浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算方法及装置与流程

1.本发明涉及环境保护领域，更具体地，涉及一种浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算方法及装置。


背景技术：

2.滨岸带是河湖生态系统和陆地生态系统的过渡区，微生物活性高，生化反应频繁，为众多生物提供了栖息地和营养源。横向通量和滨岸带水体和物质的主要通量方向，测量和估算其生源物质通量是研究滨岸带基底生态功能，为滨岸带基底修复提供合理方案的基础。现有技术由于缺乏隔水装置的限制，在水体迁移的通量的估算中误差较大；缺乏数据收集分析终端，在数据的收集和计算上，效率较低。
3.因此，有必要开发一种浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算方法及装置。
4.公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算方法及装置，不破坏原生态，操作简单，估算效率高。
6.第一方面，本公开实施例提供了一种浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算方法，包括：
7.确定滨岸带水下测量的区域，测量所选区域土体的孔隙率和渗透系数；
8.将隔水装置插入所选区域的基底，根据多功能探头获得探头数据；
9.根据所述孔隙率、所述渗透系数与所述探头数据计算水体流速；
10.根据所述水体流速与所述探头数据计算理论生源物质通量；
11.根据所述理论生源物质通量与实测生源物质通量，计算生源物质转化效率表征参数。
12.优选地，将隔水装置插入所选区域的基底，根据多功能探头获得探头数据包括：
13.将所述隔水装置插入所选区域的基底，在岸边的隔水装置中钻出取样孔；
14.将两个多功能探头分别插入所述隔水装置中的水体和取样孔的水体中；
15.根据所述多功能探头获得所述探头数据。
16.优选地，所述探头数据包括探头水位、探头距离与探头测量出的浓度。
17.优选地，通过公式(1)计算所述水体流速：
[0018][0019]
其中，v为浅层地下水横向流速，k为渗透系数，θ为孔隙率，h0为水下探头水位，h1为岸边处水位，l为探头之间的距离。
[0020]
优选地，通过公式(2)计算所述理论生源物质通量为：
[0021]qth
＝v(c
0-c1)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0022]
其中，q
th
为理论生源物质通量，v为浅层地下水横向流速，c0为水下探头测量出的初始浓度，c1为岸边探头测量出的初始浓度。
[0023]
优选地，通过公式(3)计算所述实测生源物质通量为：
[0024][0025]
其中，q
re
为实测生源物质通量，t为测量过程经历时间，
△
c0为水下探头经历时间t后的浓度变化量。
[0026]
优选地，通过公式(4)计算所述生源物质转化效率表征参数：
[0027]
r＝k1(k0q
re-q
th
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0028]
其中，r为生源物质转化效率表征参数，k0为对实测通量的修正系数，k1为对生源物质转化效率表征参数的无量纲化修正系数。
[0029]
第二方面，本公开实施例还提供了一种浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算装置，包括隔水装置、多功能探头、数据传输线、数据收集分析终端：
[0030]
所述隔水装置的侧面内壁设置有标尺，在岸边的隔水装置中钻出取样孔；
[0031]
所述多功能探头分别插入所述隔水装置中的水体和取样孔的水体中，通过所述数据传输线与所述数据收集分析终端连接；
[0032]
所述数据收集分析终端进行以下步骤：
[0033]
根据多功能探头获得探头数据；
[0034]
根据所述孔隙率、所述渗透系数与所述探头数据计算水体流速；
[0035]
根据所述水体流速与所述探头数据计算理论生源物质通量；
[0036]
根据所述理论生源物质通量与实测生源物质通量，计算生源物质转化效率表征参数。
[0037]
优选地，将隔水装置插入所选区域的基底，根据多功能探头获得探头数据包括：
[0038]
将所述隔水装置插入所选区域的基底，在岸边的隔水装置中钻出取样孔；
[0039]
将两个多功能探头分别插入所述隔水装置中的水体和取样孔的水体中；
[0040]
根据所述多功能探头获得所述探头数据。
[0041]
优选地，所述探头数据包括探头水位、探头距离与探头测量出的浓度。
[0042]
优选地，通过公式(1)计算所述水体流速：
[0043][0044]
其中，v为浅层地下水横向流速，k为渗透系数，θ为孔隙率，h0为水下探头水位，h1为岸边处水位，l为探头之间的距离。
[0045]
优选地，通过公式(2)计算所述理论生源物质通量为：
[0046]qth
