本發(fā)明涉及通量在線分析系統(tǒng)，尤其是涉及一種河流入海營(yíng)養(yǎng)鹽通量測(cè)定系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由于流域人口增長(zhǎng)、禽畜養(yǎng)殖和化肥施用大量增加、水壩興建增加河流水力停留時(shí)間、氣候變化與土地利用改變影響流域風(fēng)化侵蝕等原因，全球范圍內(nèi)諸多河流已發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)鹽通量顯著增加。這種河流營(yíng)養(yǎng)鹽狀況的改變對(duì)近海的生態(tài)系統(tǒng)造成很大的沖擊，使得近海富營(yíng)養(yǎng)化加劇、赤潮頻發(fā)，季節(jié)性底層缺氧等環(huán)境問(wèn)題日益突出。我國(guó)近岸海域污染已日益嚴(yán)重，水質(zhì)超標(biāo)現(xiàn)象普遍，特別是無(wú)機(jī)氮、磷，河口海灣的富營(yíng)養(yǎng)化和藻華問(wèn)題突出，直接影響水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與服務(wù)，進(jìn)而影響各項(xiàng)海洋資源利用與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)有大量的海灣，河流入海營(yíng)養(yǎng)鹽通量的在線監(jiān)控是陸海統(tǒng)籌的基礎(chǔ)性工作，為陸源污染削減，生態(tài)補(bǔ)償政策的制定提供重要的科學(xué)數(shù)據(jù)和依據(jù)，也是推進(jìn)海洋生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容。要掌握河海界面營(yíng)養(yǎng)鹽通量、水質(zhì)變化規(guī)律和生態(tài)系統(tǒng)演變，水文和水質(zhì)的高頻同步監(jiān)控是關(guān)鍵，也是目前國(guó)際上海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸。國(guó)家海洋局《2014年全國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作任務(wù)》強(qiáng)調(diào)在海洋環(huán)境監(jiān)管監(jiān)測(cè)方面，要加大入海排污口和入海江河普查和監(jiān)測(cè)頻率，重點(diǎn)排污口嘗試開(kāi)展在線監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果納入信息通報(bào)。然而，目前在監(jiān)測(cè)方面，存在水文與水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系互相獨(dú)立，監(jiān)測(cè)站位各不相同，監(jiān)測(cè)設(shè)備缺乏集成，運(yùn)行成本高等問(wèn)題，無(wú)法滿足海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)中水文、水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)和營(yíng)養(yǎng)鹽通量動(dòng)態(tài)監(jiān)控的根本需求。同時(shí)，目前營(yíng)養(yǎng)鹽監(jiān)測(cè)頻率較低，對(duì)于突發(fā)的臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣難以捕捉過(guò)程中的變化，對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽通量評(píng)估影響較大。因此緊扣國(guó)家海洋保護(hù)重大需求，加強(qiáng)水文參數(shù)(流速、流量)和水質(zhì)參數(shù)(硝氮、亞硝氮、銨氮、磷酸鹽等)的聯(lián)合在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的開(kāi)發(fā)，建立一套河流入海營(yíng)養(yǎng)鹽通量測(cè)定系統(tǒng)，尤其是以流量控制營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定頻率的系統(tǒng)極其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供能夠通過(guò)流量控制營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定頻率，整個(gè)分析過(guò)程無(wú)需人為干預(yù)，可用于河流入海營(yíng)養(yǎng)鹽通量的在線分析的一種河流入海營(yíng)養(yǎng)鹽通量測(cè)定系統(tǒng)。

