本發(fā)明涉及一種測(cè)定水體擴(kuò)散型甲烷釋放通量的裝置，屬于水體溫室氣體釋放通量測(cè)定裝置領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，氣候變暖導(dǎo)致了干旱、洪澇、颶風(fēng)等極端天氣事件頻發(fā)。甲烷作為第二大溫室氣體對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)達(dá)20％。天然水體被認(rèn)為是甲烷釋放的主要來(lái)源之一。以湖泊為例，甲烷排放量為8～48tgyr^-1，占全球釋放總量的6～16％。目前，關(guān)于水體甲烷釋放相關(guān)領(lǐng)域已成為了國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

甲烷在水體中的溶解度較低，當(dāng)水溫為20℃時(shí)，溶解度僅為1.6molm^-3。因此，當(dāng)沉積物產(chǎn)生大量甲烷時(shí)，其除了可以通過(guò)擴(kuò)散這一常規(guī)途徑外，還可以通過(guò)氣泡這一特殊途經(jīng)釋放進(jìn)入大氣中。甲烷釋放途徑不同，所產(chǎn)生的影響存在差異。甲烷若以擴(kuò)散形式釋放，其產(chǎn)生的影響相對(duì)較小，這是因?yàn)閿U(kuò)散型甲烷在途經(jīng)上覆水體過(guò)程中，易被甲烷氧化氧化消耗。因此，對(duì)擴(kuò)散型和氣泡型甲烷進(jìn)行區(qū)分研究具有重要意義。

水體氣泡型甲烷釋放通量通常采用倒置漏斗法測(cè)定：將漏斗倒置于水面下，收集沉積物釋放的氣泡，通過(guò)分析收集氣體中甲烷量，得出氣泡型甲烷釋放通量。擴(kuò)散型甲烷釋放通量通常采用靜態(tài)箱法：在水表面放置一個(gè)頂部中空且密封的箱體，通過(guò)定時(shí)取樣、分析，獲取箱體內(nèi)甲烷濃度變化速率，從而得知擴(kuò)散型甲烷釋放速率。在實(shí)際應(yīng)用中，靜態(tài)箱法易受甲烷氣泡的干擾，甲烷氣泡的進(jìn)入引起靜態(tài)箱中甲烷濃度波動(dòng)變化，造成擴(kuò)散型甲烷測(cè)定失敗，嚴(yán)重影響力相關(guān)研究進(jìn)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明目的在于提供一種測(cè)定水體擴(kuò)散型甲烷釋放通量的新型裝置，避免甲烷氣泡進(jìn)入靜態(tài)箱造成干擾，提高擴(kuò)散型甲烷測(cè)定成功率。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種測(cè)定水體擴(kuò)散型甲烷釋放通量的新型裝置，包括靜態(tài)箱和倒置漏斗；所述倒置漏斗的底部敞口置于靜態(tài)箱下方，頂部甲烷氣泡出口穿過(guò)靜態(tài)箱頂面位于靜態(tài)箱上方，所述靜態(tài)箱頂部設(shè)有擴(kuò)散型甲烷取氣口。

作為優(yōu)選，所述倒置漏斗的敞口邊緣與靜態(tài)箱的底部敞口邊緣的垂直距離為2～4cm。

作為優(yōu)選，所述倒置漏斗完全覆蓋靜態(tài)箱，漏斗敞口邊緣伸出靜態(tài)箱底部邊緣2～5cm。

作為優(yōu)選，所述靜態(tài)箱為圓筒形狀，倒置漏斗的軸線與靜態(tài)箱的軸線重合。

作為優(yōu)選，所述靜態(tài)箱的外部設(shè)有漂浮裝置。

作為優(yōu)選，所述靜態(tài)箱的內(nèi)部設(shè)有風(fēng)扇。

作為優(yōu)選，所述靜態(tài)箱外表面覆蓋有鋁箔紙。

作為優(yōu)選，所述倒置漏斗底部敞口與靜態(tài)箱之間沿周向均勻設(shè)置若干固定柱。

有益效果：本發(fā)明提供的一種測(cè)定水體擴(kuò)散型甲烷釋放通量的新型裝置，將漏斗倒置于靜態(tài)箱下，用于收集甲烷氣泡，避免其進(jìn)入靜態(tài)箱干擾擴(kuò)散型甲烷的測(cè)定，從而提高了擴(kuò)散型甲烷測(cè)定成功率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的裝置剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的裝置俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1-風(fēng)扇，2-甲烷氣泡出氣口，3-擴(kuò)散型甲烷取氣口，4-靜態(tài)箱，5-懸浮裝置，6-倒置漏斗。

圖3為本實(shí)施例裝置的應(yīng)用示意圖。

圖4為本實(shí)施例與傳統(tǒng)裝置測(cè)定擴(kuò)散型甲烷對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

