【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及海底勘探和海洋工程地質，具體而言，特別涉及一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監測方法。
技術介紹
1、在深海海底資源開發的不同階段，均會對海洋環境產生影響。采礦車移走海底固體礦物，巨型底棲生物將直接受到采礦車作業影響；激起的沉積物顆粒隨底流擴散形成羽狀流，顆粒物黏附在大型生物表面會堵塞其呼吸系統，重金屬等有毒物質對水體生物產生毒害作用；沉積物與水體界面脆弱的化學環境被打亂，以離子態為特征的間隙水混入近底層水廣泛擴散，對海底生態系統功能產生長期影響。此外，長期采礦作業過程中將產生光污染和噪聲污染。海底礦物加工過程中產生的大量廢棄物被丟棄在海洋中，大量從事運輸業的船舶在運輸過程中產生的污染物被直接排入海中，會給深海環境造成污染。由于深海資源通常處在地質構造較為復雜、斷裂活動比較顯著和集中的地區，深海開采后期很可能誘發地震、引起海底滑坡等地質災害。深海資源開采的這些環節，均會對深海生態系統產生影響。若要進行深海礦產資源的商業化開采，必須對深海采礦環境影響進行評價。羽流擴散環境監測是目前評價采礦環境影響程度的重要手段。
2、目前商業規模的采礦系統尚未定型，其對環境擾動的強度也無從評判，商業規模采礦對環境影響程度尚不明確。缺乏對深海羽狀流再沉積擴散和對深海底層環境和生物類群的影響研究，深海采礦形成的羽流嚴重程度和空間尺度尚存爭議，羽流擾動再沉積的響應機制尚不明晰。目前針對深海采礦羽流原位監測手段存在評估參數不全面、不精確，且無法長期對海底采礦羽流擴散進行原位監測，尚未建立深海采礦環境影響監測和評價技術方法體系，
技術實現思路
1、為了彌補現有技術的不足，本專利技術提供了一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監測方法，監測系統包含監測中心節點裝置和便攜式監測節點裝置，可以通過監測組網進行采礦羽流擴散的原位監測。
2、本專利技術是通過如下技術方案實現的：一種深海采礦羽流擴散原位監測系統，包括中心監測節點裝置，3個i型便攜式監測節點裝置、3個ⅱ型便攜式監測節點裝置，海面監測浮標；
3、中心監測節點裝置包括儀器框架，儀器框架分為上中下三部分，儀器框架的上部框架中心位置連接有第一凱夫拉纜一端，第一凱夫拉纜的另一端連接布放回收耐壓浮球，儀器框架的上部框架環繞其外部安裝有浮體材料，浮體材料的頂部安裝有聲學釋放器、銥星信標、光信標和聲學通訊機，儀器框架的上部框架內部四角安裝有4組第一海底耐壓浮球，儀器框架的上部框架內部順時針放置總控艙，溶解氧傳感器，雙目相機控制艙，ctd傳感器，儀器框架的上部框架的底部外圍順時針安裝有羽流粒子監測裝置、羽流環境圖像監測裝置以及羽流再沉積厚度監測裝置；儀器框架的中部框架內放置有四組海水溶解氧電池，儀器框架的底部框架為四條支撐腿并分別在底端通過配重脫鉤器安裝有座底配重托盤；
4、i型便攜式監測節點裝置包括回收信標和沉積物捕獲器，回收信標和沉積物捕獲器之間通過第二凱夫拉纜連接，回收信標內部安裝有4個第二玻璃浮球，回收信標的底部安裝有第二聲學通訊機，第二凱夫拉纜上等距安裝有3個羽流三維擴散監測系統，沉積物捕獲器的底部安裝有沉積物捕獲器電池倉，所述羽流三維擴散監測系統包括傳感器外倉以及連接在其一端的水密接插頭，傳感器外倉內部裝有電路板和采集器，水密接插頭內部裝有接線電極，接線電極為4個位置均布的鉑電極，比電極與自然電位電極均為鈦合金-石墨烯材料，氧化還原電極為鉑電極，各個子節點由一個ad采集實現電學參數的順序采集；
5、ⅱ型便攜式監測節點裝置包括第三玻璃浮球和節點裝置框架，第三玻璃浮球和節點裝置框架通過第三凱夫拉纜連接，節點裝置框架上部裝有第四耐壓浮球，節點裝置框架內部裝有第三聲學通訊器、電化學傳感器和ii型監測節點控制倉；
6、作為優選方案，羽流再沉積厚度監測裝置包括旋轉電機艙和光學測量艙。
7、作為優選方案，羽流環境圖像監測裝置包括照明單元和雙目相機。
8、作為優選方案，羽流電化學傳感器包括傳感器外殼，傳感器外殼的左右兩端分別裝有電學傳感器接頭和電化學傳感器數據接插件，傳感器外殼內部裝有電化學傳感器電極、電化學傳感器電路板和電化學傳感器數據采集器，電化學傳感器電極與電學傳感器接頭電性連接，電化學傳感器數據接插件與電化學傳感器數據采集器電性連接。
9、一種深海采礦羽流擴散原位監測系統的監測方法,其特征在于,具體包括以下步驟
10、步驟s1、平臺布放：中心監測節點裝置通過船機纜繩進行布放，布置在實際采礦作業區采礦車50?m范圍外；
