一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱及測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱及其測定方法，包括箱體、矩形泡沫漂浮裝置，抽氣導(dǎo)管、三通閥、抽氣針筒和固定繩，所述的箱體為中空半圓柱體，其下底面為矩形且敞口，兩側(cè)面為半圓形，頂面為弧形；所述的矩形泡沫漂浮裝置設(shè)在所述的箱體的外部四周，所述的箱體懸掛在所述的矩形泡沫漂浮裝置上；所述的箱體的頂面上設(shè)有氣體采樣孔，所述的氣體采樣孔分別位于箱體兩側(cè)面的中部和弧形頂面的中心處；所述的抽氣導(dǎo)管的一端分別與所述的氣體采樣孔相連，另一端分別與所述的三通閥的一端相連；所述的三通閥的另一端分別與所述的抽氣針筒相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，體積小便于攜帶，穩(wěn)定性高，可縮短采樣時間，保證采樣精度。
【專利說明】一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱及測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，具體而言涉及一種用于測定河流、湖、庫水體水-氣界面溫室氣體釋放通量的裝置測定方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]大氣中溫室氣體濃度不斷增加以及由此引發(fā)的全球變暖等一系列問題引起人們對溫室氣體“源一匯”效應(yīng)的廣泛關(guān)注。湖泊、水庫、河流等水體作為人類活動對大氣溫室氣體濃度影響的一個重要方面，越來越受到關(guān)注。相關(guān)研究的關(guān)鍵就在于對湖泊、水庫、河流等水體水氣界面上的溫室氣體通量進(jìn)行測定和計(jì)算。
[0004]與本發(fā)明最接近的同類技術(shù)應(yīng)用是目前針對河流、湖泊、水庫等水體的水-氣界面溫室氣體排放測量用通量箱，其設(shè)計(jì)基本是以一個底面直徑40cm，高50cm的薄金屬桶或者有機(jī)玻璃桶作為箱體。箱體內(nèi)采用風(fēng)扇來使得箱內(nèi)被測氣體混合均勻。然后將該圓桶放置在一個汽車內(nèi)胎大小的輪胎上以便于浮在水面。對于這樣的浮箱設(shè)計(jì)存在如下幾個方面的應(yīng)用缺陷從而導(dǎo)致測量精度不高:
1.存在箱體容積較大，容積與底面面積比大，箱內(nèi)溫室氣體濃度變化慢，混合所需時間較長，混合不均勻的可能，且存在每次取樣的間隔較長的缺點(diǎn)；
2.由于箱體較大,高度較高,箱體在流動水體水面平衡穩(wěn)定性較差,易受風(fēng)力作用影
響；
3.風(fēng)扇持續(xù)的運(yùn)行中產(chǎn)生的氣流將在一定程度上對浮箱覆蓋的水表面形成干擾，可能使水-氣界面溫室氣體排放受到較大影響；
4.目前的通量測定箱抽取氣體時大多需要將箱體拖曳到岸邊或者船邊用針筒抽樣，但是通量測定大多需要抽取系列樣品(Ih內(nèi)抽取4-6次)，來回往復(fù)拖動箱體，使得其準(zhǔn)確性大大降低。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)合理，測定準(zhǔn)確，能夠適應(yīng)不同水體的便攜水面溫室氣體通量測定箱及其測定方法。
[0007]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:提供了一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，包括箱體、矩形泡沫漂浮裝置、抽氣導(dǎo)管、三通閥、抽氣針筒和固定繩，箱體為中空半圓柱體，其下底面為矩形且敞口，兩側(cè)面為半圓形，頂面為弧形；矩形泡沫漂浮裝置設(shè)在箱體的外部四周，箱體懸掛在所述矩形泡沫漂浮裝置上；箱體的頂面上設(shè)有氣體采樣孔，氣體采樣孔分別位于箱體兩側(cè)面的中部和弧形頂面的中心處；抽氣導(dǎo)管的一端分別與氣體采樣孔相連，另一端分別與所述三通閥的一端相連；三通閥的另一端分別與抽氣針筒相連；固定繩的一端連接在箱體的一端。[0008]優(yōu)選的，箱體和泡沫漂浮裝置之間用掛鉤相連結(jié)。
