CN104316349B - 一种推进式河床淤积物采样装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种推进式河床淤积物采样装置，属于水利测量技术领域，该采样装置包括操作平台、探杆、采样器壳体、采样器；操作平台安装在测量船上，探杆上端与操作平台连接，下端与采样器壳体上端面相连，采样器安装在采样器壳体内；操作平台通过探杆使采样器下降至采样位置采样并提升到测量船上完成采样工作；采样器壳体由长方形壳体，焊接在该长方形壳体下端的楔形块体和两块翼板构成；楔形块体的两倾斜面位于长方形壳体的两个侧面，两块翼板位于长方形壳体的正面及背面，采样器安装在长方形壳体内,在采样器前端朝向长方形壳体正面,在长方形壳体正面壁开有与采样器前端相匹配的通孔。该装置可以安全可靠、高保真、高精度地对河床淤积物取样。
Description
技术领域
本发明属于水利量测技术领域，特别涉及到一种推进式河床淤积物采样装置。
背景技术
水库、下游河道、湖泊及入海河口床面上存在大量的泥沙淤积物，对淤积物基本特性的研究尤为重要。如淤积物的干容重能综合反映颗粒间黏结力及大尺度结构的作用，其大小直接影响淤积物的起动和冲刷运动形式以及对应的数值关系；淤积物中的重金属污染物直接关系到水源地水质安全，同时重金属也是限制淤积物土地利用最主要的污染物；病毒通过附着于淤积物可以延长存活时间并通过风暴作用、挖泥、行船，甚至轻度水流等外力作用而重新进入水体。对水库、下游河道、湖泊及入海河口床面上淤积物的高保真采样是分析淤积物干容重、基本成分、重金属污染物，病毒附着情况等基本特性的基础。
目前国内外关于床面上淤积物采样方法主要有坑测法和采样器采样法。坑测法适用于裸露的河床或滩地，此方法是挖坑采样；对于常年处于水下的细沙淤积物，目前国内外使用的采样器主要有滚轴式、环刀、重力式钻管、旋杆式、活塞式、挖斗式等多种采样器，这些仪器国内外并无本质差别，都得到了较多的应用。其中滚轴式适用于较软的表层淤积物采样；环刀适用于露出水面的淤积物采样；旋杆式适用于水下软泥采样；活塞式钻管可钻取3～5m的淤积物；重力式钻管主要是在样品提出床面时不漏失，可钻取0.3～1.5m淤积物；挖斗式适用于0.3m厚表层的粗沙和小卵石采样。一般地，在浅水区可用挖斗采样进行颗分，在大水深的库区主要采用重力法采样。西华大学的汤积仁等将带有炸药活塞的采样器放到床面，靠炸药爆炸将采样器打入床面进行采样。黄河水利科学研究院的杨勇等将配重750kg的采样器从高处滑落，靠重力扎入河床中进行采样，长江上游水文局研制的采样器与此相似。两种大水深采样方法均要将采样器高速插入河床中，导致采样器内壁面与淤积物之间具有很大的相对速度，其速度梯度将对淤积物产生很大的剪切力，会明显改变淤积物的原始形态。此外，采样深度和位置也难以控制。
目前的水库、下游河道、湖泊及入海河口床面上淤积物的采样方法还不能完全保证高保真采样，有必要提出一种不干扰淤积物、准确定位、一个垂向不同深度处淤积物同时刻多点高保真采样的装置。
发明内容
本发明的目的是针对水库、河道、湖泊及入海河口床面上泥沙淤积物的采样的实际应用需求，提出了一种推进式河床淤积物采样装置，该采样装置可以安全可靠、高保真、高精度地对河床淤积物取样。
本发明提出的一种推进式河床淤积物采样装置，其特征在于,该采样装置包括操作平台、探杆、采样器壳体、采样器；所述操作平台安装在测量船上，所述探杆上端与操作平台连接，下端与采样器壳体上端面相连，所述采样器安装在采样器壳体内；操作平台通过探杆使采样器下降至采样位置采样并提升到测量船上完成采样工作；所述采样器壳体由长方形壳体，焊接在该长方形壳体下端的楔形块体和两块翼板构成；该楔形块体的两倾斜面位于长方形壳体的两个侧面，该两块翼板位于长方形壳体的正面及背面，采样器安装在长方形壳体内,在采样器前端朝向长方形壳体正面,在长方形壳体正面壁开有与采样器前端相匹配的通孔,用于使采样器刀具伸出壳体进行采集淤积物样本。
