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原文传递一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置及其方法

专利名称：	一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置及其方法
摘要：	本发明公开了一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置及其方法，包括圆柱顶盖箱、圆柱箱体、气体同步采样装置、自动进出水装置以及依次穿过圆柱顶盖箱顶部四个安装孔的温度传感器探头、污染物均匀喷洒装置、压力平衡管、微型气压计；所述圆柱顶盖箱下接圆柱箱体，气体同步采样装置位于圆柱箱体的侧面，自动进出水装置分别与圆柱箱体的顶部和底部相连接。所述污染物均匀喷洒装置上设有定滑轮，当其放线时均匀洒物瓶可沿钢丝绳I滑动同时向圆柱箱体内均匀喷洒污染物。本发明还公开了上述装置的实验方法。本发明实现了硫肥等污染物定量输入以及不同水动力条件控制下排水沟渠中温室气体的分层通量的精确测量，操作简便，成本低廉。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	扬州大学
发明人：	汪靓;程吉林;程浩淼;王玉琳;何成达
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-23T00:00:00+0800
申请号：	CN201910516685.8
公开号：	CN110161146A
代理机构：	扬州苏中专利事务所(普通合伙)
代理人：	沈志海
分类号：	G01N30/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N30
申请人地址：	225009 江苏省扬州市大学南路88号
主权项：	1.一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置，包括温度传感器探头(1)、圆柱顶盖箱(2)、圆柱箱体(4)、气体同步采集装置(5)、污染物均匀喷洒装置(7)、压力平衡管(8)、微型气压计(9)、自动进出水装置；所述圆柱顶盖箱(2)下接圆柱箱体(4)，圆柱顶盖箱(2)盖于圆柱箱体(4)上，圆柱箱体(4)上设有标尺(14)；所述温度传感器探头(1)安装于圆柱顶盖箱(2)顶部的左侧，且穿过圆柱顶盖箱(2)伸于圆柱箱体(4)内；所述压力平衡管(8)、微型气压计(9)均安装于圆柱顶盖箱(2)的右侧，压力平衡管(8)、微型气压计(9)均穿过圆柱顶盖箱(2)伸于圆柱箱体(3)内，且微型气压计(9)位于压力平衡管(8)的右侧，压力平衡管(8)塞有橡胶塞帽；所述污染物均匀喷洒装置(7)包括加物瓶(7-6)、4个洒物瓶(7-5)，所述加物瓶(7-6)的顶部的两侧安装有定滑轮(7-2)，加物瓶(7-6)的顶部开口塞有橡胶瓶塞(7-1)；所述洒物瓶(7-5)的形状为四分之一圆柱体，4个洒物瓶(7-5)组成一个整体的圆柱体，所述洒物瓶(7-5)的顶部设有进孔，底部设有细孔(7-8)，加物瓶(7-6)置于4个洒物瓶(7-5)的顶部，加物瓶(7-6)的底部设有底部开口，当4个洒物瓶(7-5)合为一个整体的圆柱体时，4个洒物瓶(7-5)顶部的进孔与加物瓶(7-6)的底部开口贯通；所述加物瓶(7-6)安装于圆柱顶盖箱(2)的中心，且加物瓶(7-6)的顶部开口位于圆柱顶盖箱(2)外侧，加物瓶(7-6)的底部开口位于圆柱顶盖箱(2)内侧；圆柱顶盖箱(2)内侧的中心固定有4根钢丝绳I(3)，4根钢丝绳I(3)的一端均与圆柱顶盖箱(2)内侧的中心固定，另一端固定于均匀分布固定于圆柱顶盖箱(2)侧边；4根钢丝绳I(3)从圆柱顶盖箱(2)内侧中心向四周逐渐倾斜降低； 