CN102507264A - 一种地下水定层位取样装置及取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地下水定层位取样装置及取样方法，属于水利工程领域，其IPC国际专利分类号为E02B 1/00，E02D 33/00。本发明的取样装置包括支撑系统、运行控制系统、在线监测控制装置、数据采集系统10、上层位抽水泵17、采样泵18和下层位抽水泵19，将所述采样泵18放置在抽样含水层的中部位置，将所述上层位抽水泵17放置在抽样含水层的上面，将所述下层位抽水泵19放置于抽样含水层的下面。本发明克服了常规地下水定层位采样装置采样精度不高、其它层位水质混合影响大的难题，采用本发明的地下水定层位取样装置和取样方法，可以很好地解决无法采取指定含水层的单一的、即时的、稳定的水样的问题，同时，改变了原有的手动采样模式，大大提高了工作效率，该装置的应用具有很高的科学价值。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种地下水定层位取样装置及取样方法，属于水利工程领域，其IPC国际专利分类号为E02B 1/00，E02D 33/00。
二、背景技术
地下水定层位取样即从地下水某一深度含水层取样，通过定层位取样指定含水层即时的、单一的水质情况。目前，地下水定层位取样已经是地下水环境研究领域重要的技术手段，越来越得到重视。地下水定层位取样装置是一种开展下水精准采样的重要装置。目前国内的地下水定层位采样装置一般通过控制取样器进水口的闭合来完成定层位采样，大致可以分为两种，一种是人工控制采样口开闭系统，当采样器到达指定的层位时，开启采样口，水满后则关闭采样器进水系统，获得指定层位的水样；另一种是自动控制采样器进水口，当采样器到达指定层位时，注满该层位的水样后，离开该层位时采样器瞬间关闭，获得该指定层位的水样。以上两种装置是目前国内主要的定层位取样装置，但它们在实际的应用中存在以下问题：1)传统的取样装置获得的水样多是该含水层与其它含水层在井管内的混合水样，无法获得指定含水层单一水样，不能很好地反应该含水层的水质情况；2)传统的取样装置采取的水样不是该含水层渗出的新鲜水样，而是在井管中存留了一段时间的水体，不能反应该指定含水层的即时水质情况；3)传统的取样装置一般在采样前开泵抽水更新水样的模式加剧了不同含水层水样的混合，更加无法获得代表该指定含水层的水质样品，因此，需要研发一种地下水定层位取样装置，能够获得指定含水层单一的、稳定的、即时的水质样品，而且还要实现投资较低、使用方便，可满足于不同类型地下水监测井的定水位取样的需要，为推动我国地下水环境的研究提供重要设备条件和技术支撑。
三、发明内容
本发明根据多年的研究试验结果，提出一种地下水定层位取样装置。本发明的技术方案是：
一种地下水定层位取样装置，包括支撑系统、运行控制系统、在线监测控制装置、数据采集系统、上层位抽水泵、采样泵和下层位抽水泵；所述支撑系统包括2个系统支撑架和系统支撑杆，所述2个系统支撑架分别设置在水井两侧，用于支撑所述系统支撑杆；所述运行控制系统包括位于所述系统支撑杆中部的控制系统转轴和位于所述系统支撑杆端部的系统控制手柄，所述控制系统转轴通过带刻度的钢丝牵引线分别与所述上层位抽水泵、采样泵和下层位抽水泵连接，所述控制系统手柄通过所述控制系统转轴和所述带刻度钢丝牵引线调节并固定所述上层位抽水泵、采样泵和下层位抽水泵的井下放置深度，其中，所述采样泵放置在抽样含水层的中部位置，所述上层位抽水泵放置在抽样含水层的上面，所述下层位抽水泵放置于抽样含水层的下面；所述上层位抽水泵和下层位抽水泵的出水流量相等，并应当大于所述采样泵的出水流量；所述采样泵的出水管通过三通装置连通所述在线监测控制装置和采样泵排水管；所述在线监测控制装置用于固定EC值在线监测仪、pH值在线监测仪和ORP在线监测仪，并且储存一定量的水样样品；所述在线监测控制装置的上部设有水样采样口，用于采取地下水水样；所述EC值在线监测仪、pH值在线监测仪和ORP在线监测仪分别与所述数据采集系统连接。
