海岸侵蚀与潮位实时监测装置及方法

技术领域

本发明涉及潮位监测技术领域，具体为海岸侵蚀与潮位实时监测装置及方法。

背景技术

海岸侵蚀是指海岸在海洋动力作用下，沿岸供砂少于沿岸失砂而引起的海岸后退的破坏性过程，狭义的海岸侵蚀仅指自然海岸的侵蚀后退过程，广义的海岸侵蚀除自然海岸的侵蚀外，还包括人为对海岸的破坏过程。海岸侵蚀灾害是由海岸侵蚀造成的人民生命财产遭受损失的灾害；潮位监测装置可以用于对沿海潮汐、水温等要素进行观测，为海洋预报、风暴潮预警、海啸预警及海平面变化提供基础数据保障，同时可为海洋工程和海岸侵蚀的科学研究等涉海活动提供潮流数据支持。

现有技术公开的海岸侵蚀与潮位实时监测装置及方法（CN110030980A），其包括第一压强测量器、第二压强测量器、过滤单元、壳体以及数据处理模块。将本发明埋入潮汐带海岸沙地上的预检测点上，第一压强数值P1和第二压强数值P2传递给数据处理模块，数据处理模块进行数据计算处理，得出泥沙厚度H＝(第一压强数值P1-第二压强数值P2)/[(泥密度ρ泥-海水密度ρ水)*g]，该发明具有测量精度高，自动监测，测量过程省时省力的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供海岸侵蚀与潮位实时监测装置及方法，以解决现有验潮井管无法快速拆卸、快速建站，以及装置不易进入泥床、易卡死、排土不畅、水生生物附着的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：海岸侵蚀与潮位实时监测装置，包括，验潮井管，验潮井管设于陆基的近水侧面，验潮井管具有中空圆柱状结构，海岸侵蚀与潮位实时监测装置还包括，第一安装基体，第一安装基体通过第二安装基体与斜坡固定连接，第一安装基体具有中空圆柱状结构，第一安装基体的下端部开口，第一安装基体的侧壁上部环绕开设有若干个第一通孔，第一安装基体的顶面上固定连接有保护壳体，保护壳体上方设有气路，气路的一端部连通有止逆阀，止逆阀的下方连通有密封件，保护壳体的顶面中部开口并设有轴承，轴承的一侧与密封件抵接，轴承的另一侧轴接有空心转轴，空心转轴的另一端部贯穿第一安装基体的顶部，空心转轴的另一端部向下延伸穿过第一安装基体的内部，空心转轴的上部设有皮带轮，保护壳体的内侧壁上设有驱动器，驱动器的输出端通过皮带与皮带轮传动连接，空心转轴的另一端部具有楔形结构，空心转轴内部具有中空结构，空心转轴的侧壁上环绕开设有多个第二通孔，空心转轴的外壁面上设有螺旋叶片；

该海岸侵蚀与潮位实时监测装置，其验潮井管内部配备有压力水位计、采集模块（可以集成风速、风向、气温、相对湿度、气压和降水等传感器）、太阳能电池板、数据采集箱、及相关软件和相关基础设施组成一套完整的海洋水文气象实时监测系统，其能够自动获取所在海域的潮汐、水温、风速、风向、气温、相对湿度、气压和降水等海洋水文气象数据，为风暴潮漫滩、漫堤预报预警提供实时观测资料；

用于辅助验潮井管安装的第一安装基体，通过其侧壁上设有的第一通孔，使其可以在水域中安装的时候，排出装置内部的水体或气体，并且第一安装基体在进行安装的时候由吊机吊运至指定位置，待第一安装基体的底部部分接触到泥底后，再通过保护壳体内部设有的驱动器通过皮带带动空心转轴上的皮带轮转动，进而驱动空心转轴转动，空心转轴上的螺旋叶片也随之转动，进而使空心转轴的楔形端部旋入到水域底部的泥床内；空心转轴上端部连通有气路，即在第一安装基体旋转的同时通过气路向空心转轴内部输入气体，并使气体通过第二通孔外排，一方面，通过空心转轴和螺旋叶片的旋转，使外排的气流围绕空心转轴形成螺旋向上的旋流，使螺旋叶周围的泥土或泥水获得向上的力，使之更容易被螺旋叶片排出，并且降低泥土粘到螺旋叶片或空心转轴上的几率，避免出现卡死现象；另一方面，在遇到较为坚硬的泥块阻碍螺旋叶片的运动时，通过外排的螺旋气流能够对坚硬的泥块冲击，且利用气泡破碎来分解泥块，能够降低空心转轴卡死的几率；另一方面，其能够利用螺旋气流来对第一安装基体周围生物干扰驱赶，降低水生物附着的可能性。

