水气界面温室气体通量原位监测系统设计与应用

排放 源 之后 ， 水 库温 室 气 体 释放 对 全 球 的影 响 引 起
了越 来越 多 的关 注 ， 并成 为 国 际水 力 发 展 协 会 新 近 关 注 的热点 问题 。
要准 确评 估水 库 对 全 球 气 候 变 化 的 贡献 ， 需要 开 展 水 气界 面温 室 气体 通 量 监 测 。 目前 ， 常 用 的 监测 方
水 气 界 面温 室 气体 通 量 原 位 监 测 系 统 设 计 与 应 用
刘 云 兵， 刘 辉， 束 金 祥， 杨 旭 光， 卓 海 华
（ 长 江 水 利 委 员会 长 江 流域 水 环 境 监 测 中心 ， 湖北 武界 面 温 室 气 体 静 态箱 一气 相 色谱 测 量 法 只 能 获 得 点 上 数 据 ， 且存在 劳动 强度 大、 分 析 成 本
线 监 测设备 进行 温 室气 体通 量原 位监测 的研 究还 处 于
早 期 阶段 ， 集 成 技术 和理 念均 不完 善 ， 亟待提 高 。本文 系统介 绍 了一种 水气 界 面温 室气体 通量 原位 监测 系统 的集成 设计 方案 和应 用 示 范 情 况 ， 以期 对 利用 静 态 箱 和在线 气体 监测 设备 开展 温室 气体 通量 监测 提供 有益 的借鉴 和参 考 。
第４ ４卷 第 ３期 ２ ０ １ ３年 ２月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４４． Ｎｏ ． ３ Ｆｅ ｂ．， ２０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３— ０ ０ ７ １ —０ ４
用 手动 操作 可 能导 致 人 为误 差 ， 另 外 样 品运 输 过 程 中
置、 静态 箱 、 在线气 体 分析仪 和 连通 软管组 成 。依据 气 体 流 向特 点 ， 可分 为 开放 式 原 位 监 测 系统 和 密 闭 式 原
位监 测 系统 ， 两者 的主 要 区别是 ： 开放 式原 位监 测 系统
进 行 水气 界 面 温 室 气 体 通 量 原 位 监 测 的相 关 研 究 较 少， 国 内监 测仍 主要 采用 静态 箱 一气相 色谱 法 ， 利 用在
消耗 任何 化 石燃 料 ， 被认 为是 清 洁 、 无 碳能 源 而得 到大 规模 推 广 。 自 Ｒ ｕ ｄ ｄ等报 道水 库 是 温 室气 体 可 能 的净
基金项 目 ： 水利部 ９ ４ ８项 目“ Ｆ Ｇ Ｇ Ａ 高精 度 温 室 气 体 分 析 仪 ” （ ２ ０ １ ２ ０ ９ ）
作者简介 ： 刘云兵 ， 男， 工程 师， 主要从事水环境监 测工作。Ｅ—ｍ ａ ｉ ｌ ： ｌ ｉ ｕ ｙ ｂ ５ １ ７ ＠１ ２ ６ ． ｅ ｏ ｍ
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Ｎ ， ０等 ） 含量显著上升 ， 过去 １ ０ ０ ａ （ １ ９ ０ ６～２ ０ ０ ５年 ）
线气 体 监测设 备 ， 建立 温 室气体 通量 原位 监测 系统 ， 可
实现 水气 界 面二 氧化碳 、 甲烷等 气体 浓度 的 自动 、 连 续 监测 ， 缩 短 了分析 周 期 ， 提 高 了监 测 精 度 ， 节 省 了人 力 物力 ， 为 水体 温室 气体 释放 通量 大 区域 、 长 期原 位监 测 提供 了技 术基 础 。
法包括： 静 态 箱法 、 梯度法 、 倒 置漏 斗 法 、 红外 相 关 法 、
涡 度相 关法 、 遥 感 空间 监测 法等
。其 中 ， 以静 态箱
１ 系统 结 构
水气 界 面 温 室 气 体 通 量 原 位 监 测 系 统 由 供 电装
法 应用 最 为广 泛 。传统 的静 态箱 一气相 色谱 法通 常 只 能 获得 点上 的通量 数 据 ， 且 劳动 强 度 大 、 分析成本高 ， 不 宜 开展 大 区域 、 长期 的监 测 。同 时 ， 由于传 统方 法采
人 民 长 江
关 键 词： 温 室 气体 ；水 气界 面 ； 释 放通量 ； 原位监 测 ； 监 测 仪 器 文 献 标 志 码 ：Ａ
中图 法 分 类 号 ： Ｘ ５ ２
温室 气体 是驱 动全 球 气候 变暖 的重 要 因素 。据政
府 间气 候 变化 专 门委员 会 （ Ｉ Ｐ Ｃ Ｃ ） 报告 ， 自工 业 革命 以 来， 由于人类活动影 响， 大 气 中温 室气 体 （ Ｃ Ｏ 、 Ｃ Ｈ 、
气 体成 分可 能 发生 的 变 化 ， 都 将 导 致 测 量结 果 产 生 误
差 。 随着气 体监 测技 术 的 发展 ， 通过 集 成 静 态 箱 与 在
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２—１ ２— ０ ８
中， 静态箱 中的气体 流 经 在 线 气 体 分析 仪 主 机 后 由气
泵直 接排 放 到系统外 ； 密闭式 原位 监测 系统 中 ， 静 态箱
高、 人 为 误 差 可 能性 大 等 缺 点 ， 为 此 新 近 开发 了一 种 新 型 的 水 气 界 面 温 室 气体 测 量 系统 。该 系统 利 用 集 成 静 态箱 与在 线 气 体监 测 设 备 实现 了 水 气界 面 二 氧 化碳 、 甲 烷 等 气体 浓 度 的 自动 、 连 续监测 ， 缩 短 了分 析 周 期 ， 提 高 了监 测 精 度 ， 节 省 了人 力 物 力 ， 为水 体 温 室 气 体释 放 通 量 的 大 区域 、 长 期 原 位 监 测提 供 了技 术 支撑 。
里， 地 表平 均气 温 已升 高 了 ０ ． ７ ４ ￣ Ｃ… 。为 了减少 温 室 气体 的排放 ， 近 年来 以风 电 、 核 电为代 表 的新 能源 和水
电清 洁 能源 得 到蓬 勃 发 展 。长 期 以来 ， 水 电生 产 因不
目前 ， 国外关 于利 用 静 态 箱 和在 线 气 体 监 测 设备