[0009]優(yōu)選的，氣體采樣孔的孔徑為4mm ；
優(yōu)選的，抽氣導(dǎo)管為透明塑料管。
[0010]優(yōu)選的，抽氣導(dǎo)管分別通過所述氣體采樣孔伸入箱體箱內(nèi)約5cm。
[0011]優(yōu)選的，抽氣導(dǎo)管與氣體采樣孔)之間的間隙用硅膠密封。
[0012]優(yōu)選的，箱體用有機(jī)玻璃材質(zhì)制作。
[0013]優(yōu)選的，固定繩的另一端連接有密度大于水密度的重物。
[0014]本發(fā)明還提供了一種利用上述的水面溫室氣體排放通量測定箱進(jìn)行的用于水面溫室氣體排放通量的測定方法，所利用的測定箱還包括密度大于水密度的重物，包括以下步驟:
1)先用固定繩系住重物放入水中測定水深，然后縮放固定繩長度使其稍大于水深，將系在固定繩上的鉛塊沉入水底來固定箱體，使其不能大范圍移動；
2)將箱體充滿測定點(diǎn)空氣后小心置于水面上的矩形泡沫漂浮裝置，將箱體)懸掛在泡沫漂浮裝置的內(nèi)部四周；
3)取下抽氣針筒，打開三通閥，使箱體的內(nèi)部氣壓與外部氣壓平衡后，然后關(guān)閉三通閥，連接抽氣針筒，抽取初始?xì)怏w樣品；
4)通過溫室氣體濃度時間變化斜率和箱體體積參數(shù)可求得溫室氣體排放通量。
[0015]優(yōu)選的，每次抽取氣體樣品前，預(yù)抽取2倍于抽氣導(dǎo)管內(nèi)部容積的氣體量來排除抽氣導(dǎo)管內(nèi)的積存氣體；每次抽取氣體樣品后,關(guān)閉三通閥,取下針筒并迅速將抽取氣體注入真空樣品瓶中，然后重新將抽氣針筒連接好，打開三通閥；每次采樣抽取3個抽氣導(dǎo)管獲得3個平行樣，完成溫室氣體濃度測定后取平均值用于計(jì)算溫室氣體排放通量；通過每個抽氣導(dǎo)管連續(xù)采集5次樣品，采樣間隔時間為6分鐘。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
①與同半徑高度尺寸圓柱箱體相比，本設(shè)計(jì)箱體體積減小一半，底面與水接觸面積
大，箱內(nèi)溫室氣體濃度變化快，氣體取樣間隔時間大大降低，避免了采樣時間長導(dǎo)致箱內(nèi)溫度壓強(qiáng)等性質(zhì)變化過大的影響；
@箱體容積大大減小，頂面全部為弧形，箱內(nèi)氣體混合過程中氣體不易滯留“死角”，
混合更為均勻，過程更迅速；
@克服了氣體抽取的難點(diǎn)，使用抽氣導(dǎo)管實(shí)現(xiàn)在岸邊或者船上抽取，可實(shí)現(xiàn)多次重復(fù)
抽取，避免來回拖動箱體產(chǎn)生的影響，也避免了直接抽氣可能面臨的“船(岸)高箱低”實(shí)際問題；
CS)底面面積增大，高度低，箱體在流動水體水面上的平衡性及穩(wěn)定性更好；
?采用箱內(nèi)多點(diǎn)采集氣體代替風(fēng)扇轉(zhuǎn)動混勻，避免了風(fēng)扇轉(zhuǎn)動過程中擾動水-氣界面對溫室氣體排放造成影響，箱內(nèi)不同部位多點(diǎn)同時采樣也保證了準(zhǔn)確性。[0017]本發(fā)明在實(shí)際測量中，對于不同水體條件的適應(yīng)性更好，其在測量便捷性和精度上有較大的提高，同時體積小更為便攜和成本也得到有效控制。
[0018]【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的水面溫室氣體排放通量測定箱的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2位本發(fā)明的矩形泡沫漂浮裝置-箱體剖面圖
圖中:1.箱體；2.矩形泡沫漂浮裝置；3.氣體采樣孔；6.抽氣導(dǎo)管；9.三通閥；12.抽氣針筒；15.鉛塊；16.固定繩