验潮井管的上端部设有验潮井盖，验潮井盖下方设有限位环，限位环设于验潮井管的内侧壁上，限位环上设有弹簧柱，弹簧柱上设有紫外线灯，紫外线灯倾斜于水平面设置，验潮井管的下部内部上设有压力水位计，验潮井管的下部内部上设有采集模块，验潮井管的下端部设有消波器，消波器具有漏斗状结构；

通过验潮井管内部上方倾斜设置的紫外线灯，一方面，能够对验潮井管内部进行紫外线杀菌；另一方面，通过设计紫外线灯的倾斜设计以及两侧的弹簧柱结构，能够实现验潮井管内部有水体波动或者气流波动的情况下，来使紫外线灯自适应性上下位移，这样有利于紫外线灯发射的光线在验潮井管内壁照射范围扩大，全面对验潮井管内壁进行杀菌处理，避免水生生物粘附；另一方面，通过弹簧柱能够对验潮井管发生撞击灯的情况下，对紫外线灯体起到防护作用；另一方面，在验潮井管内上部设置有利于降低紫外线灯体工作产生的热量对底部的传感器检测精度造成影响；消波器具有的漏斗形状，能够用来控制验潮井管的进水量，在海面或水面有波浪时，其可以对验潮井管内部的压力水位计读数起到缓冲作用，防止读数出现较大的变化波动，同时，消波器下方具有的细小直径的出入水口，能够有效防止水生生物的附着。

第二安装基体具有板状结构，第二安装基体上设有紧固圈，第一安装基体通过紧固圈与验潮井管固定连接，紧固圈具有8字形结构，紧固圈的外侧壁上周向设有若干个橡胶板，橡胶板具有中空结构，橡胶板的中部设有弹性件，弹性件的两侧固定连接有摆动板，摆动板具有板状结构且表面开设有通槽；

验潮井管与第一安装基体外侧通过一个或者多个紧固圈进一步紧固，一方面，使验潮井管与第一安装基体之间实现稳固连接，防止验潮井管掉落或产生松动或倾斜，从而导致验潮井管内部的压力水位计等传感器部件获取数据不准确；另一方面，其能够通过橡胶板和摆动板防止船只撞击，以及利用摆动板的上下摆动来削减波浪能量，降低验潮井管的震动频率。

陆基上设有风速仪，陆基上设有避雷针。

陆基上设有太阳能电池板，陆基上设有数据采集箱。

该海岸侵蚀与潮位实时监测装置的使用方法，其步骤如下：

-首先在验潮井管内部安装紫外线灯、压力水位计、采集模块，以及在验潮井管的底部安装消波器；

-然后将第一安装基体和验潮井管置于紧固圈内并固定，随后使第二安装基体的另一端部固定连接到陆基上，随后再通过第一安装基体内的空心转轴的转动，使其固定于水域底部的泥床内，验潮井管随之固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该海岸侵蚀与潮位实时监测装置，通过与其配备的完整的海洋水文气象实时监测系统，能够自动获取所在海域的潮汐、水温、风速、风向、气温、相对湿度、气压和降水等海洋水文气象数据，为风暴潮漫滩、漫堤预报预警提供实时观测资料；

2.该海岸侵蚀与潮位实时监测装置，通过第一安装基体侧壁上设有的第一通孔，使其可以在水域中安装的时候，排出装置内部的水体或气体，并且通过驱动空心转轴和螺旋叶片的转动，进而使空心转轴的楔形端部旋入到水域底部的泥床内；

