應(yīng)用聲、光學(xué)儀器原位觀測海底浮泥層動(dòng)態(tài)變化的對比研究*

劉曉磊, 馬路寬, 張 紅, 陸 楊, 陳安鐸, 張淑玉

(1. 中國海洋大學(xué) 山東省海洋環(huán)境地質(zhì)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237)

海底浮泥層是一種高濃度沉積物流體層，廣泛存在于海底表面，主要由細(xì)顆粒沉積物(黏土和粉土)與水混合而成，與上層含沙水體與下層固結(jié)海床之間具有相對明顯的分界面。浮泥層沉積物濃度較高，在重力作用下形成的重力流是細(xì)顆粒沉積物跨大陸架輸運(yùn)的重要機(jī)制[1-2]。此外，風(fēng)暴作用會(huì)誘發(fā)大范圍浮泥層形成[3]，其沿斜坡運(yùn)動(dòng)對海底工程設(shè)施威脅巨大。因此，研究浮泥層的形成與運(yùn)動(dòng)過程，對了解泥沙輸運(yùn)過程、海底地形地貌演變過程以及工程選址等具有重大意義。由于真實(shí)海洋環(huán)境復(fù)雜多變，對海底浮泥層動(dòng)態(tài)變化過程進(jìn)行研究，主要依賴現(xiàn)場原位觀測方法。

在進(jìn)行海底浮泥層判定時(shí)，國際上普遍將懸浮泥沙濃度10 g/L定義為浮泥層的濃度下限，將懸浮泥沙濃度達(dá)到10 g/L的水體定義為浮泥層上界面，海床位置處為浮泥層下界面[4-5]。自1980年代以來，隨著聲學(xué)和光學(xué)傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者陸續(xù)針對浮泥層動(dòng)態(tài)變化開展了現(xiàn)場原位觀測。Ogston等[6]使用了搭載光學(xué)后向散射傳感器OBS的觀測系統(tǒng)，于1996年冬季風(fēng)暴期間在加利福尼亞北部陸架觀測到了浮泥層形成，并在重力作用下形成重力流向海運(yùn)動(dòng)的過程。Hale等[3]使用聲學(xué)后向散射傳感器ABS于2010年在新西蘭Waipaoa河沿岸陸架測得浮泥層的懸浮泥沙濃度剖面，并測得近底懸浮泥沙濃度達(dá)到50 g/L。不同儀器受限于觀測原理，存在測量量程、測量范圍、測量精度、是否擾動(dòng)觀測點(diǎn)等方面的局限性，無法保證整個(gè)觀測過程均符合儀器的觀測要求，需要使用不同儀器對測量結(jié)果進(jìn)行對比，提高原位觀測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

本文通過現(xiàn)場潮灘試驗(yàn)?zāi)M海底浮泥層的動(dòng)態(tài)變化過程，采用4種國際主流的聲學(xué)和光學(xué)儀器對浮泥層要素進(jìn)行分析對比，探討不同儀器的時(shí)空分辨率、準(zhǔn)確度、影響因素與適用范圍，為浮泥層動(dòng)態(tài)變化過程現(xiàn)場原位觀測、海底沉積物輸運(yùn)與地形地貌演變研究提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)儀器及原理

1.1.1 高密度懸沙濃度剖面儀ASM 光學(xué)方法測量懸浮泥沙濃度是目前常用的現(xiàn)場觀測方法。光學(xué)后向散射傳感器OBS(Optical Back Scattering)廣泛用于懸浮物濃度研究[7-8]。其工作原理是向水體發(fā)射光束，光束由于水體中懸浮物作用發(fā)生散射，通過接收后向散射信號(hào)得到水體濁度。OBS測量的濁度能達(dá)到較高的精度，適用于現(xiàn)場原位觀測[9]。高密度懸沙濃度剖面儀ASM(Argue Surface Meter)測量原理與OBS相同，測量結(jié)果也與OBS具有很好的一致性[10]。本文采用德國Argus公司生產(chǎn)的ASM-IV探桿，其集成了144個(gè)OBS傳感器，傳感器間隔為1 cm，采集頻率0.2 Hz,量程為0～4 000 FTU，適用水深100 m，可有效測量濁度剖面隨時(shí)間的變化。

