【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境监测，特别是涉及一种适用于河岸带深水沉积物动态变化和关键环境指标连续监测的装置和方法。
技术介绍
1、沉积物是湖库生源要素富集转化的重要场所，其对环境变化非常敏感且可稳定保存，能够反映湖库生物地球化学循环和环境演变过程。因此，准确获取沉积物动态和关键环境指标连续变化对研究湖库环境变化及物质环境行为意义重大。
2、目前，沉积物监测采用先采集后实验室分析、或使用单一指标传感器进行点式连续监测。定期调查是至今仍然广泛沿用的沉积物监测方式，包括沉积物采集器、薄膜梯度扩散梯度技术、水下采样机器人等原位采集装置，该方法需定期组织大量人员现场调查，妥善保存和运输所采样品，并及时运回实验室分析。往往造成沉积物样品获取成本高、获取频率低、处理过程对样品干扰大等问题，并且实验室检测也极易导致沉积物环境指标失真。环境传感器通过光学、电学、声学、化学等信号反映相应环境参数，提供监测介质连续高精度原位监测数据。当前，环境传感器在沉积物监测的应用指标已较为广泛，例如，sequoia lisst传感器使用激光衍射技术，测量沉积物粒径级配和浓度；aanderaa optode4835传感器基于光学荧光猝灭原理，监测海洋和淡水沉积物溶解氧含量信息。然而，受限于不同传感元件的工作原理和传输信号差异，导致沉积物环境监测指标难以集成化和智能化。此外，现有沉积物传感器通常通过手持终端发送监测指令并接收、记录数据信号，数据获取效率低，并且，在进行深水监测时，较长的数据传输极易导致数据丢失或失真，对沉积物监测或研究工作造成了阻碍。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于河岸带深水沉积物动态变化和关键环境指标连续监测的装置和方法，以实现河岸带/深水沉积物关键环境指标和的高精度、高频监测和批量化数据获取。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、根据本专利技术的第一方面，提供一种适用于河岸带深水沉积物动态变化和关键环境指标连续监测的装置，所述装置包括上位机控制单元、水下辅助单元和采集单元；
4、所述水下辅助单元和采集单元设置于水下，所述水下辅助单元与所述上位机控制单元信号连接，以接收所述上位机控制单元发出的控制指令，所述水下辅助单元与所述采集单元信号连接，以根据所述控制指令控制所述采集单元工作并接收所述采集单元传输的数据，所述采集单元包括电压检测元件、电流检测元件、漏水检测元件、云台摄像机、水下灯、温度传感元件、电导率传感元件、溶解氧传感元件、泥位计以及间隙水采样器；
5、所述上位机控制单元用于接收所述采集单元传输的数据并显示；
6、进一步地，水下辅助单元可脱离上位控制单元独立控制采集单元工作，并记录数据。
7、进一步地，所述间隙水采样器包括间隙水富集单元、抽水单元和样品收集单元；
8、所述间隙水富集单元通过所述抽水单元连接所述样品收集单元；
9、所述间隙水富集单元包括外层渗透、内层渗透、间隙水仓和第一导水管；其中，所述外层渗透、内层渗透、间隙水仓由外到内依次连接，所述第一导水管的一端连接所述间隙水仓，另一端与所述抽水单元连接。
10、进一步地，所述抽水单元包括第二导水管、电磁三通阀、注射器筒体、注射器活塞、下平板、中平板、上平板、支撑轴以及电动伸缩杆；所述电磁三通阀具有三个端口，分别为第一端口、第二端口以及第三端口，所述第二导水管的一端连接所述第三端口，所述第二导水管的另一端连接所述第一导水管，所述第二端口连接所述样品收集单元，所述第一端口管道连接所述注射器筒体的液端；所述下平板和所述中平板之间设置至少一个所述支撑轴，所述注射筒体由所述下平板和所述中平板固定夹持，所述注射器活塞设置于所述注射器筒体内，所述注射器活塞连接活塞杆，所述活塞杆的一端固定于所述上平板的下端，所述电动伸缩杆固定于所述上平板，所述电动伸缩杆的伸缩端连接所述中平板。
11、进一步地，所述上平板上设置活塞卡块，所述活塞杆设置于所述活塞卡块中并通过螺母固定。
12、进一步地，所述抽水单元还包括电磁开关，所述电磁开关与所述电磁三通阀通信连接；所述抽水单元包括电动控制开关，所述电动控制开关与所述电动伸缩杆通信连接。
13、进一步地，所述外层渗透和内层渗透为网状结构，分别填充有第一砾石和第二砾石；其中，所述第一砾石的粒径大于所述第二砾石的粒径。
14、进一步地，所述间隙水仓为环状，所述间隙水仓的底部设置有不透水底盖，所述间隙水仓的顶部设置有带出水接头的顶盖，所述出水接头连接所述第一导水管。
15、根据本专利技术的第二方面，提供一种适用于河岸带深水沉积物动态变化和关键环境指标连续监测的方法，基于如上所述的装置，所述方法包括：
16、根据监测区域的流速、水深、水体宽度、含沙量、泥沙启动流速和泥沙密度，确定监测区域的泥沙沉积厚度和泥沙冲刷厚度；
17、根据所述泥沙沉积厚度和泥沙冲刷厚度确定如上所述的装置中的水下辅助单元以及采集单元的安装方式，以确定的安装方式在水下安装所述水下辅助单元以及采集单元；
18、在河岸带陆上区域布设上位机控制单元，上位机控制单元和水下辅助单元之间采用水密脐带缆完成电和信号传输；通过所述上位机控制单元实时显示采集单元的工作状态、采集单元所监测数据以及对采集单元进行控制。
19、进一步地，根据监测区域的流速、水深、水体宽度、含沙量、泥沙启动流速和泥沙密度，通过如下公式确定监测区域的泥沙沉积厚度和泥沙冲刷厚度：
20、
21、式中，h沉表示泥沙沉积厚度，cs代表水体含沙量，v代表河流平均流速，b代表水体宽度，hp代表水深，t代表设备安置时长，ρ代表泥沙密度，a代表底部面积，h冲表示泥沙冲刷厚度。