本发明的特点及效果为：
1.在探杆下压过程中采样器壳体的楔形块体将泥沙往两侧挤压，在翼板的保护下采样器正面(采样环刀推出的平面)的淤积物不会受到挤压，即采样器正面需要采集的沙体将保持原始状态。
2.采样环刀内壁面与泥沙的相对运动速度很低，由此产生的剪切应力极小，避免了采集到的淤积物的变形，可以达到在陆面用环刀取样的精度。
3.采样器由采样环刀、液压推进器、环刀刀口封闭门、液压导杆、手动拉绳和导向滑轮构成，利用液压推进器通过液压导杆将采样环刀从采样器正面水平缓慢推出，采集淤积物样本。
4.本发明还可以根据采样需要串联多个采样器壳体，实现沿垂向等间隔的多点同步采样。
附图说明
图1为本发明的采样装置总体布置示意图；
图2为本发明的采样器外壳及采样器结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例对本发明的一种推进式河床淤积物采样装置进行详细说明。
本发明的一种推进式河床淤积物采样装置，其特征在于,该采样装置包括操作平台、探杆、采样器壳体、采样器；所述操作平台安装在测量船上，所述探杆上端与操作平台连接，下端与采样器壳体上端面相连，所述采样器安装在采样器壳体内；操作平台通过探杆使采样器下降至采样位置采样并提升到测量船上完成采样工作；所述采样器壳体由长方形壳体，焊接在该长方形壳体下端的楔形块体和两块翼板构成；该楔形块体的两倾斜面位于长方形壳体的两个侧面，该两块翼板位于长方形壳体的正面及背面，采样器安装在长方形壳体内,在采样器前端朝向长方形壳体正面,在长方形壳体正面壁开有与采样器前端相匹配的通孔,用于使采样器刀具伸出壳体进行采集淤积物样本。
本发明的推进式河床淤积物采样装置实施例结构如图1所示，该采样装置包括操作平台1、探杆2、采样器壳体3、采样器4；所述操作平台1安装在测量船5上，所述探杆2上端与操作平台1连接，下端与采样器壳体3上端面相连，所述采样器安装在采样器壳体内；操作平台通过探杆使采样器下降至采样位置采样并提升到测量船上完成采样工作。
上述装置的各部件的具体实施方式如图2所示，分别说明如下：
所述采样器壳体3由长方形壳体3-1，焊接在该长方形壳体下端的楔形块体3-2和两块翼板3-3构成；该楔形块体3-2的两倾斜面位于长方形壳体3-1的两个侧面，该两块翼板3-3位于长方形壳体的正面及背面，采样器安装在长方形壳体内,采样器前端朝向长方形壳体正面,在长方形壳体正面壁开有与采样器前端相匹配的通孔,用于使采样器刀具伸出壳体进行采样。本装置的采样器壳体的楔形块体3-2将淤积物往两侧挤压，在翼板3-3的保护下采样器前端(采样环刀推出的平面)的淤积物不会受到挤压，即采样器前端需要采集的沙体将保持原始状态。
本实施例的采样器壳体3上部的长方形壳体3-1为316不锈钢制成，其内部中空，垂向高度为1m，水平横断面为长0.2m、宽为0.15m的矩形，在高1m宽0.15m的一个垂向侧面上打两个直径为55mm的圆孔，上下圆孔中心间距0.5m，上孔和下孔的中心分别距离长方形壳体3-1上顶端和下底端0.25m；长方形壳体3-1下端焊接的楔形块体3-2，其垂向高度为150mm，楔形块体由两个矩形面和两个三角形面构成，其中三角形面与长方形壳体3-1通孔面平行；在长方形壳体3-1的通孔面及其背对面的下端分别焊接的2块翼板3-3板长200mm，宽200mm，厚5mm。通过探杆2将采样器壳体3以0.01米/秒的速度缓慢下压，其楔形块体3-2将淤积物6往两侧挤压，在翼板3-3的保护下不会挤压采样器正面(采样环刀推出面)的淤积物6，使得采样器正面的淤积物6将保持原始状态。
