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申请/专利权人：河海大学

摘要：本发明公开了一种识别水体甲烷沸腾排放的传感器水体参数测量装置及方法，测量装置包括控制盒和固定在漂浮圈中的箱体，控制盒内设有真空泵，真空泵包括进气口和出气口，进气口连接有与外界相通的第一气管，出气口连接有第二气管，箱体上开设有第一通气口，以及位于第一通气口对侧的第二通气口；第二气管与第一通气口连通；第二通气口连接有围绕箱体一圈的第三气管。本发明识别水体甲烷沸腾排放时，根据每次真空泵停止工作时间段的二氧化碳浓度和甲烷浓度计算水体排放的二氧化碳扩散通量、甲烷扩散通量和甲烷沸腾通量；通过分析设定时间间隔的甲烷浓度数据识别水体甲烷沸腾排放。本发明识别水体甲烷沸腾排放并提高了水体甲烷排放通量计算的准确性。

主权项：1.一种识别水体甲烷沸腾排放的方法，其特征在于：由识别水体甲烷沸腾排放的传感器水体参数测量装置实施，所述测量装置包括固定在漂浮圈2中的箱体1，所述箱体内为中空结构并与水面相通，所述箱体1上设有控制盒3，所述控制盒3上布置有风速风向传感器16和太阳辐射传感器17；所述漂浮圈2的一侧布置有水质传感器22；所述漂浮圈2上设有太阳能发电板5，所述控制盒3内布置有与太阳能发电板5连接的蓄电池6；所述控制盒3内设有真空泵7，所述真空泵7包括进气口和出气口，所述进气口连接有与外界相通的第一气管10，所述出气口连接有第二气管30，所述箱体1上开设有第一通气口23，以及位于第一通气口23对侧的第二通气口24；所述第二气管30与第一通气口23连通；所述第二通气口24连接有围绕箱体1一圈的第三气管40；所述箱体1内布置有置物平台9，所述置物平台9上布置有第一开发板13，以及与第一开发板13连接的温湿度传感器18、第一时钟模块14和第一数据存储模块15；所述第一开发板13还连接有二氧化碳传感器19和甲烷传感器20；所述控制盒3内还布置有第二开发板33、第二时钟模块34、第二数据存储模块35和气压传感器21，所述第二开发板33与风速风向传感器16和太阳辐射传感器17连接；所述方法包括以下步骤：1对第一开发板13、第二开发板33调试，第一开发板13将读取的温湿度传感器18、二氧化碳传感器19和甲烷传感器20数据存储在第一数据存储模块15中；第一时钟模块14给所述数据加上时间戳；第二开发板33将读取的风速风向传感器16、气压传感器21和太阳辐射传感器17的数据存储在第二数据存储模块35中，第二时钟模块34给第二数据存储模块中的数据加上时间戳；2将太阳能发电板5与蓄电池6连接，蓄电池6对风速风向传感器16、水质传感器22、真空泵7、第一开发板13和第二开发板33供电；3对传感器进行预热后，箱体1在漂浮圈2的作用下飘浮在水面上，将水质传感器22固定在漂浮圈2的侧面；4真空泵7在第二开发板33的控制下间歇式循环工作，真空泵7将外部空气通过第二气管30和第一通气口23泵入箱体1内，箱体1内的气体从第二通气口24通过第三气管40离开箱体1；真空泵7工作时箱体1内的气体与外界平衡，真空泵7停止工作时箱体1内累积由水体排放的温室气体；5第一开发板13和第二开发板33以设定的时间间隔读取传感器的数据，所述数据记录在第一数据存储模块15和第二数据存储模块35中；6测量得到设定时间间隔的风速v，风向D、辐照度I和日照时数M、大气压强P、温度t、湿度h、箱体内二氧化碳浓度Ca1和甲烷浓度Ca2以及酸碱度pH、盐度S和浊度T；根据每次真空泵7停止工作时间段的二氧化碳浓度和甲烷浓度计算水体排放的二氧化碳扩散通量、甲烷扩散通量和甲烷沸腾通量；公式如下： 其中，FCO2为二氧化碳扩散通量，FCH4-DIFF为甲烷扩散通量，FCH4-EBUL为甲烷沸腾通量，单位：mmolm2×day；Ca1为箱体内的二氧化碳浓度，Ca2-1为非甲烷沸腾事件发生时的甲烷扩散浓度，Ca2-2为甲烷沸腾事件发生时的甲烷沸腾浓度，单位：ppm；dCadt为箱体内温室气体浓度随时间的变化率，单位：ppmday；Pamb为环境气压，单位：Pa；V为箱体顶空气体容积，单位：m3；Rgas为理想气体常数，单位：m3×Pak×mol；T为环境温度，单位：K；A为箱体底部表面积，单位：m2；通过分析设定时间间隔的甲烷浓度数据识别水体甲烷沸腾排放，过程为：找出甲烷浓度数据中的异常点，进而确定甲烷沸腾排放事件发生所对应的阈值，所述阈值为相邻多个甲烷浓度数据点拟合的直线的斜率；当所述斜率大于设定的阈值时，则识别为发生甲烷沸腾事件，进而计算甲烷的沸腾通量；将甲烷的扩散通量和沸腾通量相加得到水体排放的甲烷总通量。

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