22、进一步地，通过如下方法确定水下辅助单元以及采集单元的安装方式：
23、若泥沙沉积厚度为0-20cm且泥沙冲刷厚度为0-3cm，则安装方式为直接在水下安装水下辅助单元以及采集单元；
24、若泥沙沉积厚度为20-50cm且泥沙冲刷厚度为3-8cm，则安装方式为在水下加装固定支架并将水密脐带缆买入沉积物下方10cm以下的方式来安装水下辅助单元以及采集单元；
25、若泥沙沉积厚度大于50cm或泥沙冲刷厚度为大于cm，则选择其他适宜监测点或增加配重以及加装固定支架在水下安装水下辅助单元以及采集单元。
26、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
27、1、本专利技术提出的装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于河岸带深水沉积物动态变化和关键环境指标连续监测的装置，其特征在于，所述装置包括上位机控制单元、水下辅助单元和采集单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述间隙水采样器包括间隙水富集单元、抽水单元和样品收集单元；
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述抽水单元包括第二导水管、电磁三通阀、注射器筒体、注射器活塞、下平板、中平板、上平板、支撑轴以及电动伸缩杆；所述电磁三通阀具有三个端口，分别为第一端口、第二端口以及第三端口，所述第二导水管的一端连接所述第三端口，所述第二导水管的另一端连接所述所述第一导水管，所述第二端口连接所述样品收集单元，所述第一端口管道连接所述注射器筒体的液端；所述下平板和所述中平板之间设置至少一个所述支撑轴，所述注射筒体由所述下平板和所述中平板固定夹持，所述注射器活塞设置于所述注射器筒体内，所述注射器活塞连接活塞杆，所述活塞杆的一端固定于所述上平板的下端，所述电动伸缩杆固定于所述上平板，所述电动伸缩杆的伸缩端连接所述中平板。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述上平板上设置活塞卡块，所
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述抽水单元还包括电磁开关，所述电磁开关与所述电磁三通阀通信连接；所述抽水单元包括电动控制开关，所述电动控制开关与所述电动伸缩杆通信连接。
6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述外层渗透和内层渗透为网状结构，分别填充有第一砾石和第二砾石；其中，所述第一砾石的粒径大于所述第二砾石的粒径。
7.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述间隙水仓为环状，所述间隙水仓的底部设置有不透水底盖，所述间隙水仓的顶部设置有带出水接头的顶盖，所述出水接头连接所述第一导水管。
8.一种适用于河岸带深水沉积物动态变化和关键环境指标连续监测的方法，其特征在于，基于如权利要求1至7中任一项所述的装置，所述方法包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据监测区域的流速、水深、水体宽度、含沙量、泥沙启动流速和泥沙密度，通过如下公式确定监测区域的泥沙沉积厚度和泥沙冲刷厚度：
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，通过如下方法确定水下辅助单元以及采集单元的安装方式：
...【技术特征摘要】
1.一种适用于河岸带深水沉积物动态变化和关键环境指标连续监测的装置，其特征在于，所述装置包括上位机控制单元、水下辅助单元和采集单元；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述间隙水采样器包括间隙水富集单元、抽水单元和样品收集单元；
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述抽水单元包括第二导水管、电磁三通阀、注射器筒体、注射器活塞、下平板、中平板、上平板、支撑轴以及电动伸缩杆；所述电磁三通阀具有三个端口，分别为第一端口、第二端口以及第三端口，所述第二导水管的一端连接所述第三端口，所述第二导水管的另一端连接所述所述第一导水管，所述第二端口连接所述样品收集单元，所述第一端口管道连接所述注射器筒体的液端；所述下平板和所述中平板之间设置至少一个所述支撑轴，所述注射筒体由所述下平板和所述中平板固定夹持，所述注射器活塞设置于所述注射器筒体内，所述注射器活塞连接活塞杆，所述活塞杆的一端固定于所述上平板的下端，所述电动伸缩杆固定于所述上平板，所述电动伸缩杆的伸缩端连接所述中平板。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述上平板上设置活塞卡块，所述活塞杆设置于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：马宏海，李哲，鲁轮慧，肖艳，张媛媛，黄菊萍，欧阳文娟，马彦博，曹云鹏，刘恒毅，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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