专利名称：河道水气界面气体通量在线测量方法
技术领域：
本发明涉及环境保护与资源综合利用领域，尤其涉及一种河道水气界面气体通量在线测量方法。
背景技术：
为探明全球变暖条件下，水域中温室气体吸收及排入作用的变化及其对环境的影响，需要对水气界面的气体通量研究进行分析和研究。目前对水域中温室气体排放研究大部分是基于经过水面扩散到大气中的通量，长期以来，人们根据地表系统温室气体(C02、CH4、N20)通量的基本特征和近地层大气中气体传输机制发展了各种温室气体通量监测方法，主要大类包括模型估算法(化学计量法)、通量箱法、微气象法、遥感反演法等，其中通量箱法价位适中，可以快速运输和布置，测试简单、精确，可以连接实时测量系统，是静水水域气体通量监测的常用方法。在河道中，水流紊动剧烈，水气通量受风速、行船、人为干扰等影响较大，在时空分布上并不均匀，已有测量资料表明，在同一时刻，相邻两点的气体通量瞬时值可相差10倍以上，在湍流环境中，通量箱会上下、左右浮动，改变了气-水界面的湍动，也会影响单个箱体进行测量时的精度。现在有两种技术方案可改善该现象，一是增加通量箱的底面积，使其尽可能覆盖水体运动的影响范围；另一方案是使通量箱自由随湖和河面的水运动时进行测量。但若增大通量箱底面积，则携带不便，不适合长期的野外监测，同时会增加通量箱体积，造成取样时间过长，影响监测效率，再者也会增加通量箱壁和水表面的摩擦，过多人为改变湍流，测得的扩散通量会偏离实际。通量箱自由随湖和河面的水运动时进行测量则不易实现，一是实时在线测量的情况下，仪器笨重，不易和通量箱一起漂移，另外对于人为干扰较多的河道上，漂移方案无法规避行船、货轮等，易对测量人员及测量仪器造成伤害，因此需要采取新的方法及设备，改善河道中动力条件下水气界面通量测量精度的问题。公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容
本发明克服现有技术的缺点，提供一种河道水气界面气体通量在线测量方法，改善测量精度，提高通量箱测量方法的适用范围。根据本发明，提供一种河道水气界面气体通量在线测量方法，该方法包括如下步骤I)将多个通量箱分别固定到挂载绳上的不同位置；2)将每个通量箱的出气口分别连接到气体分析仪的分支输入气路，将每个通量箱的进气口分别连接到气体分析仪的分支输出气路，从而能够将每个通量箱输出的气体混合之后送入气体分析仪，并且能够将气体分析仪输出的气体分配到每个通量箱中；
3)将通量箱置于水中测量。优选地，所述多个通量箱在挂载绳上按照单列串列的方式分布。优选地，通过以下方式确定测量控制区域的值L I)测量待测水域水体流速V (以m/s计)，根据气体分析仪采样频率f，根据下式计算单个样点采样间隔中水流输移距离LI Ll=2XV/f (I);2)确定动力条件下水域中小波高超过5cm的优势波的波长分布，确定优势波长λ，比较λ及LI的值，选其中较大值作为测量控制区域的值L。优选地，所应用的通量箱的个数N满足以下条件2 彡 N〈int (L/D+1) (2)，其中L为测量控制区域的值，D为通量箱直径，int O为取整函数，作用是将括号内的计算结果取整。优选地，通过以下方式确定所应用的通量箱的个数N 计算int (L/ (5XD)+1)，若结果不大于5，则N=int (L/ (5XD)+1)，若结果大于5，则 N=5。

优选地，该方法包括在测量之前调节每个通量箱在挂载绳上的固定位置，使通量箱间距沿测量控制区域L分布满足高斯积分点的要求。优选地，该方法包括在测量之前调整各通量箱中通过的气体通量，使各通量箱中通过的气体通量之比满足高斯积分式中规定的权重之比。优选地，挂载绳一端固定于监测船上。本发明的有益效果是沿水流方向布置多点进行实时在线监测，可有效减少水体流动及波动对单点采样结果造成的影响，保证测量精度，同时各装置可模块化组装，可根据实际需要增减通量箱数量，方便携带，易于在野外实时在线监测时实施。


图1是本发明装置的模块连接框图；图2是通量箱连接示意图；图3是通量箱挂载绳结构示意图。附图标记说明1:通量箱2 :通量箱挂载绳3 :通量箱进口电磁阀4-通量箱出口电磁阀5 :气体分析仪出口分散装置6 :气体分析仪进口混气装置7 :通气软管8 :气体分析仪9 :通量箱挂钩环10 :夹片11 :活扣挂钩12 :螺丝。
具体实施例方式根据本发明的河道水气界面气体通量在线测量装置通过沿水流方向同时布置多个通量箱，减弱单个点水气界面通量瞬时变化对测量精度的影响。为使多个通量箱能同时采样，并与分析仪器相连，该装置还包括通量箱挂载绳、通量箱进口电磁阀，通量箱出口电磁阀，分析仪进口混气装置、分析仪出口分散装置和分析仪，通量箱与调节阀、调节阀与分析仪进口混气装置及分析仪出口分散装置间优选为相同管径的通气软管连接。分析仪的进气口和出气口分别与分析仪进口混气装置的输出气路和分析仪出口分散装置的输入气路连通。调节阀可以采用本领域已知的用于调节气体通量的阀门，例如电磁阀。通量箱固定在通量箱挂载绳上，优选地，可以采用可拆卸的固定方式和/或可移动的固定方式将通量箱固定在挂载绳上从而可以根据实际需要增减通量箱数量和/或调节通量箱在挂载绳上的固定位置，进而改变通量箱在挂载绳上的布局。所采用的固定方式可以是诸如夹紧、钩挂、绑缚等本领域已知的方式。