探測方法(專利號：CN2013103117430.1)和一種基于MBES的海底沙波地貌運動探測方法(專利號CN201310317429.9)，均是通過高分辨率多波束測深技術和定位系統為核心技術來探測海底沙波的遷移。這種觀測方式簡單易行，但是需多次重復測量、時間不連續，無法實現原位觀測，從間斷的數據不能準確判斷沙波遷移的具體情況。海底沙波原位實時觀測裝置及方法（公開號 : CN107631720A）和基于壓力計的海底沙波遷移觀測裝置及方法（公開號 : CN107063196A），初步設計了海底沙波原位觀測的觀測方案，但由于未能解決在砂質海床區的簡單有效的貫入，未能實現對海底沙波的縱向剖面的觀測。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種多級貫入式海底沙波遷移的觀測裝置及方法，以實現對海底沙波遷移的原位觀測。

裝置結構

多級貫入式海底沙波原位觀測裝置，其特征在于包括支撐結構和帶有多級貫入機構的探桿，

所述的支撐結構用于支撐探桿以防止其傾覆，支撐結構底部有多個支撐腿，支撐結構頂部設有多根纜繩，所述纜繩的上端連接于所述探桿上部的外側面，支撐結構上搭載有旋轉成像聲吶、海流計，支撐結構中部為耐腐蝕材料制成的環形控制艙，環形控制艙環繞于探桿的外周，環形控制艙內設置有加速度傳感器和姿態傳感器，

所述探桿中部為桿體，桿體底部安裝貫入錐尖、頂部設有釋放環，釋放環連接于聲學釋放器底部，所述聲學釋放器的頂部則連接布放纜，桿體上部外側還設有配重艙；

所述桿體上部外側面設有多個環形凹槽，環形凹槽作為對探桿向下施力的受力點；

所述配重艙設有加速度傳感器、姿態傳感器；此外還有電源、主處理器、存儲器、數據采集電路、傳感電路——這些部件安裝于環形控制艙或配重艙；

環形控制艙連有兩條凱夫拉電纜，第一條跟探桿的配重艙相連，第二條跟第二級釋放裝置的彈射釋放器相連；

所述各加速度傳感器和各姿態傳感器分別通過凱夫拉電纜與所述傳感電路連接，所述數據采集電路和傳感電路分別與主處理器連接；

所述第一條凱夫拉電纜還通過位于電阻率探桿內部的導線，與安裝在桿體外壁或內部的各種探測儀器相連，所述主處理器控制數據采集電路來采集探測儀器所觀測的數據；