專利名稱：水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及生態(tài)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，具體涉及在天然水域開展水下氣泡的收集及其通量監(jiān)測研究用的水下氣泡收集裝置，特別適用于在河道、水庫等水動(dòng)力條件下的水下氣泡收集與監(jiān)測，屬環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
氣泡釋放是天然水體(河流、湖泊)內(nèi)各種氣態(tài)物質(zhì)向大氣傳輸?shù)膬煞N主要方式之一(另一種方式為擴(kuò)散傳輸)。天然水域中，形成于水底(河底、湖底)的氣態(tài)物質(zhì)(如CO2>CH4>H2S等)在特定的物理化學(xué)條件下(溫度、壓力、水質(zhì)理化性質(zhì)等)聚集成微小氣泡粘附在水底的土壤顆粒表面，并在適宜條件下(如水力擾動(dòng)、溫度升高等)從底質(zhì)土壤顆粒表面脫附，在上升過程中逐漸聚集形成較大氣泡通過水-氣界面釋放入大氣(見圖I)。溫度、靜水壓力、水動(dòng)力條件是影響水體中氣泡生消、上升遷移的主要因素。有研究顯示，在熱帶、亞熱帶淺水水庫中，通過氣泡形式釋放進(jìn)入大氣的溫室氣體(CO2XH4)總量約占水-氣界面溫室氣體總通量的40%飛0%。氣泡釋放過程對(duì)于水-氣界面氣體總通量的貢獻(xiàn)不容忽視。對(duì)天然水體中氣泡釋放量進(jìn)行監(jiān)測，是全面掌握天然水體水-氣界面氣體通量特征的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是進(jìn)一步揭示特定水體關(guān)鍵生源要素生物地球化學(xué)循環(huán)的重要基礎(chǔ)，具有突出的科學(xué)研究價(jià)值。目前，國內(nèi)未見有天然水域氣泡收集與通量監(jiān)測的相關(guān)報(bào)道。而國際上常用的方法是使用圓錐形倒置漏斗狀的氣泡收集裝置，垂直布設(shè)于水下，收集裝置頂端開孔，連接到充滿水且承插固定在裝置頂端的氣體收集器上(通常為小型針筒)，收集上升的氣泡(見圖2)，裝置采用軟性PVC或PU材質(zhì)帆布縫制，固定在錐形鋁質(zhì)骨架上，收集面直徑Im (見圖2)，并通過彈力繩連接到頂端浮標(biāo)上，裝置底部為2. 5kg鉛塊配重(見圖3)并采用錨和配重固定于水底，整個(gè)裝置位于水面下f 2m處(見圖3)。由于采氣泡過程需長期將裝置穩(wěn)定放置于水中，使用傳統(tǒng)裝置進(jìn)行采樣時(shí)需滿足采樣點(diǎn)附近水體相對(duì)靜滯且水位基本穩(wěn)定的水動(dòng)力條件要求，以避免出現(xiàn)“翻斗”或傾斜的現(xiàn)象；且要求河床底部相對(duì)平緩以避免錨滑落至更深處(坡度小于20度)，影響采樣。但在實(shí)際水域中，氣泡的形成受到各種環(huán)境因素的綜合作用，往往帶有隨機(jī)性和復(fù)雜性。長期的野外試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，目前國際上常用的傳統(tǒng)倒置漏斗形氣泡收集與通量監(jiān)測方法存在以下顯著不足一、裝置設(shè)計(jì)上的不足I)倒置漏斗體積過大，圓錐直徑lm、高度lm，攜帶不便，不適宜于野外觀測；由于裝置迎水面較大，較小的流速便可使裝置出現(xiàn)明顯傾斜，偏離垂直狀態(tài)收集的設(shè)計(jì)初衷，影響通量計(jì)算。