优选地，所述上层位抽水泵放置在所述采样泵的上面1.5m处，所述下层位抽水泵放置在所述采样泵下面1.5m处。
优选地，所述上层位抽水泵和下层位抽水泵的出水流量为10m3/h，所述采样泵的出水流量为5m3/h。
本发明还提供了一种地下水定层位取样方法，包括以下步骤：
1)设置取样装置：所述取样装置包括支撑系统、运行控制系统、在线监测控制装置、数据采集系统、上层位抽水泵、采样泵和下层位抽水泵；所述支撑系统包括2个系统支撑架和系统支撑杆，所述2个系统支撑分别设置在水井两侧，用于支撑所述系统支撑杆；所述运行控制系统包括位于所述系统支撑杆中部的控制系统转轴和位于所述系统支撑杆端部的系统控制手柄，所述控制系统转轴通过带刻度的钢丝牵引线分别与所述上层位抽水泵、采样泵和下层位抽水泵连接，所述控制系统手柄通过所述控制系统转轴和所述带刻度钢丝牵引线调节并固定所述上层位抽水泵、采样泵和下层位抽水泵的井下放置深度；所述采样泵的出水管通过三通装置连通所述在线监测控制装置和采样泵排水管；所述在线监测控制装置用于固定EC值在线监测仪、pH值在线监测仪和ORP在线监测仪，并且储存一定量的水样样品；所述在线监测控制装置的上部设有水样采样口，用于采取地下水水样；所述EC值在线监测仪、pH值在线监测仪和ORP在线监测仪分别与所述数据采集系统连接；
2)固定三个抽水泵的相对位置：通过所述运行控制系统将所述采样泵放置在抽样含水层的中部位置，将所述上层位抽水泵放置在抽样含水层的上面1.5m处，将所述下层位抽水泵放置于抽样含水层的下面1.5m处；
3)抽水：同时开启上层位抽水泵和下层位抽水泵，采用相同的出水流量10m3/h进行抽水，运行5min后，开启采样泵，采样泵采用5m3/h的出水流量；
4)取样：观察所述数据采集系统中EC值、pH值和ORP的变化水平，连续观测3分钟，等上述各指标的变幅小于5％时，开启所述水样采样口，采取水样，分析地下水指定含水层的水质变化规律。
本发明的地下水定层位取样装置和取样方法，适合于各种地下水监测井的采样工作，与常规地下水定层位采样装置和方法相比，可以避免不同含水层之间的水体混合，获得单一层位的新鲜水质，能够精确地反应该层位的水质分布规律，提高我地下水环境领域的研究装备水平。
本发明克服了常规地下水定层位采样装置采样精度不高、其它层位水质混合影响大的难题，采用该研究的地下水定层位取样装置可以很好地解决无法采取指定含水层的单一的、即时的、稳定的水样的问题，同时，改变了原有的手动采样模式，大大提高了工作效率，该装置的应用具有很高的科学价值。
四、附图说明
图1地下水定层位取样装置纵剖面示意图。
图中，1为系统支撑架，2为支撑系统转轴，3为系统支撑架，4为系统控制手柄，5为水泵供电装置，6为三通装置，7为带刻度的钢丝牵引线，8为上层位和下层位抽水泵排水管，9为在线监测系统供电电源，10为数据采集系统，11为EC在线监测仪，12为pH值在线监测仪，13为ORP在线在线仪，14为在线监测控制装置，15为水样采样口，16为采样泵排水管，17为上层位抽水泵，18为采样泵，19为下层位抽水泵。
五、具体实施方式
本发明所提供的地下水定层位取样装置主要区别在于拥有上层位抽水泵、下层位抽水泵，能够很好地防止上、下层位的水体与指定含水层的水体进行混合，因而采样精度很高、适用范围较广。具体结构如图1所示，主要包括支撑系统、运行控制系统、在线监测控制装置、数据采集系统10、上层位抽水泵17、采样泵18和下层位抽水泵19。所述支撑系统包括2个系统支撑架1、3和系统支撑杆，所述2个系统支撑架1、3分别设置在水井两侧，用于支撑所述系统支撑杆，支撑系统可为整个系统提供稳定的支撑，承担各抽水水泵的负重。水泵供电装置5为系统的供电系统，主要为3台抽水泵进行供电，供电系统采样220V电压。所述运行控制系统包括位于所述系统支撑杆中部的控制系统转轴2和位于所述系统支撑杆端部的系统控制手柄4，所述控制系统转轴2通过带刻度的钢丝牵引线7分别与所述上层位抽水泵17、采样泵18和下层位抽水泵19连接，所述控制系统手柄4通过所述控制系统转轴2和所述带刻度钢丝牵引线7调节并固定所述上层位抽水泵17、采样泵18和下层位抽水泵19的井下放置深度，带刻度钢丝牵引线7的精度为1cm。