專利名稱：河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及環(huán)境保護(hù)與資源綜合利用領(lǐng)域，尤其涉及一種河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
為探明全球變暖條件下，水域中溫室氣體吸收及排入作用的變化及其對(duì)環(huán)境的影響，需要對(duì)水氣界面的氣體通量研究進(jìn)行分析和研究。目前對(duì)水域中溫室氣體排放研究大部分是基于經(jīng)過水面擴(kuò)散到大氣中的通量，長(zhǎng)期以來，人們根據(jù)地表系統(tǒng)溫室氣體(C02、CH4、N20)通量的基本特征和近地層大氣中氣體傳輸機(jī)制發(fā)展了各種溫室氣體通量監(jiān)測(cè)方法，主要大類包括模型估算法(化學(xué)計(jì)量法)、通量箱法、微氣象法、遙感反演法等，其中通量箱法價(jià)位適中，可以快速運(yùn)輸和布置，測(cè)試簡(jiǎn)單、精確，可以連接實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)，是靜水水域氣體通量監(jiān)測(cè)的常用方法。在河道中，水流紊動(dòng)劇烈，水氣通量受風(fēng)速、行船、人為干擾等影響較大，在時(shí)空分布上并不均勻，已有測(cè)量資料表明，在同一時(shí)刻，相鄰兩點(diǎn)的氣體通量瞬時(shí)值可相差10倍以上，在湍流環(huán)境中，通量箱會(huì)上下、左右浮動(dòng)，改變了氣-水界面的湍動(dòng)，也會(huì)影響單個(gè)箱體進(jìn)行測(cè)量時(shí)的精度?，F(xiàn)在有兩種技術(shù)方案可改善該現(xiàn)象，一是增加通量箱的底面積，使其盡可能覆蓋水體運(yùn)動(dòng)的影響范圍；另一方案是使通量箱自由隨湖和河面的水運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量。但若增大通量箱底面積，則攜帶不便，不適合長(zhǎng)期的野外監(jiān)測(cè)，同時(shí)會(huì)增加通量箱體積，造成取樣時(shí)間過長(zhǎng)，影響監(jiān)測(cè)效率，再者也會(huì)增加通量箱壁和水表面的摩擦，過多人為改變湍流，測(cè)得的擴(kuò)散通量會(huì)偏離實(shí)際。通量箱自由隨湖和河面的水運(yùn)動(dòng)時(shí)進(jìn)行測(cè)量則不易實(shí)現(xiàn)，一是實(shí)時(shí)在線測(cè)量的情況下，儀器笨重，不易和通量箱一起漂移，另外對(duì)于人為干擾較多的河道上，漂移方案無法規(guī)避行船、貨輪等，易對(duì)測(cè)量人員及測(cè)量?jī)x器造成傷害，因此需要采取新的方法及設(shè)備，改善河道中動(dòng)力條件下水氣界面通量測(cè)量精度的問題。公開于該實(shí)用新型背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在加深對(duì)本實(shí)用新型的一般背景技術(shù)的理解，而不應(yīng)當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，改善測(cè)量精度，提高通量箱測(cè)量方法的適用范圍。根據(jù)本實(shí)用新型，提供一種河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，包括:多個(gè)通量箱；通量箱掛載繩，所述多個(gè)通量箱分別固定在所述通量箱掛載繩上；分析儀進(jìn)口混氣裝置，每個(gè)通量箱的出氣口分別連接到所述分析儀進(jìn)口混氣裝置的分支輸入氣路，每個(gè)分支輸入氣路上分別設(shè)置有通量箱出口調(diào)節(jié)閥；分析儀出口分散裝置，每個(gè)通量箱的進(jìn)氣口分別連接到所述分析儀出口分散裝置的分支輸出氣路，每個(gè)分支輸出氣路上分別設(shè)置有通量箱進(jìn)口調(diào)節(jié)閥；氣體分析儀，所述氣體分析儀的進(jìn)氣口和出氣口分別與所述分析儀進(jìn)口混氣裝置的輸出氣路和所述分析儀出口分散裝置的輸入氣路連通。優(yōu)選地，所述通量箱進(jìn)口調(diào)節(jié)閥和所述通量箱出口調(diào)節(jié)閥為電磁閥。優(yōu)選地，每個(gè)所述分支輸入氣路和每個(gè)所述分支輸出氣路的通氣口徑相同。優(yōu)選地，每個(gè)通量箱在所述通量箱掛載繩上的固定位置是能夠調(diào)整的。優(yōu)選地，每個(gè)通量箱能夠從所述通量箱掛載繩上拆下。