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的和技術(shù)方案更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谒枋龅谋景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無需創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
[0022]本發(fā)明中所述“內(nèi)、外”的含義指的是相對于設(shè)備本身而言，指向設(shè)備內(nèi)部的方向?yàn)閮?nèi)，反之為外。
[0023]本發(fā)明中所述“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。
[0024]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的水面溫室氣體排放通量測定箱包括箱體1、矩形泡沫漂浮裝置2、抽氣導(dǎo)管6、三通閥9、抽氣針筒12和固定繩16，箱體I為中空半圓柱體，其下底面為矩形且敞口，兩側(cè)面為半圓形，頂面為弧形；矩形泡沫漂浮裝置2設(shè)在箱體I的外部四周，箱體I懸掛在矩形泡沫漂浮裝置2上，箱體I的下底面與水面之間保持通暢，沒有任何遮擋；箱體I的頂面上設(shè)有氣體采樣孔3，氣體采樣孔3分別位于箱體兩側(cè)面的中部和弧形頂面的中心處；抽氣導(dǎo)管6的一端分別與氣體采樣孔3相連，另一端分別與三通閥9的一端相連；三通閥9的另一端分別與抽氣針筒12相連；固定繩16的一端連接在箱體I的一端。箱體I和泡沫漂浮裝置2之間用掛鉤相連結(jié)。氣體采樣孔3的孔徑為4mm;抽氣導(dǎo)管6為透明塑料管。抽氣導(dǎo)管6分別通過所述氣體采樣孔3伸入箱體I箱內(nèi)約5cm。抽氣導(dǎo)管6與氣體采樣孔3之間的間隙用硅膠密封。箱體I用有機(jī)玻璃材質(zhì)制作。固定繩16的另一端連接有密度大于水密度的重物例如鉛塊。
[0025]箱體I可以為一底面直徑為30cm,高40cm圓柱體的一半，圓筒壁厚3mm ;在箱體I外部安裝矩形泡沫漂浮裝置2，漂浮裝置2使箱體置于水中時箱體I下邊緣浸入水中約3cm ;在半圓柱體的一個側(cè)面連接固定繩16，繩子長度Sm，可視水深或者具體情況更換繩子長度。
[0026]采樣時，先用固定繩16系鉛塊放入水中測定水深，然后縮放固定繩16長度使其稍大于水深，使箱體I充滿測定點(diǎn)空氣后小心置于水面上，將系在固定繩16上的鉛塊沉入水底，固定箱體1，使其不能大范圍移動，抽氣導(dǎo)管6 —段置于岸邊或者監(jiān)測船上，先將抽氣針筒12取下，三通閥9打開，使箱體內(nèi)外氣壓平衡后，關(guān)閉三通閥9，連接抽氣針筒12，抽取初始?xì)怏w樣品；
抽取氣體樣品要求:每次抽取前，預(yù)抽取2倍于抽氣導(dǎo)管6內(nèi)部容積的氣體量，排除抽氣導(dǎo)管6積存氣體的影響，確保準(zhǔn)確性，每次抽取完成后，關(guān)閉三通閥9，取下抽氣針筒12并迅速將抽取氣體注入真空樣品瓶中，完畢后重新將抽氣針筒12連接好，打開三通閥9。每次采樣抽取3個抽氣導(dǎo)管6獲得3個平行樣，完成溫室氣體濃度測定后取平均值用于計(jì)算通量，每個序列需連續(xù)采集5次樣品，采樣間隔時間6分鐘，通過溫室氣體濃度時間變化斜率和箱體體積等參數(shù)可求得溫室氣體排放通量。
[0027]待測氣體排放通量的計(jì)算公式:
