水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置。所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置包括：具有第一容納腔的上水槽，上水槽設(shè)有均與第一容納腔連通的上進(jìn)水口和上出水口，第一容納腔的底壁上設(shè)有第一通孔且第一通孔位于上進(jìn)水口和上出水口之間；具有第二容納腔的下水槽，下水槽設(shè)有均與第二容納腔連通的下進(jìn)水口和下出水口，第二容納腔的頂壁上設(shè)有第二通孔；和具有分別與第一通孔和第二通孔連通的沉積物樣品容納腔的沉積物樣品容納件，沉積物樣品容納件的上端與上水槽相連且下端與下水槽相連。通過利用根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置可以精確地測(cè)量水-沉積物界面熱通量和沉積物熱量垂直擴(kuò)散系數(shù)。
【專利說明】水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水溫是湖泊內(nèi)最為重要的一項(xiàng)物理指標(biāo)，不但對(duì)湖水的密度和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，而且還控制著湖泊內(nèi)各類化學(xué)反應(yīng)速度，是決定湖泊生物生長(zhǎng)繁殖與活動(dòng)的重要物理因子，可影響湖泊生物群落結(jié)構(gòu)，對(duì)湖泊水質(zhì)具有重要影響。湖泊水溫不僅是水體蒸發(fā)、水量平衡計(jì)算必須考慮的因素，也是泥沙沉積和水土界面物質(zhì)交換研究不可缺少的要素。因此，弄清湖泊水溫變化規(guī)律，不但有利于揭示湖泊動(dòng)力的特征，也有利于湖泊生態(tài)環(huán)境研究。目前，我國(guó)大部分湖泊處于中-富營(yíng)養(yǎng)和富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。由于這些湖泊藻類水華和水生植被分布及變化對(duì)區(qū)域供水安全、景觀以及漁業(yè)資源均具有重要的影響，長(zhǎng)期以來一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)，并建立了基于經(jīng)驗(yàn)公式和過程模型的藻類水華預(yù)報(bào)技術(shù)。在這些經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)報(bào)和過程模型中，湖泊溫度是計(jì)算的重要參數(shù)。對(duì)于淺水湖泊而言，水-沉積物界面熱通量是影響和控制湖泊水溫的重要因素，因此開展水-沉積物界面熱量測(cè)定不但具有重要的理論意思還具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于可以精確地測(cè)量水-沉積物界面熱通量的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本實(shí)用新型提出一種水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置包括:上水槽，所述上水槽內(nèi)具有第一容納腔，所述上水槽設(shè)有上進(jìn)水口和上出水口，所述上進(jìn)水口和所述上出水口均與所述第一容納腔連通，其中所述第一容納腔的底壁上設(shè)有第一通孔且所述第一通孔位于所述上進(jìn)水口和所述上出水口之間；下水槽，所述下水槽內(nèi)具有第二容納腔，所述下水槽設(shè)有下進(jìn)水口和下出水口，所述下進(jìn)水口和所述下出水口均與所述第二容納腔連通，其中所述第二容納腔的頂壁上設(shè)有第二通孔；和沉積物樣品容納件，所述沉積物樣品容納件內(nèi)具有沉積物樣品容納腔，其中所述沉積物樣品容納件的上端與所述上水槽相連且下端與所述下水槽相連，所述沉積物樣品容納腔分別與所述第一通孔和所述第二通孔連通。
[0005]通過利用根據(jù)本實(shí)用新型的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置可以精確地測(cè)量水-沉積物界面熱通量和沉積物中熱量垂直擴(kuò)散系數(shù)。所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]另外，根據(jù)本實(shí)用新型的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0007]所述上水槽由隔熱材料制成。這樣在利用所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置測(cè)量水-沉積物界面熱通量時(shí)，可以防止所述上水槽中的水的熱量流失，從而可以更加精確地測(cè)量水-沉積物界面熱通量。[0008]所述下水槽和所述沉積物樣品容納件均由隔熱材料制成。這樣可以防止整個(gè)所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置的熱量流失，從而可以更加精確地測(cè)量水-沉積物界面熱通量。
[0009]所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置還包括上水槽隔熱層，所述上水槽隔熱層設(shè)在所述上水槽的外表面上。通過在所述上水槽的外表面上設(shè)置所述上水槽隔熱層，從而在利用所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置測(cè)量水-沉積物界面熱通量時(shí)可以防止所述上水槽中的水的熱量流失，這樣可以更加精確地測(cè)量水-沉積物界面熱通量。
