一种运河水-气界面气体传质系数获取方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种运河水

【技术实现步骤摘要】
一种运河水
‑
气界面气体传质系数获取方法及装置


[0001]本专利技术涉及环境科学及大气研究领域，尤其涉及一种运河水
‑
气界面气体传质系数获取方法及装置。

技术介绍

[0002]水气界面温室气体的交换通量广泛采用薄边界层法(TBL)测定。TBL是依据水气两相之间气体浓度梯度与给定环境中气体传质系数之间的半经验计算，其中气体传质系数作为定量气体交换通量的关键因子，其计算仍具有很大的不确定性。因此，如何准确定量传质系数成为了计算气体交换通量的重点与难点。传统上，常以水面上方风速进行传质系数的计算，但对于无风以及场景复杂的河流，计算误差较大，不具有普遍适用性。CN209069555U开发了一种研究雨滴对气体传质系数影响的实验装置，除了风速的影响，将环境中雨滴对水面的撞击作为气体传质系数的影响因子，来提高水
‑
气界面传质系数的计算准确性。该方法虽然将考虑了雨滴对气体传质系数的影响，但对于受人为因素影响较大的运河，与雨滴落入水面产生的波动相比，强烈的行船活动产生的水面波动更大、更为剧烈，水面处于持续波动状态，对气体传质系数产生潜在的影响。目前，航运扰动对运河气体传质系数的影响尚不清晰。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：针对气体传质系数在运河、以及水面波动较大的场景下计算结果的不准确性等问题，本专利技术提出了一种运河水
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气界面气体传质系数获取方法及装置，其计算结果具有准确性高、可靠性高的优点。
[0004]技术方案：本专利技术所述的运河水
‑
气界面气体传质系数获取方法包括：
[0005]在目标运河及其支流上放置波高仪，采用波高仪监测河流波形；
[0006]根据监测的目标运河及其支流上的波形通过傅里叶变换得到目标运河及其支流的特征波周期；
[0007]根据目标运河及其支流的特征波周期计算得到目标运河及其支流的特征波波数，并根据目标运河波数求解得到目标运河船行波主导的均方斜率，根据支流特征波波数求解得到目标运河风生波主导的均方斜率；
[0008]基于船行波主导的均方斜率和目标运河等级计算得到船行波介导的气体传质系数分支；
[0009]根据风生波主导的均方斜率计算得到风生波介导的气体传质系数分支；
[0010]将船行波介导的气体传质系数分支和风生波介导的气体传质系数分支相加，和作为目标运河的水
‑
气界面气体传质系数。
[0011]进一步的，所述根据目标运河及其支流的特征波周期计算得到目标运河及其支流的特征波波数的计算方法为：
[0012][0013][0014]式中，表示目标运河、支流的特征波波数，h1、h2表示目标运河、支流的水深，g为重力加速度，T1、T2表示目标运河、支流的特征波周期。
[0015]进一步的，所述根据目标运河波数求解得到目标运河船行波主导的均方斜率的计算方法为：
[0016][0017]式中，s
12
表示目标运河船行波主导的均方斜率，表示目标运河的特征波波数。
[0018]进一步的，所述根据支流特征波波数求解得到目标运河风生波主导的均方斜率的计算方法为：
[0019][0020]式中，s
22
表示目标运河风生波主导的均方斜率，表示支流的特征波波数。
[0021]进一步的，所述基于船行波主导的均方斜率和目标运河等级计算得到船行波介导的气体传质系数分支的计算方法为：
[0022]S_k
600*
＝α(0.0014s
12
+3.4
×
10
‑6)
[0023]式中，S_k
600*
表示船行波介导的气体传质系数分支，表示修正系数,H
max
表示目标运河最大通航吨位，H
max,D
表示波高仪所在区域最大通航吨位，s
12
表示目标运河船行波主导的均方斜率。
[0024]进一步的，所述根据风生波主导的均方斜率计算得到风生波介导的气体传质系数分支的计算方法为：
[0025]W_k
600*
＝0.0014s
22
+3.4
×
10
‑6[0026]式中，W_k
600*
表示风生波介导的气体传质系数分支，s
22
表示风生波主导的均方斜率。
[0027]本专利技术所述的运河水
‑
气界面气体传质系数获取装置包括：
[0028]波高仪，放置于目标运河及其支流上，用于监测河流波形；
[0029]傅里叶变换模块，用于根据监测的目标运河及其支流上的波形通过傅里叶变换得到目标运河及其支流的特征波周期；
