本发明专利技术公开了一种水动力条件下水下气泡收集装置与水下气泡通量监测方法，收集装置的倒置漏斗敞口部通过绳子连接有配重吊坠；倒置漏斗顶部设有管状连接头，管状连接头通过导气软管与集气瓶进气管连接；浮标通过绳子连接在倒置漏斗的外表面，集气瓶与浮标固定在一起。监测时，先将气泡收集装置安放于水体中，浮标浮于水面并系在水面锚绳上，水面锚绳的一端固定于岸边，另一端固定于航道浮标或对岸；再进行气体的收集，最后在计算气泡释放通量时考虑倒置漏斗的倾斜角θ即可。本发明专利技术方便作业、采样误差小，适宜于在天然水体复杂水动力条件下（大幅度水位涨落或水中有明显流速）的水下气泡收集和通量监测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生态环境监测方法，具体涉及在天然水域开展水下气泡的收集及其通量监测，特别适用于在河道、水库等水动力条件下的水下气泡收集与监测，属环境科学研究领域。
技术介绍
气泡释放是天然水体(河流、湖泊)内各种气态物质向大气传输的两种主要方式之一(另一种方式为扩散传输)。天然水域中，形成于水底(河底、湖底)的气态物质(如CO2>CH4> H2S等)在特定的物理化学条件下(温度、压力、水质理化性质等)聚集成微小气泡粘附在水底的土壤颗粒表面，并在适宜条件下(如水力扰动、温度升高等)从底质土壤颗粒表面脱附，在上升过程中逐渐聚集形成较大气泡通过水-气界面释放入大气(见图I)。温度、静水压力、 水动力条件是影响水体中气泡生消、上升迁移的主要因素。有研究显示，在热带、亚热带浅水水库中，通过气泡形式释放进入大气的温室气体(CO2XH4)总量约占水-气界面温室气体总通量的40%飞0%。气泡释放过程对于水-气界面气体总通量的贡献不容忽视。对天然水体中气泡释放量进行监测，是全面掌握天然水体水-气界面气体通量特征的关键环节，是进一步揭示特定水体关键生源要素生物地球化学循环的重要基础，具有突出的科学研究价值。目前，国内未见有天然水域气泡收集与通量监测的相关报道。而国际上常用的方法是使用圆锥形倒置漏斗状的气泡收集装置，垂直布设于水下，收集装置顶端开孔，连接到充满水且承插固定在装置顶端的气体收集器上(通常为小型针筒)，收集上升的气泡(见图 2)，装置采用软性PVC或PU材质帆布缝制，固定在锥形铝质骨架上，收集面直径Im (见图2)，并通过弹力绳连接到顶端浮标上，装置底部为2. 5kg铅块配重(见图3)并采用锚和配重固定于水底，整个装置位于水面下f 2m处(见图3)。由于采气泡过程需长期将装置稳定放置于水中，使用传统装置进行采样时需满足采样点附近水体相对静滞且水位基本稳定的水动力条件要求，以避免出现“翻斗”或倾斜的现象；且要求河床底部相对平缓以避免锚滑落至更深处(坡度小于20度)，影响采样。但在实际水域中，气泡的形成受到各种环境因素的综合作用，往往带有随机性和复杂性。长期的野外试验研究发现，目前国际上常用的传统倒置漏斗形气泡收集与通量监测方法存在以下显著不足一、装置设计上的不足I)倒置漏斗体积过大，圆锥直径lm、高度lm，携带不便，不适宜于野外观测；由于装置迎水面较大，较小的流速便可使装置出现明显倾斜，偏离垂直状态收集的设计初衷，影响通量计算。2)装置采用金属支架固定的软性PVC/PU材质帆布缝制而成，故在实际使用中经常在个别地方产生褶皱，易使气泡在这些部位局部粘附、累积，阻碍其迅速汇聚至顶层的气泡收集器中。同时，帆布缝制接缝处不易实现密封，易在接缝处出现气泡跑漏。3)在较大水流与水压作用下，迎水一面的软性帆布层易出现凹陷，影响气体收集， 使测试结果出现偏差。同时，完成采样后需完全收起位于水下的气泡收集装置，在压力改变的作用下，装置侧面极易出现压瘪凹陷的现象，干扰内部气压稳定性，使气体跑漏或再溶解于水中，出现采样监测误差。4)倒置漏斗顶端与气体收集器采用的是直接嵌入式连接，气密性不够高；受到流速、水位变幅等条件的干扰，接缝处撕扯厉害，易出现接缝处气泡的跑漏，造成测试误差。5)由于漏斗收集装置使用面料较粗的材质，在天然水体(尤其是富营养化水体中) 长期放置容易使其内外壁出现附着性藻类或真菌的大量生长，干扰了气泡沿着装置内壁向上汇聚的过程；而装置外表面附着生长大量固着型藻类(丝状藻、苔藓等)不仅给装置从水下收起制造了一定障碍，大大增加了绕流阻力，也使装置外表不易清洗，给装置重复使用造成了较大麻烦。