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，包括箱體(1)、矩形泡沫漂浮裝置(2)、抽氣導(dǎo)管(6)、三通閥(9)、抽氣針筒(12)和固定繩(16)，其特征在于，所述箱體(1)為中空半圓柱體，其下底面為矩形且敞口，兩側(cè)面為半圓形，頂面為弧形；所述矩形泡沫漂浮裝置(2 )設(shè)在所述箱體(1)的外部四周，所述箱體(1)懸掛在所述矩形泡沫漂浮裝置(2 )上；所述箱體(1)的頂面上設(shè)有氣體采樣孔(3)，所述氣體采樣孔(3)分別位于箱體兩側(cè)面的中部和弧形頂面的中心處；所述抽氣導(dǎo)管(6)的一端分別與所述氣體采樣孔(3)相連，另一端分別與所述三通閥(9)的一端相連；所述三通閥(9)的另一端分別與所述抽氣針筒(12)相連；所述固定繩(16)的一端連接在所述箱體(1)的一端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，其特征在于，所述箱體(1)和泡沫漂浮裝置(2)之間用掛鉤相連結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，其特征在于，所述氣體采樣孔(3)的孔徑為4mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，其特征在于，所述抽氣導(dǎo)管(6)為透明塑料管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，其特征在于，所述抽氣導(dǎo)管(6)分別通過所述氣體采樣孔(3)伸入箱體(1)箱內(nèi)約5cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，其特征在于，所述抽氣導(dǎo)管(6)與氣體采樣孔(3)之間的間隙用硅膠密封。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，其特征在于，所述箱體(1)用有機(jī)玻璃材質(zhì)制作。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱，其特征在于，所述固定繩(16)的另一端連接有密度大于水密度的重物。
9.一種利用如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述用于測量水面溫室氣體排放通量的測定箱進(jìn)行的測量水面溫室氣體排放通量的測定方法，所利用的測定箱還包括密度大于水密度的重物，其特征在于，包括以下步驟: 1)先用固定繩(16)系住重物放入水中測定水深，然后縮放固定繩(16)長度使其稍大于水深，將系在固定繩(16)上的鉛塊沉入水底來固定箱體(1)，使其不能大范圍移動； 2)將箱體(1)充滿測定點(diǎn)空氣后小心置于水面上的矩形泡沫漂浮裝置(2)，將箱體(1)懸掛在泡沫漂浮裝置(2)的內(nèi)部四周； 3)取下抽氣針筒(12)，打開三通閥(9)，使箱體(1)的內(nèi)部氣壓與外部氣壓平衡后，然后關(guān)閉三通閥(9 )，連接抽氣針筒(12)，抽取初始?xì)怏w樣品； 4)通過溫室氣體濃度時間變化斜率和箱體(1)體積參數(shù)可求得溫室氣體排放通量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種測量水面溫室氣體排放通量的測定方法，其特征在于，每次抽取氣體樣品前，預(yù)抽取2倍于抽氣導(dǎo)管(6)內(nèi)部容積的氣體量來排除抽氣導(dǎo)管(6)內(nèi)的積存氣體；每次抽取氣體樣品后,關(guān)閉三通閥(9)，取下針筒并迅速將抽取氣體注入真空樣品瓶中，然后重新將抽氣針筒連接好，打開三通閥(9);每次采樣抽取3個抽氣導(dǎo)管(6)獲得3個平行樣，完成溫室氣體濃度測定后取平均值用于計(jì)算溫室氣體排放通量；通過每個抽氣導(dǎo)管(6)連續(xù)采集5次樣品，采樣間隔時間為6分鐘。
【文檔編號】G01N33/18GK103901177SQ201410056078
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年2月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月19日
【發(fā)明者】王守全, 袁旭音, 韓磊, 馬智杰, 趙云, 汪群, 查同剛, 陳英義 申請人:河海大學(xué)