3.该海岸侵蚀与潮位实时监测装置，通过空心转轴上端部连通的气路以及第二通孔的设置，并且利用空心转轴和螺旋叶片的旋转，使外排的气流围绕空心转轴形成螺旋向上的旋流，从而降低泥土粘到螺旋叶片或空心转轴上的几率，也能够通过外排的螺旋气流对坚硬的泥块进行冲击，利用气泡破碎来分解泥块，能够降低空心转轴卡死的几率；

4.该海岸侵蚀与潮位实时监测装置，通过验潮井管内部上方倾斜设置的紫外线灯，能够对验潮井管内部进行紫外线杀菌，也能够通过两侧的弹簧柱结构，来使紫外线灯自适应性上下位移，这样有利于紫外线灯发射的光线在验潮井管内壁照射范围扩大；

5.该海岸侵蚀与潮位实时监测装置，通过消波器的设置，能够用来控制验潮井管的进水量，在海面或水面有波浪时，其可以对验潮井管内部的压力水位计读数起到缓冲作用，防止读数出现较大的变化波动，同时，消波器下方具有的细小直径的出入水口，能够有效防止水生生物的附着。

附图说明

图1为本发明提供的海岸侵蚀与潮位实时监测装置的一种较佳实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的海岸侵蚀与潮位实时监测装置另一实施例的结构示意图；

图3为图2所示第一安装基体的局部剖视图；

图4为图2所示第二安装基体与紧固圈的连接结构示意图；

图5为图4所示紧固圈的结构示意图；

图6为图5所示橡胶板和摆动板的连接结构示意图；

图7为图1或图2所示验潮井管的局部剖视图；

图8为图7所示Ⅰ-Ⅰ的放大图。

图中：1、验潮井管；11、验潮井盖；12、弹簧柱；13、限位环；14、紫外线灯；15、压力水位计；16、采集模块；17、消波器；18、风速仪；19、避雷针；110、太阳能电池板；111、数据采集箱；2、第一安装基体；21、保护壳体；22、气路；23、止逆阀；24、密封件；25、轴承；26、空心转轴；27、驱动器；28、皮带轮；29、皮带；210、螺旋叶片；211、第一通孔；212、第二通孔；3、紧固圈；31、橡胶板；32、摆动板；33、弹性件；4、陆基；5、第二安装基体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的实施例一：

请参阅图1-3，海岸侵蚀与潮位实时监测装置，包括，验潮井管1，验潮井管1设于陆基4的近水侧面，验潮井管1具有中空圆柱状结构，海岸侵蚀与潮位实时监测装置还包括，第一安装基体2，第一安装基体2通过第二安装基体5与斜坡固定连接，第一安装基体2具有中空圆柱状结构，第一安装基体2的下端部开口，第一安装基体2的侧壁上部环绕开设有若干个第一通孔211，第一安装基体2的顶面上固定连接有保护壳体21，保护壳体21上方设有气路22，气路22的一端部连通有止逆阀23，止逆阀23的下方连通有密封件24，保护壳体21的顶面中部开口并设有轴承25，轴承25的一侧与密封件24抵接，轴承25的另一侧轴接有空心转轴26，空心转轴26的另一端部贯穿第一安装基体2的顶部，空心转轴26的另一端部向下延伸穿过第一安装基体2的内部，空心转轴26的上部设有皮带轮28，保护壳体21的内侧壁上设有驱动器27，驱动器27的输出端通过皮带29与皮带轮28传动连接，空心转轴26的另一端部具有楔形结构，空心转轴26内部具有中空结构，空心转轴26的侧壁上环绕开设有多个第二通孔212，空心转轴26的外壁面上设有螺旋叶片210；