本發(fā)明包括控制系統(tǒng)、河流斷面面積測(cè)定模塊、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊和營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊，所述控制系統(tǒng)對(duì)河流斷面面積測(cè)定模塊、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊和營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理；所述河流斷面面積測(cè)定模塊設(shè)有回聲探測(cè)器、數(shù)字傳感器和水位計(jì)，所述高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊設(shè)有GPS、聲學(xué)換能器、數(shù)據(jù)采集卡和水聽(tīng)器，所述營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊設(shè)有發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路、發(fā)光二極管、閥泵控制電路、三通電磁閥、進(jìn)樣蠕動(dòng)泵、試劑蠕動(dòng)泵、數(shù)據(jù)采集電路、光電檢測(cè)器、純水瓶、樣品瓶、試劑瓶、三通管、反應(yīng)盤(pán)管、流通池和廢液收集瓶。

所述回聲探測(cè)器和數(shù)字傳感器相連，利用走航對(duì)底質(zhì)和水深進(jìn)行調(diào)查，獲得河道地形圖；通過(guò)水位計(jì)對(duì)河流斷面水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用控制系統(tǒng)模擬分析得到河流斷面的實(shí)時(shí)面積和斷面面積隨時(shí)間變化的函數(shù)S；

所述GPS的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端連接聲學(xué)換能器；水聽(tīng)器的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡；觀測(cè)過(guò)程中將水聲換能器和水聽(tīng)器置于水下，分別用于信號(hào)的發(fā)射和接收，所發(fā)射的信號(hào)由控制系統(tǒng)生成的發(fā)射信號(hào)輸送至數(shù)據(jù)采集卡，由水聲換能器的探頭發(fā)出；水聽(tīng)器的探頭接收到信號(hào)后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸送至控制系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并存儲(chǔ)；通過(guò)GPS測(cè)出水聲換能器和水聽(tīng)器在觀測(cè)時(shí)的直線距離L，直線與流速方向的夾角θ，以及聲線在互易傳輸過(guò)程中正向聲傳播時(shí)間T⁺和負(fù)向傳輸時(shí)間T^-；

三通電磁閥的兩個(gè)進(jìn)樣入口分別連接純水瓶和樣品瓶的出口，電磁閥中間的公共通道與進(jìn)樣蠕動(dòng)泵的入口連接；試劑瓶的出口與試劑蠕動(dòng)泵的入口連接；三通管的兩端入口分別連接進(jìn)樣蠕動(dòng)泵的出口端和試劑蠕動(dòng)泵的出口端，三通管的出口與反應(yīng)盤(pán)管的入口連接；反應(yīng)盤(pán)管的出口與流通池的入口連接；流通池的出口連接至廢液收集瓶。控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路、閥泵控制電路、數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行控制，進(jìn)而控制發(fā)光二極管光強(qiáng)的變化、三通電磁閥閥位的切換、進(jìn)樣蠕動(dòng)泵與試劑蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，從而利用光電檢測(cè)器所采集的信號(hào)值進(jìn)一步處理得到河流斷面樣品的吸光值，代入工作曲線自動(dòng)計(jì)算得到營(yíng)養(yǎng)鹽含量，并得到營(yíng)養(yǎng)鹽隨時(shí)間變化的函數(shù)C。

所述營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊中三通電磁閥的兩個(gè)進(jìn)樣入口分別連接樣品瓶和純水瓶的出口，電磁閥中間的公共通道與進(jìn)樣蠕動(dòng)泵的入口連接；試劑瓶的出口與試劑蠕動(dòng)泵的入口連接；三通管的兩端入口分別連接進(jìn)樣蠕動(dòng)泵的出口端與試劑蠕動(dòng)泵的出口端，三通管的出口與反應(yīng)盤(pán)管的入口連接；反應(yīng)盤(pán)管的出口與流通池的入口連接；流通池的出口連接至廢液收集瓶?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路、閥泵控制電路、數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行控制，進(jìn)而控制發(fā)光二極管光強(qiáng)的變化，三通電磁閥閥位的切換，進(jìn)樣蠕動(dòng)泵和試劑蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，從而利用光電檢測(cè)器所采集的信號(hào)值進(jìn)一步處理得到河流斷面的營(yíng)養(yǎng)鹽含量。