2)裝置采用金屬支架固定的軟性PVC/PU材質(zhì)帆布縫制而成，故在實(shí)際使用中經(jīng)常在個(gè)別地方產(chǎn)生褶皺，易使氣泡在這些部位局部粘附、累積，阻礙其迅速匯聚至頂層的氣泡收集器中。同時(shí)，帆布縫制接縫處不易實(shí)現(xiàn)密封，易在接縫處出現(xiàn)氣泡跑漏。3)在較大水流與水壓作用下，迎水一面的軟性帆布層易出現(xiàn)凹陷，影響氣體收集，使測試結(jié)果出現(xiàn)偏差。同時(shí)，完成采樣后需完全收起位于水下的氣泡收集裝置，在壓力改變的作用下，裝置側(cè)面極易出現(xiàn)壓癟凹陷的現(xiàn)象，干擾內(nèi)部氣壓穩(wěn)定性，使氣體跑漏或再溶解于水中，出現(xiàn)采樣監(jiān)測誤差。4)倒置漏斗頂端與氣體收集器采用的是直接嵌入式連接，氣密性不夠高；受到流速、水位變幅等條件的干擾，接縫處撕扯厲害，易出現(xiàn)接縫處氣泡的跑漏，造成測試誤差。5)由于漏斗收集裝置使用面料較粗的材質(zhì)，在天然水體(尤其是富營養(yǎng)化水體中)長期放置容易使其內(nèi)外壁出現(xiàn)附著性藻類或真菌的大量生長，干擾了氣泡沿著裝置內(nèi)壁向上匯聚的過程；而裝置外表面附著生長大量固著型藻類(絲狀藻、苔蘚等)不僅給裝置從水下收起制造了一定障礙，大大增加了繞流阻力，也使裝置外表不易清洗，給裝置重復(fù)使用造成了較大麻煩。二、氣泡收集與監(jiān)測方法上的不足I)通量計(jì)算方法上的不足 傳統(tǒng)的氣泡通量計(jì)算方法以相對(duì)靜滯的水域(如湖泊、無顯著流動(dòng)的水庫等)為背景，以倒置漏斗裝置底面積作為氣泡收集面積范圍，其計(jì)算公式為
-2 氣體濃度(mg-m~T)x氣泡收集的體積(.m3)飛猶中放L里C-. 冰倒置漏斗底面枳(《Οχ監(jiān)測周期(J)但在有流速條件下繞流阻力使氣體收集裝置出現(xiàn)顯著傾斜，這使得氣泡的實(shí)際收集面積同倒置漏斗底面積存在一定偏差，通量監(jiān)測結(jié)果存在誤差。2)氣泡采集方法上的不足傳統(tǒng)的氣泡采集方法是將裝置用錨固定于水底(見圖3)，在水面設(shè)置浮標(biāo)以維持裝置在水下的垂直狀態(tài)并指示其所在位置以便于收氣。該方法在操作時(shí)較為復(fù)雜，且僅適宜于在靜水的穩(wěn)定狀態(tài)，無法適用于如水位短期內(nèi)大幅漲落、水中存在較大流速等復(fù)雜水動(dòng)力條件。當(dāng)出現(xiàn)水位較大漲落時(shí)(水庫調(diào)蓄時(shí))，易出現(xiàn)裝置跑位、或淹沒浮標(biāo)而出現(xiàn)無法收集的情況；當(dāng)出現(xiàn)流速較大時(shí)(洪峰通過時(shí))，則易出現(xiàn)裝置“翻斗”的現(xiàn)象。同時(shí)，每次取氣時(shí)需將整個(gè)漏斗裝置完全收起，而由于靜水壓力的存在，不但不易收起，現(xiàn)場試驗(yàn)工作強(qiáng)度大，而且收起過程中內(nèi)部氣壓改變將使氣泡出現(xiàn)跑漏或再溶解于水中，導(dǎo)致整個(gè)采樣過程失敗或存在較大誤差。