该海岸侵蚀与潮位实时监测装置的验潮井管1选用外径100mm的316L不锈钢管，验潮井管1可以依托岸边固定设施如码头或防波堤等垂直或倾斜安装，其验潮井管1内部配备有压力水位计15、采集模块16（可以集成风速、风向、气温、相对湿度、气压和降水等传感器）、太阳能电池板110、数据采集箱111、及相关软件和相关基础设施组成一套完整的海洋水文气象实时监测系统，其能够自动获取所在海域的潮汐、水温、风速、风向、气温、相对湿度、气压和降水等海洋水文气象数据，为风暴潮漫滩、漫堤预报预警提供实时观测资料；

用于辅助验潮井管1安装的第一安装基体2，通过其侧壁上设有的第一通孔211，使其可以在水域中安装的时候，排出装置内部的水体或气体，并且第一安装基体2在进行安装的时候由吊机吊运至指定位置，待第一安装基体2的底部部分接触到泥底后，并且通过保护壳体21内部设有的驱动器27通过皮带29带动空心转轴26上的皮带轮28转动，进而驱动空心转轴26转动，空心转轴26上的螺旋叶片210也随之转动，进而使空心转轴26的楔形端部旋入到水域底部的泥床内；空心转轴26上端部连通有气路22，即在第一安装基体2旋转的同时通过气路22向空心转轴26内部输入气体，并使气体通过第二通孔212外排，一方面，通过空心转轴26和螺旋叶片210的旋转，使外排的气流围绕空心转轴26形成螺旋向上的旋流，使螺旋叶周围的泥土或泥水获得向上的力，使之更容易被螺旋叶片210排出，并且降低泥土粘到螺旋叶片210或空心转轴26上的几率，避免出现卡死现象；另一方面，在遇到较为坚硬的泥块阻碍螺旋叶片210的运动时，通过外排的螺旋气流能够对坚硬的泥块冲击，且利用气泡破碎来分解泥块，能够降低空心转轴26卡死的几率；另一方面，其能够利用螺旋气流来对第一安装基体2周围生物干扰驱赶，降低水生物附着的可能性。

请参阅图1、图2、图6、图7，验潮井管1的上端部设有验潮井盖11，验潮井盖11下方设有限位环13，限位环13设于验潮井管1的内侧壁上，限位环13上设有弹簧柱12，弹簧柱12上设有紫外线灯14，紫外线灯14倾斜于水平面设置，验潮井管1的下部内部上设有压力水位计15，验潮井管1的下部内部上设有采集模块16，验潮井管1的下端部设有消波器17，消波器17具有漏斗状结构；

通过验潮井管1内部上方倾斜设置的紫外线灯14，一方面，能够对验潮井管1内部进行紫外线杀菌；另一方面，通过设计紫外线灯14的倾斜设计以及两侧的弹簧柱12结构，能够实现验潮井管1内部有水体波动或者气流波动的情况下，来使紫外线灯14自适应性上下位移，这样有利于紫外线灯14发射的光线在验潮井管1内壁照射范围扩大，全面对验潮井管1内壁进行杀菌处理，避免水生生物粘附；另一方面，通过弹簧柱12能够对验潮井管1发生撞击灯的情况下，对紫外线灯14体起到防护作用；另一方面，在验潮井管1内上部设置有利于降低紫外线灯14体工作产生的热量对底部的传感器检测精度造成影响；消波器17具有的漏斗形状，能够用来控制验潮井管1的进水量，在海面或水面有波浪时，其可以对验潮井管1内部的压力水位计15读数起到缓冲作用，防止读书出现较大的变化波动，同时，消波器17下方具有的细小直径的出入水口，能够有效防止水生生物的附着；

请参阅图2、图4、图5，第二安装基体5具有板状结构，第二安装基体5上设有紧固圈3，第一安装基体2通过紧固圈3与验潮井管1固定连接，紧固圈3具有8字形结构，紧固圈3的外侧壁上周向设有若干个橡胶板31，橡胶板31具有中空结构，橡胶板31的中部设有弹性件33，弹性件33的两侧固定连接有摆动板32，摆动板32具有板状结构且表面开设有通槽；