某一時(shí)間段τ內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)鹽通量通過(guò)河流斷面面積測(cè)定模塊得到的河流斷面面積隨時(shí)間變化的函數(shù)S、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊得到的水流流速隨時(shí)間變化的函數(shù)V和營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊得到的營(yíng)養(yǎng)鹽含量隨時(shí)間變化的函數(shù)C，代入公式(1)計(jì)算得到。河流斷面實(shí)時(shí)流量q通過(guò)實(shí)時(shí)斷面面積s和實(shí)時(shí)流速υ代入公式(2)得到。

q＝sυ (2)

所述聲學(xué)流量測(cè)量的高頻特性可作為同步水文和營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)量的可調(diào)參數(shù)，控制數(shù)據(jù)采集速率。

所述營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定頻率由實(shí)時(shí)流量控制，即設(shè)定閾值，當(dāng)實(shí)時(shí)流量大于或等于閾值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟高頻營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定模式；當(dāng)實(shí)時(shí)流量小于閾值時(shí)，開(kāi)啟一般營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定模式。

所述控制系統(tǒng)上機(jī)位采用基于LabVIEW編寫(xiě)的用戶程序，能夠?qū)恿鲾嗝婷娣e測(cè)定模塊、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊、營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊進(jìn)行同時(shí)控制，共用流速測(cè)定模塊中的GPS信息，根據(jù)GPS的時(shí)間報(bào)文和脈沖信號(hào)同時(shí)觸發(fā)三個(gè)模塊進(jìn)行同步采樣，提升準(zhǔn)確性。

所述營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)包括氨氮、硝氮、亞硝氮、磷酸鹽、硅酸鹽等，可以根據(jù)需求選擇一種或多種同時(shí)測(cè)定。

本發(fā)明結(jié)合了河流斷面面積測(cè)定、水流流速實(shí)時(shí)測(cè)定與營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定等技術(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的特點(diǎn)：

1)設(shè)備集成化：利用一個(gè)系統(tǒng)集成流量和營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)的同步測(cè)定，保證采樣站位的一致性，使水文和水質(zhì)參數(shù)的測(cè)定結(jié)果可用于通量的計(jì)算；

2)設(shè)備自動(dòng)化：河流斷面面積、水流流速和營(yíng)養(yǎng)鹽含量都可自動(dòng)測(cè)定，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人為干預(yù)，自動(dòng)化程度較高；

3)非入侵式測(cè)定：本發(fā)明采用非入侵式測(cè)定的方式，儀器本身不需要到達(dá)觀測(cè)位置即可完成測(cè)定，屬于環(huán)境友好型，對(duì)現(xiàn)有環(huán)境不會(huì)造成人為破壞，

4)營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定頻率可自動(dòng)調(diào)節(jié)：通過(guò)流量控制營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定模式，對(duì)于突發(fā)的臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣自動(dòng)開(kāi)啟高頻營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定模式，提高營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定頻率以捕捉洪水過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的快速變化，營(yíng)養(yǎng)鹽通量計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確；

5)控制系統(tǒng)上機(jī)位采用基于LabVIEW編寫(xiě)的用戶程序，界面簡(jiǎn)潔友好，易于操作，可自動(dòng)分析并計(jì)算得到營(yíng)養(yǎng)鹽通量。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的控制電路組成框圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的河道地形圖。

圖3本發(fā)明實(shí)施例控制系統(tǒng)的流程框圖。

圖4為本發(fā)明中營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊的流路示意圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

利用本發(fā)明對(duì)九龍江某一入海河流斷面的營(yíng)養(yǎng)鹽通量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

