CN107290183A - 一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其包括设备嵌入系统、水样分层收集系统和水样抽集系统，本发明的采集与过滤装置保证了野外原位土壤间隙水样品采集的效率和质量，具有制造简单、成本低廉、性价比优等特点，为科研人员和环境工作者进行野外原位土壤间隙水样品分层采集与过滤提供了有益的方法借鉴。
Description
技术领域
本发明涉及土壤间隙水采集与过滤装置技术领域，特别涉及一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置。
背景技术
滨海河口湿地是介于海洋和陆地生态系统之间具有较高的生物生产力和氧化还原能力的过渡性生态系统，上限为大潮线之上与内河流域相连的淡水或半咸水湖沼以及海水上溯未能抵达的入海河的河段，包括潮上带湿地和潮间带湿地。受海洋潮汐影响，滨海河口湿地不仅表现出周期性的暴露和浸没的交替变化，而且在潮滩湿地剖面上，不同潮滩受潮水浸没时间差异极大（高潮滩<中潮滩<低潮滩），使得河口潮滩湿地土壤和水体理化性质表现出独特的变异格局。此外，由于滨海河口湿地特殊的地理位置，大量污染物质通过潮汐、径流、干湿沉降等多种途径进入湿地，对河口湿地生态系统生物地球化学循环和生态安全造成极大威胁。
间隙水又称自由水，是土壤或水体底质空隙中不受土粒吸着能移动的水分，间隙水中各种污染物和营养元素的含量往往非常高，间隙水的移动与污染物的迁移、累积和转化有密切关系，所以在水环境中间隙水的研究具有重要的意义。此外，间隙水的理化性质往往随深度增加具有明显变化，研究间隙水理化性质在垂直剖面上的变化对于了解整个水环境体系的动态变化具有重要意义。由于受潮汐的周期影响，河口潮汐湿地土壤水分含量经常呈饱和或过饱和状态，土壤间隙水丰富，是湿地生物地球化学循环研究的重要对象。土壤间隙水的采集是在实验室进行间隙水养分和成分等相关指标分析的前提和基础。
目前间隙水的采集方法已有很多，主要分为离心分离法、挤压法和沥滤法。现有的土壤间隙水采集装置虽在特定条件下也能实现间隙水的采集，但仍存在许多缺陷和不足：1）多用于室内，缺少一种野外原位采集装置；2）多为单层或多层混合采样，缺少用于不同土层的精确采样装置；3）收集过程较为复杂，限制条件较多，操作时间较长，野外使用不便；4）采样过程会对原位环境造成干扰，水样易受污染，样品浑浊，采样精度不高；5）无原位过滤装置，会影响测定结果的即时性和有效性；6）多为一次性或短期使用，不适用于长期定位观测。由于河口潮汐湿地受周期性潮汐作用的影响，不仅水位波动频繁，而且土壤盐度较高，腐蚀性强。同时，在潮汐、径流、海平面上升、台风等的作用下，滨海河口潮汐湿地演替显著，土壤沉积层序明显，不同土层之间理化指标差异显著。研究整个潮汐过程不同土层间隙水特征对于探讨潮汐对河口湿地土壤理化因子的影响具有重要意义。目前还未有一款专门针对河口潮汐湿地特征的土壤间隙水原位采集方法与装置。
因此，适用于潮汐湿地野外原位使用的高效无污染的土壤间隙水分层采集与过滤装置亟待研究。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种操作简便、密封性强、结果可靠、可长期使用的潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其包括设备嵌入系统、水样分层收集系统和水样抽集系统，
所述设备嵌入系统包括套筒和插头，套筒的底部与插头的顶部可拆卸连接；
所述水样分层收集系统套设在套筒内，且水样分层收集系统的底部固定在插头的顶部，水样分层收集系统包括外圆管、内圆管和顶板，所述内圆管套设在外圆管内部，顶板固定在外圆管和内圆管的上端面；内圆管和外圆管之间围成进气腔，内圆管内部从上至下具有两个以上的储水层，所述进气腔内部对应各储水层侧壁的中部沿圆周方向等间隔设有两个以上的渗漏通道，渗漏通道内部设有过滤棉网，所述外圆管对应渗漏通道的一端密布有第一渗漏孔，圆管对应渗漏通道的另一端密布有第二渗漏孔；
所述储水层的侧壁上部设有与进气腔连通的通气孔，所述顶板上连接有与进气腔连通的进气管，所述水样抽集系统用于分别抽取和采集各储水层内的间隙水，水样抽集系统包括三通阀、抽水器以及若干个分别与储水层底部连接的水样抽取管，所述三通阀的第一通口与水样抽取管连通，三通阀的第二通口与抽水器连通，三通阀的第三通口通过出水管与样品瓶连通。
所述套筒底部内侧沿圆周方向间隔设有两个以上的第一卡槽，所述插头顶部对应各第一卡槽分别设有第二卡槽，所述第一卡槽与第二卡槽卡扣连接。
