【技术实现步骤摘要】
一种河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法及系统
[0001]本专利技术涉及碳循环
,具体涉及一种河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法及系统。
技术介绍
[0002]河流连接着陆地和海洋,在向海洋输送碳的同时与大气也存在大量的二氧化碳交换,开展河流水
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气界面碳交换研究对区域和全球碳循环具有重要意义。目前水
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气界面二氧化碳通量交换的研究主要关注湖泊和河口等水域,对河流碳循环的研究的也主要集中在河流碳的横向迁移过程,对河流水
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气界面二氧化碳交换量的研究则相对较少。目前测量方法主要为红外测量仪结合通量箱在野外直接测定河流水
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气二氧化碳通量,这种方法需要耗费大量的人力物力和财力,而且适用范围较窄。水
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气界面的气体传输速率是影响河流水
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气界面二氧化碳交换量计算的重要因子,目前对二氧化碳水
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气界面的气体传输速率的估算方法主要通过易挥发性气体示踪,或者通量箱法、涡度相关法测定获得,其中人工添加示踪剂的测量方法在野外条件下不太适用,通量箱法和涡度相关法适用范围也比较有限,只适用于流速较慢的水体。
技术实现思路
[0003]因此,本专利技术实施例提供一种河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法及系统,可以解决现有技术存在的问题。
[0004]为达到上述目的,本专利技术提供如下技术方案:
[0005]第一方面 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法,其特征在于,包括:对目标河流进行空间离散为有限多个河段,并对河段断面进行概化得到河段断面形状参数;通过圣维南方程组计算各河段的断面的水流特征;根据预设气体的传输速率计算模型,计算各河段气体的传输速率;基于各河段气体的传输速率和块体公式,计算各河段单元水
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气界面二氧化碳的交换通量;基于预设的各河段水流特征和河段断面形状参数,计算各河段水面面积;各河段水面面积和河段水
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气界面二氧化碳交换通量的乘积为各河段水
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气界面二氧化碳交换量,各河段水
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气界面二氧化碳交换量之和为目标河流水
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气界面二氧化碳交换量。2.根据权利要求1所述的河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法,其特征在于,采用偏微分方程形式的圣维南方程组描述各河段断面的水流特征,通过求解所述方程组获得各个河段断面上的水流特征:其中:A表示河流过水断面面积;Q表示过水断面的流量;x表示沿河道的坐标,朝着水流的方向为正;u为过水断面的平均流速;g为重力加速度;z为河段断面的河底高程;S0为河底坡降;S
f
为摩阻坡降。3.根据权利要求2所述的河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法,其特征在于,各河段气体的传输速率通过以下计算模型得到:k=f(u,s,h,W)其中:k表示气体的传输速率;u表示河流流速;s表示河底坡降;h表示河流水深;W表示河流水面宽度,f(
·
)为采用多元线性回归方法得到的河段水
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气界面的气体传输速率与流速、河底坡降、水深和水面宽度的相关函数。4.根据权利要求3所述的河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法,其特征在于,河流流速通过以下公式计算:其中:u
in
表示河段入流断面流速,由圣维南方程组计算得到;u
out
表示河段出流断面流速,由圣维南方程组计算得到;河底坡降通过以下公式计算:其中:z
in
表示河段入流断面的河流水位,由圣维南方程组计算得到;z
out
表示河段出流断面的河流水位,由圣维南方程组计算得到;L表示河段入流段断面和河段出流断面之间的
水平距离;河流水深通过以下公式计算:其中:z
d,in
表示指定河段入流断面的河底高程,z
d,out
表示指定河段出流断面的河底高程;河流水面宽度通过以下公式计算:其中:d
in
表示河段入流断面河道梯形断面的底宽;d
out
表示河段出流断面河道梯形断面的底宽;θ
in
表示河段入流断面梯形断面边坡与底边的夹角;θ
out
表示河段入流断面梯形断面边坡与底边的夹角。5.根据权利要求1或3所述的河流水
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气界面二氧化碳交换量评估方法,其特征在于,所述河段水
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【专利技术属性】
技术研发人员:张博,丁相毅,刘志武,戴会超,梁犁丽,蒋定国,杨恒,殷兆凯,王鹏翔,徐志,刘琨,
申请(专利权)人:中国长江三峡集团有限公司,
类型:发明
国别省市:
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