[發明專利]應用于內波發育區的海底沙波長期觀測裝置及觀測方法

有效

• 申請號: 202010558546.4
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111721575B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 劉曉磊;鄭曉泉;李偉甲;郭磊;梁丙辰;王振魯
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;G01N1/10;G01P5/24;G01S15/58;G01S15/89;H02K7/116;G01C13/00;F03B13/18
• 代理公司: 青島匯智海納知識產權代理有限公司 37335
• 代理人: 王丹丹

本發明涉及海底觀測領域，特別是一種應用于內波發育區的海底沙波長期觀測裝置及觀測方法。支撐機構呈天平狀，包括重力錨、六棱桿、環形儀器控制艙和支撐桿，重力錨位于整個裝置的底部，重力錨通過數個六棱桿與其上方的環形儀器控制艙連接，內波能發電機構設置在環形儀器控制艙內，環形儀器控制艙的外側對稱固定有兩支撐桿，其中一支撐桿通過其端部的機械抓環與多功能觀測桿連接，另一支撐桿通過其端部的機械抓環與砂質沉積物采樣桿連接，環形儀器控制艙的頂部通過凱夫拉電纜與海水分界層面處的潛標連接。其充分利用海洋內波能量，實現了對海底沙波的長期原位觀測，觀測結果準確可靠，觀測成本低，并實現了對海底沙波土樣的采集回收。

技術領域

本發明涉及海底觀測領域，特別是一種應用于內波發育區的海底沙波長期觀測裝置及觀測方法。

背景技術

我國的南海海域，地質條件復雜，海水密度層化顯著，是海洋內孤立波的天然多發區。這一海域內波不僅以孤立波的形式出現,還以內潮波的形式存在，目前觀測到的振幅最大可達240m，蘊含巨大能量。其在海水密度分層界面處傳播時會引起大量水體和沉積物垂直運動，這一過程作用在海床上常會形成諸如海底沙波等地貌形態，正因如此我國南海北部陸坡發育有大量由海洋內波造成的海底沙波。而海底沙波的遷移會造成海底管道懸空折斷、航道淤積礙航、油氣平臺結構失穩等事故，對海洋里的工程設施安全造成嚴重威脅，因此對海底沙波的觀測研究具有重大意義。

目前國內外學者原位觀測海底沙波多采用多波束測深系統和側掃聲吶等聲學儀器。間隔一定時間通過多波束和側掃聲吶等聲學儀器對觀測海域進行重復水深測量，通過水深變化，結合平面、剖面對比來實現對海底沙波的遷移觀測。但是這種方法成本高、效率低、得到的數據是間斷的，無法實現對海底沙波的原位實時觀測。從檢索的公開資料分析發現：專利號為CN2013103117430.1、名稱為“一種海底大型復雜沙波地貌的精確探測方法”和專利號為CN201310317429.9、，名稱為“一種基于MBES的海底沙波地貌運動探測方法”的發明專利，均是以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，上述方法是目前的主流觀測方式，但是需多次重復測量，觀測時間不連續，間斷的數據無法準確的反應海底沙波遷移過程的具體情況，因此需要對海底沙波進行原位定點長期觀測研究。專利號為CN201710693750.5、名稱為“海底沙波原位實時觀測裝置及方法”和專利號為CN201611223091.0、名稱為“基于壓力計的海底沙波遷移觀測裝置及方法”的發明專利和公開號為CN109579801A、名稱為“基于電阻率探桿的多級貫入式海底沙波原位觀測裝置及方法”的發明專利，均在原理上實現了對沙波原位、長期、連續的觀測。

但由于砂質海床貫入強度大，現有的重力取樣裝置中的取樣柱難以貫入，所以通過重力取樣難以完成取樣工作；而箱式取樣器和蚌式取樣器無法采集到海床內部的樣品且在取海床表面樣品時由于砂礫的作用，難以完全閉合，常出現漏沙現象，目前尚未有可以有效獲取砂質海床內部沉積物剖面信息的取樣裝置，而上述專利并未解決這一問題，這也導致其在實際觀測中缺乏對沉積物浮容重、粒徑、孔隙度等性質的數據支撐，導致其通過上覆沉積物重量或沉積物電阻率的變化來反演沙波高程變化時誤差較大。

另外，由于海底沙波遷移的速率慢、周期長等特點，坐底觀測平臺在觀測此類現象時需要觀測數月甚至數年的時間，而這需要消耗十分巨大的電能，這一問題也是困擾海底觀測平臺建設多年的問題，上述專利也未能提出對這一問題的解決方案。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提出了一種應用于內波發育區的海底沙波長期觀測裝置，其充分利用海洋內波能量，實現了對海底沙波的長期原位觀測，觀測結果準確可靠，觀測成本低，并實現了對海底沙波土樣的采集回收。