4个洒物瓶(7-5)的顶部均设有吊环(7-4)、挂钩(7-7)，4个洒物瓶(7-5)通过挂钩(7-7)分别挂于对应的4根钢丝绳I(3)上；所述4个洒物瓶(7-5)的吊环(7-4)上均固定有钢丝绳III(7-3)，同侧2个洒物瓶(7-5)上的钢丝绳III(7-3)均绕于同侧的定滑轮(7-2)上，钢丝绳III的端部与定滑轮(7-2)固定，每个定滑轮(7-2)上均绕有2根钢丝绳III(7-3)；正反旋转定滑轮(7-2)时，带动钢丝绳III(7-3)缠绕于定滑轮(7-2)或从定滑轮(7-2)旋开；当钢丝绳III(7-3)从定滑轮(7-2)旋开，钢丝绳III(7-3)伸长，4个洒物瓶(7-5)沿着对应的4根钢丝绳I(3)移动，向圆柱顶盖箱(2)的四周移动，洒物瓶(7-5)内灌有污染物时，保证4个洒物瓶(7-5)内污染物能通过细孔(7-8)均匀洒至下方的圆柱箱体(4)中；所述自动进出水装置包括水路管道(15)，水路管道(15)的两端分别与圆柱箱体(4)的同一侧贯通连接，且一端位于圆柱箱体(4)上侧，一端位于圆柱箱体(4)下侧，位于圆柱箱体(4)上侧的水路管道(15)一端设有进水口(12)，靠近进水口(12)的水路管道(15)上安装有注水口(11)；位于圆柱箱体(4)下侧的水路管道(15)一端处安装有阀门(19)、蠕动泵(20)、排水口(21)，且阀门(19)、蠕动泵(20)、排水口(21)在水路管道(15)上，离水路管道(15)与圆柱箱体(4)下侧贯通处由近至远依次设置；注水口(11)、进水口(12)位于水路管道(15)的上部，阀门(19)、蠕动泵(20)、排水口(21)位于水路管道(15)的下部；所述注水口(11)和排水口(21)塞有橡胶皮塞；所述气体同步采样装置(5)位于圆柱箱体(4)的侧面，所述气体同步采样装置(5)包括不锈钢架(5-1)、不锈钢轨道(5-2)、钢丝绳II(5-3)、滑动抽板(5-4)、活塞(5-5)、不锈钢条(5-7)、底座(5-8)、三通阀(5-10)、采样管(5-11)、注射器(5-12)、脚轮(5-9)；所述不锈钢架(5-1)的底部设有底座(5-8)，不锈钢架(5-1)的上下两部均设有不锈钢轨道(5-2)；所述滑动抽板(5-4)的上下两端均设有脚轮(5-9)，滑动抽板(5-4)上下两端的脚轮(5-9)分别置于不锈钢架(5-1)上部的不锈钢轨道(5-2)、下部的不锈钢轨道(5-2)内，滑动抽板(5-4)在脚轮(5-9)的作用下，可在不锈钢架(5-1)上滑动；所述不锈钢条(5-7)设置于不锈钢架(5-1)上，不锈钢条(5-7)上等间距安装固定有若干注射器(5-12)，注射器(5-12)的一端与三通阀(5-10)贯通连接，另一端插有活塞(5-5)，所述活塞(5-5)一端插于注射器(5-12)内，另一端与滑动抽板(5-4)固定连接；所述三通阀(5-10)的一端与注射器(5-12)贯通，另一端与采样管(5-11)贯通连接；所述采样管(5-11)的一端与三通阀(5-10)贯通连接，另一端倾斜设置在圆柱箱体(4)的侧面，且采样管(5-11)与圆柱箱体(4)贯通；若干采样管(5-11)在圆柱箱体(4)侧面等间距布置；打开三通阀(5-10)，移动滑动抽板(5-4)，带动活塞(5-5)在注射器(5-12)内移动，活塞(5-5)往外移动时，经注射器(5-12)、三通阀(5-10)、采样管(5-11)对圆柱箱体(3)内实现抽气。 2.根据权利要求1所述的一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置，其特征是，所述圆柱顶盖箱(2)选用PVC材质，圆柱顶盖箱(2)的高度为300-500mm，厚度为5mm，半径为200-400mm；所述圆柱顶盖箱(2)的顶部设有四个安装孔，从左至右分别为温度传感器探头安装孔、污染物均匀喷洒装置安装孔、压力平衡管安装孔、微型气压计安装孔，温度传感器探头安装孔、污染物均匀喷洒装置安装孔、压力平衡管安装孔、微型气压计安装孔上分别安装有温度传感器探头(1)、污染物均匀喷洒装置(7)、压力平衡管(8)和微型气压计(9)。 3.根据权利要求1所述的一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置，其特征是，所述圆柱箱体(4)选用PVC材质，圆柱箱体(4)的厚度、半径都与圆柱顶盖箱(2)相同，圆柱箱体(4)的高度为800-1500mm，圆柱箱体(4)底部设有不锈钢支架(22)。 4.根据权利要求1所述的一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置，其特征是，所述滑动抽板(5-4)上设有把手(5-6)。 5.