【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自然地理学、河流动力学和环境水力学领域，尤其涉及一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统及其监测方法。
技术介绍
1、尽管内陆水域仅占地球总表面积的不到1％，但河流却是全球碳—氧循环中的关键组成部分。河流新陈代谢速率是指其中关键的碳转化过程，包括总初级生产力和生态系统呼吸两个过程。总初级生产力是由河流中的初级生产者(即自养生物，如植物和藻类)通过光合作用将二氧化碳转化为有机碳的过程。而生态系统呼吸则是河流生态系统中所有生物(包括异养生物和自养生物)呼吸作用的总和，将有机碳氧化为二氧化碳释放到环境中。准确评估这两个过程在河流中的主导作用以及相应的代谢速率对于理解整个生态系统的能量动态和全球气候变暖有着重要的意义，并为相关研究提供重要的技术支持。
2、我国流域面积在200～3000平方千米的中小河流有约1万条，相对于主要大江大河，中小河流总长度更长，串联的城市、乡村、产业和人口更多，人民群众对其依存度也更高。然而，当前近一半的中小河流因地形问题、区域问题、资金问题和意识问题等原因尚未进行监测和综合治理工作，甚至还有很多中小河流新陈代谢速率监测技术和数据集空白较多。有研究表明，中小型河流由于较大的接触时间和显著的地表-地下水和溶质交换，使得河床沉积物对温室气体排放的贡献较大。这种特殊地形和水流特性使得中小型河流在整个河流网络中温室气体排放占主导地位。然后现有技术中缺乏针对中小型河流的溶氧代谢速率监测的工具。
3、因此，亟待解决上述问题。
技术实现思路
1、
2、本专利技术的第二目的是提供一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统的监测方法。
3、技术方案：为实现以上目的，本专利技术公开了一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，包括设置在上游且用于控制示踪剂投放的示踪剂投放系统、用于遮挡光照的示踪剂高空形态定性监测装置和设置在下游的取样系统，所述示踪剂投放系统包括用于投放示踪剂的投放桶、所述示踪剂高空形态定性监测装置包括架设在河流上方的圆筒、卷在圆筒上的遮光布以及与遮光布相连的无人机，所述取样系统包括竖直插入河床上的取样管、间隔开设在取样管上的取样孔、位于每一取样孔旁侧的电磁铁、设置在取样孔处且可上下活动用于遮蔽或打开取样孔的铁片以及与每一电磁铁相连的开关，其中每一电磁铁并联接入电源，通过是否通电控制电磁铁磁性来控制取样孔的开合。
4、其中，示踪剂投放系统包括控制器、用于放置投放桶且用于示踪剂瞬时投放的瞬时投放装置以及用于示踪剂连续投放的持续投放装置。
5、优选的，瞬时投放装置包括位于河流旁侧的底座、通过直线电机设置在底座上可沿着底座水平移动的水平平台、位于水平平台上的电动伸缩缸以及与水平平台相铰接且用于放置投放筒的托板，其中电动伸缩缸的伸出端与托板相连，所述控制器通过直线电机控制水平平台向河流边移动，控制器通过控制电动伸缩缸推动托板翻转，实现投放桶的倾倒。
6、再者，投放桶上设置有左右两侧梯形金属板形成的倾倒通道。
7、进一步，控制器通过第一驱动器与直线电机相连，控制器通过第二驱动器与电动伸缩缸相连。
8、优选的，持续投放装置包括与投放筒相连的蠕动泵、与蠕动泵相连的阀门开关、与控制器相连用于控制阀门开关的驱动器、与阀门开关相连且放置于河道内用于持续投放示踪剂的注射管道。
9、再者，注射管道上均匀设置有扩散器。
10、进一步，无人机上搭载有用于对示踪剂云团进行定性形态观测的相机。
11、优选的，无人机通过支架与遮光布相连，控制器根据河流流动的路径设计无人机飞行路径，并控制无人机牵引遮光布沿着河流飞行。
12、本专利技术一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统的监测方法，包括如下步骤：
13、在待实验的中小型河流附近安装好示踪剂投放系统，通过控制器连接第一驱动器和第二驱动器分别控制直线电机和电动伸缩缸，同时组装水平平台、托板和投放桶，其中水平平台和托板通过连接轴相铰接，水平平台上设置电动伸缩缸，电动伸缩缸的伸出端与托板中间相连接，投放桶和托板固定连接；
14、通过在投放桶底部的管道连接蠕动泵和阀门开关，阀门开关出口连接架在河道上方带有扩散器的注射管道上；通过阀门开关上的驱动器连接控制器；
15、在河流示踪剂投放位置上游布置高空形态定性监测装置，将圆筒架在河流的上方，遮光布卷铺在圆筒上；将遮光布通过支架组装在无人机的底座上；根据河流流动的路径设计无人机飞行路径，并测试无人机牵引遮光布；
16、在下游监测每隔一段距离布置取样系统，将不同取样孔中的电磁铁并联接入到电路，并做每个取样孔的开合测试；
17、在投放桶中加入提前配置好的刃天青溶液，根据实验目标和需求，控制器选择示踪剂的投放模式；
18、如为瞬时投放模式，通过控制直线电机和电动伸缩缸来调整投放桶两侧梯形金属板形成的倾倒通道与河流的最优位置，最优位置是指瞬时倾倒刃天青溶液的下落点处在河宽中点的位置，并瞬时倾倒刃天青溶液；开启无人机牵引遮光布对示踪剂避光，对示踪剂在河流的形态进行实时拍照录像；
19、如为连续投放模式，通过连接蠕动泵，并控制阀门开关上的驱动器来实现对投放桶的一段时间内的持续投放；开启无人机牵引遮光布对示踪剂避光，对示踪剂在河流的形态进行实时拍照录像；
20、在下游每隔一段时间通过控制并联电路中不同的开关闭合，来选择不同深度的取样孔进行取样。
21、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下显著优点：
22、(1)本专利技术提出一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，用于野外现场来系统研究不同地理条件下中小型河流新陈代谢演变规律，监测系统结构简单且可操作性强；