＝v(c
0-c1)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0047]
其中，q
th
为理论生源物质通量，v为浅层地下水横向流速，c0为水下探头测量出的初始浓度，c1为岸边探头测量出的初始浓度。
[0048]
优选地，通过公式(3)计算所述实测生源物质通量为：
[0049][0050]
其中，q
re
为实测生源物质通量，t为测量过程经历时间，
△
c0为水下探头经历时间t后的浓度变化量。
[0051]
优选地，通过公式(4)计算所述生源物质转化效率表征参数：
[0052]
r＝k1(k0q
re-q
th
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0053]
其中，r为生源物质转化效率表征参数，k0为对实测通量的修正系数，k1为对生源物质转化效率表征参数的无量纲化修正系数。
[0054]
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
[0055]
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0056]
图1示出了根据本发明的一个实施例的浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算估算方法的步骤的流程图。
[0057]
图2a、图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的湖水位低于地下水位以及湖水位高于地下水位的滨岸带流场图。
[0058]
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算装置的示意图。
[0059]
附图标记说明：
[0060]
1、隔水装置；2、多功能探头；3、数据传输线；4、数据收集分析终端；5、标尺。
具体实施方式
[0061]
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
[0062]
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出两个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
[0063]
实施例1
[0064]
图1示出了根据本发明的一个实施例的浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算方法的步骤的流程图。
[0065]
如图1所示，该浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算方法包括：步骤101，确定滨岸带水下测量的区域，测量所选区域土体的孔隙率和渗透系数；步骤102，将隔水装置插入所选区域的基底，根据多功能探头获得探头数据；步骤103，根据孔隙率、渗透系数与探头数据计算水体流速；步骤104，根据水体流速与探头数据计算理论生源物质通量；步骤105，根据理论生源物质通量与实测生源物质通量，计算生源物质转化效率表征参数。
[0066]
在一个示例中，将隔水装置插入所选区域的基底，根据多功能探头获得探头数据包括：
[0067]
将隔水装置插入所选区域的基底，在岸边的隔水装置中钻出取样孔；
[0068]
将两个多功能探头分别插入隔水装置中的水体和取样孔的水体中；
[0069]
根据多功能探头获得探头数据。
[0070]
在一个示例中，探头数据包括探头水位、探头距离与探头测量出的浓度。
[0071]
在一个示例中，通过公式(1)计算水体流速：
[0072][0073]
其中，v为浅层地下水横向流速，就是横向迁移，k为渗透系数，θ为孔隙率，h0为水下探头水位，h1为岸边处水位，l为探头之间的距离。
[0074]
在一个示例中，通过公式(2)计算理论生源物质通量为：
[0075]qth
＝v(c
0-c1)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0076]
其中，q
th
为理论生源物质通量，v为浅层地下水横向流速，c0为水下探头测量出的初始浓度，c1为岸边探头测量出的初始浓度。
[0077]
在一个示例中，通过公式(3)计算实测生源物质通量为：
[0078][0079]
其中，q
re
为实测生源物质通量，t为测量过程经历时间，
△
c0为水下探头经历时间t后的浓度变化量。
[0080]
在一个示例中，通过公式(4)计算生源物质转化效率表征参数：
[0081]
r＝k1(k0q
re-q
th
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0082]
其中，r为生源物质转化效率表征参数，k0为对实测通量的修正系数，k1为对生源物质转化效率表征参数的无量纲化修正系数。
[0083]
图2a、图2b分别示出了根据本发明的一个实施例的湖水位低于地下水位以及湖水位高于地下水位的滨岸带流场图。
