一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置及方法，所述循环直水槽装置包括水槽、温室气体通量测量装置、控温系统、水动力系统、智慧水质监测系统、沉积物更换系统以及串联整个水槽装置的水管，控温系统包括水温恒温控制系统，水温恒温控制系统配备温度显示屏，智慧水质监测系统用于记录水质监测系统探测的水质数据。本发明专利技术通过在水动力条件下监测水

【技术实现步骤摘要】
一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置及方法


[0001]本专利技术涉及水利工程、大气科学和环境科学的相关交叉学科
，具体是一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置及方法。

技术介绍

[0002]室内水槽装置被用于研究沉积物的理化特性、浓度以及水体污染物浓度、温度、pH、氧化还原电位等因素对底泥污染物的影响，可建立上述各因素与沉积物污染物特性之间的关系。水槽装置在海岸、河湖漫滩、湿地等区域水动力学条件下的溶质运移规律相关机制研究中应用广泛。现阶段在国家“双碳”政策驱动下探讨河湖温室气体排放意义重大，相关碳排放数据可为厘清水生生态系统固碳能力核算提供重要理论支撑，现阶段研究发现温室气体静态排放主要受环境、气象、水文条件影响，而自然界的水体并非静止状态，因此探讨水动力条件下沉积物温室气体释放对流速变化的响应机制相关研究鲜有报道，现有动力水槽直接应用在这一方面尚有许多弊端，故研制相关配套装置亟待解决。
[0003]现有的动力水槽概况：1.双向环形水槽系统装置：主要应用于探究沉积物再悬浮对上覆水体理化性质的影响，例如，公告号为CN104677593A的中国专利技术专利公开了一种“利用环形水槽模拟天然河道水流特性的方法及装置”，该装置利用环形水槽模拟天然河道水流特性，可以用于水流
‑
沉积物体系动力特性的研究，还可应用于水质、水环境等相关机理试验；2.垂向环流水槽系统装置：应用于模拟不同水动力条件垂向环流作用下的沉积物再悬浮过程，例如，公告号为CN102879176A的中国专利技术专利公开了一种“用于模拟浅水湖泊风生垂向环流作用下沉积物再悬浮的装置及方法”，该装置模拟浅水湖泊在不同风力条件和不同水深条件下湖内形成垂向环流结构，可研究垂向流下沉积物再悬浮的过程。
[0004]以上现有装置用于研究水动力学过程对温室气体排放影响研究尚有不足：1、现有装置缺少在水动力条件下监测水
‑
气、水
‑
沉积物、水体溶解等系统温室气体释放监测系统；2、现有装置缺少可恒定调节温度的控制系统及高时空分辨率水温监测系统；3、现有装置缺少精准控制流速的水动力系统；4、现有装置缺少可获得高时空分辨率水
‑
沉积物
‑
孔隙水体系水质数据的智能监测设备；5、现有装置缺少可快速更换底泥沉积物的系统，因此，现提出一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置及方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置及使用方法，能够改善现有水动力水槽装置的存在的技术缺陷。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置，所述循环直水槽装置包括水槽、温室气体通量测量装置、控温系统、水动力系统、智慧水质监测系统、沉积物更换系统以及串联整个水槽装置的水管，控温系统包括水温恒温控制系统，水温恒温控制系统配备温度显示屏，智慧水质监测系统用于记录水质监测系统探测的水质数据。
[0008]所述温室气体通量测量装置为包括静态箱和限位器，静态箱的主体是抽气腔和漂浮板。