[0010]所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置還包括設(shè)在所述下水槽的外表面上的下水槽隔熱層和設(shè)在所述沉積物樣品容納件的外表面上的容納件隔熱層。通過在所述下水槽的外表面上設(shè)置所述下水槽隔熱層以及在所述沉積物樣品容納件的外表面上設(shè)置所述容納件隔熱層，從而可以防止整個(gè)所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置的熱量流失，這樣可以更加精確地測(cè)量水-沉積物界面熱通量。
[0011]所述上水槽為大體長(zhǎng)方體形，其中所述上進(jìn)水口沿所述上水槽的左側(cè)壁的厚度方向貫通所述上水槽的左側(cè)壁，所述上出水口沿所述上水槽的右側(cè)壁的厚度方向貫通所述上水槽的右側(cè)壁。這樣所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]所述第二通孔在左右方向上位于所述下進(jìn)水口和所述下出水口之間。
[0013]所述下水槽為大體長(zhǎng)方體形，其中所述下進(jìn)水口沿所述下水槽的左側(cè)壁的厚度方向貫通所述下水槽的左側(cè)壁，所述下出水口沿所述下水槽的右側(cè)壁的厚度方向貫通所述下水槽的右側(cè)壁。這樣所述水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0014]所述沉積物樣品容納件為大體圓柱形且所述沉積物樣品容納腔為大體圓柱形。這樣可以在使用相等的耗材下增大所述沉積物樣品容納腔內(nèi)的空間。
[0015]所述沉積物樣品容納腔的上端和下端均敞開，所述第一容納腔的底壁上設(shè)有覆蓋所述第一通孔的第一金屬網(wǎng)，所述第二容納腔的頂壁上設(shè)有覆蓋所述第二通孔的第二金屬網(wǎng)。這樣可以使所述沉積物樣品容納腔更加容易地與所述第一通孔和所述第二通孔連通。而且通過設(shè)置所述第一金屬網(wǎng)和所述第二金屬網(wǎng)，可以起到保護(hù)水-沉積物界面免受水流擾動(dòng)以及固定住沉積物，但又不影響熱通量的作用。
[0016]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0019]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0020]經(jīng)過實(shí)用新型人深入地研究后發(fā)現(xiàn)，水溫是湖泊內(nèi)最為重要的一項(xiàng)物理指標(biāo)，是決定藻類生長(zhǎng)的重要因素，湖泊水生植被盛衰和水溫變化密切相關(guān)。在湖泊氮磷供給較為充足的條件下，水溫就成為決定湖泊水生植物和藻類生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，特別是換水周期較長(zhǎng)的湖泊，水溫更是藻類與水生植物生長(zhǎng)的決定因素。
[0021]由于經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)報(bào)沒有考慮溫度對(duì)藻類生物的影響，因此提供的預(yù)報(bào)產(chǎn)品僅為藻類生物量日均水平分布，這與湖面瞬時(shí)藻類水華分布存在較大的差異，僅可用于短時(shí)間尺度的分析。對(duì)于基于過程模型的預(yù)報(bào)來說，雖然模型中包含了水溫對(duì)藻類以及沉水植物生長(zhǎng)的影響，但是模型中缺乏確定水溫變化過程的計(jì)算模塊，水溫被當(dāng)作已知量輸入模型，具體處理時(shí)用氣溫與水溫多年關(guān)系確定。然而水溫不僅與氣溫相關(guān)，還與太陽輻射強(qiáng)度、水體蒸發(fā)、水面風(fēng)場(chǎng)、水位、河流出入湖水量、水-沉積物界面熱量交換以及水體物質(zhì)成分有關(guān)，特別是水溫與水體上層藻類生物量相關(guān)，這會(huì)使過程模型在預(yù)報(bào)藻類水華時(shí)因水溫計(jì)算不準(zhǔn)確而產(chǎn)生較大誤差。
[0022]下面參照?qǐng)D1描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置10。如圖1所示，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置10包括上水槽100、下水槽200和沉積物樣品容納件300。其中，上下方向A如圖1中的箭頭方向所示。
[0023]上水槽100內(nèi)具有第一容納腔110，上水槽100設(shè)有上進(jìn)水口 120和上出水口 130，上進(jìn)水口 120和上出水口 130均與第一容納腔110連通，其中第一容納腔110的底壁140上設(shè)有第一通孔141且第一通孔141位于上進(jìn)水口 120和上出水口 130之間。下水槽200內(nèi)具有第二容納腔210，下水槽200設(shè)有下進(jìn)水口 230和下出水口 240，下進(jìn)水口 230和下出水口 240均與第二容納腔210連通，其中第二容納腔210的頂壁220上設(shè)有第二通孔221。沉積物樣品容納件300內(nèi)具有沉積物樣品容納腔310 (沉積物樣品容納腔310用于容納現(xiàn)場(chǎng)采集的不同類型沉積物樣品)，其中沉積物樣品容納件300的上端與上水槽100相連，且沉積物樣品容納件300的下端與下水槽200相連，沉積物樣品容納腔310分別與第一通孔141和第二通孔221連通。