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型的目的就在于提供一種方便作業(yè)、采樣誤差小的適宜于在天然水體復(fù)雜水動(dòng)力條件下(大幅度水位漲落或水中有明顯流速)的水下氣泡收集裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，包括倒置漏斗，倒置漏斗頂部設(shè)有開口向下的集氣瓶和浮標(biāo)，集氣瓶通過瓶口的瓶塞設(shè)有進(jìn)氣管和排水管，進(jìn)氣管穿過瓶塞進(jìn)入集氣瓶底部，在倒置漏斗敞口部通過繩子連接有配重吊墜，其特征在于所述倒置漏斗頂部設(shè)有管狀連接頭，管狀連接頭與倒置漏斗內(nèi)部相通，管狀連接頭上緊套有導(dǎo)氣軟管，導(dǎo)氣軟管另一端與進(jìn)氣管連接；所述浮標(biāo)通過繩子連接在倒置漏斗的外表面，集氣瓶與浮標(biāo)固定在一起并在連接浮標(biāo)的繩子拉直的情況下導(dǎo)氣軟管處于松弛狀態(tài)。進(jìn)一步地，所述倒置漏斗由金屬薄皮材料制作，在接縫處進(jìn)行焊接密封，倒置漏斗敞口部安裝鍍鋅鋼圈形成底部圓形骨架。所述管狀連接頭為鋼管，鋼管焊接于倒置漏斗頂部，在鋼管外表面設(shè)有用于增加與導(dǎo)氣軟管連接強(qiáng)度的向下的鋸齒形紋理。更進(jìn)一步地，所述倒置漏斗內(nèi)壁、鍍鋅鋼圈外表面和管狀連接頭內(nèi)壁涂有一層光滑的高分子防銹漆層。 所述倒置漏斗敞口部外緣對(duì)稱焊有用于固定連接配重吊墜的繩子的鋼扣；倒置漏斗頂部外緣對(duì)稱焊有用于固定連接浮標(biāo)的繩子的鋼扣；在倒置漏斗外壁上對(duì)稱焊有把手。所述金屬薄皮材料為鍍錫鐵板(馬口鐵)或輕質(zhì)鋁板。所述集氣瓶上設(shè)有反映氣泡收集量的刻度；所述導(dǎo)氣軟管為硅膠管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果I.本裝置解決了在水動(dòng)力下和在裝置放置-收起過程中出現(xiàn)的軟性材質(zhì)壓癟問題，裝置重量較傳統(tǒng)裝置并未顯著增加，而裝置內(nèi)部氣密性和光滑度得到提升，更有利于氣泡順滑匯聚至頂部集氣瓶中。2.取消底部拋錨固定收集的采樣方法，將氣泡采樣方法改進(jìn)為“水平錨繩兩端固定+浮標(biāo)標(biāo)示+底部配重”的新方法，滿足復(fù)雜水動(dòng)力條件下(流速過大或水位劇烈波動(dòng)等)長期氣泡收集要求。3.在收集區(qū)域內(nèi)近岸設(shè)置錨繩用以固定裝置，錨身一端為近岸陸地，另外一端為航道浮標(biāo)或?qū)Π蛾懙?。由于近岸航?biāo)和對(duì)岸陸地可以適時(shí)調(diào)整，避免了傳統(tǒng)漏斗收集裝置因大幅度水位漲落出現(xiàn)的移位、淹沒或翻斗等現(xiàn)象。4.根據(jù)現(xiàn)場氣泡釋放強(qiáng)度情況，確定在一條水面錨繩上裝置的個(gè)數(shù)以及在水面錨繩上的具體位置，并可根據(jù)實(shí)際氣泡釋放情況調(diào)整位置，以增加氣泡收集率，使用靈活。5.本裝置可以長期放置于水下，收氣時(shí)僅需將集氣瓶在水下旋蓋密封然后自然取出。由于集氣瓶位于水面，避免了傳統(tǒng)裝置易出現(xiàn)因氣壓改變而導(dǎo)致收集氣體跑漏或再溶解的現(xiàn)象，有效減少了采樣誤差。6.由于采用頂部固定的方案，故在采樣中可僅取出集氣瓶，而不用完全收起裝置，大大降低采樣誤差，大幅減少現(xiàn)場工作強(qiáng)度。