參見(jiàn)圖1～4，本發(fā)明實(shí)施例包括控制系統(tǒng)1、河流斷面面積測(cè)定模塊、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊和營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊，所述控制系統(tǒng)1對(duì)河流斷面面積測(cè)定模塊、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊和營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊進(jìn)行控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理；所述河流斷面面積測(cè)定模塊設(shè)有回聲探測(cè)器2、數(shù)字傳感器3和水位計(jì)4，所述高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊設(shè)有GPS6、聲學(xué)換能器8、數(shù)據(jù)采集卡7和水聽(tīng)器9，所述營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊設(shè)有發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路11、發(fā)光二極管12、閥泵控制電路13、三通電磁閥14、進(jìn)樣蠕動(dòng)泵15、試劑蠕動(dòng)泵16、數(shù)據(jù)采集電路17、光電檢測(cè)器18、純水瓶20、樣品瓶21、試劑瓶22、三通管23、反應(yīng)盤(pán)管24、流通池25和廢液收集瓶26。

所述回聲探測(cè)器2和數(shù)字傳感器3相連，利用走航對(duì)底質(zhì)和水深進(jìn)行調(diào)查，獲得河道地形圖；通過(guò)水位計(jì)4對(duì)河流斷面水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，利用控制系統(tǒng)1模擬分析得到河流斷面的實(shí)時(shí)面積5和斷面面積隨時(shí)間變化的函數(shù)S；

所述GPS 6的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡7，數(shù)據(jù)采集卡7的輸出端連接聲學(xué)換能器8；水聽(tīng)器9的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡7；觀測(cè)過(guò)程中將水聲換能器8和水聽(tīng)器9置于水下，分別用于信號(hào)的發(fā)射和接收，所發(fā)射的信號(hào)由控制系統(tǒng)1生成的發(fā)射信號(hào)輸送至數(shù)據(jù)采集卡7，由水聲換能器8的探頭發(fā)出；水聽(tīng)器9的探頭接收到信號(hào)后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡7輸送至控制系統(tǒng)1對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并存儲(chǔ)；通過(guò)GPS 6測(cè)出水聲換能器8和水聽(tīng)器9在觀測(cè)時(shí)的直線距離L，直線與流速方向的夾角θ，以及聲線在互易傳輸過(guò)程中正向聲傳播時(shí)間T⁺和負(fù)向傳輸時(shí)間T^-；

三通電磁閥14的兩個(gè)進(jìn)樣入口分別連接純水瓶20和樣品瓶21的出口，電磁閥14中間的公共通道與進(jìn)樣蠕動(dòng)泵15的入口連接；試劑瓶22的出口與試劑蠕動(dòng)泵16的入口連接；三通管23的兩端入口分別連接進(jìn)樣蠕動(dòng)泵15的出口端和試劑蠕動(dòng)泵16的出口端，三通管23的出口與反應(yīng)盤(pán)管24的入口連接；反應(yīng)盤(pán)管24的出口與流通池25的入口連接；流通池25的出口連接至廢液收集瓶26?？刂葡到y(tǒng)1通過(guò)對(duì)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路11、閥泵控制電路13、數(shù)據(jù)采集電路17進(jìn)行控制，進(jìn)而控制發(fā)光二極管12光強(qiáng)的變化、三通電磁閥14閥位的切換、進(jìn)樣蠕動(dòng)泵15與試劑蠕動(dòng)泵16的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，從而利用光電檢測(cè)器18所采集的信號(hào)值進(jìn)一步處理得到河流斷面樣品的吸光值，代入工作曲線自動(dòng)計(jì)算得到營(yíng)養(yǎng)鹽含量，并得到營(yíng)養(yǎng)鹽隨時(shí)間變化的函數(shù)C。

所述營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊中三通電磁閥的兩個(gè)進(jìn)樣入口分別連接樣品瓶和純水瓶的出口，電磁閥中間的公共通道與進(jìn)樣蠕動(dòng)泵的入口連接；試劑瓶的出口與試劑蠕動(dòng)泵的入口連接；三通管的兩端入口分別連接進(jìn)樣蠕動(dòng)泵的出口端與試劑蠕動(dòng)泵的出口端，三通管的出口與反應(yīng)盤(pán)管的入口連接；反應(yīng)盤(pán)管的出口與流通池的入口連接；流通池的出口連接至廢液收集瓶?？刂葡到y(tǒng)通過(guò)對(duì)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路、閥泵控制電路、數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行控制，進(jìn)而控制發(fā)光二極管光強(qiáng)的變化，三通電磁閥閥位的切換，進(jìn)樣蠕動(dòng)泵和試劑蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，從而利用光電檢測(cè)器所采集的信號(hào)值進(jìn)一步處理得到河流斷面的營(yíng)養(yǎng)鹽含量。