[0084]
具体地，如图2a、图2b所示，滨岸带内物质以横向迁移为主，湖水位低于地下水位时，方向为从滨岸带流向湖泊，湖水位高于地下水位时，方向为从湖泊流向滨岸带。
[0085]
确定滨岸带水下测量的区域，测量所选区域土体的孔隙率和渗透系数；将隔水装置插入所选区域的基底，在岸边的隔水装置中钻出取样孔；将两个多功能探头分别插入隔水装置中的水体和取样孔的水体中，多功能探头可根据实际情况进行更换，以便测量不同物质的通量；根据多功能探头获得探头数据，包括探头水位、探头距离与探头测量出的浓度；根据孔隙率、渗透系数与探头数据通过公式(1)计算水体流速；根据水体流速与探头数据通过公式(2)计算理论生源物质通量；通过公式(3)计算实测生源物质通量，根据理论生源物质通量与实测生源物质通量，通过公式(4)计算生源物质转化效率表征参数。
[0086]
实施例2
[0087]
本发明的浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算装置，包括隔水装置、多功能探头、数据传输线、数据收集分析终端：
[0088]
隔水装置的侧面内壁设置有标尺，在岸边的隔水装置中钻出取样孔；
[0089]
多功能探头分别插入隔水装置中的水体和取样孔的水体中，通过数据传输线与数据收集分析终端连接；
[0090]
数据收集分析终端进行以下步骤：
[0091]
根据多功能探头获得探头数据；
[0092]
根据孔隙率、渗透系数与探头数据计算水体流速；
[0093]
根据水体流速与探头数据计算理论生源物质通量；
[0094]
根据理论生源物质通量与实测生源物质通量，计算生源物质转化效率表征参数。
[0095]
在一个示例中，将隔水装置插入所选区域的基底，根据多功能探头获得探头数据包括：
[0096]
将隔水装置插入所选区域的基底，在岸边的隔水装置中钻出取样孔；
[0097]
将两个多功能探头分别插入隔水装置中的水体和取样孔的水体中；
[0098]
根据多功能探头获得探头数据。
[0099]
在一个示例中，探头数据包括探头水位、探头距离与探头测量出的浓度。
[0100]
在一个示例中，通过公式(1)计算水体流速：
[0101][0102]
其中，v为浅层地下水横向流速，就是横向迁移，k为渗透系数，θ为孔隙率，h0为水下探头水位，h1为岸边处水位，l为探头之间的距离。
[0103]
在一个示例中，通过公式(2)计算理论生源物质通量为：
[0104]qth
＝v(c
0-c1)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0105]
其中，q
th
为理论生源物质通量，v为浅层地下水横向流速，c0为水下探头测量出的初始浓度，c1为岸边探头测量出的初始浓度。
[0106]
在一个示例中，通过公式(3)计算实测生源物质通量为：
[0107][0108]
其中，q
re
为实测生源物质通量，t为测量过程经历时间，
△
c0为水下探头经历时间t后的浓度变化量。
[0109]
在一个示例中，通过公式(4)计算生源物质转化效率表征参数：
[0110]
r＝k1(k0q
re-q
th
)
ꢀꢀꢀ
(4)
[0111]
其中，r为生源物质转化效率表征参数，k0为对实测通量的修正系数，k1为对生源物质转化效率表征参数的无量纲化修正系数。
[0112]
图3示出了根据本发明的一个实施例的一种滨岸带生源物质转化效率估算装置的框图。
[0113]
具体地，如图3所示，该浅水湖泊滨岸带生源物质迁移转化效率估算装置，包括隔水装置1、多功能探头2、数据传输线3、数据收集分析终端4：
[0114]
隔水装置1为前后左右四面封闭不透水，上下两面开放，侧面内壁设置有标尺5，方便测出探头间的距离；在岸边的隔水装置1中钻出取样孔，岸边钻孔要到地下水位线之下；隔水装置1安装过程水下截取水面面积宜较少，宜为右侧岸边截取土体面积1/10以下，水下要有部分嵌入底泥，且不能没过水面，保证内外地表水完全隔离。
[0115]
多功能探头2分别插入隔水装置1中的水体和取样孔的水体中，置于水面以下，且有测量水位以及指定生源物质浓度的功能，通过数据传输线3与数据收集分析终端4连接；多功能探头2可根据实际情况进行更换，以便测量不同物质的通量。
[0116]
数据收集分析终端4进行以下步骤：
[0117]
根据多功能探头2获得探头数据，包括探头水位、探头距离与探头测量出的浓度；
[0118]
根据孔隙率、渗透系数与探头数据通过公式(1)计算水体流速；
[0119]
根据水体流速与探头数据通过公式(2)计算理论生源物质通量；
[0120]
通过公式(3)计算实测生源物质通量，根据理论生源物质通量与实测生源物质通量，通过公式(4)计算生源物质转化效率表征参数。
[0121]
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
[0122]
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。