一种湖泊水‑沉积物热量交换原位观测装置的制作方法

本实用新型涉及环境科学领域，具体而言，涉及湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置。

背景技术：

水-沉积物界面是水体系统（例如湖泊系统）的重要组成之一，加上近底层水温对水体底栖生物群落和化学过程具有重要作用，因此水-沉积物界面热交换及其对水体平均水温、水温日变化、季节变化和年变化的影响是研究关注的焦点。

在浅水湖泊特别是近底区域，沉积物温热过程可显著影响湖泊热量季节收支。夏季，湖泊从大气中吸收热量，其中该热量的相当大一部分储存在底部沉积的上层热活跃层，这部分热量在秋冬季又重新释放回水体（Pivovarov, 1973）。Fang和Stefan（1996）在研究湖泊沉积物和水体热量时发现，湖泊沉积物热过程可对水温的日变化产生一定的影响。Golosov和Kirillin（2010）在对Krasnoye湖和Muggelsee湖进行水温数值模拟中发现，夏季考虑沉积物热库影响时，湖底水温低于不考虑沉积物热库作用的温度，而在冬季考虑沉积物热库影响，湖底水温高于不考虑沉积物热库的温度，可见沉积物热库对湖泊水温分布具有直接影响。

技术实现要素：

实用新型人经过深入研究后发现：目前，在水体温热模拟中一般忽略水体和底部沉积层的热交换作用。对于典型的浅水湖泊，其湖底对辐射的反射和水-沉积物界面热通量必将对湖泊水温变化产生影响。

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置。

根据本实用新型的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置包括：本体，所述本体为杆状；多个安装部，多个所述安装部沿所述本体的长度方向间隔开地设在所述本体上；和多个温度检测器，多个所述温度检测器一一对应地设在多个所述安装部上。

根据本实用新型的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置具有结构简单、使用范围广、便于使用、测量准确、制造成本低、方便制作、布设简便，可以有效地测量水体和沉积物层的温度的垂向变化（温度垂向梯度），为研究水-沉积物的热量交换提供基础数据，适用于水体热力学过程的观测研究。

另外，根据本实用新型的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置还可以具有如下附加的技术特征：

所述本体上设有多个第一安装孔，多个所述第一安装孔沿所述本体的长度方向间隔开地设置，多个所述安装部一一对应地安装在多个所述第一安装孔处。

多个所述第一安装孔等间距地设置。

每个所述第一安装孔沿第一方向贯通所述本体，所述第一方向垂直于所述本体的长度方向，每个所述安装部的第一端部的周面上形成有螺纹，多个所述安装部的第一端部的一部分一一对应地穿过多个所述第一安装孔，其中每个所述安装部的第一端部上设有第一紧固螺母和第二紧固螺母，所述第一紧固螺母和所述第二紧固螺母相对地抵靠在所述本体上以便所述本体夹持在所述第一紧固螺母和所述第二紧固螺母之间。

所述本体为金属管，每个所述安装部为金属管或金属杆。

至少一个所述温度检测器位于沉积物层内，至少一个所述温度检测器位于水体内，优选地，一个所述温度检测器位于所述水体与所述沉积物层的界面处。

每个所述安装部的第二端部上设有第二安装孔，每个所述温度检测器上设有第三安装孔，其中所述温度检测器通过穿过所述第三安装孔以及相应的所述安装部的第二安装孔的绳索安装在相应的所述安装部上，优选地，所述绳索为尼龙扎带。

所述本体的底部设有配重块。

所述本体包括多个节，相邻两个所述节的端部可拆卸地相连，优选地，相邻两个所述节的端部可拆卸地套装在一起。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置的本体的结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置的局部结构示意图；

图4是根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置的局部结构示意图；

图5是根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置的局部结构示意图；

图6是根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置的使用状态图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面参考图1-图6描述根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10。如图1-图6所示，根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10包括本体20、多个安装部30和多个温度检测器40。

本体20为杆状。多个安装部30沿本体20的长度方向间隔开地设在本体20上，多个温度检测器40一一对应地设在多个安装部30上。换言之，安装部30的数量与温度检测器40的数量相同，且一个温度检测器40设在一个安装部30上。如图6所示，当根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10处于使用状态时，本体20的长度方向与上下方向大体一致。

下面描述利用根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10实施的湖泊水-沉积物热量交换原位观测方法，根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测方法包括：

A）确定目标区域的水体的深度以及沉积物层的厚度。

B）根据温度检测器40的分层间距和数量，将多个安装部30安装在本体20上，进而将多个温度检测器40一一对应地安装在多个安装部30上。

C）利用多个温度检测器40测量该水体、该沉积物层以及该水体与该沉积物层的界面处的温度。其中，该水体与该沉积物层的界面处可以是水土界面60（如图6所示）。

根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10通过根据目标区域的水体的深度以及沉积物层的厚度，来改变本体20的长度以及相邻两个安装部30的间距，从而可以满足不同的观测需求，即可以满足不同水深的水体的水-沉积物温度垂向分布观测要求。

而且，通过利用多个温度检测器40同时测量该水体的水温和该沉积物层的间隙水的水温，从而可以准确地测量该水体和该沉积物层的温度分布，以便计算湖泊水-沉积物界面的温度垂直扩散系数，探讨不同类型沉积物与上覆水之间的热交换量。