[0024]下面參照?qǐng)D1描述利用根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置10測(cè)量水-沉積物界面熱通量和沉積物熱量垂直擴(kuò)散系數(shù)的方法。所述測(cè)量方法包括:
[0025]A)以第一預(yù)定流速從水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置10的上水槽100的上進(jìn)水口 120往上水槽100中注入第一預(yù)定溫度T±入的水，且以第二預(yù)定流速從水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置10的下水槽200的下出水口 240往下水槽200中注入第三預(yù)定溫度T了人的水；和
[0026]B)監(jiān)測(cè)所述第一預(yù)定溫度、從上出水口 130流出的水的溫度、所述第三預(yù)定溫度、所述第一預(yù)定流速和所述第二預(yù)定流速；
[0027]C)將現(xiàn)場(chǎng)采集的不同類型沉積物樣品放入水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置10的沉積物樣品容納件300的沉積物樣品容納腔310內(nèi)；
[0028]D)監(jiān)測(cè)所述第一預(yù)定溫度、從上出水口 130流出的水的溫度、所述第三預(yù)定溫度、所述第一預(yù)定流速和所述第二預(yù)定流速、上水槽100的水-沉積物界面溫度和下水槽200的水-沉積物界面溫度；[0029]E)根據(jù)公式I計(jì)算出所述水-沉積物界面熱通量Qs，并根據(jù)公式II計(jì)算出沉積物熱量垂向擴(kuò)散系數(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，包括: 上水槽，所述上水槽內(nèi)具有第一容納腔，所述上水槽設(shè)有上進(jìn)水口和上出水口，所述上進(jìn)水口和所述上出水口均與所述第一容納腔連通，其中所述第一容納腔的底壁上設(shè)有第一通孔且所述第一通孔位于所述上進(jìn)水口和所述上出水口之間； 下水槽，所述下水槽內(nèi)具有第二容納腔，所述下水槽設(shè)有下進(jìn)水口和下出水口，所述下進(jìn)水口和所述下出水口均與所述第二容納腔連通，其中所述第二容納腔的頂壁上設(shè)有第二通孔；和 沉積物樣品容納件，所述沉積物樣品容納件內(nèi)具有沉積物樣品容納腔，其中所述沉積物樣品容納件的上端與所述上水槽相連且下端與所述下水槽相連，所述沉積物樣品容納腔分別與所述第一通孔和所述第二通孔連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述上水槽由隔熱材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述下水槽和所述沉積物樣品容納件均由隔熱材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，還包括上水槽隔熱層，所述上水槽隔熱層設(shè)在所述上水槽的外表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，還包括設(shè)在所述下水槽的外表面上的下水槽隔熱層和設(shè)在所述沉積物樣品容納件的外表面上的容納件隔熱層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述上水槽為大體長(zhǎng)方體形，其中所述上進(jìn)水口沿所述上水槽的左側(cè)壁的厚度方向貫通所述上水槽的左側(cè)壁，所述上出水口沿所述上水槽的右側(cè)壁的厚度方向貫通所述上水槽的右側(cè)壁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述第二通孔在左右方向上位于所述下進(jìn)水口和所述下出水口之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述下水槽為大體長(zhǎng)方體形，其中所述下進(jìn)水口沿所述下水槽的左側(cè)壁的厚度方向貫通所述下水槽的左側(cè)壁，所述下出水口沿所述下水槽的右側(cè)壁的厚度方向貫通所述下水槽的右側(cè)壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述沉積物樣品容納件為大體圓柱形且所述沉積物樣品容納腔為大體圓柱形。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水-沉積物界面熱通量測(cè)量裝置，其特征在于，所述沉積物樣品容納腔的上端和下端均敞開，所述第一容納腔的底壁上設(shè)有覆蓋所述第一通孔的第一金屬網(wǎng)，所述第二容納腔的頂壁上設(shè)有覆蓋所述第二通孔的第二金屬網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK203630065SQ201320865860
【公開日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年12月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月26日
【發(fā)明者】胡維平, 李欽欽, 朱金格 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所