连接通量箱的挂载绳可以是一条或多条。通量箱在挂载绳上的排列可以是单列或多列。根据水文环境的需求，通量箱在挂载绳上可以采用串列、并列或者串并列混合的方式来布置。本发明的使用绳来连接的方式也可以是使用刚性材料或刚性材料与柔性材料组合的方式来连接，以确保满足通量箱在测量过程中不随着水流改变的间距要求。在实际测量当中，本领域技术人员可以根据水文环境或其他需求，确定所使用的通量箱的数量和布局。在选择单列串列式通量箱布局时，可采用下述步骤进行河道水气界面气体通量在线测量I)为捕捉空间一点通量的 随体变化，需要考虑水流输移作用的影响，因此首先测量待测水域水体流速V (以m/s计)，再根据气体分析仪采样频率f，计算Ll=V/f，其中LI为单个样点采样间隔中水流输移距离。2)在河道中，由于行船、风、波浪等多种因素的影响，水面波动比较剧烈，相应由于水面波的卷吸、翻滚对水气表面气体通量的空间变化会造成较大的影响，因此，多样点的采集范围应大于水面上波高超过5cm (通量箱淹没在水下的深度)。因此测量前应估算动力条件下水域中小波高超过5cm的优势波的波长分布，确定优势波长λ，比较λ及LI的值，选其中较大值作为测量控制区域的值L，且应为挂载绳应有的最小有效长度。3)为使通量箱能够在挂载绳上分布开来，通量箱的个数N应满足2 ( N〈L/D+1，其中D为通量箱直径。N=I时也是可行的，只是此时只有一个通量箱，与传统测量方法的情形一致。优选地，可以采用公式N=L/(5XD)+1结果取整确定所需要的通量箱的个数，若N>5，则取N=5。4)调整通量箱在绳上的固定位置，使通量箱沿L分布满足高斯积分点的要求，即通量箱沿L分布应满足下表要求
权利要求
1.一种河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，该方法包括如下步骤1)将多个通量箱分别固定到挂载绳上的不同位置；2)将每个通量箱的出气口分别连接到气体分析仪的分支输入气路，将每个通量箱的进气口分别连接到气体分析仪的分支输出气路，从而能够将每个通量箱输出的气体混合之后送入气体分析仪，并且能够将气体分析仪输出的气体分配到每个通量箱中；3)将通量箱置于水中测量。
2.根据权利要求1所述的河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，所述多个通量箱在挂载绳上按照单列串列的方式分布。
3.根据权利要求2所述的河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，通过以下方式确定测量控制区域的值L 1)测量待测水域水体流速V，其中该流速V是以m/s计的，根据气体分析仪采样频率f， 根据下式计算单个样点采样间隔中水流输移距离LI Ll=2XV/f (I);2)确定动力条件下水域中小波高超过5cm的优势波的波长分布，确定优势波长λ，比较λ及LI的值，选其中较大值作为测量控制区域的值L。
4.根据权利要求2所述的河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，所应用的通量箱的个数N满足以下条件2≤N<int (L/D+1) (2)，其中L为测量控制区域的值，D为通量箱直径，int O为取整函数，作用是将括号内的计算结果取整。
5.根据权利要求4所述的河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，通过以下方式确定所应用的通量箱的个数N 计算int CL/ (5XD)+1)，若结果不大于5，则N=int CL/ (5XD)+1)，若结果大于5， 则 N=5。
6.根据权利要求2所述的河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，该方法包括在测量之前调节每个通量箱在挂载绳上的固定位置，使通量箱间距沿测量控制区域L 分布满足高斯积分点的要求。
7.根据权利要求6所述的河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，该方法包括在测量之前调整各通量箱中通过的气体通量，使各通量箱中通过的气体通量之比满足高斯积分式中规定的权重之比。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的河道水气界面气体通量在线测量方法，其特征在于，挂载绳一端固定于监测船上。
全文摘要
一种河道水气界面气体通量在线测量方法，涉及环境保护与资源综合利用领域。为了提高测量速度及精度，扩大通量箱测量方法的适用范围，本发明将多个通量箱通过挂绳、挂钩按高斯积分点的分布沿水流流向布置，并将通量箱逐个由通气软管、电磁通量阀与气体分析仪相连，同时通过电磁通量阀使各通量箱通气量之比按所在积分点的权重之比分配，可实现河道水气界面气体通量在线快速、准确测量。
文档编号G01N33/00GK103033598SQ20121053230
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者蒋定国, 戴会超, 刘伟, 别玉静, 唐梦君 申请人:中国长江三峡集团公司