1.1.2 聲學(xué)多普勒流速儀ADV/ADP 聲學(xué)多普勒流速儀ADV(Acoustic Doppler Velocimetry)與聲學(xué)多普勒流速剖面儀ADP(Acoustic Doppler Profilers)是目前水力及海洋實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)流速測量儀器。使用聲學(xué)后向散射來測量顆粒濃度的方法已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于泥沙動(dòng)力過程的研究[11-12]。本文采用的ADV與ADP產(chǎn)自挪威Nortek公司，能向水體中發(fā)射0.4～2.0 MHz的聲波并接收聲散射信號(hào)，ADV采集頻率范圍為1～64 Hz，ADP采集頻率最高為1 Hz，適用水深500 m。從現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)中，可以提取有關(guān)水體懸浮顆粒物信息，經(jīng)過校正后可得測量點(diǎn)的懸浮泥沙濃度。

1.1.3 聲學(xué)蝕積儀AA400 聲學(xué)測深儀器通過發(fā)射器向海床方向發(fā)射一定頻率的聲波，聲波在接觸聲學(xué)最大反射面(即海床界面)反射后被接收器接收，通過計(jì)算聲波傳播速度和時(shí)間，得到發(fā)射器相對于海床界面的高程。本文采用韓國EOFE公司生產(chǎn)的聲學(xué)蝕積儀AA400，可發(fā)射450 kHz超聲波，可以垂直向下固定于四腳架進(jìn)行海床高程測量，采集頻率0.2 Hz，測量精度為1 mm，適用水深為100 m。

1.2 試驗(yàn)方法及過程

2019年7月22～30日，于東營市401采油平臺(tái)附近潮灘進(jìn)行試驗(yàn)(見圖1(a))。潮灘沉積物由黃河攜帶入海泥沙沉積形成，與黃河口形成的海底浮泥層具有相同的物質(zhì)來源[13]，該處沉積物的粉粒含量為60.2%，黏粒含量為15.4%，平均粒徑為0.029 mm。退潮時(shí)潮灘外露，便于現(xiàn)場觀測儀器布放與回收，能更好地進(jìn)行海底浮泥層動(dòng)態(tài)變化過程觀測。

在原始潮灘開挖一個(gè)長200 cm，寬60 cm，深80 cm的試坑，底部模擬原始海床。將光學(xué)懸沙剖面儀ASM、聲學(xué)多普勒流速剖面儀ADP、聲學(xué)多普勒流速儀ADV、聲學(xué)蝕積儀AA400使用觀測架固定，放置于試坑一端，另一端放置造波裝置進(jìn)行造波(見圖1(b))。儀器布放完畢后，選取潮灘土配置泥漿倒入試坑中，待儀器與水體穩(wěn)定開始觀測浮泥沉降過程，該過程用于比較在浮泥層存在的情況下不同儀器對懸浮泥沙濃度以及海床界面的響應(yīng)，共持續(xù)30 min。待沉降完畢，使用試坑另一端的造波裝置進(jìn)行造波，造波過程持續(xù)30 min，觀測并比較在波浪影響下，沉積物再懸浮過程中各儀器對海床界面變化的響應(yīng)。其中光學(xué)懸沙剖面儀ASM與聲學(xué)蝕積儀AA400每5 s分別測一次濁度剖面和海床高程，ADP采集頻率1 Hz，ADV采用高頻采集，采集頻率16 Hz。試驗(yàn)結(jié)束后得到了隨時(shí)間變化的水體濁度剖面(ASM)，單點(diǎn)聲后向散射強(qiáng)度(ADV)，聲后向散射強(qiáng)度剖面(ADP)，以及海床界面高程(AA400)。

圖1 潮灘試驗(yàn)場地俯視圖(a)及試驗(yàn)布置圖(b)

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 懸浮泥沙濃度觀測

觀測懸浮泥沙濃度(SSC)可使用光學(xué)懸沙剖面儀ASM直接得出濁度剖面，也可以使用聲學(xué)多普勒流速儀ADV/ADP得到聲后向散射強(qiáng)度，從而轉(zhuǎn)換為懸浮泥沙濃度數(shù)據(jù)。

根據(jù)聲后向散射的原理，在懸沙濃度較低的情況下(一般小于10 g/L)，聲后向散射強(qiáng)度(dB)正比于懸浮泥沙濃度[14](g/L)，兩者的對應(yīng)關(guān)系為：

log10(SSC)=aSV+b。

(1)