23、(2)本专利技术中示踪剂投放系统通过控制直线电机和电动伸缩缸来实现对示踪剂投放桶倾倒投放位置的精准控制；另一方面通过控制器连接蠕动泵，并控制阀门开关上的驱动器来实现对投放桶中的示踪剂进行持续注射到河流，达到示踪剂在现场河流实验中两种投放模式快速灵活选择；
24、(3)本专利技术中设置无人机携带相机对是示踪剂云团进行定性形态观测；同时无人机底座通过支架实时牵引卷在圆筒上的遮光布，消除光照对刃天青溶液的光降解影响；
25、(4)本专利技术中持续注射管道中安装有多个扩散器，保证沿河流流向注射均匀分布；
26、(5)本专利技术通过下游每隔一段时间通过控制并联电路中不同的开关闭合，来灵活选择需要取样的深度，提升采样效率，可节约大量人力成本。
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1.一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，包括设置在上游且用于控制示踪剂投放的示踪剂投放系统(1)、用于遮挡光照的示踪剂高空形态定性监测装置(2)和设置在下游的取样系统(3)，所述示踪剂投放系统(1)包括用于投放示踪剂的投放桶(101)、所述示踪剂高空形态定性监测装置(2)包括架设在河流上方的圆筒(201)、卷在圆筒上的遮光布(202)以及与遮光布相连的无人机(203)，所述取样系统(3)包括竖直插入河床上的取样管(301)、间隔开设在取样管上的取样孔(302)、位于每一取样孔旁侧的电磁铁(303)、设置在取样孔处且可上下活动用于遮蔽或打开取样孔的铁片(304)以及与每一电磁铁相连的开关(305)，其中每一电磁铁(303)并联接入电源(306)，通过是否通电控制电磁铁磁性来控制取样孔(302)的开合。
2.根据权利要求1所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述示踪剂投放系统包括控制器(102)、用于放置投放桶且用于示踪剂瞬时投放的瞬时投放装置以及用于示踪剂连续投放的持续投放装置。
3.根据权利要求2所述的一种中小型河流溶氧代谢速
4.根据权利要求3所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述投放桶(101)上设置有左右两侧梯形金属板形成的倾倒通道(108)。
5.根据权利要求3所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述控制器(102)通过第一驱动器(109)与直线电机(104)相连，控制器(102)通过第二驱动器(110)与电动伸缩缸(106)相连。
6.根据权利要求3所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述持续投放装置包括与投放筒(101)相连的蠕动泵(111)、与蠕动泵相连的阀门开关(112)、与控制器相连用于控制阀门开关的驱动器(113)、与阀门开关相连且放置于河道内用于持续投放示踪剂的注射管道(114)。
7.根据权利要求6所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述注射管道(114)上均匀设置有扩散器(115)。
8.根据权利要求1所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述无人机(203)上搭载有用于对示踪剂云团进行定性形态观测的相机(205)。
9.根据权利要求1所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述无人机(203)通过支架(204)与遮光布(202)相连，控制器(102)根据河流流动的路径设计无人机飞行路径，并控制无人机牵引遮光布沿着河流飞行。
10.一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统的监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，包括设置在上游且用于控制示踪剂投放的示踪剂投放系统(1)、用于遮挡光照的示踪剂高空形态定性监测装置(2)和设置在下游的取样系统(3)，所述示踪剂投放系统(1)包括用于投放示踪剂的投放桶(101)、所述示踪剂高空形态定性监测装置(2)包括架设在河流上方的圆筒(201)、卷在圆筒上的遮光布(202)以及与遮光布相连的无人机(203)，所述取样系统(3)包括竖直插入河床上的取样管(301)、间隔开设在取样管上的取样孔(302)、位于每一取样孔旁侧的电磁铁(303)、设置在取样孔处且可上下活动用于遮蔽或打开取样孔的铁片(304)以及与每一电磁铁相连的开关(305)，其中每一电磁铁(303)并联接入电源(306)，通过是否通电控制电磁铁磁性来控制取样孔(302)的开合。
2.根据权利要求1所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述示踪剂投放系统包括控制器(102)、用于放置投放桶且用于示踪剂瞬时投放的瞬时投放装置以及用于示踪剂连续投放的持续投放装置。
3.根据权利要求2所述的一种中小型河流溶氧代谢速率监测系统，其特征在于，所述瞬时投放装置包括位于河流旁侧的底座(103)、通过直线电机(104)设置在底座上可沿着底座水平移动的水平平台(105)、位于水平平台上的电动伸缩缸(106)以及与水平平台相铰接且用于放置投放筒的托板(107)，其中电动伸缩缸(106)的伸出端与托板(107)相连，所述控制器(102)通过直线电机(104)控制水平平台(105)向河流边移动，控制器(102)通过控...
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