舱体式防渔拖海床基的研制和应用

介绍了一种新型舱体式防渔拖海床基,可布放在200m以浅海域进行长期、定点、连续、综合观测。该型海床基由坐底平台、浮体仪器舱和释放器等配件组成,可以搭载多种观测传感器进行多学科综合观测。同时,针对该型海床基设计了安全有效的布放回收方法。通过实际海上应用,结果表明舱体式防渔拖海床基具有长时间自动观测、隐蔽性好及有效防渔拖等优点,可实现对海洋环境的长期综合观测。     

海底观测平台——海床基结构设计研究进展

为实现海洋环境观测方式从低频、瞬时、静态观测向长期、连续、动态观测的跨越,海床基平台应用是其中的一条重要途径,而海床基结构设计是决定海床基调查或监测应用能否顺利实施的前提。通过对国内外海床基结构设计技术发展的归纳整理,将海床基结构设计划分为四个方面进行讨论,即支架保护系统、供电通信系统、安全保障系统和布放回收系统。其中,支架保护系统方面重点讨论搭载不同传感器和处于不同水深的海床基结构设计;供电通信系统方面分析了无缆、有缆接岸和有缆接浮标等形式的技术特点;安全保障系统方面重点关注防材料腐蚀、防生物附着和防泥沙淤积的方法和措施;布放回收系统方面介绍了目前采取的主要释放及回收方式的特点。通过比较分析,提出了今后我国海床基技术的发展方向。     

浅水区抗拖网ADCP海床基的研制

搭载声学多普勒流速剖面仪(ADCP)的海床基是实现浅水区水文环境长期监测的有效装置。针对现有ADCP海床基不能避免渔业拖网破坏的缺陷,对海床基的结构、功能进行了全新设计,成功研制了新型抗拖网ADCP海床基,并设计了合理有效的布放回收方法。海上应用表明,抗拖网ADCP海床基能够在浅海渔业捕捞区完成水文数据的采集,可实现对海洋环境的长期有效监测。     

海床基海洋环境自动监测系统的研究

介绍了一种适用于在浅海(水深100m以内)工作的海床基海洋环境自动监测系统的工作原理和组成.对水下集成监测平台、数据采集和传输、系统布放回收等关键技术进行了深入研究并开发了海床基监测系统工程样机.系统结合水声通讯与卫星通讯技术实现了水下监测数据的实时传输;在水下集成平台的设计上采取了防拖网、防泥沙等安全性和环境适应性措...     

掩体式防拖潜标探测装置的设计与研究

潜标测量系统中的仪器设备,因受单拖网、双拖网、流网等各种海洋工程探测装备干扰而大多被损坏或严重丢失;国内外因此相继出现的防拖潜标测量装置,因系留绳占了防拖架内的大部分空间,导致防拖架过高,起不到防拖的理想效果。针对以上问题,于2012年,完成最初样本的设计,后经不断改进和完善,设计了掩体式防拖潜标探测装置,该设计将连体潜标与掩体合成为掩体式防拖平台,掩体高度仅为40 cm、弧形坡度不超过40°,构成了体积最小的掩体式防拖单元,具有很强的防拖功能。该装置适用于浅海海区水深230 m且底质条件不是软泥并且较平坦的海域,可有效预防和解决测量仪器受渔网、各类船只航行作业干扰、破坏等难题。该装置已在渤海进行了3个多月、在南海进行了近6个月的试验性测量,其结果良好。     

珊瑚礁生态环境在线监测系统的设计研究

针对目前珊瑚礁生态环境监测技术在实时性、连续性等方面的不足,本文提出了一种新型的珊瑚礁在线监测系统的解决方案,利用海底电缆连接海床基,将观测数据传输至岸基监测站,由岸基控制系统将数据经地面网络转发至监测控制中心,从而实现对珊瑚礁附近海域温度、盐度、深度、叶绿素、溶解氧、PH值、浊度、流速剖面、水下高清视频等要素的长期、实时、原位、在线观测。通过在目标海域现场布放及业务化运行示范,获取了大量第一手的生态环境数据,对于进一步评估珊瑚礁实际状况、分析群落演变规律具有重要的科学意义。     

西风带海洋环境观测技术研究

南大洋海况常年较恶劣,导致现场观测资料匮乏。中国首套南大洋西风带环境观测浮标于2019年1月1日布放在新西兰东南近53°S海域,现场实时观测并传输风向、风速、气温、气压、相对湿度、海表层温盐、海流、波浪等数据资料。该套锚定浮标也是我国首次布放超过4 500 m水深的极端环境观测浮标系统。布放运行结果表明,我国已具备研发极端环境海洋资料浮标的技术基础和深海浮标布放作业经验,研发的西风带环境观测浮标可长期运行在南大洋西风带海域,进行长期海上水文气象和动力环境参数观测。     