11、步驟s2、確定流向：根據采礦車行駛距離，確定羽流流向位置；
12、步驟s3、節點布設：首先在采礦車周圍布設中心監測節點裝置，在采礦車羽流背向布設i型便攜式監測節點裝置，之后沿采礦車兩側每隔1km分別布設i型便攜式監測節點裝置和ii型便攜式監測節點裝置，涵蓋羽流布放范圍；中心監測節點裝置布放回收步驟為：
13、步驟s3-1、有纜下放：通過母船的地質羅盤進行下方，借助聲學釋放器進行勾住線纜，然后進行下放座底，之后聲學釋放器脫鉤；
14、步驟s3-2、設備依靠海水溶解氧電池進行供電，設備自身帶的鋰電池進行備用中心監測節點搭載的羽流粒子監測系統、羽流再沉積厚度監測系統、羽流環境圖像監測裝置、羽流生化環境監測裝置進行連續無間斷工作，隨時進行數據采集存儲，并進行無線傳輸；
15、步驟s4、組網觀測、根據采礦車行進方向及工作模型，中心監測節點裝置、i型便攜式監測節點裝置、ⅱ型便攜式監測節點裝置持續進行組網監測，將數據匯聚總控，通過聲學進行數據傳輸；
16、步驟s5、數據分析：
17、根據上傳的數據進行分析，?i型便攜式監測節點裝置搭載的羽流三維擴散原位監測傳感器采用自然電位，氧化還原電位，電阻率三者共同聯合反演濁度；
18、反演公式為：
19、
20、其中ρ為電阻率（ω·m），s為鹽度（‰），t為溫度(k)，s為懸浮顆粒物類型，c為海水懸浮顆粒物濃度(g·l-1)，k(s,t,s)為確定鹽度s、溫度t、羽流粒子類型 x，電阻率ρ隨羽流濃度c的變化率。sp為自然電位值（mv），s為鹽度，t為溫度(k)，x為羽流粒子類型，z為相對參比電極的水位高度(cm)，c為海水懸浮顆粒物濃度（g·l-1）。eh為氧化還原電位(mv)、s為鹽度（‰）、t為溫度（k）、 x為羽流粒子類型、ph為溶液的酸堿度、do為溶液溶解氧含量(mg·l-1)、 c為海水懸浮顆粒物濃度（g·l-1）、 j(s,t,s,ph,do)為確定鹽度s、溫度t、羽流粒子類型 x、溶液ph、溶液溶解氧含量do情況下氧化還原電位eh隨羽流濃度 c的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種深海采礦羽流擴散原位監測系統，其特征在于,包括中心監測節點裝置，3個I型便攜式監測節點裝置、3個Ⅱ型便攜式監測節點裝置，海面監測浮標；
2.根據權利要求1所述的一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監測方法,其特征在于,所述羽流再沉積厚度監測裝置（6）包括旋轉電機艙和光學測量艙。
3.根據權利要求1所述的一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監測方法,其特征在于,所述羽流環境圖像監測裝置（7）包括照明單元和雙目相機。
4.根據權利要求1所述的一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監測方法,其特征在于,所述羽流電化學傳感器（36）包括傳感器外殼（39），傳感器外殼（39）的左右兩端分別裝有電學傳感器接頭（38）和電化學傳感器數據接插件（43），傳感器外殼（39）內部裝有電化學傳感器電極（40）、電化學傳感器電路板（41）和電化學傳感器數據采集器（42），電化學傳感器電極（40）與電學傳感器接頭（38）電性連接，電化學傳感器數據接插件（43）與電化學傳感器數據采集器（42）電性連接。
5.如權利要求1-5之一的所述一種深海采礦羽流擴散
...【技術特征摘要】
1.一種深海采礦羽流擴散原位監測系統，其特征在于,包括中心監測節點裝置，3個i型便攜式監測節點裝置、3個ⅱ型便攜式監測節點裝置，海面監測浮標；
2.根據權利要求1所述的一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監測方法,其特征在于,所述羽流再沉積厚度監測裝置（6）包括旋轉電機艙和光學測量艙。
3.根據權利要求1所述的一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監測方法,其特征在于,所述羽流環境圖像監測裝置（7）包括照明單元和雙目相機。
4.根據權利要求1所述的一種深海采礦羽流擴散原位監測系統及其監...
【專利技術屬性】
技術研發人員：賈永剛，朱憲明，劉敬喜，權永崢，范智涵，魯德泉，劉禹維，彭鄭，徐宇柘，孫中強，鄭皓，李茂林，卓曉軍，
申請(專利權)人：中國海洋大學，
類型：發明
國別省市：
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