[0009]所述水动力系统包括水泵、流量调节器、进水口水位控制器、出水口水位控制器、蓄水池和流速仪，水泵用于驱动水槽内水流流动，流量调节器用于调节水槽内水流流速和记录流量，流速仪采用雷达流速仪，流速仪用于记录沉积物槽上方水流通道的流速。
[0010]所述智慧水质监测系统水质探测系统和计算机，计算机用于接收水质探测系统探测的数据，水质探测系统用于探测水质理化性质。
[0011]所述水槽内设置水流通道，水槽为透明亚克力材质的矩形水槽，水槽侧壁设置有水样采样孔，水槽底部设置有水温恒温控制系统，水槽的出水口端设置有过滤器，位于水槽边缘处安装有用于检测气象数据的微型气象站。
[0012]进一步的，所述抽气腔用于收集表层水体以扩散方式排放的温室气体，抽气腔为亚克力材质的空心柱体，漂浮板用于使抽气腔漂浮在水面，漂浮板的中心嵌入抽气腔，抽气腔的顶部设置取样孔和通气孔，通气孔用于调节抽气腔内的气压。
[0013]进一步的，所述静态箱上设置多个水样采样孔和充满氦气的硅胶管，水样采样孔位于水槽的两侧，硅胶管用于收集水
‑
沉积物界面通过扩散形式排放的温室气体，静态箱顶部设有抽气取样孔和通气阀，抽气取样孔用于用于获取抽气腔内收集的气体，通气阀用于平衡腔室的大气压，静态箱的周围一圈设有泡沫板固定箱子，可使静态箱漂浮在水面上。
[0014]所述静态箱的侧面与水槽连接处设有水平和垂向调节的滑轮，滑轮使静态箱滑动至水槽任意位置，水样采样孔采集到的水样通过氦气提取置换水体溶存气体，即可监测水体系统温室气体释放。
[0015]进一步的，所述水泵包括泵体以及调节泵体输出功率的操作部，泵体可用潜水泵，操作部分可采用旋钮、触控屏等结构实现。
[0016]进一步的，所述流量调节器包括流量计和流量控制阀门，流量计采用转子流量计，流量控制阀门的出口与流量计的入口连接,通过调节流量控制阀门来控制增加或降低位于进水口内的水流的流速，水流依次通过流量控制阀门、流量计然后流入水槽内。
[0017]所述流量调节器用于控制进水口的水流流速，流量调节器的一端连接水泵，流量调节器的另一端连接水槽的进水端，水槽的进水端设置水位高度控制器，水槽的出水端设置水位高度控制器，水位高度控制器和水位高度控制器用于调节水槽内不同水位高度。
[0018]进一步的，所述水质探测系统由孔隙水采样板和探针组成，孔隙水采样板是由孔径大小一致的空心圆柱排列组成的，探针嵌入在圆柱内，计算机包括不同的处理模块，可以收集并处理探针采集到的数据。
[0019]进一步的，所述沉积物更换系统包括多个可更换的沉积物槽，沉积物槽放置到水槽内部，沉积物槽材料采用黑色不透明亚克力材质，沉积物槽的两端连接有导流板。
[0020]进一步的，其特征在于，所述循环直水槽装置的使用方法包括以下步骤：
[0021]S1：水动力循环直水槽装置运行前，在水槽中部放置沉积物槽，沉积物槽两端连接导流板，沉积物槽内部放有预处理后的沉积物，然后启动水动力系统，在水动力系统的驱动下，水流会在进水口水位控制器、水槽、出水口水位控制器、蓄水池、水泵、流量调节器和水管内循环流动，操作人员可通过调节进水口水位控制器、流量调节器和出水口水位控制器，控制水槽内的水流流速和水位高度，从而改变水槽内所需的水动力情况，流速仪、智慧水质
监测系统和微型气象站在水槽开始运行时会连续记录水槽流速、水质数据和气象数据。
[0022]S2:分别在水槽的进水端和出水端，通过挡水板升降水位用于控制沉积物槽内沉积物的淹水水位,通过水槽的前侧的方孔过滤器能够防止水流经过沉积物沉积物槽时，随水流携带的大颗粒石块和植物根茎进入水管。
[0023]S3：在一定水位下，通过调节静态箱和限位器，可在水槽的任意位置可测得水
‑