海床基自动监测平台技术的研究应用

介绍了海床基自动监测技术国内外进展，就海床基自动监测平台系统的关键技术进行了论述。海床基自动监测平台系统是携带众多海洋环境观测传感器在海底工作的、自容式综合测量装置。它可布设于河口、港湾或者近海海底，对悬浮泥沙参数、海洋动力参数、温、盐和水质进行长期、同步、自动测量；系统回收后，通过系统软件建立各种海洋动力条件下特别是大风浪条件下悬浮泥沙的运移规律；建立温、盐、水位、流速剖面和通量、水质的时空变化规律。将多个站点的监测数据进行综合处理建立起海洋水体交换生态环境的时空联系，为科学地管理、治理和利用海洋自然环境造福人们提供决策依据。     

基于“雪龙”船平台的极地锚锭浮标布放——以中国第六次北极科学考察白令海锚锭浮标布放为例

极地海气通量异常通过大气环流将极区和中低纬度气候变化联系起来,海气通量观测是从根本上认识极区对中低纬度气候影响实质的关键手段之一。目前,国内外高纬度定点海气通量观测非常稀少,可借鉴的极地锚锭浮标布放技术也处在摸索阶段。中国第六次北极考察队在北太平洋高纬海域白令海成功投放一套锚锭海气浮标,进行定点气温、湿度、风速、短波辐射、长波辐射,海表面温度等海气界面数据连续观测,这是我国在北太平洋高纬海域成功布放的首套锚锭浮标。通过该套锚锭浮标的成功布放,获得了我国以"雪龙"船为平台的极地锚锭浮标布放技术的宝贵经验。本文从极地锚锭浮标布放的意义、锚锭浮标介绍、布放原则和方案、布放过程及布放关键技术等方面进行阐述,为我国未来极地锚锭浮标布放提供基础和借鉴。     

锚定式海洋水体剖面观测技术的研究与应用

介绍了国际上基于海底观测网、浮标和海床基等设施的锚定式海洋水体剖面观测的技术手段,国内西太平洋深海科学观测网、南海潜标观测网和中国科学院近海观测研究网络三大体系中应用的锚定式海洋水体剖面观测技术手段,通过对这些技术特点的分析,指出一些国际上较为成熟的锚定式海洋水体剖面观测技术手段并不适用于我国近海的水体剖面观测,自主研制的基于大浮标的锚定式水体剖面观测技术在我国近海则较为实用,能够长期稳定地运行,而且应用前景广阔。     

基于ANSYS的淤泥质海底海床基吸附力研究

为了解决海床基在淤泥质海底的吸附力问题,利用ANSYS软件,采用接触分析、三维十节点实体单元以及Drucker-Prager模型模拟淤泥结构,分析了海床基在淤泥质海底的吸附力大小,然后与经验公式比较,证明了ANSYS对海床基吸附力分析的可行性;海床基在不同工况下的吸附力模拟对海床基的回收方式及结构优化等方面提供了一定的指导。     

海洋环境定点平台观测技术概述及发展态势分析

针对新时期海洋环境监测定点平台观测技术面临的新要求、新任务和新挑战,对所涉及的核心关键技术及其发展态势进行分析。详细阐述了海洋资料浮标、潜标和海床基观测技术的国内外现状,并进行了对比分析,指出了我国的优势和不足。在此基础上,综合海洋科技发展的趋势、我国的现有基础以及当前的迫切需求,探讨我国在定点平台观测技术方面的发展趋势,为我国海洋环境监测技术的发展提供了重要参考。     

基于海洋物联网的快速机动组网观测技术研究

面向重点海域中小尺度过程、突发事件及关键目标观探测需求,以无人机、无人艇、波浪滑翔器、水下滑翔机、AUV、剖面漂流浮标及投弃式观测装备等无人智能移动观测装备为主干节点,结合潜标、 海床基等定点观测装备,提出了基于海洋物联网的快速机动组网观测系统构建方案,探讨了相关关键技术及发展方向。     

基于流-固耦合的不同外形抗拖网海床基外部流场分析

本文采用计算流体动力学方法(CFD),在考虑耦合场的条件下对2种不同形状的抗拖网海床基外部流场进行了流固耦合分析。根据抗拖网海床基的外形结构,建立了抗拖网海床基流体动力学分析模型,利用ICEM CFD对其进行前处理,并利用动网格技术对模拟区域的边界条件进行了设置。根据流固2种不同耦合方式的介绍及模拟对比分析,选择了单向流固耦合方式。对两种抗拖网海床基的外部速度场以及压力进行分析研究,抗拖网海床基外部流场的数值模拟可以为进一步开展抗拖网海床基结构优化设计提供参考。     

三亚海棠湾X波段雷达海浪比测试验研究

对安装于我国三亚海棠湾的X波段雷达设备及布放在该区域的"波浪骑士"浮标和波高仪进行了海浪比测试验,并且对所获得的现场海浪观测数据进行了分析。通过试验结果表明:X波段雷达观测海浪的方式基本可靠,能够有效捕捉到海浪的变化过程。     