验潮井管1与第一安装基体2外侧通过一个或者多个紧固圈3进一步紧固，一方面，使验潮井管1与第一安装基体2之间实现稳固连接，防止验潮井管1掉落或产生松动或倾斜，从而导致验潮井管1内部的压力水位计15等传感器部件获取数据不准确；另一方面，其能够通过橡胶板31和摆动板32防止船只撞击，以及利用摆动板32的上下摆动来削减波浪能量，降低验潮井管1的震动频率。

请参阅图1-3，该海岸侵蚀与潮位实时监测装置的使用方法，其步骤如下：

S1：对潮位站进行选址，潮位站选址主要考虑以下几个方面因素：

（1）观测环境代表性

潮位站选址应该保证所选位置与外海水体交换良好，此外还应考虑历史最低潮位时水深不低于一定深度，风浪影响因素其次；

（2）安全性

不会因为船只碰撞造成验潮基础设施造成破坏；

（3）便利性

交通、供电和通信条件适宜；

综合以上几个因素，对大亚湾湾区进行现场考察，初步确定7个点适宜建设验潮站；

S2：到达所选位置以后，通过在验潮井管1内部安装紫外线灯14、压力水位计15、采集模块16，以及在验潮井管1的底部安装消波器17；

S3：最后再将将第一安装基体2和验潮井管1置于紧固圈3内并固定，随后使第二安装基体5的另一端部固定连接到陆基4上，随后再通过第一安装基体2内的空心转轴26的转动，使其固定于水域底部的泥床内，验潮井管1随之固定。

本发明提供的实施例二：

请参阅图1、图2，由于该装置在实际使用过程中会受到台风、过往船只碰撞或者其它因素影响，所以需要在陆基4上安装风速仪18和避雷针19，通过风速仪18对周围风速进行监测，并且利用避雷针19防止恶劣天气下装置电子器件被闪电击中，若出现零部件损坏时，在天气及风浪条件允许下，安排工作人员到现场进行修复和更换。

本发明提供的实施例三：

请参阅图1、图2，为了保证系统稳定和连续工作，为每一个观测站点配专用太阳能供电电源，即在陆基4上安装太阳能电池板110和数据采集箱111，结合电源系统和专用直流供电电源实现潮位站的供电需求，主要为测量传感器、数据采集箱111和通信系统现场提供不间断直流供电，其中，电源系统由以下部分组成：太阳能电池板110、电源箱、蓄电池、充放电控制器、连接电缆和接插件等，并且，配备的电源控制模块具有自动充电功能、稳压功能，可以浮充，保证太阳能供电停止情况下，系统正常工作时间不小于15天，防止观测数据中断；

数据接收处理软件接收数据采集器发送的观测数据，并实时监控设备的工作状态，数据通过4G网络加密实时发送到数据中心。

本发明提供的实施例四：

请参阅图2、图7，压力水位计15需在市场正常购买，为了修正大气压力对压力测量的影响，压力水位计15内置高精度气压传感器，最大误差不超过0.3hPa。

压力水位计15需具有以下特点：

1.压力水位计安装方式灵活，可安装在标准验潮井中，也可依托码头或海底固定物进行简易安装；

2.数据采集、处理、传输符合《海洋观测规范》（GB/T 14914.2-2019）要求，可自动挑选高低潮和潮时，对潮位要素进行自动采集、处理和存储；

3.可以根据需求集成温盐、风速风向或温湿度等传感器；

4.采样频率1Hz，保存每分钟的原始观测数据，最大可以保存60天的原始数据；

5.支持RS232/485、4G、北斗和Internet等多种有线和无线数据传输方式；

6.安装、操作和维护简单、方便，可以采用有井和无井多种方式安装；

7.配置电容触摸屏，人机交互友好；

8.内置实时时钟和高精度气压传感器；

9.压力传感器采用防泥沙过滤、防生物附着设计，环境适应性强。

压力水位计15的参考技术指标如下表：

技术指标

压力水位计15的数据采集、处理方法完全满足《海洋观测规范》（GB/T 14914.2-2019）要求，可自动挑选高低潮和潮时，对潮位要素进行自动采集、处理和存储，可以与全国海洋水文气象观测网有机融合。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。