所述采样泵18的出水管通过三通装置6连通所述在线监测控制装置14和采样泵排水管16，所述三通装置6尺寸采用32mm变20mm的规格。上层位、下层位抽水泵排水管8主要用于排除上层位抽水泵17、下层位抽水泵19的水体，管道直径不小于32mm。数据采集系统10主要用于采集pH值、ORP、EC值的在线监测数据。所述在线监测控制装置14用于固定EC值在线监测仪11、pH值在线监测仪12和ORP在线监测仪13，并且储存一定量的水样样品，其稳定时间不小于3分钟。所述在线监测控制装置14的上部设有水样采样口15，用于采取稳定的地下水水样。所述EC值在线监测仪11、pH值在线监测仪12和ORP在线监测仪13分别与所述数据采集系统10连接。
上层位抽水泵17用于抽取采样含水层上面的水量，下层位抽水泵19用于抽取采样含水层下面的水量，二者的抽水流量都应不小于10m3/h，而且，上层位抽水泵17与下层位抽水泵19在启用时，应保持相同的抽水流量。采样泵18主要用于采集指定含水层的水样，其流量应小于上层位抽水泵17与下层位抽水泵19的抽水流量。在本优选的实施方式中，所述采样泵18放置在抽样含水层的中部位置，所述上层位抽水泵17放置在所述采样泵18的上面1.5m处，所述下层位抽水泵19放置在所述采样泵18下面1.5m处。，所述上层位抽水泵17和下层位抽水泵19的出水流量为10m3/h，所述采样泵18的出水流量为5m3/h。
采用本发明的取样装置进行取样的方法，具体实施方式如下：
首先，设置取样装置。根据前面所述的具体结构、布置方式，设置取样装置。所述取样装置包括支撑系统、运行控制系统、在线监测控制装置、数据采集系统10、上层位抽水泵17、采样泵18和下层位抽水泵19；所述支撑系统包括2个系统支撑架1、3和系统支撑杆，所述2个系统支撑架1、3分别设置在水井两侧，用于支撑所述系统支撑杆；所述运行控制系统包括位于所述系统支撑杆中部的控制系统转轴2和位于所述系统支撑杆端部的系统控制手柄4，所述控制系统转轴2通过带刻度的钢丝牵引线7分别与所述上层位抽水泵17、采样泵18和下层位抽水泵19连接，所述控制系统手柄4通过所述控制系统转轴2和所述带刻度钢丝牵引线7调节并固定所述上层位抽水泵17、采样泵18和下层位抽水泵19的井下放置深度；所述采样泵18的出水管通过三通装置6连通所述在线监测控制装置14和采样泵排水管16；所述在线监测控制装置14用于固定EC值在线监测仪11、pH值在线监测仪12和ORP在线监测仪13，并且储存一定量的水样样品；所述在线监测控制装置14的上部设有水样采样口15，用于采取地下水水样；所述EC值在线监测仪11、pH值在线监测仪12和ORP在线监测仪13分别与所述数据采集系统10连接。
2)固定三个抽水泵的相对位置：根据指定含水层的抽水位置，在支撑系统上固定好上层位抽水泵17、采样泵18、下层位抽水泵19的相对位置。通过所述运行控制系统将所述采样泵18放置在抽样含水层的中部位置，将所述上层位抽水泵17放置在抽样含水层的上面1.5m处，将所述下层位抽水泵19放置于抽样含水层的下面1.5m处。
3)抽水：同时开启上层位抽水泵17和下层位抽水泵19，采用相同的出水流量10m3/h进行抽水，运行5min后，开启采样泵18，采样泵18采用5m3/h的出水流量。由于上层位抽水泵17、下层位抽水泵19的抽水流量较大，且抽水流量相等，它们不但会抽取指定含水层上、下层位的水体，指定含水层的水体也会向上层位抽水泵17、下层位抽水泵19流动，而上层位含水层、下层位含水层的水体无法向位于它们中间的指定含水层流动，系统运行5min后开启采样泵18，采样泵18采用5m3/h的出水流量，因为采样泵18的流量小于上层位抽水泵17、下层位抽水泵19的出水流量，它只能抽取指定含水层的水样，
4)取样：此时观察数据采集系统10中EC(电导率)、pH值、ORP(氧化还原电位)等指标的变化水平，连续观测3分钟，等各指标的变幅小于5％时，开启水样采样口15，采取水样，分析地下水指定含水层的水质变化规律。
Claims (4)