所述操作平台1包括电动机1-1、蜗轮蜗杆升降机1-2、油泵系统1-3、输液管1-4；其中，电动机1-1与蜗轮蜗杆升降机1-2相连，油泵系统1-3与输液管1-4的一端相连。
本实施例的操作平台1的电动机1-1为蜗轮蜗杆升降机1-2提供动力，输液管1-4上端与油泵系统1-3连接；其中电动机1-1为力士德MB75无级变速电机；蜗轮蜗杆升降机1-2采用匡盛SWL型号；油泵系统1-3为轴向柱塞泵，采用Sunny公司的HA10VSO型电动式轴向柱塞泵；输液管1-4为增强液压钢丝胶管，内径为6mm，壁厚为3mm，耐压范围为10-400MPa；操作平台1可以提供10吨量级的下压力和上提力对探杆2进行以0.01米/秒的速度下压和以0.03米/秒的速度提升。
所述采样器4包括由采样环刀4-1、液压推进器4-2、液压导杆4-3组成的刀具，和由环刀刀口封闭门4-4、2组导向滑轮4-5-1、4-5-2和2根手动拉绳4-6-1和4-6-2组成的刀具开关装置；其中，所述液压推进器4-2安装在采样器壳体的长方形壳体的背面内，采样环刀4-1通过液压导杆4-3与液压推进器4-2相连，输液管1-4的另一端穿过中空探杆2与液压推进器4-2相连，采样环刀刀口前端正对长方形壳体正面的通孔；所述2组导向滑轮4-5-1、4-5-2分别安装在长方形壳体3-1内的顶面、正面和底面，2根手动拉绳4-6-1和4-6-2穿过中空探杆2，手动拉绳4-6-1下端与环刀刀口封闭门4-4的上边固定连接，手动拉绳4-6-2下端与环刀刀口封闭门4-4的下边固定连接，在测量船上通过人工操作2根手动拉绳的上端使环刀刀口封闭门4-4打开或关闭。
所述采样器4也可采用多组，上下间隔地安装在采样器壳体内，本实施例采用2组，如图2所示。液压推进器4-2通过液压导杆4-3实现采样环刀4-1的推出和抽回，上提手动拉绳4-6-1和4-6-2实现环刀刀口封闭门4-4的开启和关闭；采样环刀4-1采用中华人民共和国水利行业标准中土工试验仪器SL 370—2006国标，内径50.46mm，外径55mm，采样容积100cm3；液压推进器4-2为改装的UK8-270微型液压推进器；环刀刀口封闭门4-4为边长为10cm的正方形，厚度为1.2mm的不锈钢钢板；手动拉绳为304单股不锈钢钢丝，直径为3mm；液压导杆为直径为10mm长度为50mm的不锈钢圆柱形钢棒；导向滑轮为直径为15mm的不锈钢定滑轮。。
所述的探杆可由多段中空管连接而成。
本实施例的探杆2由数根短杆组成，每根短杆长度为3m，壁厚为6mm的304不锈钢钢管，10m水深采用50mm管径、20m水深采用75mm管径、40m水深100mm管径、50m水深采用150mm管径，短杆之间通过螺纹连接。其中，探杆2上端与操作平台1中的蜗轮蜗杆升降机1-2相连，探杆2下端与采样器壳体3相连，并使输液管1-4和手动拉绳4-6-1和4-6-2穿过探杆2进入采样器壳体3内部；探杆2在操作平台1的下压作用下可将采样器壳体3以0.01米/秒的速度缓慢压入沙质河床淤积物6中采样。
本实施例的测量船5，型长13m，总宽5m，型深1.8m，设计平均吃水1.0米，作业范围在河道、水库或海域沿岸，测量水深一般在100米以内。
基于上述组成部分，本发明对淤积物取样的实施过程为：
(1)首先将测量船5在监测点定位，利用超声水深仪测量水深，根据水深大小选择不同管径的探杆2，探杆壁厚6mm，10m水深采用50mm管径，20m水深采用75mm管径，40m水深采用100mm管径，50m水深采用150mm管径；