二、气泡收集与监测方法上的不足I)通量计算方法上的不足传统的气泡通量计算方法以相对静滞的水域(如湖泊、无显著流动的水库等)为背景， 以倒置漏斗装置底面积作为气泡收集面积范围，其计算公式为、，气体浓度(Wf3)X气泡收集的体枳(Jns)-— 倒置漏斗底面积(Mj)X监测周期(4)但在有流速条件下绕流阻力使气体收集装置出现显著倾斜,这使得气泡的实际收集面积同倒置漏斗底面积存在一定偏差，通量监测结果存在误差。2)气泡采集方法上的不足传统的气泡采集方法是将装置用锚固定于水底(见图3)，在水面设置浮标以维持装置在水下的垂直状态并指示其所在位置以便于收气。该方法在操作时较为复杂，且仅适宜于在静水的稳定状态，无法适用于如水位短期内大幅涨落、水中存在较大流速等复杂水动力条件。当出现水位较大涨落时(水库调蓄时)，易出现装置跑位、或淹没浮标而出现无法收集的情况；当出现流速较大时(洪峰通过时)，则易出现装置“翻斗”的现象。同时，每次取气时需将整个漏斗装置完全收起，而由于静水压力的存在，不但不易收起，现场试验工作强度大，而且收起过程中内部气压改变将使气泡出现跑漏或再溶解于水中，导致整个采样过程失败或存在较大误差。气抱释放通量(、mg'nf
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的就在于提供一种方便作业、采样误差小的适宜于在天然水体复杂水动力条件下(大幅度水位涨落或水中有明显流速)的水下气泡收集装置。本专利技术同时提供一种误差小的天然水体复杂水动力条件下的水下气泡通量监测方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下水动力条件下水下气泡收集装置，包括倒置漏斗，倒置漏斗顶部设有开口向下的集气瓶和浮标，集气瓶通过瓶口的瓶塞设有进气管和排水管，进气管穿过瓶塞进入集气瓶底部，在倒置漏斗敞口部通过绳子连接有5配重吊坠，其特征在于所述倒置漏斗顶部设有管状连接头，管状连接头与倒置漏斗内部相通，管状连接头上紧套有导气软管，导气软管另一端与进气管连接；所述浮标通过绳子连接在倒置漏斗的外表面，集气瓶与浮标固定在一起并在连接浮标的绳子拉直的情况下导气软管处于松弛状态。进一步地，所述倒置漏斗由金属薄皮材料制作，在接缝处进行焊接密封，倒置漏斗敞口部安装镀锌钢圈形成底部圆形骨架。所述管状连接头为钢管，钢管焊接于倒置漏斗顶部，在钢管外表面设有用于增加与导气软管连接强度的向下的锯齿形纹理。更进一步地，所述倒置漏斗内壁、镀锌钢圈外表面和管状连接头内壁涂有一层光滑的高分子防锈漆层。所述倒置漏斗敞口部外缘对称焊有用于固定连接配重吊坠的绳子的钢扣；倒置漏斗顶部外缘对称焊有用于固定连接浮标的绳子的钢扣；在倒置漏斗外壁上对称焊有把手。所述金属薄皮材料为镀锡铁板(马口铁)或轻质铝板。所述集气瓶上设有反映气泡收集量的刻度；所述导气软管为硅胶管。本专利技术提供的水动力条件下水下气泡通量监测方法，其监测步骤为1)水下气泡收集装置的安放将前述水下气泡收集装置安放于气泡收集区域水体中， 浮标浮于水面并系在水面锚绳上，倒置漏斗在配重吊坠的作用下没入水中，水面锚绳的一端固定于岸边，另一端固定于航道浮标或对岸；2)气体的收集在预先设定的监测周期完毕后，仅需将集气瓶在水下旋盖密封后自然取出，测量集气瓶内气体收集的体积和气体浓度；3)气泡释放通量的计算根据下面公式即可计算气泡释放通量，权利要求1.水动力条件下水下气泡收集装置，包括倒置漏斗(I)，倒置漏斗(I)顶部设有开口向下的集气瓶(2 )和浮标(3 )，集气瓶(2 )通过瓶口的瓶塞设有进气管(4)和排水管(5 )，进气管穿过瓶塞进入集气瓶底部，在倒置漏本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李哲，龚本洲，姚骁，何萍，王钦，张呈，郭劲松，王琳，张利萍，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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