【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及环境科研及大气研究领域，特别是涉及一种库区水面温室气体扩散释放模拟装置及通量评估方法。
技术介绍
1、筑坝蓄水对温室气体排放量的增加已成为近年来河流生态环境领域的热点问题，其中，库区水面温室气体扩散释放通常被认为是水电温室气体排放的最重要途径。与海洋、湖泊与自然河道的温室气体扩散释放只受到风或水流单因素影响不同，水库作为人工-自然耦合系统，具有由库尾“河相”向库首“湖相”过渡的特征，库区温室气体释放既受到风速的影响，同时库区实时调度还导致了库区自由液面流速等水动力学条件的时空异质性，使得库区温室气体释放受到风-流速等多因素耦合影响。
2、目前对库区水面温室气体扩散释放通量的监测大多采用模型估算法(tbl)，即释放通量等于水气界面温室气体浓度差与气液传质系数的乘积，其中气体浓度可直接高精度测量，但目前对库区气液传质系数取值计算往往只考虑风速这一因素，而忽略了库区水体流动的影响，造成了估算库区温室气体水-气界面扩散释放通量的误差。因此亟需一种可以模拟风-水流等多因素耦合影响下温室气体释放装置，进而建立库区水面温室气体扩散释放通量评估方法。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种库区水面温室气体扩散释放模拟装置及通量评估方法，其能够模拟库区不同风-流速等多因素耦合影响下的二氧化碳(co2)和甲烷(ch4)等温室气体的气液传质过程，并提供库区温室气体排放通量计算方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、根据本专利技术的第一方面，提供一种库区水面温室气体扩散释放模拟装置，包括：
4、环形水槽；
5、电动水流推动器，所述电动水流推动器设置于所述环形水槽的中心，用于推动所述环形水槽内水流流动；
6、风机，所述风机设置于所述环形水槽的上方，用于提供所述环形水槽内水体自由液面持续稳定的风场；
7、温室气体生成单元，所述温室气体生成单元用于通过加压方式以获得具有初始温室气体浓度的水体；其中，所述具有初始温室气体浓度的水体用于注入至所述环形水槽内；
8、数据采集单元，包括流速监测器、风速监测器和温度监测器；
9、温室气体浓度监测单元，用于监测所述环形水体中温室气体浓度。
10、在一种优选的实施方式中，所述环形水槽包括底板、第一环形挡板和第二环形挡板，所述第一环形挡板和第二环形挡板同心设置于所述底板的上端，所述第一环形挡板设置于所述第二环形挡板的内部，以通过底板、第一环形挡板和第二环形挡板形成一个用于放置水体的水槽。
11、在一种优选的实施方式中，所述风机设置为四个，四个风机环形阵列地布设于所述第二环形挡板的上端。
12、在一种优选的实施方式中，所述电动水流推动器包括电机、转盘、传动杆以及转板，所述电机设置于所述第一环形挡板的中间位置，所述电机的输出轴同轴连接所述转盘，所述转盘上连接有至少一个所述传动杆，一个传动杆连接一个转板，所述转板设置于所述水槽内。
13、在一种优选的实施方式中，所述温室气体浓度监测单元包括取样管、水气分离器、温室气体浓度检测仪以及阀门组件，所述水槽上设置有取水口和回水口，所述取水口位于水面之下，回水口位于水面之上，所述取样管的两端分别与所述取水口和出水口连接，所述取样管上设置所述水气分离器和所述阀门组件，所述阀门组件位于所述水气分离器与所述取水口之间，所述水气分离器的出气端口连接所述温室气体浓度检测仪。
14、根据本专利技术的第二方面，提供一种库区水面温室气体扩散释放通量评估方法，基于如上所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，所述方法包括：
15、通过所述温室气体生成单元，获得溶解有不同温室气体浓度的水体；
16、将溶解有设定温室气体浓度的水体注入至所述环形水槽内；
17、调节所述电动水流推动器中的钢板顶部至水面位置；
18、启动电动水流推动器，调节电机工作功率至水流流速到达设定流速，调节电机转动方向；
19、启动风机，调节风机工作功率至水槽内水体表面风速到达设定风速；
20、通过温度监测器对水槽内水流水温、大气温度进行测量；
21、通过温室气体浓度监测单元对大气中的温室气体浓度进行测量以得到大气温室气体浓度值；
22、通过温室气体浓度监测单元对所述环形水槽内水体的温室气体浓度进行在线监测以获取对应时间下的温室气体浓度数据。
23、在一种优选的实施方式中，所述方法还包括：
24、根据大气温室气体浓度值以及不同对应时间下的环形水槽内实体温室气体浓度变化值，通过一级反应方程拟合得到对应流速、风速和温度下的温室气体气液传质系数；
25、根据对应流速、风速和温度下的温室气体气液传质系数和温室气体在库区水体中的浓度值，确定温室气体释放通量。