如圖1、2所示，本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)的一種測(cè)定水體擴(kuò)散型甲烷釋放通量的新型裝置，將漏斗6垂直倒置于靜態(tài)箱4下方，倒置漏斗6底部的敞口完全覆蓋靜態(tài)箱4底部敞口，倒置漏斗6敞口邊緣伸出靜態(tài)箱4底部邊緣2-5cm，倒置漏斗6的敞口邊緣與靜態(tài)箱4的底部敞口邊緣的垂直距離為2-4cm。靜態(tài)箱4為圓筒形狀，倒置漏斗6的軸線與靜態(tài)箱4的軸線重合，倒置漏斗6頂部的甲烷氣泡出氣口穿過(guò)靜態(tài)箱4頂面位于靜態(tài)箱4上方，靜態(tài)箱4頂部設(shè)有擴(kuò)散型甲烷取氣口3。靜態(tài)箱4的外部設(shè)有漂浮裝置5，通過(guò)外物輔助漂浮于水體表面。為避免陽(yáng)光直射，箱體內(nèi)部升溫，靜態(tài)箱4外表面覆蓋有鋁箔紙。靜態(tài)箱4內(nèi)部還可裝有電動(dòng)風(fēng)扇，以混勻箱體內(nèi)部氣體。倒置漏斗6的取氣管可以直接焊接在靜態(tài)箱4的頂面通孔處或通過(guò)螺紋與靜態(tài)箱4的頂面對(duì)接，并保證氣密性，為防止翻斗，倒置漏斗6底部敞口與靜態(tài)箱4之間沿周向均勻設(shè)置若干固定柱。本實(shí)施例的裝置在測(cè)定擴(kuò)散型甲烷釋放通量時(shí)，可避免甲烷氣泡的干擾，提高測(cè)定成功率。

下面通過(guò)模擬甲烷氣泡干擾環(huán)境中對(duì)水體擴(kuò)散型甲烷釋放速率的測(cè)定，說(shuō)明本發(fā)明裝置相比于傳統(tǒng)裝置的優(yōu)勢(shì)。

如圖3所示，將本實(shí)施例的新型裝置放于藻水中，藻顆粒分解產(chǎn)生擴(kuò)散型甲烷，將連接有甲烷鋼瓶的曝氣頭置于水體底部，間隔釋放甲烷氣泡，以模擬甲烷氣泡釋放。每5min從靜態(tài)箱中采集氣體樣品10ml置于真空樣品瓶中，共采集20min，采集前打開(kāi)靜置箱內(nèi)電動(dòng)風(fēng)扇以混勻氣體，氣體樣品經(jīng)由氣相色譜測(cè)定后，計(jì)算甲烷氣體濃度增加速率，獲得擴(kuò)散型甲烷釋放速率。以無(wú)倒置漏斗的傳統(tǒng)靜態(tài)箱為對(duì)照，按以上要求，測(cè)定20個(gè)循環(huán)，獲取20組數(shù)據(jù)。每組數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合計(jì)算甲烷氣體濃度增加速率時(shí)，若線性相關(guān)系數(shù)r²<0.95，測(cè)定結(jié)果視為失敗。結(jié)果表明，傳統(tǒng)裝置受甲烷氣泡影響較大，成功率僅為60％，當(dāng)有甲烷氣泡進(jìn)入裝置時(shí)，傳統(tǒng)靜態(tài)箱裝置中甲烷濃度波動(dòng)較大，r²僅為0.339；而新型裝置可避免甲烷氣泡的干擾，測(cè)定成功率高達(dá)95％，即使有甲烷氣泡的進(jìn)入，r²仍可達(dá)到0.999。并且，新型裝置測(cè)定結(jié)果與傳統(tǒng)測(cè)定的成功值無(wú)顯著差異。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)定水體擴(kuò)散型甲烷釋放通量的新型裝置，包括靜態(tài)箱和倒置漏斗；所述倒置漏斗的底部敞口置于靜態(tài)箱下方，頂部的甲烷氣泡出口穿過(guò)靜態(tài)箱頂面位于靜態(tài)箱上方，所述靜態(tài)箱頂部設(shè)有擴(kuò)散型甲烷取氣口。本發(fā)明提供的新型裝置，將漏斗倒置于靜態(tài)箱下，用于收集甲烷氣泡，避免其進(jìn)入靜態(tài)箱干擾擴(kuò)散型甲烷的測(cè)定，從而提高了擴(kuò)散型甲烷測(cè)定成功率。

技術(shù)研發(fā)人員：陳求穩(wěn);施文卿;秦伯強(qiáng);朱琳;姬雨雨;陳宇琛;林育青;胡柳明
受保護(hù)的技術(shù)使用者：水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.26
技術(shù)公布日：2017.08.18