圖I-水下氣泡產(chǎn)生及其釋放示意圖。圖2-國外常用的傳統(tǒng)倒置漏斗形氣泡收集裝置外觀示意圖。圖3-國外常用的傳統(tǒng)倒置漏斗形氣泡收集裝置在水下的設(shè)置方式示意圖。圖4-本實(shí)用新型氣泡收集裝置示意與頂部大樣圖。圖5-本實(shí)用新型氣泡收集裝置的水面集氣瓶部分示意圖。圖6-本實(shí)用新型氣泡收集裝置各部分組配示意圖。圖7-本實(shí)用新型氣泡收集裝置在水下采樣示意圖。圖8-本實(shí)用新型氣泡收集裝置在水流狀態(tài)下的受力分析圖。圖9-本實(shí)用新型氣泡收集裝置傾斜角O同配重吊墜重量G、水流流速r的函數(shù)關(guān)系圖。圖10-當(dāng)配重吊墜重量G為49N、98N時(shí)本氣泡收集裝置傾斜角β (° )同水流流速r (m/s)的函數(shù)關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合 附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。參見圖4-6，從圖上可以看出，本實(shí)用新型水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，包括倒置漏斗I，倒置漏斗I頂部設(shè)有開口向下的集氣瓶2和浮標(biāo)3，集氣瓶2通過瓶口的瓶塞設(shè)有進(jìn)氣管4和排水管5，進(jìn)氣管穿過瓶塞進(jìn)入集氣瓶底部。排水管實(shí)為一連通管，排水管一端位于集氣瓶內(nèi)，另一端穿出瓶塞位于集氣瓶外。當(dāng)氣泡通過進(jìn)氣管進(jìn)入集氣瓶時(shí)，即將水排出。在倒置漏斗I敞口部通過繩子(尼龍繩)連接有配重吊墜6。所述倒置漏斗I頂部設(shè)有管狀連接頭7，管狀連接頭7與倒置漏斗I內(nèi)部相通。管狀連接頭7上緊套有導(dǎo)氣軟管8 (實(shí)施例為硅膠管)，導(dǎo)氣軟管8另一端與進(jìn)氣管4連接。所述浮標(biāo)3通過繩子(尼龍繩)連接在倒置漏斗I的外表面，集氣瓶2與浮標(biāo)3固定在一起并在連接浮標(biāo)的繩子拉直的情況下導(dǎo)氣軟管處于自然松弛狀態(tài)，并不受力拉伸。進(jìn)一步地，所述倒置漏斗由金屬薄皮材料制作，如鍍錫鐵板(馬口鐵)或輕質(zhì)鋁板，在接縫處進(jìn)行焊接密封，倒置漏斗敞口部安裝鍍鋅鋼圈形成底部圓形骨架。所述管狀連接頭7為鋼管，鋼管焊接于倒置漏斗頂部，在鋼管外表面設(shè)有用于增加與導(dǎo)氣軟管連接強(qiáng)度的向下的鋸齒形紋理，既連接牢固，密封性也得到增強(qiáng)。更進(jìn)一步地，所述倒置漏斗內(nèi)壁、鍍鋅鋼圈外表面和管狀連接頭內(nèi)壁涂有一層光滑的高分子防銹漆層，使氣泡經(jīng)過的路徑光滑，更利于氣泡的收集。所述倒置漏斗敞口部外緣對(duì)稱焊有用于固定連接配重吊墜的繩子的鋼扣；倒置漏斗I頂部外緣對(duì)稱焊有用于固定連接浮標(biāo)的繩子的鋼扣9 ;在倒置漏斗I外壁上對(duì)稱焊有把手10。因?yàn)榈怪寐┒酚山饘俦∑げ牧现谱骱螅砻婀饣ㄟ^鋼扣可以拴系尼龍繩，使浮標(biāo)和吊墜便于與倒置漏斗連接。而把手的設(shè)置同樣便于裝置的安放和收起。本實(shí)用新型將原有裝置“軟性PVC帆布+骨架”的材質(zhì)組合調(diào)整為用馬口鐵(鍍錫鐵板)或輕質(zhì)鋁板等輕質(zhì)硬性材料制作，在接縫處進(jìn)行密封焊接，底部圓形骨架采用相同直徑(如700mm)的細(xì)鍍鋅鋼圈焊接固定支承，底端外緣對(duì)稱焊有用于綁定底部懸掛配重的鋼扣。同時(shí)，裝置頂部密封焊接一支內(nèi)徑為長度為80mm-120mm的鋼管,鋼管管口刻有內(nèi)翻鋸齒形紋理，用于承插入收氣硅膠管并同氣泡收集瓶相連(圖4)。