所述插头为倒置的圆锥体，套筒上部的外壁上设有手柄。
所述储水层的底部设有集水槽，集水槽的底部与水样抽取管连通。
所述顶板上对应进气管处和水样抽取管处分别设有收纳管，收纳管顶部设有可拆卸的顶盖。
所述进气管和水样抽取管的上部分别设有浮标。
所述出水管上设有过滤器。
本发明采用以上结构，具有以下有益效果：
1、本发明所述采集与过滤装置，集分层采集与过滤于一体，解决了传统方法劳动强度大，成本高等问题，工作效率高，价格低廉，操作方便，一人即可完成全部操作。
2、本发明所述采集与过滤装置，可长期放置在野外，避免了因频繁布置样地对原位环境（土壤、植被和水体）的破坏和扰动，并可保证采样时设备内部气压的平衡，采样结果安全可靠。
3、本发明所述采集与过滤装置，可原位抽取不同土层的间隙水，实现了精确度较高的土壤间隙水分层采样，并同步对间隙水样进行过滤大大提高了测定数据的即时性和有效性。
4、本发明所述采集与过滤装置，可满足整个潮汐过程中（潮前、潮中、潮后）土壤间隙水的随时采集，工作连续性强。
5、本发明所述采集与过滤装置，制造简单、材料易得、价格低廉、体积小、操作方便，非常适合野外原位环境使用，适于在河口潮汐湿地广泛推广；解决了潮汐过程中土壤间隙水样品的分层采集问题，是对前人方法的继承与创新。
综上所述，本发明的采集与过滤装置保证了野外原位土壤间隙水样品采集的效率和质量，具有制造简单、成本低廉、性价比优等特点，为科研人员和环境工作者进行野外原位土壤间隙水样品分层采集与过滤提供了有益的方法借鉴。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；
图1为本发明的示意图；
图2为本发明中套筒与插头连接的示意图。
具体实施方式
如图1或图2所示，本发明包括设备嵌入系统1、水样分层收集系统2和水样抽集系统3，
设备嵌入系统1包括套筒11和插头12，插头12为倒置的圆锥体，套筒11上部的外壁上设有手柄112，套筒11的底部与插头12的顶部可拆卸连接。具体连接方式如下：套筒11底部内侧沿圆周方向间隔设有两个以上的第一卡槽111，插头12顶部对应各第一卡槽111分别设有第二卡槽121，第一卡槽111与第二卡槽121卡扣连接。设备嵌入系统1在插入土壤后，可通过旋转套筒11而与插头12分离后拔出，插头12则留在土壤中，使水样分层收集系统2与土壤接触，可极大地减少对土层结构的破坏和干扰。
水样分层收集系统2套设在套筒11内，且水样分层收集系统2的底部固定在插头12的顶部，水样分层收集系统2包括外圆管21、内圆管22和顶板23，内圆管22套设在外圆管21内部，顶板23固定在外圆管21和内圆管22的上端面；内圆管22和外圆管21之间围成进气腔24，内圆管22内部从上至下具有两个以上的储水层25，进气腔24内部对应各储水层25侧壁的中部沿圆周方向等间隔设有两个以上的渗漏通道26，渗漏通道26内部设有过滤棉网，用于过滤渗漏间隙水中的大颗粒杂质，外圆管21对应渗漏通道26的一端密布有第一渗漏孔，内圆管22对应渗漏通道26的另一端密布有第二渗漏孔，由土壤渗漏的间隙水在侧渗压作用下通过渗漏通道26进入储水层25，渗漏通道26为单向构造，以防止进入储水层25的间隙水回流；
储水层25的侧壁上部设有与进气腔24连通的通气孔251，顶板23上连接有与进气腔24连通的进气管27，水样抽集系统3用于分别抽取和采集各储水层25内的间隙水，水样抽集系统3包括三通阀31、抽水器32以及若干个分别与储水层25底部连接的水样抽取管33，储水层25的底部设有集水槽252，集水槽252的底部与水样抽取管33连通，这样方便间隙水的汇聚。为了于区别采样深度，可以对每根水样抽取管33进行标号。
三通阀31的第一通口与水样抽取管33连通，三通阀31的第二通口与抽水器32连通，三通阀31的第三通口通过出水管34与样品瓶4连通。抽水器32为针筒式，通过抽拉产生压力差将间隙水抽出并进入样品瓶4中。
顶板23上对应进气管27处和水样抽取管33处分别设有收纳管28，收纳管28顶部设有可拆卸的顶盖（图中未示出）。平常未进行采样时，可将进气管27和水样抽取管33的地上部分收纳于收纳管28内，并分别用橡胶软塞对进气管27和水样抽取管33进行封堵密封，防止外部环境污染进气管27和水样抽取管33。
进气管27和水样抽取管33的上部分别设有浮标5，用于涨潮过程中间隙水的采集。
出水管34上设有过滤器35。过滤器35为分体式，由两个相互嵌套的滤水帽构成，滤水帽中间装有可更换式无菌定量滤纸。
设备嵌入系统1为不锈钢材料，水样分层收集系统2的主体材质为PVC，述水样抽取管33和出水管34的材质为橡胶管，水样抽取管33、三通阀31和过滤器35的材质为耐腐塑料材料。本发明所用材质具有耐酸碱和腐蚀的特点，避免了海水对装置的腐蚀，提高了装置使用寿命。
