海床蚀积过程实时自动监测技术

论文摘要

海床侵蚀与淤积监测是海岸带研究与保护的重要内容,关系到海岸工程的稳定、近岸生态平衡、沉积物运移等诸多方面,具有重大经济意义与社会意义。本文是在国家高技术研究发展计划(863计划)课题“风暴过程中沉积物再悬浮通量原位监测技术(No.2008AA09Z109)”的资助下开展研究工作,旨在对海床蚀积过程监测技术进行研究,设计开发一套在原位实时自动监测海床侵蚀淤积过程的系统,为海床蚀积过程研究及沉积物运移研究提供支持。本研究从介绍蚀积监测技术入手,通过总结以往技术的优缺点引出本次研究所开发的海床蚀积实时自动监测系统,就其软硬件特点、数据处理方法等展开介绍,探讨判定海床界面位置的有效方法,并通过一系列试验验证数据处理技术的效果、检验系统的整体工作情况,为下一步监测系统的优化、海床蚀积测量与沉积物运移研究提供支持。首先,论文介绍了国内外各种海床侵蚀淤积监测技术及与海床蚀积相关的理论背景,根据现有技术的不足及现场监测的需要,提出应用电阻率探杆作为监测手段的具体思路。其次,在考虑现场条件和电阻率探杆特点的基础上,本文详细设计介绍了一套可以实现海床蚀积过程实时自动监测的系统。该系统主要由电阻率探杆、采集控制部分、控制舱、GPRS模块、浮漂、太阳能供电装置、GPS、三脚架等部件及相关软件组成,本文对各部分之间的连接形式和受力情况进行对比优化,最终确定各项参数等。再次,本文详细介绍了基于电阻率监测结果的数据处理方法,对比常用的界限值法、曲线拟合法、局部突变点分析方法及小波分析方法的特点,并最终选定以小波分析为主的海床蚀积过程数据处理方案,选择合适的数据处理软件并完成部分程序编写工作,最大化实现数据的自动处理与分析,提高监测精度和效率。最后,论文主要介绍了在系统设计研发过程中开展的一系列室内外试验,通过对试验结果的分析,获取不同沉积物海床在蚀积过程的电阻率变化特征,检验数据处理方法的有效性,测试系统的工作性能,同时获得大量科研数据,为精确获得海床的蚀积信息和沉积物运移研究提供帮助。本文首次实现了基于电阻率测量的现场海床蚀积过程实时自动监测系统设计与开发,编写数据处理程序并开发配套软件。通过开展室内外试验及对众多试验数据的分析得出,本系统能实时、自动测量海床附近电阻率值,远程传输监测数据,可用于精确判定海床界面位置及其随时间的变化,具有良好的工作性能。本研究丰富了海床蚀积监测技术,为实现现场蚀积过程的长期无人值守监测迈出了关键性一步。本系统具有广阔的应用范围和发展前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本文选题背景
• 1.2 相关研究现状评述
• 1.2.1 海床蚀积监测技术研究现状
• 1.2.2 海床蚀积过程研究现状
• 1.3 本文研究内容和技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 1.4 本文研究成果与创新
• 1.5 本章小结
• 2 海床蚀积过程实时自动监测系统设计
• 2.1 概述
• 2.2 系统设计
• 2.2.1 电阻率探杆及控制舱
• 2.2.2 采集控制部分
• 2.2.3 自动发送接收装置
• 2.2.4 客户端操作控制软件
• 2.2.5 辅助设备
• 2.3 本章小结
• 3 数据处理及蚀积评估研究
• 3.1 概述
• 3.2 界面判定数据处理方法研究
• 3.2.1 基于边界值的判定方法
• 3.2.2 基于曲线拟合的判定方法
• 3.2.3 局部突变点分析方法
• 3.2.4 小波分析
• 3.3 基于监测数据确定界面的方法研究
• 3.3.1 海水—浮泥界面判定
• 3.3.2 浮泥—固结沉积物界面及海水—固结沉积物界面判定
• 3.4 海床蚀积速率的计算分析
• 3.5 海床沉积物垂向运移量计算分析
• 3.6 数据处理软件开发
• 3.6.1 数据处理应用软件介绍
• 3.6.2 数据处理操作简介
• 3.7 本章小结
• 4 基于室内试验的系统应用研究
• 4.1 概述
• 4.2 静态水槽试验
• 4.2.1 粉土沉积物蚀积试验
• 4.2.2 沙土沉积物蚀积试验
• 4.3 本章小结
• 5 基于现场试验的系统应用研究
• 5.1 概述
• 5.2 黄河三角洲潮滩试验研究
• 5.2.1 概况
• 5.2.2 现场监测试验研究
• 5.2.3 基于现场监测结果的数据分析
• 5.3 青岛潮滩现场试验研究
• 5.3.1 概况
• 5.3.2 试验设备及过程
• 5.3.3 试验结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论及进一步研究方向
• 6.1 结论
• 6.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、研究生期间参加科研项目、撰写发表的论文与研究成果