一、海床基的前卫设计理念及其它的特殊作用

（一）、系统研究的意义和必要性
海床基是“九五”863-818-01-01课题“近海环境自动监测技术”中的三个方面的关键技术之一，主要用于对所在海域的水文、水质等项目进行定点、长期、连续、综合的自动监测，特别是在灾害天气、台风、大浪等恶劣天气条件下能顺利完成人力所不能完成的监测任务，为海洋的资源开发、灾害预报、环境监测、工程施工、军事活动及科学研究提供服务。
我国是一个海洋大国，大陆海岸线长18000多公里，可管辖的海域面积约300万平方公里。在这辽阔的蓝色国土上蕴藏着丰富的生物资源、化学资源、矿产资源、水资源能源及空间资源等。海洋给予了人类赖以生存和发展的很多资源和机遇。要合理开发和利用海洋，保护海洋环境，首先应了解海洋，而认识与了解海洋正是从海洋环境监测开始，它是获取长期、连续的海洋环境资料的唯一途径。能够直接为沿海工程、港口建设、交通运输、海洋生物资源开发、海洋环境监测、湿地保护及近岸海洋开发提供研究、评价和作业必不可少的依据。同时我们必须做好海洋环境监测，为海洋灾害预警报提供可靠的第一手材料，为减灾防灾服务。

（二） 、国内外现状分析
随着科学技术的飞速发展，许多国家都建立了立体环境监测系统，除美国、德国等发达国家外，第三世界的诸多国家也都相继建成或正在建设现代化的能够长期业务运行的监测站或设备，其主要特点是：
1、将其他领域大量的新技术和新成果及时的注入海洋监测技术中，如微电子技术、计算机技术、现代通讯技术等。
2、主要环境参数都实现了自动监测能够提供各种实时监测资料数据。
3、模块化、集成化和网络化的原理设计自动监测系统，便于操作和管理。
国内现状：
系统在项目指标、综合能力、可靠性、稳定性通用性等方面与国外同类产品之间存在一定差距，接近九十年代中期水平。

（三） 、现有技术和工作基础
海床基主要有五部分组成：
(1)声学悬浮泥沙浓度剖面仪 利用悬浮泥沙对声波的后向散射作用测量悬浮泥沙浓度的剖面分布。剖面仪上安装了两只声换能器。一只朝上，测量从安装点至其上方大约30m处各层的悬浮泥沙浓度，分为128层；另一只朝下，测量从安装点至海底各层的悬浮泥沙浓度，分为64层。
(2)悬浮泥沙自动采样器 配备了24个采水瓶自动定时采水。在海床基系统回收之后，对采集的水样进行常规分析，可以订正悬浮泥沙浓度剖面仪和粒径谱测量仪获得的数据。
(3)压力式波浪／潮位测量仪 一方面，利用海底精密压力传感器测量总压力值，配合岸上测量的大气压值，计算海面高度，求得潮位；另一方面，把压力波谱转换为表面波谱，得出表面波浪的各种参数。
(4)声学矢量海流计 利用声学原理测量海流的两个水平分量，通过矢量平均得到邻近海底水层的流速流向。自动进行声速温度订正。
(5)系统安装平台 搭载上述4项仪器设备，使它们形成一个海床基悬浮泥沙和波潮流综合测量系统。系统安装平台的设计为分体可组合式，便于使用时根据需要进行组合。

（四）、系统总体目标
研究海床基风暴海洋动力过程和泥沙运移过程自动监测关键技术，包括悬浮泥沙的浓度剖面、悬浮泥沙的自动取样，流、浪、水位环境背景监测和反演等多项技术，并集成为一套海床基海洋环境自动监测系统。系统可放置在近岸数十米水下，工作数十天。平时系统中的各种设备以预置的采样周期自动测量设备投放处的悬浮泥沙的浓度剖面，并自动采集水样以备分析比较；同时自动监测海流、潮位和海面的波浪。系统回收后，通过系统软件建立起当地海中悬浮泥沙参数与海洋动力背景参数之间的时空联系，为风暴海洋环境研究和近岸工程设计提供服务。为工程环境及河口海湾泥沙冲淤过程的监测和研究服务。经进一步开发，形成海床基海洋环境自动监测高技术产品，支持海洋环境和工程环境的监测和服务。

（五）、主要研究内容
海床基海洋环境自动监测系统主要是对风暴海洋动力过程和泥沙运移过程进行自动监测。系统由稳坐海底的水下设备平台、海洋动力参数测量仪器及控制设备和海洋悬浮泥沙监测仪器组成。主要研究内容：
(1)泥沙特性监测技术
1)研究声学悬浮泥沙浓度剖面自动监测技术。
2)研究现场悬浮泥沙自动采样技术。
3)研究悬浮泥沙浓度比测技术。
(2)海洋动力环境背景监测技术
1)研究波浪水位监测技术。
(3)水下平台设计和系统集成技术
1)研究水下多设备平台系统集成技术。
2)研究恶劣海况下仪器安全和回收技术。
(4)研究系统数据处理和显示技术。