由于受潮汐和径流的交互影响，潮汐湿地土层具有明显的沉积层序，土壤间隙水理化性质大致以10cm间隔存在明显差异，故本实施例以10cm间隔设置储水层25，连续观测100cm（共10层）深度土壤间隙水动态变化。
实施例1：涨潮前潮汐湿地土壤间隙水分层采集与过滤
由于本实施例模拟无潮水水淹的情形，故将水样抽取管33地上部分和进气管27加塞后放入相应收纳管28中并盖紧顶盖。
采样时，通过下压手柄112将设备嵌入系统1置于土壤中，再通过旋转套筒11使第一卡槽111与第二卡槽121脱离，拔出套筒11，插头12则留在土壤中，使水样分层收集系统2与土壤接触；然后打开相应顶盖和橡胶软塞，将水样抽取管33的地上部分通过三通阀31与抽水器32连接，抽取间隙水样；调节三通阀31并挤压抽水器32，间隙水样经过过滤器35和出水管34进入事先做好标记的样品瓶4，样品采集与过滤完成。
土壤间隙水样品采集后，排空储水层25内的余水，重新将水样抽取管33的地上部分和进气管27加塞后放入收纳管28中并盖紧顶盖，以备下次采样使用。
实施例2：涨潮过程中潮汐湿地土壤间隙水分层采集与过滤
因为本实施例是模拟潮水水淹的情形，故将水样抽取管33的地上部分和进气管27加塞后暴露在土壤表层。采样时，找到漂浮在潮水上部的浮标5，拔出水样抽取管33的地上部分和进气管27的橡胶软塞，将水样抽取管33的地上部分通过三通阀31与抽水器32连接，抽取间隙水样；调节三通阀31并挤压抽水器32，间隙水样经过过滤器35和出水管34进入事先做好标记的样品瓶4，样品采集与过滤完成。
土壤间隙水样品采集后，排空储水层25内的余水，重新将水样抽取管33的地上部分和进气管27加塞后放入收纳管28中并盖紧顶盖，以备下次采样使用。
Claims (7)
1.一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其特征在于：其包括设备嵌入系统、水样分层收集系统和水样抽集系统，
所述设备嵌入系统包括套筒和插头，套筒的底部与插头的顶部可拆卸连接；
所述水样分层收集系统套设在套筒内，且水样分层收集系统的底部固定在插头的顶部，水样分层收集系统包括外圆管、内圆管和顶板，所述内圆管套设在外圆管内部，顶板固定在外圆管和内圆管的上端面；内圆管和外圆管之间围成进气腔，内圆管内部从上至下具有两个以上的储水层，所述进气腔内部对应各储水层侧壁的中部沿圆周方向等间隔设有两个以上的渗漏通道，渗漏通道内部设有过滤棉网，所述外圆管对应渗漏通道的一端密布有第一渗漏孔，圆管对应渗漏通道的另一端密布有第二渗漏孔；
所述储水层的侧壁上部设有与进气腔连通的通气孔，所述顶板上连接有与进气腔连通的进气管，所述水样抽集系统用于分别抽取和采集各储水层内的间隙水，水样抽集系统包括三通阀、抽水器以及若干个分别与储水层底部连接的水样抽取管，所述三通阀的第一通口与水样抽取管连通，三通阀的第二通口与抽水器连通，三通阀的第三通口通过出水管与样品瓶连通。
2.根据权利要求1所述的一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其特征在于：所述套筒底部内侧沿圆周方向间隔设有两个以上的第一卡槽，所述插头顶部对应各第一卡槽分别设有第二卡槽，所述第一卡槽与第二卡槽卡扣连接。
3.根据权利要求1所述的一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其特征在于：所述插头为倒置的圆锥体，套筒上部的外壁上设有手柄。
4.根据权利要求1所述的一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其特征在于：所述储水层的底部设有集水槽，集水槽的底部与水样抽取管连通。
5.根据权利要求1所述的一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其特征在于：所述顶板上对应进气管处和水样抽取管处分别设有收纳管，收纳管顶部设有可拆卸的顶盖。
6.根据权利要求1所述的一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其特征在于：所述进气管和水样抽取管的上部分别设有浮标。
7.根据权利要求1所述的一种潮汐湿地土壤间隙水原位分层采集与过滤装置，其特征在于：所述出水管上设有过滤器。
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