優(yōu)選地，所述通量箱掛載繩上設(shè)有帶夾片的活扣掛鉤，所述掛鉤通過夾片及螺絲可移動(dòng)地固定在繩上，所述活扣掛鉤可與通量箱通過活扣連接。優(yōu)選地，所述分析儀出口分散裝置、所述通量箱進(jìn)口調(diào)節(jié)閥、所述通量箱出口調(diào)節(jié)閥、所述分析儀進(jìn)口混氣裝置與所述氣體分析儀一起置于在監(jiān)測(cè)船中，且置于所述氣體分析儀附近。本實(shí)用新型的有益效果是:沿水流方向布置多點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，可有效減少水體流動(dòng)及波動(dòng)對(duì)單點(diǎn)采樣結(jié)果造成的影響，保證測(cè)量精度，同時(shí)各裝置可模塊化組裝，可根據(jù)實(shí)際需要增減通量箱數(shù)量，方便攜帶，易于在野外實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)時(shí)實(shí)施。

圖1是本實(shí)用新型裝置的模塊連接框圖；圖2是通量箱連接示意圖；圖3是通量箱掛載繩結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明1:通量箱 2:通量箱掛載繩3:通量箱進(jìn)口電磁閥4-通量箱出口電磁閥5:氣體分析儀出口分散裝置6:氣體分析儀進(jìn)口混氣裝置7:通氣軟管8:氣體分析儀9:通量箱掛鉤環(huán)10:夾片11:活扣掛鉤12:螺絲。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本實(shí)用新型的河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置通過沿水流方向同時(shí)布置多個(gè)通量箱，減弱單個(gè)點(diǎn)水氣界面通量瞬時(shí)變化對(duì)測(cè)量精度的影響。為使多個(gè)通量箱能同時(shí)采樣，并與分析儀器相連，該裝置還包括通量箱掛載繩、通量箱進(jìn)口電磁閥，通量箱出口電磁閥，分析儀進(jìn)口混氣裝置、分析儀出口分散裝置和分析儀，通量箱與調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)閥與分析儀進(jìn)口混氣裝置及分析儀出口分散裝置間優(yōu)選為相同管徑的通氣軟管連接。分析儀的進(jìn)氣口和出氣口分別與分析儀進(jìn)口混氣裝置的輸出氣路和分析儀出口分散裝置的輸入氣路連通。調(diào)節(jié)閥可以采用本領(lǐng)域已知的用于調(diào)節(jié)氣體通量的閥門，例如電磁閥。通量箱固定在通量箱掛載繩上，優(yōu)選地，可以采用可拆卸的固定方式和/或可移動(dòng)的固定方式將通量箱固定在掛載繩上從而可以根據(jù)實(shí)際需要增減通量箱數(shù)量和/或調(diào)節(jié)通量箱在掛載繩上的固定位置，進(jìn)而改變通量箱在掛載繩上的布局。所采用的固定方式可以是諸如夾緊、鉤掛、綁縛等本領(lǐng)域已知的方式。連接通量箱的掛載繩可以是一條或多條。通量箱在掛載繩上的排列可以是單列或多列。根據(jù)水文環(huán)境的需求，通量箱在掛載繩上可以采用串列、并列或者串并列混合的方式來布置。本實(shí)用新型的使用繩來連接的方式也可以是使用剛性材料或剛性材料與柔性材料組合的方式來連接，以確保滿足通量箱在測(cè)量過程中不隨著水流改變的間距要求。在實(shí)際測(cè)量當(dāng)中，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)水文環(huán)境或其他需求，確定所使用的通量箱的數(shù)量和布局。在選擇單列串列式通量箱布局時(shí)，可采用下述步驟進(jìn)行河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量:I)為捕捉空間一點(diǎn)通量的隨體變化，需要考慮水流輸移作用的影響，因此首先測(cè)量待測(cè)水域水體流速V (以m/s計(jì))，再根據(jù)氣體分析儀采樣頻率f，計(jì)算Ll=V/f，其中LI為單個(gè)樣點(diǎn)采樣間隔中水流輸移距離。2)在河道中，由于行船、風(fēng)、波浪等多種因素的影響，水面波動(dòng)比較劇烈，相應(yīng)由于水面波的卷吸、翻滾對(duì)水氣表面氣體通量的空間變化會(huì)造成較大的影響，因此，多樣點(diǎn)的采集范圍應(yīng)大于水面上波高超過5cm (通量箱淹沒在水下的深度)。因此測(cè)量前應(yīng)估算動(dòng)力條件下水域中小波高超過5cm的優(yōu)勢(shì)波的波長(zhǎng)分布，確定優(yōu)勢(shì)波長(zhǎng)λ，比較λ及LI的值，選其中較大值作為測(cè)量控制區(qū)域的值L，且應(yīng)為掛載繩應(yīng)有的最小有效長(zhǎng)度。