鋼管同漏斗頂部連接端焊有用于同頂部浮標(biāo)綁定的鋼扣(圖4)。倒置漏斗側(cè)邊對(duì)稱焊有把手，以便于收起裝置(附圖4)。金屬裝置全部涂上一層高分子防銹漆層，并保證內(nèi)外壁光滑。裝置制作完成后需進(jìn)行閉水試驗(yàn)，確保焊接接縫處完全密封。通過上述改進(jìn)解決了在水動(dòng)力下和在裝置放置-收起過程中出現(xiàn)的軟性材質(zhì)壓癟問題，裝置重量較傳統(tǒng)裝置并未顯著增加，而裝置內(nèi)部氣密性和光滑度得到提升，更有利于氣泡收集至頂部集氣瓶中。另外，集氣瓶與硅膠管連接同時(shí)固定在浮標(biāo)上而不埋于水中，集氣瓶容積為400 500ml并設(shè)有刻度，瓶口留有一小截連通管固定于瓶身用于排出瓶內(nèi)多余的水(圖5、圖6)。據(jù)此，倒置漏斗可以長期放置于水下，收氣時(shí)僅需將集氣瓶在水下旋蓋密封然后自然取出。由于集氣瓶位于水面，避免了傳統(tǒng)裝置易出現(xiàn)因氣壓改變而導(dǎo)致收集氣體跑漏或再溶解的現(xiàn)象，有效減少了采樣誤差，也避免了傳統(tǒng)裝置需將整個(gè)漏斗完全收起才能夠取到氣體的困難，大幅減少了現(xiàn)場工作強(qiáng)度。為了減少了迎水面積，降低裝置的繞流阻力，本實(shí)用新型適當(dāng)縮小氣泡收集裝置的尺寸。將倒置漏斗調(diào)整為底部直徑為600_ 700_、高為900 1000_的圓錐形。同傳統(tǒng)裝置相比，改進(jìn)后裝置迎水面積縮小約30% (以700_計(jì))，裝置底面積和裝置體積縮小約51% (以IOOOmm計(jì))，圓錐形裝置的頂角約縮小了 28% (原裝置頂角約為53° ,改進(jìn)后約為38° )。由于適當(dāng)減少了裝置的底表面積和體積，有效減少了迎水面積，降低裝置的繞流阻力，減少其在有流速條件下的傾斜程度，而且也更加便攜。另一方面，尺寸調(diào)整后，氣泡更易匯聚至頂端。而由于縮小所帶來的收集面積下降則可以通過增加現(xiàn)場裝置施放數(shù)量予以 克服。本實(shí)用新型監(jiān)測步驟為I)水下氣泡收集裝置的安放將前述水下氣泡收集裝置安放于氣泡收集區(qū)域水體中，浮標(biāo)3浮于水面并系在水面錨繩11上，倒置漏斗I在配重吊墜6的作用下沒在水中，水面錨繩11的一端固定于岸邊，另一端固定于航道浮標(biāo)或?qū)Π?，見圖7。根據(jù)實(shí)際氣泡收集的需要，水下氣泡收集裝置可以有若干套，分別通過各自的浮標(biāo)系在水面錨繩上。2)氣體的收集在預(yù)先設(shè)定的監(jiān)測周期完畢后，僅需將集氣瓶在水下旋蓋密封后自然取出，測量集氣瓶內(nèi)氣體收集的體積和氣體濃度；3)氣泡釋放通量的計(jì)算在水流作用下，倒置漏斗形氣泡收集裝置將出現(xiàn)一定傾斜，將影響倒置漏斗形氣泡收集裝置的通量計(jì)算。故本實(shí)用新型以倒置漏斗形收集裝置傾斜狀態(tài)下底面實(shí)際投影面積為基準(zhǔn)，引入傾斜角〃，修正通量計(jì)算方法，修正后的通量計(jì)算公式如下
f氣:體濃度(rag WT1)X氣體收集的ΙΦ積(Yfit)