式中系數(shù)a、b為常數(shù)，本次潮灘實(shí)驗(yàn)未取得實(shí)時(shí)水樣，因此使用ASM所測懸浮泥沙濃度來校準(zhǔn)ADV和ADP。采用線性回歸分析方法，建立聲后向散射強(qiáng)度和懸浮泥沙濃度相關(guān)關(guān)系，從而將聲學(xué)儀器測得的聲后向散射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為懸浮泥沙濃度。

圖2為潮灘實(shí)驗(yàn)沉降過程中由ASM測量的水體濁度，并根據(jù)儀器自身的校正得到的懸浮泥沙濃度剖面[15]。從圖2中可以得到沉降過程下部懸浮沉積物濃度高于上部，并隨著時(shí)間推移，上部水體中懸浮沉積物濃度逐步降低，代表浮泥層的沉降過程。

圖2 沉降過程ASM所得懸浮泥沙濃度剖面

ADV探頭距離海床底部50 cm，其儀器本身具有15 cm的盲區(qū)，因此ADV所測數(shù)據(jù)為距離海床35 cm處的聲后向散射強(qiáng)度SV。使用對應(yīng)高度處ASM的OBS探頭所得到的輸出值濁度來校準(zhǔn)聲后向散射強(qiáng)度數(shù)據(jù)。以ASM所測SSC為標(biāo)準(zhǔn)，可將聲后向散射數(shù)據(jù)分為三部分：在SSC小于10 g/L的情況下，濁度與聲后向散射強(qiáng)度具有顯著的線性關(guān)系(見圖3(a))，擬合相關(guān)性R2等于0.92；在SSC大于10 g/L小于20 g/L的情況下，兩者的相關(guān)性減小(見圖3(b))，R2等于0.67。當(dāng)SSC大于20 g/L時(shí)，懸浮沉積物濃度過高，聲后向散射強(qiáng)度無法準(zhǔn)確有效反應(yīng)沉積物濃度的變化。

根據(jù)擬合結(jié)果得到聲后向散射強(qiáng)度SV與懸浮泥沙濃度之間的關(guān)系，對比ADV和ASM對懸浮泥沙濃度的響應(yīng)(見圖3(c))。發(fā)現(xiàn)當(dāng)SSC大于20 g/L時(shí)，使用校準(zhǔn)關(guān)系得到的ADV反演值與ASM實(shí)測值具有較大差距。在SSC小于20 g/L的范圍內(nèi)，ASM實(shí)測值與ADV反演值具有相似的變化趨勢。當(dāng)SSC大于6 g/L時(shí)，ADV反演值在實(shí)測值上下波動(dòng)，最終當(dāng)SSC小于3 g/L時(shí)，兩者趨于相等。

圖3 不同SSC范圍內(nèi)ADV聲后向散射強(qiáng)度Sv與log10(濁度)擬合曲線(a)～(b)及ADV與ASM對應(yīng)OBS探頭觀測懸浮泥沙濃度(SSC)結(jié)果對比(c)

ADP和ADV具有相同的原理，使用相同的方法對ADP所測得第一層的聲后向散射強(qiáng)度和對應(yīng)ASM的OBS探頭所測數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合(見圖4(a),(b))，得到ADP與ASM對懸浮泥沙濃度的響應(yīng)對比(見圖4(c))。擬合后相關(guān)性R2分別等于0.92與0.85，擬合效果良好。根據(jù)圖4發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SSC大于20 g/L時(shí)，ADP反演值與ASM實(shí)測值具有較大差距。在SSC小于20 g/L的范圍內(nèi)，ADP和ASM觀測數(shù)據(jù)的關(guān)系與ADV和ASM觀測數(shù)據(jù)的關(guān)系具有相似性，同樣具有同步的趨勢變化，當(dāng)SSC大于4 g/L時(shí)，ADP反演值在ASM實(shí)測值上下波動(dòng)，最終當(dāng)SSC小于3 g/L時(shí)，兩者趨于相等。

圖4 不同SSC范圍內(nèi)ADP聲后向散射強(qiáng)度Sv與log10(濁度)擬合曲線(a)～(b)及ADP與ASM對應(yīng)OBS探頭觀測懸浮泥沙濃度(SSC)結(jié)果對比(c)

