英国Partrac公司Voyager II海底泥沙原位测试平台

    VoyagerII海底泥沙原位测试平台是目前用于研究海洋和河流现场水底泥沙的原位测试平台，弥补了泥沙研究领域原位测量。与实验室水槽实验获得数据相比，Voyager II Sea Flume采集的数据是原位数据，是直接、真实的现场数据。 海流（混合着潮位变化、波浪等）会造成海床泥沙的悬浮和输运，输沙现象在河流、河口、海岸等研究和工程中，发挥着至关重要的作用。水底泥沙的悬浮、移动、输送直接影响着港口的疏浚、近岸工程设施根基的冲刷、季节性海滩变化、河床的稳定性等。泥沙输送还造成了水底沉积物和水体之间的营养盐的交换，以及底泥污染物的再悬浮并回到水体中。因此，对现场的水底泥沙进行原位研究，意义重大。水底泥沙是否容易被水流侵蚀（erodibility）VoyagerII提供的十多种数据来回答这个问题：泥沙悬浮临界流速、侵蚀速度和动态侵蚀过程等。

应用领域： 海底稳定性、港口疏浚、水底污染物再悬浮、河堤和河床的稳定性、河口淤积变化、航道疏浚、近岸工程设施根基的冲刷、季节性海滩变化、海底生态环境的稳定性。

Partrac 提供两种型号的海底泥沙原位测试平台：

第一种是自容式，自带电池舱，数据存储在内部，回收后再下载数据进行分析。

第二种是通过电缆从船上供电，数据实时传输到船上的笔记本电脑。

工作原理：

将Voyager II 测试平台静置在海床上，平台主体是一个环形水槽，倒扣在海底，底部与海底相通，水槽内部的水循环驱动系统可让水槽内的海水产生单向或往复循环流动（可以对海底产生往复振荡式冲刷），流速从低到高逐级加速，模拟真实海洋环境中的流速变化。安装在水槽内部的传感器包括流速仪和浊度仪等，可监测不同流速下的海底泥沙的悬浮和沉降（侵蚀与淤积）。平台自动进行测试并采集数据，一般连续工作1-2 小时。

VoyagerII 海底泥沙原位测试平台提供下列科学数据：

1. 泥沙再悬浮临界力Critical entrainment stress (0crit)

2. 静水质量沉积速率Stillwater mass deposition rate (M)

3. 侵蚀率—应力关系Form of the erosion rate – stress relationship(-0)

4. 侵蚀沙粒粒径(通过水样采集分析) Eroded particle size versus 0 (via water sampling)

5. 推移质输沙率Bedload transport rate (qb)

6. 污染物和营养物交换(通过采集的水样测试) Contaminant and nutrient flux (via water sampling)

7. 中值沉降速度Median settling velocity ((s)

8. 波浪侵蚀速率(双向水槽驱动系统) Wave erosion rates (reversing drive train)

9. 临界沉降力(通过摩擦力计算) Critical deposition stress (by fraction) (d)

10. 海床粗糙度&生物特性Bed roughness & biological attributes

        VoyagerII 海底泥沙原位测试平台即将布放入水

         VoyagerII 海底泥沙原位测试平台侧视结构图

应用案例

Seabed Mobility Assessment, Aggregate Levy Sustainability Fund海底稳定性分析（客户Aggregate Levy Sustainability Fund）沿英国海岸线的很多地方增加了很多近海岸采矿业。采矿业向附近海床排放了大量的粒径细微的沉积物，改变了原有的海床环境，导致海床更容易被海水侵蚀。英国UK Defra Aggregate LeveySutainability Reseach Fund (ALSF)资助研发了在原位定量测量海床稳定性的海洋仪器。Nutrient Exchange, Southern North Sea (CEFAS/Defra)营养盐交换，北海南部在此项目中，VoyagerII 被布放在欧洲北海3 个地点，用于测量泥沙和营养盐动力传输和交换。目前该海域的泥沙和营养盐输送和交换关系和数量尚不明确。三个测量点的海床沉积物，两个是泥质（muddy），一个是沙质（Sandy)。VoyagerII 测量了泥沙侵蚀速率和侵蚀深度，还有营养盐的交换。在Dogger 海域，VoyagerII 在淤泥海床的布放深度打破记录，达到83m。这项工作成功发表了一篇论文：Thompson et al., Estuarine, Coastal and Shelf Science 94 (2011) 77-88.。Wetland Peat Erosion, Florida Everglades泥煤湿地的侵蚀，美国佛罗里达Everglades湿地（美国南佛罗里达水管理局）作为美国佛罗里达 Everglades 湿地综合恢复计划（Comprhensive Everglades Restoration Plan ，CERP)的一部分，湿地内的水流流速将被恢复到一个历史的高位，但很多人担心这样将导致湿地底部的泥煤和富含有机质的底部沉积物将被再悬浮，进入水体中，并流失或输送到其他地方。VoyagerII 平台被委以重任，在多个地点进行了原位测试后，提供临界再悬浮流速及其引起的底层絮状体的侵蚀速率。数据显示湿地底部极不稳定，对水流速度变化非常敏感，不稳定性随流速呈指数性增加。