因此，根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10具有结构简单、使用范围广、便于使用、测量准确、制造成本低、方便制作、布设简便，可以有效地测量水体和沉积物层的温度的垂向变化（温度垂向梯度），为研究湖泊水-沉积物的热量交换提供基础数据，适用于湖泊水的水体热力学过程的观测研究。

如图1-图6所示，根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10包括本体20、多个安装部30和多个温度检测器40。如图1和图2所示，本体20可以是金属管。其中，温度检测器40可以是HOBO温度探头。

在本实用新型的一些实施例中，如图1和图2所示，本体20上设有多个第一安装孔201，多个第一安装孔201沿本体20的长度方向间隔开地设置，多个安装部30一一对应地安装在多个第一安装孔201处。由此可以更加方便地、稳固地将多个安装部30安装在本体20上，可以使湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10的结构更加合理。

有利地，多个第一安装孔201等间距地设置。由此可以使湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10的结构更加合理。具体而言，第一安装孔201为圆孔，第一安装孔201的直径为10mm，相邻两个第一安装孔201的间距为10cm。

如图2、图3和图5所示，在本实用新型的一个实施例中，每个第一安装孔201沿第一方向贯通本体20，该第一方向垂直于本体20的长度方向。也就是说，当根据本实用新型实施例的湖泊水-沉积物热量交换原位观测装置10处于使用状态时，本体20的长度方向与上下方向一致，该第一方向与水平方向一致，即该第一方向为水平方向。

每个安装部30的第一端部的周面上形成有螺纹301，多个安装部30的第一端部的一部分一一对应地穿过多个第一安装孔201。换言之，安装部30的第一端部从两端伸出第一安装孔201。其中，每个安装部30的第一端部上设有第一紧固螺母303和第二紧固螺母304，第一紧固螺母303和第二紧固螺母304相对地抵靠在本体20上以便本体20夹持在第一紧固螺母303和第二紧固螺母304之间。由此可以更加方便地、稳固地将多个安装部30安装在本体20上。

如图3和图5所示，每个安装部30为金属管或金属杆。

在本实用新型的一些示例中，如图4和图5所示，每个安装部30的第二端部上设有第二安装孔302，每个温度检测器40上设有第三安装孔401。其中，温度检测器40通过穿过第三安装孔401以及相应的安装部30的第二安装孔302的绳索402安装在相应的安装部30上。由此可以方便地、稳固地将温度检测器40安装在安装部30上。

有利地，绳索402为尼龙扎带。第二安装孔302为圆孔，第二安装孔302的直径为5mm。

如图6所示，至少一个温度检测器40位于沉积物层内，至少一个温度检测器40位于水体内（图6示出了水体的水面50）。由此可以更加准确地测量该水体的水温和该沉积物层的间隙水的水温，进而更加准确地测量温度分布，以便得到水体和沉积物层的温度的垂向变化（温度垂向梯度）和湖泊水-沉积物界面的温度垂直扩散系数。

有利地，一个温度检测器40位于该水体与该沉积物层的界面处，即一个温度检测器40位于水土界面60。由此可以更加准确地测量该水体、该沉积物层以及该水体与该沉积物层的界面处的温度分布，以便得到水体和沉积物层的温度的垂向变化（温度垂向梯度）和湖泊水-沉积物界面的温度垂直扩散系数。

在本实用新型的一个示例中，本体20的底部设有配重块。由此在使用时，可以使本体20不受水流和风力影响而处于竖直状态，从而可以更加准确地测量水体和沉积物层的温度的垂向变化（温度垂向梯度）。

有利地，本体20包括多个节，相邻两个该节的端部可拆卸地相连。由此可以根据目标区域的水体的深度以及沉积物层的厚度，来选取适当数量的该节以便得到适当长度的本体20。

相邻两个该节的端部可拆卸地套装在一起。换言之，相邻两个该节的一个的端部可拆卸地插入相邻两个该节的另一个的端部。由此可以更加方便地将相邻两个该节连接在一起。

在本实用新型的一个具体示例中，水面50距水土界面60约1.4m，底泥厚度（沉积物层）约0.3m，因此本体20的长度为2m，相邻两个第一安装孔201的间隔为10cm，共有17个温度检测器40。其中，3个温度检测器40位于沉积物层内，1个温度检测器40位于水土界面60，另外14个温度检测器40位于水体中。17个温度检测器40记录了水体——水土界面——沉积物层在垂直方向上的温度数据，进而为分析水土界面通量提供了必要的基础数据。

在本实用新型的一个示例中，湖泊水-沉积物界面的温度垂直扩散系数λ（m²/d）通过垂直方向上的扩散方程表达；

其中，Z为垂直方向上的距离（m），T为温度检测器40的测量值，即T为温度检测器40测量的垂直方向上的水体的水温（℃）、沉积物层的间隙水的水温（℃）。

在本实用新型的一个具体示例中，

T_w为一个温度检测器40测量的垂直方向上的水体的水温（℃），即该温度检测器40的测量值。T_s为另一个温度检测器40测量的垂直方向上的沉积物层的间隙水的水温（℃），即该温度检测器40的测量值。Z_w-Z_s为上述两个温度检测器40在垂直方向上的距离（m）。

有利地，利用设在该水体与该沉积物层的界面处的温度检测器40测量该水体与该沉积物层的界面处的温度，从而计算从该沉积物层到该界面处的温度垂直扩散系数。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。