某一時(shí)間段τ內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)鹽通量通過(guò)河流斷面面積測(cè)定模塊得到的河流斷面面積隨時(shí)間變化的函數(shù)S、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊得到的水流流速隨時(shí)間變化的函數(shù)V和營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊得到的營(yíng)養(yǎng)鹽含量隨時(shí)間變化的函數(shù)C，代入公式(1)計(jì)算得到。河流斷面實(shí)時(shí)流量q通過(guò)實(shí)時(shí)斷面面積s和實(shí)時(shí)流速υ代入公式(2)得到。

q＝sυ (2)

所述聲學(xué)流量測(cè)量的高頻特性可作為同步水文和營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)量的可調(diào)參數(shù)，控制數(shù)據(jù)采集速率。

所述營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定頻率由實(shí)時(shí)流量控制，即設(shè)定閾值，當(dāng)實(shí)時(shí)流量大于或等于閾值時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟高頻營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定模式；當(dāng)實(shí)時(shí)流量小于閾值時(shí)，開(kāi)啟一般營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定模式。

所述控制系統(tǒng)上機(jī)位采用基于LabVIEW編寫(xiě)的用戶程序，能夠?qū)恿鲾嗝婷娣e測(cè)定模塊、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊、營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊進(jìn)行同時(shí)控制，共用流速測(cè)定模塊中的GPS信息，根據(jù)GPS的時(shí)間報(bào)文和脈沖信號(hào)同時(shí)觸發(fā)三個(gè)模塊進(jìn)行同步采樣，提升準(zhǔn)確性。

所述營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)包括氨氮、硝氮、亞硝氮、磷酸鹽、硅酸鹽等，可以根據(jù)需求選擇一種或多種同時(shí)測(cè)定。

本發(fā)明結(jié)合了河流斷面面積測(cè)定、水流流速實(shí)時(shí)測(cè)定與營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定等技術(shù)。

河流斷面面積測(cè)定模塊首先通過(guò)回聲探測(cè)器2和數(shù)字傳感器3相連，利用走航對(duì)底質(zhì)和水深進(jìn)行調(diào)查，獲得河道地形圖，如圖2所示；再通過(guò)水位計(jì)4對(duì)河流斷面水位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而利用控制系統(tǒng)1模擬分析得到河流斷面的實(shí)時(shí)面積和斷面面積隨時(shí)間變化的函數(shù)S。

高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊中GPS 6的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡7；數(shù)據(jù)采集卡7的輸出端連接聲學(xué)換能器8；水聽(tīng)器9的輸出端連接數(shù)據(jù)采集卡7。觀測(cè)過(guò)程中將水聲換能器8和水聽(tīng)器9置于水下，分別用于信號(hào)的發(fā)射和接收，其余部件集成于水上平臺(tái)的系統(tǒng)中。所發(fā)射的信號(hào)由控制系統(tǒng)1生成，輸送至數(shù)據(jù)采集卡7，由水聲換能器8的探頭發(fā)出；水聽(tīng)器9的探頭接收到信號(hào)后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡7輸送至控制系統(tǒng)1對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并存儲(chǔ)。觀測(cè)時(shí)需要聲學(xué)換能器8和水聽(tīng)器9在一定的距離上同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的接收和發(fā)射。通過(guò)GPS 6測(cè)出兩套接發(fā)裝置在觀測(cè)時(shí)的直線距離L，直線與流速方向的夾角θ，以及聲線在互易傳輸過(guò)程中正向聲傳播時(shí)間為T⁺和負(fù)向傳輸時(shí)間T^-，平均聲速C₀，代入流速反演公式(3)可得到水流實(shí)時(shí)流速υ和水流流速隨時(shí)間變化的函數(shù)V。

