[發明專利]河流原位反硝化脫氮速率的定量測算方法

有效

• 申請號: 202110321809.4
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN112945795B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 張汪壽;李恒鵬;龐家平;耿建偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京地理與湖泊研究所
• 主分類號: G01N7/14
• 分類號: G01N7/14;G01N33/18
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 徐蓓;尹妍

本發明涉及河流原位反硝化脫氮速率的定量測算方法，通過對河流的實地調查，獲取河流幾何參數信息；監測河流上下游斷面處水流流速與流量，計算水力停留時間；以水力停留時間作為采樣的時間間隔采集河流上下游處液面下水樣，測定水樣中溶存的氮氣含量；根據上述數據，采用反硝化脫氮速率計算公式，計算河流的反硝化速率，定量測算河流對水體中硝酸鹽等含氮污染物的去除潛力。本發明方法簡單、實用，具有普適性和極高的推廣價值，該方法可廣泛應用于不同類型河流脫氮能力的定量測算與跟蹤評估，對河流環境保護及生態修復有實際應用和推廣價值。

技術領域

本發明屬于環保技術領域，特別涉及一種河流原位反硝化脫氮速率的定量測算方法。

背景技術

河流承載上游來水并向下游進行物質輸送，在截留、過濾和凈化污染物中發揮了重要的作用。河流中含氮污染物遷移轉化過程主要包括：植物吸收、氮的礦化、氨揮發、硝化作用和反硝化作用等。其中，反硝化作用是氮循環的最后一步，其基本過程是：NO₃^-→NO₂^-→NO→N₂O→N₂，是氮素離開水體而回到大氣的最主要自然途徑。然而，反硝化速率時空變異劇烈，精準捕捉河流原位反硝化脫氮速率及其時空動態，準便測算其對含氮污染物的去除潛力一直是一個難題。

傳統方法多以間接測定為主，主要包括：乙炔抑制法、質量平衡法、¹⁵N同位素示蹤法等。這些方法難以重現河流原位條件，多存在人為擾動大、操作繁瑣、誤差大的不足，無法精確度量完整河流或者河流某一河段的原位反硝化速率。隨著技術的發展，近些年相關學者嘗試通過測定水樣中溶存的氮氣含量及變化來直接測算反硝化速率，前期的研究表明通過對反硝化產物-氮氣來測算反硝化速率精度更高。然而，當前相關研究技術還未應用至河流原位反硝化脫氮速率的測算中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種河流原位反硝化脫氮速率的定量測算方法。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種河流原位反硝化脫氮速率的定量測算方法，包括如下步驟：

(1)獲取擬測算的河流或其某一河段的幾何參數；

(2)連續觀測河流上下游斷面水流流速與水溫，獲取水流的平均水力停留時間；

(3)以平均水力停留時間作為采樣的時間間隔，依次采集河流上下游斷面水樣，分別測定水樣中溶存的氮氣含量，計算河流上下游斷面水樣中溶存的氮氣濃度差值；

(4)采用反硝化脫氮速率計算公式計算河流的反硝化速率；

反硝化脫氮速率的計算方式如下：

式中，i為采樣次數，Denir_i為第i次采樣計算的河流反硝化速率，D_i為第i次采樣期間上下游斷面水樣的氮氣濃度差值，k_i為水氣界面氮氣的交換系數，采用經驗系數計算；T_i為第i次采樣水力停留時間；Depth_i為第i次采樣河流的平均水深；60為單位轉換系數；為第i次采樣氮氣的平均飽和濃度差；

(5)定量測算河流對水體中含氮污染物的脫除能力；所述河流對水體中含氮污染物的脫除能力采用河流每小時所能脫除含氮污染物的平均量來表征。

作為本發明的進一步改進，所述河流/河段的幾何參數基于實地調查獲??；包括無人機調查、遙感影像解譯和/或實地勘測。

作為本發明的進一步改進，所述幾何參數包括河流/河段的長度、平均寬度、面積和平均水深。

作為本發明的進一步改進，所述水流流速基于水文測量儀器測定；所述水溫通過在河流上下游斷面處安裝水溫計來實時監測。