极区海洋锚碇测流系统的设计和布放

中国第二次北极科学考察期间,在白令海峡和北冰洋楚科奇海布放了一套潜标和两套明标,这是我国首次在极区布放锚碇观测系统。潜标和明标在本次考察结束前被成功回收,获得了最长为45 d的连续观测资料。文中通过介绍这次布放过程,对极区锚碇系统的相关技术问题进行了讨论,包括观测站位和层次的选择,锚碇系统的设计,布放步骤等,为在海冰存在的低温海域布放锚碇系统提供参考。     

基于原位观测的胶州湾沉积物侵蚀再悬浮过程研究

海洋动力作用下,河口海岸地区海床通常处于动态变化之中。作为地质环境的控制因素,海床沉积物侵蚀再悬浮过程的研究具有重要意义。为阐明胶州湾海域水动力条件对海床侵蚀再悬浮的作用,本文利用海底原位观测三脚架进行了现场观测。观测结果显示：通常条件下,潮流导致的最大海床剪应力可达0.35 N/m²,高于波浪引起的剪应力。涨潮期间,海床发生侵蚀;退潮期间,海床发生淤积。风速达到5 m/s时,波浪引起的剪应力近似等于流致剪应力。风速达到7 m/s时,有效波高为26 cm,波浪对海床侵蚀再悬浮过程起主要作用;此时也会导致海水浊度显著上升,高于通常条件下的2-8倍。分析表明：通常条件下,周期性海流影响海床侵蚀再悬浮过程;而大幅度沉积物再悬浮过程由偶发的波浪事件控制。针对胶州湾沉积物动力学机制的深入研究仍待进一步开展。     

现代黄河三角洲沉积物动态变化过程的特征与机理

黄河入海沉积物自河口进入海洋后,在重力、水动力、生物改造等一系列外部作用下,经历着堆积、固结、液化、侵蚀再悬浮、海床变形滑动以及后期改造等一系列动态变化过程。研究团队近十几年来针对现代黄河三角洲沉积物的动态变化过程,开展了一系列的室内外物理模拟试验与水下三角洲现场原位长期观测等研究工作。在各动态变化过程的特征与机理方面,主要得到了以下认识:快速堆积后沉积物的固结速度很快,1—2天便可达到甚至超过原始海床强度,海床发育有显著的各项非均匀性,并发育有"硬壳层"。粉质土海床易于累积孔隙水压力,发生沉积物"液化"现象,一方面会改变海床表层沉积物的抗侵蚀性;另一方面,在海床内部垂向渗流的驱动下,海床内部部分细粒沉积物会被"泵送"输运到海床表面,进而进入上覆水体成为再悬浮沉积物,即部分再悬浮沉积物来源于海床内部。黄河三角洲坡度极缓,海底滑坡可以在近于水平的坡度条件下发生。波致海床液化引起的地层重构或海床渗流导致的内部土颗粒运移,可能会将相对均匀的海床改造为层化结构,这对河口地区沉积层理的解读具有新的启示。     

基于动态布放的潜标锚系浮力配置优化研究

通过使用MATLAB仿真计算方法,研究了潜标锚系浮力配置方案对于动态布放过程力学性能的影响。文中列举了4种锚系浮力配置方案,运用集中质量法建立了4种锚系的弹簧-质量节点模型,通过编写MATLAB仿真程序,模拟了4种锚系的布放运动过程。通过对布放运动过程中的锚系姿态轨迹、垂向运动、水平运动、海床基着底过程和缆段张力变化等指标进行对比,得出4种锚系各自布放力学性能指标上的优劣。仿真结果表明:将多个浮球集成为单个大浮力节点的方案缩短了锚系整体长度,有利于锚系在水中维持垂直度,但降低了锚系抗漂移能力;将浮力节点分散布置在各非浮力结构节点上方,可以降低连接缆段上的张力极值,但会使张力变化幅值增大。基于仿真结果,建议潜标锚系浮力配置优化的设计思路为:集中小浮球为紧凑浮力节点,适当加长上部浮力节点与下部非浮力节点之间的距离,浮力节点分散布置和适量减少上部的浮力节点数量。     

基于Flow-3D的抗拖网海床基冲刷数值模拟

基于Flow-3D软件,建立抗拖网海床基沙土基床冲刷的三维数学模型,控制水流流速和泥沙粒径,对不同条件下抗拖网海床基周围沙土基床的冲刷进行数值模拟,并分析了抗拖网海床基最大冲刷深度随这两种因素改变的趋势。结果表明,抗拖网海床基沙土基床冲刷坑深度随海流流速增大而增加,在设定其他条件不改变的情况下,冲刷坑的加深速度随着流速增大会逐渐减缓,最终达到冲淤平衡。同时,由于海底环境复杂多变,导致模型与实际情况有一定的差异,还需在后续的研究中进一步进行优化。