謹(jǐn)成A里(郵.·^=iiiift(ra^)x'coS(isi' xiei......U)式中傾斜角Θ為倒置漏斗相對(duì)于豎直線的夾角；裝置底面積為倒置漏斗敞口端面積。倒置漏斗形氣泡收集裝置傾斜角β同倒置漏斗形氣泡收集裝置底部的配重吊墜重量W)、漏斗迎水面積U)、水平流速(K)成特定的函數(shù)關(guān)系。為確定上述函數(shù)關(guān)系，本實(shí)用新型引入工程流體力學(xué)中的繞流阻力計(jì)算模型，開發(fā)了低流速條件下( O. 5m/s)倒置圓錐漏斗在特定配重條件下的傾斜角〃計(jì)算模型，用于倒置漏斗形氣泡收集裝置氣泡通量的修正。a)基本背景與總方程任意物體放置于具有流動(dòng)特征的粘性流體(如水)中，將受到繞流阻力(平行于水流方向)和繞流升力(垂直于水流方向)的影響。工程上常采用實(shí)驗(yàn)所得的半經(jīng)驗(yàn)公式求得繞流阻力(/P與繞流升力(F)，具體公式如下
Jfij = CDpu2aa Ad/2
1 = Pu mAjJ2[0062]其中'Fd、Fl分別為繞流阻力和繞流升力'CD、Cl分別為繞流阻力系數(shù)、繞流升力系數(shù)，在水力計(jì)算手冊(cè)中選取經(jīng)驗(yàn)值為液體密度為未受到繞流影響以前流體與物體的相對(duì)速度a、a￡分別為繞流物體垂直于流速方向上的投影面積和水平于流速方向上的投影面積。對(duì)繞流的物體，其雷諾數(shù)為Re二vd/ r ;其中，r為液體的流速；d為繞流物體的直徑；r力液體的運(yùn)動(dòng)粘度。b)模型概化與受力分析本實(shí)用新型針對(duì)天然水域氣泡收集的實(shí)際特點(diǎn)，對(duì)上述計(jì)算模型進(jìn)行概化如下I.倒置漏斗采用輕質(zhì)硬性材料，其重力以及水對(duì)裝置本身的浮力較為接近，均忽略不計(jì)；下方所懸掛配重吊墜密度較大，且體積相對(duì)較小，忽略水體對(duì)下方配重吊墜的浮力，僅考慮底部配重吊墜的重力。受力分析圖見圖8，箭頭表示水流作用力方向。2.天然水域中水體通常流速較小(O I. Om/s)，且能夠滿足以氣泡形式形成釋放的流速水平更低。結(jié)合野外觀測經(jīng)驗(yàn)，通常，流速超過O. 5m/s時(shí)水體混合條件不易使氣體以完整氣泡的形式上升釋放至水面。本實(shí)用新型著重考慮水流流速范圍在O. O O. 5m/
So3.在前述流速條件下，倒置漏斗形氣泡收集裝置受到水流的繞流作用力僅考慮繞流阻力，且傾斜角β通常較小，繞流升力可以忽略，在高流速條件下出現(xiàn)的邊界層分離和尾渦區(qū)亦可忽略不計(jì)。4.裝置在絕大多數(shù)條件下(≥99%的概率水平)，其雷諾數(shù)均位于500至2Χ IO5之間，故根據(jù)水力計(jì)算表查得，該區(qū)間內(nèi)繞流阻力系數(shù)G基本不變，故在模型概化中將G作為常數(shù)來處理，G取值為I。5.在前述流速條件下，裝置的傾斜角β通常較小(一般不超過8。)。當(dāng)裝置傾斜角較小時(shí)，認(rèn)為裝置頂端、底部圓心和底部配重吊墜懸掛處處于同一直線上，忽略由于底部配重吊墜所產(chǎn)生的微小位移。c )模型計(jì)算當(dāng)?shù)怪寐┒返讖綖?00mm、高為IOOOmm時(shí)，根據(jù)前述概化，采用力矩平衡的方法計(jì)算倒置漏斗形氣泡收集裝置的繞流阻力大小，并確定了傾斜角β同配重吊墜重量G、水流流速r的函數(shù)關(guān)系，見圖9，模型簡化后公式為