[0030]第一计算模块，用于根据目标运河及其支流的特征波周期计算得到目标运河及其支流的特征波波数，并根据目标运河波数求解得到目标运河船行波主导的均方斜率，根据支流特征波波数求解得到目标运河风生波主导的均方斜率；
[0031]第二计算模块，用于基于船行波主导的均方斜率和目标运河等级计算得到船行波介导的气体传质系数分支；
[0032]第三计算模块，用于根据风生波主导的均方斜率计算得到风生波介导的气体传质
系数分支；
[0033]第四计算模块，用于将船行波介导的气体传质系数分支和风生波介导的气体传质系数分支相加，和作为目标运河的水
‑
气界面气体传质系数。
[0034]有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术准确性高，可靠性高，能够解决包括风速、船行波在内的各种环境机制引起的k
600
变化的问题。
附图说明
[0035]图1是本专利技术提供的运河水
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气界面气体传质系数获取方法的流程示意图；
[0036]图2是运河和自然河流研究区域与监测位点的布设；
[0037]图3是运河和自然河流水面波对比分析以及傅里叶变换的结果；
[0038]图4是风生波与风速计算气体传质系数对比；
[0039]图5是太湖流域江苏境内运河行船扰动介导的k600空间分布图。
具体实施方式
[0040]本实施例提供了一种运河水
‑
气界面气体传质系数获取方法，其通过水面波的变化来计算气体传质系数，如图1所示，包括如下步骤：
[0041]S1、在目标运河及其支流上放置波高仪，采用波高仪监测河流波形。
[0042]本专利技术实施例采用无线数字波高仪监测，波高仪布设遵循“水面起伏波高不淹没监测探针”原则，并使用YH
‑
12无线数据接收器与SDA100传感器分别接收和处理波信号。
[0043]S2、根据监测的目标运河及其支流上的波形通过傅里叶变换得到目标运河及其支流的特征波周期T1、T2。
[0044]S3、根据目标运河及其支流的特征波周本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种运河水
‑
气界面气体传质系数获取方法，其特征在于该方法包括：在目标运河及其支流上放置波高仪，采用波高仪监测河流波形；根据监测的目标运河及其支流上的波形通过傅里叶变换得到目标运河及其支流的特征波周期；根据目标运河及其支流的特征波周期计算得到目标运河及其支流的特征波波数，并根据目标运河波数求解得到目标运河船行波主导的均方斜率，根据支流特征波波数求解得到目标运河风生波主导的均方斜率；基于船行波主导的均方斜率和目标运河等级计算得到船行波介导的气体传质系数分支；根据风生波主导的均方斜率计算得到风生波介导的气体传质系数分支；将船行波介导的气体传质系数分支和风生波介导的气体传质系数分支相加，和作为目标运河的水
‑
气界面气体传质系数。2.根据权利要求1所述的运河水
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气界面气体传质系数获取方法，其特征在于：所述根据目标运河及其支流的特征波周期计算得到目标运河及其支流的特征波波数的计算方法为：为：式中，表示目标运河、支流的特征波波数，h1、h2表示目标运河、支流的水深，g为重力加速度，T1、T2表示目标运河、支流的特征波周期。3.根据权利要求1所述的运河水
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气界面气体传质系数获取方法，其特征在于：所述根据目标运河波数求解得到目标运河船行波主导的均方斜率的计算方法为：式中，s
12
表示目标运河船行波主导的均方斜率，表示目标运河的特征波波数。4.根据权利要求1所述的运河水
‑
气界面气体传质系数获取方法，其特征在于：所述根据支流特征波波数求解得到目标运河风生波主导的均方斜率的计算方法为：式中，s
22
表示目标运河风生波主导的均方斜率，表示支流的特征波波数。5.根据权利要求1所述的运河水
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气界面气体传质系数获取方法，其特征在于：所述基于船行波主导的均方斜率和目标运河等级计算得到船行波介导的气体传质系数分支的计...

【专利技术属性】
技术研发人员：施文卿，刘博毅，朱琳，张朝阳，张欣芝，邢冉，王家一，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：