(2)将选择好尺寸的探杆2与内部装置有采样器4的采样器壳体3连接，预设环刀刀口封闭门4-4关闭，在测量船5上的操作平台1上逐段连接探杆2将采样器壳体3以0.05米/秒的速度逐渐往床面延伸，当采样器壳体到达床面后，启动操作平台1中的蜗轮蜗杆升降机1-2通过探杆2将采样器壳体3以0.01米/秒的速度缓慢平稳地压入河床淤积物6中；
(3)当采样器壳体3到达预定采样位置后，在测量船上上提手动拉绳4-6-1开启环刀刀口封闭门4-4，利用液压推进器4-2通过液压导杆4-3将采样环刀4-1以0.002米/秒的速度从采样器正面水平缓慢推出，采集淤积物样本，然后利用液压推进器4-2反向运动将已完成采样的环刀4-1抽回到采样器壳体3内，上提手动拉绳4-6-2关闭环刀刀口封闭门4-4；
(4)电动机1-1反向驱动涡轮涡杆升降机1-2以0.03米/秒的速度上提探杆2，将采样器4回收到测量船5上，采样器4正面朝上以0.002米/秒的速度缓慢推出采样环刀4-1，提取采样环刀4-1内中段的样品完成对河床淤积物的采样。
本发明在上述装置的基础上，还可通过探杆串联2～5组采样器壳体3的长方形壳体(壳体内安装2组采样器)，在最下端的长方形壳体底部焊接楔形块体3-2和翼板3-3，可进行沿垂向等间隔的多点同步采样。当串联多组采样器壳体3时，可以一次采集床面以下间距0.5m的垂直剖面的多个淤积物样本，得出各参数的垂直剖面分布。
Claims (5)
1.一种推进式河床淤积物采样装置，其特征在于,该采样装置包括操作平台、探杆、采样器壳体、采样器；所述操作平台安装在测量船上，所述探杆上端与操作平台连接，下端与采样器壳体上端面相连，所述采样器安装在采样器壳体内；操作平台通过探杆使采样器下降至采样位置采样并提升到测量船上完成采样工作；所述采样器壳体由长方形壳体，焊接在该长方形壳体下端的楔形块体和焊接在该长方形壳体下端的两块翼板构成；该楔形块体的两倾斜面位于长方形壳体的两个侧面，该两块翼板位于长方形壳体的正面及背面，采样器安装在长方形壳体内,采样器前端朝向长方形壳体正面,在长方形壳体正面壁开有与采样器前端相匹配的通孔,用于使采样器刀具伸出壳体进行采集淤积物样本。
2.如权利要求1所述采样装置，其特征在于,所述操作平台包括电动机、蜗轮蜗杆升降机、油泵系统、输液管；其中，电动机与蜗轮蜗杆升降机相连，油泵系统与输液管的一端相连。
3.如权利要求1所述采样装置，其特征在于,所述采样器包括由采样环刀、液压推进器、液压导杆组成的刀具，和由环刀刀口封闭门、2组导向滑轮和2根手动拉绳组成的刀具开关装置,2组导向滑轮分别为滑轮组一和滑轮组二；其中，所述液压推进器安装在采样器壳体的长方形壳体的背面内，采样环刀通过液压导杆与液压推进器相连，输液管的另一端穿过中空探杆与液压推进器相连，采样环刀刀口前端正对长方形壳体正面的通孔；每组导向滑轮由两个滑轮组成，其中滑轮组一的两个滑轮安装在长方形壳体内的顶面和正面，滑轮组二的两个滑轮安装在长方形壳体内的底面和正面；2根手动拉绳穿过中空探杆，一根手动拉绳绕过滑轮组一，其下端与环刀刀口封闭门的上边固定连接；另一根手动拉绳绕过滑轮组二，其下端与环刀刀口封闭门的下边固定连接；在测量船上通过人工操作2根手动拉绳的上端使环刀刀口封闭门打开或关闭。
4.如权利要求3所述采样装置，其特征在于,所述采样器采用多组，上下间隔地安装在采样器壳体内。
5.如权利要求3所述采样装置，其特征在于,所述的探杆可由多段中空管连接而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160817 Termination date: 20181031 |