根据权利要求1所述的一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置，其特征是，所述注射器(5-12)与采样管(5-11)的数目、分布间距一致；采样管(5-11)等间距10-20cm且斜向上120-170度设置在圆柱箱体(4)的侧面，以测量圆柱箱体(4)内不同空间深度的温室气体通量。 6.根据权利要求1所述的一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置，其特征是，所述不锈钢条(5-7)上设有螺纹孔，注射器(5-12)的外壁上设有与螺纹孔相匹配的外螺纹，注射器(5-12)通过外螺纹旋紧于螺纹孔，与不锈钢条(5-7)螺纹旋紧固定。所述不锈钢条(5-7)上螺纹孔的间距d由下式计算： d＝(L采样管+L注射器)×sinα 其中，L注射器和L注射器分别为注射器(5-12)穿过螺纹孔前的长度、采样管(5-11)的长度，α为采样管(5-11)的倾斜角度。 7.根据权利要求1所述的一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置，其特征是，所述采样管(5-11)与圆柱箱体(4)侧面的连接处均设置过滤纱网(6)，过滤纱网(6)用以防止圆柱箱体(4)中的底泥堵塞采样管(5-11)。 8.根据权利要求1-7中任意一项权利要求所述的一种测量稻田排水沟渠温室气体分层通量的实验装置进行实验方法，其特征是，包括以下步骤：第一步、铺填实验所需底泥，在圆柱箱体(4)底部均匀铺设厚度为30mm的石英砂(18)，并在其上铺置一层纱布(17)，将原位采集的沟渠底泥进行均质化处理后，均匀的铺设在圆柱箱体(4)中，形成底泥层(16)，底泥层(16)填装的厚度为200-500mm；第二步、注入实验所需水体，通过注水口(11)向圆柱箱体(4)中缓慢注入需要水体形成水层(3)，保持水层(13)为400-800mm厚度，圆柱箱体(4)内水层(3)上方为空气层(10)；第三步、连接圆柱顶盖箱(2)和圆柱箱体(4)，将圆柱顶盖箱(2)置于圆柱箱体(4)上，并用密封的橡胶带进行密封，防止圆柱箱体(4)内气体外泄；第四步、连接气体同步采集装置(5)，将气体同步采集装置(5)置于圆柱箱体(4)的侧面，通过三通阀(5-10)将注射器(5-12)与采样管(5-11)连接，固定好不锈钢底座(5-8)；第五步、污染物均匀喷洒，定量加入实验所需污染物，取出加物瓶(7-6)顶部开口的橡胶瓶塞(7-1)，打开加物瓶(7-6)的顶部开口，污染物经加物瓶(7-6)顶部开口添加至加物瓶(7-6)，并经加物瓶(7-6)落入4个洒物瓶(7-5)，同时让加物瓶(7-6)顶部的定滑轮(7-2)放线，使得下部的4个洒物瓶(7-5)沿着对应的钢丝绳I(3)分别向四周移动，实现污染物均匀洒入下方的圆柱箱体(4)中；第六步、监测采样，在硫肥等污染物喷洒后的第0.25-5天内，每间隔5分钟采集气体，调整三通阀(5-10)使采样管(5-11)和注射器(5-12)相联通，同时打开压力平衡管(8)上的橡胶塞帽，保证圆柱箱体(4)内外气压平衡，拉动滑动抽板(5-4)，带动活塞(5-5)在注射器(5-12)内往外移动，经注射器(5-12)、三通阀(5-10)、采样管(5-11)对圆柱箱体(4)内不同深度的气样实现同时气体气样采集；并通过温度传感器探头(1)、微型气压计(9)分别测量出圆柱箱体(3)内的气温、气压，并记录圆柱箱体(4)内的气温、气压；采样完毕快速盖紧气压平衡管(8)的橡胶塞帽并密闭圆柱箱体(4)内的气体；第七步：对气样进行测定：利用气相色谱仪测定所采集的气体，分析不同深度所测气体的浓度，所测气体的通量F用下式来计算：其中：D是温室气体分子扩散系数，单位为m2/s；ci,ci-1为实验装置上相邻两根采样管(5-11)中获得的温室气体浓度，单位为mg/m3；h为相邻采样管(5-11)的距离，单位为m；F为温室气体通量，单位为mg/m2s；第八步、设置不同流量和水位，通过蠕动泵(20)调节不同的流量，注水口(11)控制不同的水位，重复第一至第七步，待所有预设流量和水位情况测量完毕，结束本轮污染物添加量和添加频率工况下的测量；第九步、改变污染物添加量和频率，以不同频率添加不同量的污染物，重复第一至第八步，待所有预设工况下温室气体通量测量完毕，结束实验。
所属类别：	发明专利