對于整個(gè)剖面的聲后向散射強(qiáng)度數(shù)據(jù)，去除代表海床的異常值及以下區(qū)域，得到水體范圍內(nèi)的聲后向散射強(qiáng)度，若將擬合關(guān)系運(yùn)用到整個(gè)剖面，可以得到ADP所測的隨時(shí)間變化的懸浮泥沙濃度剖面(見圖5)。通過與ASM的實(shí)測懸浮泥沙濃度剖面(見圖2)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)在趨勢上兩者相同， 但是在靠近海床位置處兩者具有較大差距。由于該過程是一個(gè)沉降過程，因此顯然ASM所測泥沙濃度剖面更加準(zhǔn)確，簡單地將擬合關(guān)系運(yùn)用到整個(gè)ADP所測剖面是不準(zhǔn)確的。

圖5 沉降過程ADP所得懸浮泥沙濃度剖面

為了提高ADP觀測懸浮泥沙濃度的準(zhǔn)確性，并發(fā)揮ADP能測量剖面的優(yōu)點(diǎn)，對整個(gè)聲后向散射強(qiáng)度剖面的多個(gè)層與ASM所測懸浮泥沙濃度剖面進(jìn)行擬合，分析ADP對于各個(gè)分層的懸浮泥沙濃度測量準(zhǔn)確性。

對ADP所測聲后向散射強(qiáng)度使用六點(diǎn)法進(jìn)行進(jìn)一步的校正，將ADP所測有效剖面高度設(shè)為H，分別將0H、0.2H、0.4H、0.6H、0.8H、H六處高度的聲后向散射強(qiáng)度與其對應(yīng)高度的OBS探頭所測濁度進(jìn)行擬合，圖6展示了沉降階段0.2H、0.4H、0.6H、0.8H四處高度兩種儀器的對比，表1展示了沉降階段前期(13:40之前)和沉降階段后期(13:46之后)四處高度ADP所測懸浮泥沙濃度相對于ASM所測數(shù)據(jù)的相對誤差。發(fā)現(xiàn)在沉降階段前期，上部水體懸浮泥沙濃度較大，ADP所測得各水深的懸浮泥沙濃度與ASM所測數(shù)據(jù)差距較大。在沉降階段后期，水體中懸浮泥沙濃度下降，兩者在各水深的測量值相差極小。說明懸浮泥沙濃度極大地影響著ADP測量的準(zhǔn)確性。

((a)0.2 H處；(b)0.4 H處；(c)0.6 H處；(d)0.8 H處。 (a) at 0.2 H; (b) at 0.4 H; (c) at 0.6 H; (d) at 0.8 H.)

表1 ADP與ASM對應(yīng)OBS探頭觀測懸浮泥沙濃度相對誤差Table 1 Relative error of suspended sediment concentration observed by ADP and ASM /%

2.2 海床界面觀測

本文所采用的聲學(xué)蝕積儀AA400可以垂直向下固定于四腳架進(jìn)行海床高程測量，此外ASM也可以進(jìn)行海床高程變化觀測。ASM探桿在原位觀測的過程中，將探桿的一部分貫入海床，導(dǎo)致一部分OBS探頭在海床界面以下，當(dāng)水體懸浮泥沙濃度較低時(shí)，將超量程的數(shù)據(jù)分離出來，也可以得到海床界面位置。

選取加波階段的前10 min和后10 min進(jìn)行分析海床界面變化分析。圖7為加波階段的前10 min和后10 min兩種儀器對海床界面變化的響應(yīng)。在加波階段的前10 min，此時(shí)水體中懸浮泥沙濃度較低，ASM和AA400均能得到理想的海床界面位置，兩者絕對誤差在0.5 cm左右波動(dòng)。隨著波浪作用時(shí)間增加，近底懸浮泥沙濃度上升，逐漸超出ASM的量程范圍，影響了海床界面位置的判斷精度，但AA400仍能較理想地得到海床界面位置。在加波階段的后10 min，根據(jù)ASM測得的懸浮泥沙濃度剖面可知(見圖8)，該階段懸浮沉積物濃度較高且變化劇烈， AA400無法得到有效數(shù)據(jù)。水體中懸浮泥沙濃度超出ASM的測量量程，導(dǎo)致ASM無法分辨懸沙水體和海床界面。因此， 在高懸浮泥沙濃度(>30 g/L)的情況下， AA400和ASM均無法得到連續(xù)有效的海床界面位置，可作為風(fēng)暴作用誘發(fā)大規(guī)模浮泥層發(fā)育的標(biāo)志，并不影響AA400在實(shí)際使用過程中的適用性。

((a)加波階段前10 min；(b)加波階段后10 min。(a)The first ten minutes of wave action stage；(b)The last ten minutes of wave action stage.)