將河流斷面的實(shí)時(shí)面積和水流的實(shí)時(shí)流速υ代入公式(2)即可得到河流斷面的實(shí)時(shí)流量q。參見(jiàn)圖3控制系統(tǒng)的流程框圖，設(shè)定流量閾值為800m³/s，即當(dāng)實(shí)時(shí)流量≥800m³/s時(shí)，開(kāi)啟營(yíng)養(yǎng)鹽高頻測(cè)定模式，即頻率為每10min一次；流量<800m³/s時(shí)，開(kāi)啟營(yíng)養(yǎng)鹽一般測(cè)定模式，即頻率為每小時(shí)一次。

q＝sυ (2)

公式(2)中，s表示河流斷面的實(shí)時(shí)面積。

參見(jiàn)圖4，營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊中三通電磁閥14的兩個(gè)進(jìn)樣入口分別連接純水瓶20和樣品瓶21的出口，電磁閥14中間的公共通道與進(jìn)樣蠕動(dòng)泵15的入口連接；試劑瓶22的出口與試劑蠕動(dòng)泵16的入口連接；三通管23的兩端入口分別連接進(jìn)樣蠕動(dòng)泵15的出口端與試劑蠕動(dòng)泵16的出口端，三通管23的出口與反應(yīng)盤(pán)管24的入口連接；反應(yīng)盤(pán)管24的出口與流通池25的入口連接；流通池25的出口連接至廢液收集瓶26?？刂葡到y(tǒng)1已內(nèi)置各營(yíng)養(yǎng)鹽參數(shù)的工作曲線，通過(guò)對(duì)發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路11、閥泵控制電路13、數(shù)據(jù)采集電路17進(jìn)行控制，進(jìn)而控制發(fā)光二極管12光強(qiáng)的變化，三通電磁閥14閥位的切換，進(jìn)樣蠕動(dòng)泵15和試劑蠕動(dòng)泵16轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)長(zhǎng)的調(diào)節(jié)，從而利用光電檢測(cè)器18所采集的信號(hào)值進(jìn)一步處理得到河流斷面樣品的吸光值，代入工作曲線自動(dòng)計(jì)算得到營(yíng)養(yǎng)鹽含量c，并得到營(yíng)養(yǎng)鹽隨時(shí)間變化的函數(shù)C。

將河流斷面面積隨時(shí)間變化的函數(shù)S、水流流速隨時(shí)間變化的函數(shù)V和營(yíng)養(yǎng)鹽含量隨時(shí)間變化的函數(shù)C代入公式(1)即可得到九龍江某一入海河流斷面的營(yíng)養(yǎng)鹽通量。

在圖1中，標(biāo)記10表示水流流速，19表示營(yíng)養(yǎng)鹽含量。

本發(fā)明通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)河流斷面面積測(cè)定模塊、高頻聲學(xué)流速測(cè)定模塊和營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定模塊進(jìn)行總控制，并且利用流量調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定頻率，對(duì)于突發(fā)的臺(tái)風(fēng)、暴雨等極端天氣自動(dòng)開(kāi)啟高頻營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定模式，以捕捉洪水過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的快速變化，使得營(yíng)養(yǎng)鹽通量計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確。控制系統(tǒng)上機(jī)位采用基于LabVIEW編寫(xiě)的用戶程序，界面簡(jiǎn)潔友好，易于操作，集成化的系統(tǒng)結(jié)合了河流斷面面積測(cè)定、水流流速實(shí)時(shí)測(cè)定與營(yíng)養(yǎng)鹽在線測(cè)定等技術(shù)，整個(gè)分析過(guò)程無(wú)需人為干預(yù)，自動(dòng)化程度高，可用于河流入海營(yíng)養(yǎng)鹽通量的在線分析。