（六）、主要技术指标
(1)工作水深：10 ─ 50 m； 水下工作时间：≮25 d；
工作方式： 自容式。
(2)声学悬浮泥沙浓度剖面仪，浓度范围：0. 1～5g/l（定量测量），≥ 5g/l（定性测量）准确度≤ ± 20％ 。
(3)现场自动采样装置，一次作业过程可采24瓶样品，采水量每瓶： 600ml，用于悬浮泥沙测量的校准和沙样分析。
(4)测量波浪、水位和海流环境背景参数
水位测量范围 10m， 准确度≤0.2％FS；
波高测量范围 0～20m，准确度±(0.3+5％×读数)m
海流测量范围 ±250cm/s，流向范围0～360°,准确度±5°；
海流测量准确度：当流速 ≤20cm/s时为±1cm/s，
当流速 ≥20cm/s时为±5％×读数；
(6)释放回收可靠度:≥80％ 。

二、海洋资料遥测浮标

海洋资料浮标起初仅用于海洋科学研究试验，20世纪70年代达到业务使用程度，80年代开始成为某些国家海洋环境监测的一种常规手段。我国的浮标发展起步较晚，在八五期间海洋资料浮标作为重点科技攻关项目，海洋资料浮标进入实质性的应用阶段。我国浮标网主要由3部分构成：1、海上浮标和岸站接收系统；2、浮标资料的收集、传输及加工系统；3、浮标管理及保障系统。根据对海洋资料的需求，结合我国海区水文气象的特征，近海海洋资料浮标网由11个浮标站位组成，其中8个是固定站位，3个是机动站位（见附图1）。
海洋资料浮标在发达国家发展得比较成熟，他们在沿海布放了几十个海洋资料浮标，监视海洋环境的变化，为本国的经济发展提供服务。我国的海洋资料浮标品种也较多，我们预报中心拥有大型海洋资料浮标和小型波浪浮标9个，其中型浮标3个小型波浪浮标5个，正在使用的浮标有5个。大型浮标布放在东海E124°N23°30′，长期在站位工作，全自动无人值守，主要承担近海海面水文气象环境的监测，对海上台风进行前沿实时的监测，以及为海上工程、生产提供服务。特别是台风实时监测对风暴潮侵袭的强度提供有力判断依据，对沿海地区的防灾减灾，为地方政府提供决策依据有着积极的意义。预报中心有3个大型浮标，目前布放在站位正常工作的一个。根据国家浮标网和东海海区的实际需要，最好在近海布放3个大型浮标，进行区域监测；在沿海布放2个中小型浮标为港口、工程提供服务。大型浮标技术参数（见附表）。

附表
大型浮标技术参数
参数 测量范围 测量精度 备注
风速（m/s） 1.5～65 (±0.5+0.05V)×V V—实际风速
风向（°） 0～360 ±5°
气温（℃） －15～＋40 ±0.5℃
水温（℃） －3～＋35 ±0.5℃
气压（hPa） 800～1050 ±1 hPa
波高（m） 0.5～20 ±10%
波周期（s） 3～25 ±10%
通讯方式 实时卫星数据传输

三、展望（或能力扩展设想）

减轻海洋灾害的影响和危害对所有沿海城市都有重要意义，对上海这座海滨大都市的意义更为突出。海洋灾害（现象）发生、发展、移行和消失的监视监测，是预警和防御体系最重要和最基本的内容。全球范围的海洋灾害监视监测是通过海洋监测（或观测）网实现的，也就是说，海洋监测网的重要任务是通过对海洋环境要素及其变化的观测来发现、跟踪和测量那些导致海洋灾害的现象。海洋遥测浮标和海床基作为海洋监测网的重要一环，其作用上文已作表叙。海洋遥测浮标，现常年定点布设在东海F站位，是示范区最先监测到台风来临的监测点，及时准确的监测资料，对台风灾害的预警极为重要。十五期间，若能在东海E、G站位各布设一个常年定点遥测浮标（见附图1），加上现有的F站位浮标，构筑起示范区外环第一道海洋监测网。在长江口、洋山港海域定点布设若干小浮标和海床基，对海面和海底的监测由点到面，行成第二道海洋监测网。这必将大大提高海洋灾害预警的范围、海洋监测和预报能力。为 进一步健全包括海洋气象在内的海洋预报和海洋灾害预警防御系统。我们建议用先进技术设备不断更新海洋预报台和观测站的设备，增加海洋遥测浮标和海床基，逐步提高海洋适时探测能力和预警预报准确性，为上海国际航运中心的建设作出更大的贡献。

上海海洋环境监测中心站技术室
2003年7月19日