气体系的温室本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置，其特征在于，所述循环直水槽装置包括水槽(3)、温室气体通量测量装置、控温系统、水动力系统、智慧水质监测系统、沉积物更换系统以及串联整个水槽装置的水管(6)，控温系统包括水温恒温控制系统(14)，水温恒温控制系统(14)配备温度显示屏，智慧水质监测系统用于记录水质监测系统探测的水质数据；所述温室气体通量测量装置为包括静态箱(9)和限位器(20)，静态箱(9)的主体是抽气腔和漂浮板；所述水动力系统包括水泵(16)、流量调节器(15)、进水口水位控制器(13)、出水口水位控制器(4)、蓄水池(17)和流速仪(8)，水泵(16)用于驱动水槽内水流流动，流量调节器(15)用于调节水槽内水流流速和记录流量，流速仪(8)采用雷达流速仪，流速仪(8)用于记录沉积物槽上方水流通道的流速；所述智慧水质监测系统水质探测系统(7)和计算机(1)，计算机(1)用于接收水质探测系统探测的数据，水质探测系统(7)用于探测水质理化性质；所述水槽(3)内设置水流通道，水槽(3)为透明亚克力材质的矩形水槽，水槽(3)侧壁设置有水样采样孔(12)，水槽底部设置有水温恒温控制系统(14)，水槽(3)的出水口端设置有过滤器(5)，位于水槽(3)边缘处安装有用于检测气象数据的微型气象站(10)。2.根据权利要求1所述的一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置，其特征在于，所述抽气腔用于收集表层水体以扩散方式排放的温室气体，抽气腔为亚克力材质的空心柱体，漂浮板用于使抽气腔漂浮在水面，漂浮板的中心嵌入抽气腔，抽气腔的顶部设置取样孔和通气孔，通气孔用于调节抽气腔内的气压。3.根据权利要求2所述的一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置，其特征在于，所述静态箱(9)上设置多个水样采样孔(12)和充满氦气的硅胶管，水样采样孔(12)位于水槽(3)的两侧，硅胶管用于收集水
‑
沉积物界面通过扩散形式排放的温室气体，静态箱(9)顶部设有抽气取样孔(21)和通气阀(22)，抽气取样孔(2)用于用于获取抽气腔内收集的气体，通气阀(22)用于平衡腔室的大气压，静态箱(9)的周围一圈设有泡沫板固定箱子，可使静态箱(9)漂浮在水面上；所述静态箱(9)的侧面与水槽(3)连接处设有水平和垂向调节的滑轮，滑轮使静态箱(9)滑动至水槽(3)任意位置，水样采样孔(12)采集到的水样通过氦气提取置换水体溶存气体，即可监测水体系统温室气体释放。4.根据权利要求3所述的一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置，其特征在于，所述水泵(16)包括泵体以及调节泵体(16)输出功率的操作部，泵体(16)可用潜水泵，操作部分可采用旋钮、触控屏等结构实现。5.根据权利要求4所述的一种沉积物体系温室气体释放的循环直水槽装置，其特征在于，所述流量调节器(15)包括流量计和流量控制阀门，流量计采用转子流量计，流量控制阀门的出口与流量计的入口连接,通过调节流量控制阀门来控制增加或降低位于进水口内的水流的流速，水流依次通过流量控制阀门、流量计然后流入水槽内；所述流量调节器(15)用于控制进水口的水流流速，流量调节器(15)的一端连接水泵(16)，流量调节器(15)的另一端连接水槽(3)的进水端，水槽(3)的进水端设置水位高度控制器(13)，水槽(3)的出水端设置水位高度控制器(4)，水位高度控制器(13)和水位高度控
制器(4)用于调节水槽(3)内不同水位高度。6.根据权利要求5所述的一种沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伊琳，周旭东，余杰予，刘艺轩，甄若一，葛妍池，吴桐汝，高家驹，张雨譞，于志国，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：