權(quán)利要求1.水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，包括倒置漏斗(I)，倒置漏斗(I)頂部設(shè)有開口向下的集氣瓶(2 )和浮標(biāo)(3 )，集氣瓶(2 )通過瓶口的瓶塞設(shè)有進(jìn)氣管(4)和排水管(5 )，進(jìn)氣管穿過瓶塞進(jìn)入集氣瓶底部，在倒置漏斗(I)敞口部通過繩子連接有配重吊墜(6)，其特征在于所述倒置漏斗(I)頂部設(shè)有管狀連接頭(7)，管狀連接頭(7)與倒置漏斗(I)內(nèi)部相通，管狀連接頭(7)上緊套有導(dǎo)氣軟管(8)，導(dǎo)氣軟管(8)另一端與進(jìn)氣管(4)連接；所述浮標(biāo)(3 )通過繩子連接在倒置漏斗(I)的外表面，集氣瓶(2 )與浮標(biāo)(3 )固定在一起并在連接浮標(biāo)的繩子拉直的情況下導(dǎo)氣軟管處于松弛狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，其特征在于所述倒置漏斗(I)由金屬薄皮材料制作，在接縫處進(jìn)行焊接密封，倒置漏斗敞口部安裝鍍鋅鋼圈形成底部圓形骨架。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，其特征在于所述管狀連接頭(7)為鋼管，鋼管焊接于倒置漏斗頂部，在鋼管外表面設(shè)有用于增加與導(dǎo)氣軟管連接強(qiáng)度的向下的鋸齒形紋理。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，其特征在于所述倒置漏斗內(nèi)壁、鍍鋅鋼圈外表面和管狀連接頭內(nèi)壁涂有一層光滑的高分子防銹漆層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，其特征在于所述倒置漏斗敞口部外緣對(duì)稱焊有用于固定連接配重吊墜的繩子的鋼扣；倒置漏斗頂部外緣對(duì)稱焊有用于固定連接浮標(biāo)的繩子的鋼扣；在倒置漏斗(I)外壁上對(duì)稱焊有把手(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，其特征在于所述金屬薄皮材料為鍍錫鐵板或輕質(zhì)招板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，其特征在于所述集氣瓶(2)上設(shè)有反映氣泡收集量的刻度；所述導(dǎo)氣軟管(8)為硅膠管。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種水動(dòng)力條件下水下氣泡收集裝置，收集裝置的倒置漏斗敞口部通過繩子連接有配重吊墜；倒置漏斗頂部設(shè)有管狀連接頭，管狀連接頭通過導(dǎo)氣軟管與集氣瓶進(jìn)氣管連接；浮標(biāo)通過繩子連接在倒置漏斗的外表面，集氣瓶與浮標(biāo)固定在一起。監(jiān)測時(shí)，先將氣泡收集裝置安放于水體中，浮標(biāo)浮于水面并系在水面錨繩上，水面錨繩的一端固定于岸邊，另一端固定于航道浮標(biāo)或?qū)Π?；再進(jìn)行氣體的收集，最后在計(jì)算氣泡釋放通量時(shí)考慮倒置漏斗的傾斜角θ即可。本實(shí)用新型方便作業(yè)、采樣誤差小，適宜于在天然水體復(fù)雜水動(dòng)力條件下(大幅度水位漲落或水中有明顯流速)的水下氣泡收集和通量監(jiān)測。
文檔編號(hào)G01N33/00GK202471679SQ20122011393
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者何萍, 姚驍, 張利萍, 張呈, 李哲, 王琳, 王欽, 郭勁松, 龔本洲 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)