圖8 ASM所測懸浮泥沙濃度剖面(加波階段后10 min)

3 討論

3.1 時(shí)空分辨率

表2展示了本文所用儀器相關(guān)指標(biāo)。對于時(shí)間分辨率，AA400直接輸出相對高程，采集間隔為5 s；ASM進(jìn)行觀測時(shí)所有OBS探頭同時(shí)工作，也可得出同一時(shí)間的懸浮泥沙濃度剖面，每5 s測量一次；ADV、ADP直接輸出聲后向散射強(qiáng)度，ADP采集頻率可達(dá)1 Hz，ADV采集頻率可從1～64 Hz，具有高頻優(yōu)勢。對于長時(shí)間尺度的原位觀測，上述儀器的時(shí)間分辨率均能滿足懸浮泥沙濃度和海床界面觀測需要。

表2 海底浮泥層原位觀測儀器技術(shù)指標(biāo)

對于空間分辨率，ASM探桿可以測量懸浮沉積物濃度剖面，OBS傳感器排列間隔為1 cm，能對待測水體每1 cm分層進(jìn)行觀測；ADV可以得到測量點(diǎn)處15 mm范圍內(nèi)流速與聲后向散射強(qiáng)度，可視為單點(diǎn)數(shù)據(jù)；本文使用的高頻ADP測量層厚范圍可從0.7～15 cm，空間分辨率較高，而非高頻ADP測量層厚最小為10 cm，空間分辨率較低；AA400能夠精確監(jiān)測侵蝕、淤積引起的海床界面高程的變化速率，高程測量分辨率可達(dá)1 mm。

3.2 準(zhǔn)確度

以上幾種聲、光儀器的準(zhǔn)確度在實(shí)際工作過程中都會(huì)受到多種環(huán)境因素的影響，其影響因素主要包括：(1)懸浮泥沙濃度和氣泡。試驗(yàn)中沉降階段初期和加波階段后期懸沙濃度較大，聲衰減顯著，從而影響了ADP、AA400等儀器的測量，該臨界濃度受到儀器聲波頻率、海床沉積物性質(zhì)等影響。(2)海床沉積物。OBS的響應(yīng)與顆粒濃度成正比，與顆粒直徑成反比[16]，當(dāng)沉積物顆粒粒徑隨時(shí)間變化時(shí)，需要對OBS和粒徑進(jìn)行校正。此外海床沉積物的差異造成了對聲波的吸收和散射效果不同，會(huì)影響聲學(xué)儀器對海床界面的判定和懸浮泥沙沉積物的觀測。(3)溫度和鹽度。不同的溫鹽會(huì)影響聲波在水中的傳播速度，導(dǎo)致海床高程測量出現(xiàn)誤差。

懸浮泥沙濃度觀測方面，根據(jù)擬合結(jié)果(見圖3，4)，在低濃度(<10 g/L)情況下ASM、ADV、ADP均能準(zhǔn)確有效地得到懸浮泥沙濃度數(shù)據(jù)。在高懸浮泥沙濃度的情況下(SSC>20 g/L)(見圖6)，ADP所發(fā)射的高頻聲波穿透整個(gè)水體較為困難，聲衰減作用顯著，影響了對下部水體懸浮泥沙濃度的測量，相對誤差最高可達(dá)30.95%(0.8H處)。在沉降過程的后期，整個(gè)水體的懸浮泥沙濃度降低，因此ADP與ASM所測結(jié)果重新有了良好的一致性，相對誤差最高為11.06%(0.8H處)。該結(jié)果表示，使用ADP來測量懸浮泥沙濃度剖面極大地受到了水體懸浮泥沙濃度的制約，當(dāng)水體中的懸浮泥沙濃度高于一定值時(shí)，無法準(zhǔn)確地進(jìn)行懸浮泥沙濃度剖面觀測，且該值受到ADP聲波頻率、海床沉積物性質(zhì)等影響。若水體中高濃度含沙層離海床較近，聲波在上部水體中能量沒有被大量衰減，此時(shí)ADP也可以有效、準(zhǔn)確地測量該高濃度含沙層的懸浮泥沙濃度。