1.一种地下水定层位取样装置及取样方法，包括支撑系统、运行控制系统、在线监测控制装置、数据采集系统(10)、上层位抽水泵(17)、采样泵(18)和下层位抽水泵(19)；所述支撑系统包括2个系统支撑架(1、3)和系统支撑杆，所述2个系统支撑架(1、3)分别设置在水井两侧，用于支撑所述系统支撑杆；所述运行控制系统包括位于所述系统支撑杆中部的控制系统转轴(2)和位于所述系统支撑杆端部的系统控制手柄(4)，所述控制系统转轴(2)通过带刻度的钢丝牵引线(7)分别与所述上层位抽水泵(17)、采样泵(18)和下层位抽水泵(19)连接，所述控制系统手柄(4)通过所述控制系统转轴(2)和所述带刻度钢丝牵引线(7)调节并固定所述上层位抽水泵(17)、采样泵(18)和下层位抽水泵(19)的井下放置深度，其中，所述采样泵(18)放置在抽样含水层的中部位置，所述上层位抽水泵(17)放置在抽样含水层的上面，所述下层位抽水泵(19)放置于抽样含水层的下面；所述上层位抽水泵(17)和下层位抽水泵(19)的出水流量相等，并应当大于所述采样泵(18)的出水流量；所述采样泵(18)的出水管通过三通装置(6)连通所述在线监测控制装置(14)和采样泵排水管(16)；所述在线监测控制装置(14)用于固定EC值在线监测仪(11)、pH值在线监测仪(12)和ORP在线监测仪(13)，并且储存一定量的水样样品；所述在线监测控制装置(14)的上部设有水样采样口(15)，用于采取地下水水样；所述EC值在线监测仪(11)、pH值在线监测仪(12)和ORP在线监测仪(13)分别与所述数据采集系统(10)连接。
2.根据权利要求1所述的地下水定层位取样装置，其特征在于：所述上层位抽水泵(17)放置在所述采样泵(18)的上面1.5m处，所述下层位抽水泵(19)放置在所述采样泵(18)下面1.5m处。
3.根据权利要求1或2所述的地下水定层位取样装置，其特征在于：所述上层位抽水泵(17)和下层位抽水泵(19)的出水流量为10m3/h，所述采样泵(18)的出水流量为5m3/h。
4.一种地下水定层位取样方法，包括以下步骤：
1)设置取样装置：所述取样装置包括支撑系统、运行控制系统、在线监测控制装置、数据采集系统(10)、上层位抽水泵(17)、采样泵(18)和下层位抽水泵(19)；所述支撑系统包括2个系统支撑架(1、3)和系统支撑杆，所述2个系统支撑架(1、3)分别设置在水井两侧，用于支撑所述系统支撑杆；所述运行控制系统包括位于所述系统支撑杆中部的控制系统转轴(2)和位于所述系统支撑杆端部的系统控制手柄(4)，所述控制系统转轴(2)通过带刻度的钢丝牵引线(7)分别与所述上层位抽水泵(17)、采样泵(18)和下层位抽水泵(19)连接，所述控制系统手柄(4)通过所述控制系统转轴(2)和所述带刻度钢丝牵引线(7)调节并固定所述上层位抽水泵(17)、采样泵(18)和下层位抽水泵(19)的井下放置深度；所述采样泵(18)的出水管通过三通装置(6)连通所述在线监测控制装置(14)和采样泵排水管(16)；所述在线监测控制装置(14)用于固定EC值在线监测仪(11)、pH值在线监测仪(12)和ORP在线监测仪(13)，并且储存一定量的水样样品；所述在线监测控制装置(14)的上部设有水样采样口(15)，用于采取地下水水样；所述EC值在线监测仪(11)、pH值在线监测仪(12)和ORP在线监测仪(13)分别与所述数据采集系统(10)连接；
2)固定三个抽水泵的相对位置：通过所述运行控制系统将所述采样泵(18)放置在抽样含水层的中部位置，将所述上层位抽水泵(17)放置在抽样含水层的上面1.5m处，将所述下层位抽水泵(19)放置于抽样含水层的下面1.5m处；
3)抽水：同时开启上层位抽水泵(17)和下层位抽水泵(19)，采用相同的出水流量10m3/h进行抽水，运行5min后，开启采样泵(18)，采样泵(18)采用5m3/h的出水流量；
4)取样：观察所述数据采集系统(10)中EC值、pH值和ORP的变化水平，连续观测3分钟，等上述各指标的变幅小于5％时，开启所述水样采样口(15)，采取水样，分析地下水指定含水层的水质变化规律。
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