[发明专利]一种水体甲烷气泡研究装置及其操作方法

说明书

本发明公开了一种水体甲烷气泡研究装置及其操作方法，该装置包括强光灯、有机玻璃圆筒和高速摄像机，所述有机玻璃圆筒上设有支架，所述支架上方设有电机，所述支架下方设有剪切环，所述电机与支架之间设有扭矩仪，所述电机还与变频调速器垂直连接，所述有机玻璃圆筒内部设有固定轴，所述固定轴为有机玻璃圆柱体，所述固定轴通过玻璃胶固定在有机玻璃圆筒中央，形成环状立体空间；所述有机玻璃圆筒的右侧设有一排螺纹阀门，所述强光灯位于有机玻璃圆筒的左边，所述高速摄像机位于有机玻璃圆筒的右边。本发明还公开了一种水体甲烷气泡研究装置的操作方法。本发明的装置很好地模拟自然条件下，底泥甲烷气泡在水流剪切作用下的散溢规模和特点。

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及一种水体甲烷气泡研究装置及其操作方法。

背景技术

甲烷排放的全球增温潜力引起全球广泛关注(Rudd et al.,1993)。CH₄在百年尺度上的单分子增温效应是CO₂的28-34倍，水库排放的CH₄占人类活动排放总量的2％-85％(Louis，2000；Myhre et al.,2014)。水库CH₄排放在全球碳核算体系中举足轻重，IPCC已将包括水库在内的陆地水体的甲烷排放纳入全球核算体系(Bastviken et al.,2011；IPCC，2013)。

冒泡传输是底泥有机物质传输到大气中的有效方式之一((Vroblesky andLorah,1991)，也是很多陆地水体甲烷排放的主要方式(DelSontro et al.,2010；Barroset al.,2011)。一些地区的水库中，以冒泡方式输入到大气中的甲烷可以占到排放总量的60％-99％(Maeck et al.,2014；Xiao et al.,2014；et al.,2017)。甲烷的冒泡排放具有很强的随机性，其排放通量通常难以准确计算(Maeck et al.,2013)，这也间接导致以冒泡方式排放的甲烷，常常未纳入全球水库碳排放核算体系中，甲烷排放的全球增温效应可能被严重低估(Deemer et al.,2016)。

水流导致的剪切应力变化成为甲烷气泡脱离固液混合层的重要驱动力(VanKesselVan Kesteren,2002；JoyceJewell，2003；Shakhova et al.,2013；Maeck et al.,2014；Marcon et al.,2019)。水体沉积物中10-20cm是气态甲烷赋存最多的区域，也是最容易受到水流剪切影响的区域(JoyceJewell，2003；Shakhova et al.,2013；Grinham etal.,2018)。颗粒物在剪切力的作用下，颗粒移动改变甲烷赋存的空间，有助于甲烷气泡的脱离(Scandella et al.,2011)。但是，对甲烷气泡在水流剪切作用下，如何脱离淤泥进入大气，内在的过程十分模糊。在野外开展相关研究不太现实，开展相关的实验模拟研究就成为揭示相关机制的重要途径。

现有技术中，急需一种水体甲烷气泡研究装置及其操作方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水体甲烷气泡研究装置及其操作方法，设计同心圆筒中，在两筒之间加入底泥和水体，模拟底泥在自然水体中的赋存状态，通过剪切环剪切水体，形成流动水体带动底泥运动，分析不同流速水体作用下气泡运动情况，通过高速摄像机观测水体、泥沙运动和气泡运动状态，判断影响甲烷气泡的关键驱动力和关键过程。

其技术方案如下：

一种水体甲烷气泡研究装置，包括强光灯、有机玻璃圆筒和高速摄像机，所述有机玻璃圆筒上设有支架，所述支架上方设有电机，所述支架下方设有剪切环，所述电机与支架之间设有扭矩仪，所述电机还与变频调速器垂直连接，所述有机玻璃圆筒内部设有固定轴，所述固定轴为有机玻璃圆柱体，所述固定轴通过玻璃胶固定在有机玻璃圆筒中央，形成环状立体空间；所述有机玻璃圆筒的右侧设有一排螺纹阀门，所述强光灯位于有机玻璃圆筒的左边，所述高速摄像机位于有机玻璃圆筒的右边。