3)為使通量箱能夠在掛載繩上分布開來，通量箱的個(gè)數(shù)N應(yīng)滿足2 ( N〈L/D+1，其中D為通量箱直徑。N=I時(shí)也是可行的，只是此時(shí)只有一個(gè)通量箱，與傳統(tǒng)測(cè)量方法的情形一致。優(yōu)選地，可以采用公式N=L/(5XD)+1結(jié)果取整確定所需要的通量箱的個(gè)數(shù)，若N>5，則取N=5。4)調(diào)整通量箱在繩上的固定位置，使通量箱沿L分布滿足高斯積分點(diǎn)的要求，即通量箱沿L分布應(yīng)滿足下表要求:
權(quán)利要求1.一種河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，其特征在于，包括: 多個(gè)通量箱(I); 通量箱掛載繩(2 )，所述多個(gè)通量箱(I)分別固定在所述通量箱掛載繩(2 )上； 分析儀進(jìn)口混氣裝置(6)，每個(gè)通量箱(I)的出氣口分別連接到所述分析儀進(jìn)口混氣裝置(6)的分支輸入氣路，每個(gè)分支輸入氣路上分別設(shè)置有通量箱出口調(diào)節(jié)閥； 分析儀出口分散裝置(5)，每個(gè)通量箱(I)的進(jìn)氣口分別連接到所述分析儀出口分散裝置(5)的分支輸出氣路，每個(gè)分支輸出氣路上分別設(shè)置有通量箱進(jìn)口調(diào)節(jié)閥； 氣體分析儀(8 )，所述氣體分析儀(8 )的進(jìn)氣口和出氣口分別與所述分析儀進(jìn)口混氣裝置(6)的輸出氣路和所述分析儀出口分散裝置(5)的輸入氣路連通。
2.如權(quán)利要求1所述的河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述通量箱進(jìn)口調(diào)節(jié)閥和所述通量箱出口調(diào)節(jié)閥為電磁閥。
3.如權(quán)利要求2所述的河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，其特征在于，每個(gè)所述分支輸入氣路和每個(gè)所述分支輸出氣路的通氣口徑相同。
4.如權(quán)利要求1所述的河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，其特征在于，每個(gè)通量箱在所述通量箱掛載繩(2)上的固定位置是能夠調(diào)整的。
5.如權(quán)利要求1所述的河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，其特征在于，每個(gè)通量箱能夠從所述通量箱掛載繩(2)上拆下。
6.如權(quán)利要求4或5所述的河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述通量箱掛載繩(2)上設(shè)有帶夾片(10)的活扣掛鉤(11)，所述掛鉤(11)通過夾片(10)及螺絲(12)可移動(dòng)地固定在繩上，所述活扣掛鉤(11)可與通量箱通過活扣連接。
7.如權(quán)利要求1所述的河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，其特征在于，所述分析儀出口分散裝置(5)、所述通量箱進(jìn)口調(diào)節(jié)閥(3)、所述通量箱出口調(diào)節(jié)閥(4)、所述分析儀進(jìn)口混氣裝置(6)與所述氣體分析儀(8)—起置于在監(jiān)測(cè)船中，且置于所述氣體分析儀(8)附近。
專利摘要一種河道水氣界面氣體通量在線測(cè)量裝置，涉及環(huán)境保護(hù)與資源綜合利用領(lǐng)域。為了提高測(cè)量速度及精度，擴(kuò)大通量箱測(cè)量方法的適用范圍，本實(shí)用新型將多個(gè)通量箱通過掛繩、掛鉤按高斯積分點(diǎn)的分布沿水流流向布置，并將通量箱逐個(gè)由通氣軟管、電磁通量閥與氣體分析儀相連，同時(shí)通過電磁通量閥使各通量箱通氣量之比按所在積分點(diǎn)的權(quán)重之比分配，可實(shí)現(xiàn)河道水氣界面氣體通量在線快速、準(zhǔn)確測(cè)量。
文檔編號(hào)G01N33/00GK202956373SQ201220682330
公開日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者蔣定國, 戴會(huì)超, 劉偉, 別玉靜, 唐夢(mèng)君 申請(qǐng)人:中國長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司