海床界面觀測方面，AA400聲波頻率較低，能穩(wěn)定測量海床界面高程變化，但在高懸浮泥沙濃度海況下難以工作。ASM簡單地將超量程部分定義為海床界面，在低懸沙濃度情況下觀測結(jié)果良好(見圖7)，但隨著懸沙濃度的上升，ASM無法將海床界面與高懸沙濃度水體分開，從而影響海床界面判別的準(zhǔn)確性。AA400更適合進(jìn)行海床界面位置的觀測。

3.3 適用范圍

ASM探桿使用光學(xué)原理，能對懸浮泥沙濃度剖面進(jìn)行觀測，適用于大多數(shù)的現(xiàn)場懸沙濃度觀測。但由于探桿的工作原理，ASM只能觀測探桿范圍內(nèi)的懸浮泥沙濃度剖面，無法滿足大范圍懸浮泥沙濃度剖面的觀測需要，且ASM探桿本身會(huì)在一定程度上造成水體擾動(dòng)，影響觀測結(jié)果。ADV雖然只能獲得單點(diǎn)的懸浮泥沙濃度變化，但是它不與觀測點(diǎn)的水體直接接觸，獲得的數(shù)據(jù)較ASM探桿頻率更高，可以根據(jù)高頻泥沙濃度數(shù)據(jù)與所測的高頻流速數(shù)據(jù)計(jì)算泥沙沉降速率[17]、底床切應(yīng)力[18]等。ADP，特別是高頻ADP具有上述兩者的優(yōu)點(diǎn)，且本身也不與待測水體直接接觸，但是它會(huì)受到聲衰減的影響，在高懸浮泥沙濃度海況下無法得到準(zhǔn)確的觀測結(jié)果，且由于儀器本身設(shè)計(jì)，增大測量分層密度需要減小測量的剖面范圍，反之增大測量剖面范圍需要減小分層密度，這在一定程度限制了ADP進(jìn)行小范圍觀測的適用性，但大范圍觀測相對ASM探桿更具有優(yōu)勢。若單獨(dú)使用ADP，則需要采集現(xiàn)場原位水樣進(jìn)行校正。表3展示了ASM、ADV、ADP與AA400對懸浮泥沙濃度條件和觀測時(shí)長的適用范圍，在符合該范圍的前提下，若需測量SSC剖面，則選擇ADP或ASM進(jìn)行觀測；若需高頻測量單點(diǎn)SSC，則選擇ADV進(jìn)行觀測。

表3 不同儀器對浮泥層現(xiàn)場原位觀測條件的適用范圍

AA400等聲學(xué)測高儀器不會(huì)直接接觸到海床界面，對現(xiàn)場擾動(dòng)小，且聲波頻率較低，能穩(wěn)定測量海床界面，觀測時(shí)長可達(dá)一個(gè)月，但是在高懸浮泥沙濃度的海況下難以工作。ASM探桿需要插入海床造成擾動(dòng)，也會(huì)受到量程的影響，因此在測量海床高程方面不如聲學(xué)蝕積儀AA400有優(yōu)勢。

4 結(jié)論

(1)在較低懸浮泥沙濃度條件(SSC<10 g/L)下對浮泥層進(jìn)行現(xiàn)場原位觀測時(shí)，ASM、ADV、ADP均能完成懸浮泥沙濃度的觀測要求，在SSC<3 g/L的情況下，ADV、ADP與ASM觀測結(jié)果十分接近。隨著SSC的增加，ADV、ADP測量準(zhǔn)確度降低，在高懸浮泥沙濃度條件(SSC>20 g/L)下，兩者無法準(zhǔn)確測量懸浮泥沙濃度。

(2)AA400等聲學(xué)測高儀器不會(huì)直接接觸到海床界面，對現(xiàn)場擾動(dòng)小，能穩(wěn)定測量海床界面。ASM探桿需要插入海床，會(huì)對海床造成一定的擾動(dòng)，同時(shí)在高懸浮泥沙濃度情況下無法分辨懸沙水體和海床，因此在測量海床高程方面不如聲學(xué)蝕積儀AA400有優(yōu)勢。

(3)海底浮泥層的現(xiàn)場原位觀測，需要使用多種儀器相互配合。其中，AA400更適合海床界面位置的觀測，ASM探桿更適合進(jìn)行懸浮泥沙濃度的測量，但結(jié)合ADV和ADP觀測到的浪流要素，能更加全面地描述風(fēng)暴作用下海底浮泥層的動(dòng)態(tài)演化過程，且ADP能對ASM測量范圍外的懸浮泥沙濃度剖面進(jìn)行補(bǔ)充。