26、在一种优选的实施方式中，所述一级方程表示为：
27、(ct-cs)＝(c0-cs)e-klat
28、式中，cs为温室气体的大气浓度，ct为温室气体在水体内的t时刻浓度值，c0为温室气体在水体内的初始时刻浓度值，a为水体比表面积，kl为温室气体气液传质系数。
29、在一种优选的实施方式中，根据对应流速、风速和温度下的温室气体气液传质系数和温室气体在库区水体中的浓度值，通过如下公式确定温室气体释放通量：
30、f＝(cw-cs)kl
31、式中，cw为温室气体在实际库区水体中的浓度值，f为温室气体释放通量；当实际库区水温与模拟装置水温不一致时，可通过气液传质系数的温度修正公式对kl进行温度修正。
32、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
33、1、本专利技术提出的库区水面温室气体扩散释放模拟装置考虑了库区水体的流动及风速两种对库区水体温室气体扩散释放有较大影响的关键驱动因素，其中流速、风速可精确调控，实现了风-水流的多因素耦合影响，与实际情况更为接近。
34、2、本专利技术提出的库区水面温室气体扩散释放通量评估方法基于所述实验获得的特定风速和流速下的温室气体气液传质系数值，较以往只考虑风速影响的温室气体气液传质计算经验公式的取值更为精确。
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1.一种库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，所述环形水槽包括底板、第一环形挡板和第二环形挡板，所述第一环形挡板和第二环形挡板同心设置于所述底板的上端，所述第一环形挡板设置于所述第二环形挡板的内部，以通过底板、第一环形挡板和第二环形挡板形成一个用于放置水体的水槽。
3.根据权利要求2所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，所述风机设置为四个，四个风机环形阵列地布设于所述第二环形挡板的上端。
4.根据权利要求2所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，所述电动水流推动器包括电机、转盘、传动杆以及转板，所述电机设置于所述第一环形挡板的中间位置，所述电机的输出轴同轴连接所述转盘，所述转盘上连接有至少一个所述传动杆，一个传动杆连接一个转板，所述转板设置于所述水槽内。
5.根据权利要求2所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，所述温室气体浓度监测单元包括取样管、水气分离器、温室气体浓度检测仪以及阀门组件，所述水槽上设置有取水
6.一种库区水面温室气体扩散释放通量评估方法，其特征在于，基于如权利要求1至5中任一项所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的通量评估方法，其特征在于，所述方法还包括：
8.根据权利要求7所述的通量评估方法，其特征在于，所述一级方程表示为：
9.根据权利要求8所述的通量评估方法，其特征在于，根据对应流速、风速和温度下的温室气体气液传质系数和温室气体在库区水体中的浓度值，通过如下公式确定温室气体释放通量：
...【技术特征摘要】
1.一种库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，所述环形水槽包括底板、第一环形挡板和第二环形挡板，所述第一环形挡板和第二环形挡板同心设置于所述底板的上端，所述第一环形挡板设置于所述第二环形挡板的内部，以通过底板、第一环形挡板和第二环形挡板形成一个用于放置水体的水槽。
3.根据权利要求2所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，所述风机设置为四个，四个风机环形阵列地布设于所述第二环形挡板的上端。
4.根据权利要求2所述的库区水面温室气体扩散释放模拟装置，其特征在于，所述电动水流推动器包括电机、转盘、传动杆以及转板，所述电机设置于所述第一环形挡板的中间位置，所述电机的输出轴同轴连接所述转盘，所述转盘上连接有至少一个所述传动杆，一个传动杆连接一个转板，所述转板设置于所述水槽内。
5.根据权利要求2所述的库区水面温室气体扩散释...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄菊萍，李哲，胥澳，欧洋铭，马宏海，欧阳文娟，马彦博，肖艳，鲁伦慧，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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