CN109556674A - 一种便捷探测淤泥厚度的简易装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便捷探测淤泥厚度的简易装置及其应用，涉及资源与环境工程技术领域。本装置由测杆和标志盘两部分组成，使用时将测杆穿过标志盘，并将测杆插入淤泥中直到淤泥层下表面无法继续深入，再将测杆拔出，并缓慢提出水面，通过标志盘所在刻度即可直接读取淤泥厚度。该装置简单实用，成本低廉，不需要专业技术即可操作，通过与沉积物柱状样测量对比，探测误差小于5％，比原有测杆法的精度大幅提升，适用于浅水水体中淤泥厚度的调查工作。

Description

一种便捷探测淤泥厚度的简易装置及其应用

技术领域

本发明涉及资源与环境工程技术领域，尤其涉及一种便捷探测淤泥厚度的简易装置及其应用。

背景技术

随着我国经济的快速发展，向河流、湖泊等水体排放的污染物大幅增加，水环境污染问题日益突出。长期的污水排放以及自然沉积作用，导致水体淤泥量逐渐增加。淤泥是水体沉积物的组成部分，一般是指分布在沉积物上层，各类营养盐和有毒有害物质含量较高的部分，其特征为含水率高(一般超过60％)，孔隙比大，营养盐含量高。淤泥是水体污染物长期累积的载体，属于内源污染，在某些城市水体中成为水体黑臭的重要因素。作为内源污染的淤泥不断释放出营养盐和各种有毒有害物质，严重影响水体水质，对各类水生生物的生存也造成影响。重污染的淤泥还是阻滞水环境治理实施效果的主要因素，某些湖泊在外源污染全部拦截后仍然很长时间无法使水质得到有效改善，甚至在多次换水后水质依然很差，其中的主要原因就是淤泥中积累的大量营养盐仍在源源不断的释放到上覆水体中。此外，表层淤泥在风浪扰动下很容易悬浮，造成水体透明度下降，影响沉水植物的生长，淤泥表面的厌氧环境也不适合各类底栖动物的生长。

因此，很多水环境治理工程都把清淤作为削减内源污染负荷的一项重要实施内容。一般情况下，淤泥厚度与该水体的内源污染负荷成正相关，因此，底泥清淤的前期工作必须对水下淤泥厚度进行调查和测量，结合淤泥柱状样的分层分析，才能给出适宜的清淤强度。此外，针对水体的水环境和水生态调查也往往需要淤泥厚度这一常规指标。

淤泥厚度检测目前常用的方法主要有：测杆法、地质钻探法、超声波测量法、静力触探法等。测杆法一般针对水深不超过3m水体的淤泥探测，将标准测杆下端焊接的铁板制成特制测杆与标准测杆联合使用。使用时先将特制测杆触及淤泥表面并读取深度值，然后将标准测杆插入淤泥中直至触及淤泥下表面时再读取一个深度，相减计算淤泥厚度。相比于其他方法，测杆法简单方便，无需昂贵的仪器设备，是目前在浅水水体中最为常用的方法。但是传统测杆法中的特制测杆是通过下端焊接的铁板对淤泥上表面进行探测，由于淤泥表层承载力很低，铁板很容易陷入淤泥中，导致所测淤泥厚度偏低，而且传统测杆法需要2根测杆同时操作，仍比较繁琐。因此，需要一种更为简便易行而又更为准确的探测方法。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种探测过程中对表层淤泥干扰较小，精度相对较高，并且使用便捷，造价低廉的淤泥厚度探测装置，以解决当前淤泥厚度探测作业中测杆法精度较差、钻探法不够便捷、超声波测量仪器昂贵等问题。

一种便捷探测淤泥厚度简易装置，所述装置包括测杆和标志盘。

1)测杆：

测杆为一组包含5节直径30mm的圆柱形木杆组成，木杆两头通过金属螺纹连接。每节测杆长1200mm，在第1节测杆顶端固定一个金属圆锥，圆锥直径30mm，高40mm，在测杆尾部固定金属螺纹连接头。其余各节测杆头尾制成金属螺纹连接，使各节测杆能够首尾相连。

在第1和第2节测杆表面对称位置挖出两条对称的球冠型凹槽(图1，2)，凹槽深度3.5mm，球冠型凹槽的直径9.54mm，对应的球体直径10mm，在未设置凹槽的表面用红色油漆标记长度刻度，刻度自圆锥底部从0开始，最小刻度为1cm，刻度总长度240cm。其余3节测杆不设置凹槽和刻度。第1和第2节测杆首尾连接后应使表面的凹槽对齐。

2)标志盘：

标志盘由3部分组成：2.1)定位珠(图4)，2.2)定位珠盘(图5)，2.3)外缘盘(图6)。

为了尽量降低使用过程中水的浮力对标志盘移动的影响，组成标志盘的定位珠盘和外缘盘使用密度为0.965g/cm³的高密度聚乙烯材料制成。标志盘的面积满足在不造成表层淤泥大幅形变的前提下，施加在表层淤泥上的反作用力能够推动标志盘沿测杆发生位移。定位珠盘(图5)位于内侧，用于安装固定定位珠，外缘盘(图6)套在定位珠盘外侧。

2.1)定位珠

使用2颗规格为M16的不锈钢定位珠，定位珠结构示意图和基本参数如图3和表1所示，单颗定位珠最大负荷为55.5N。

表1.定位珠规格

2.2)定位珠盘

定位珠盘用于安放和固定定位珠，因此根据M16定位珠规格设计定位珠盘的尺寸，如图所示，定位珠盘内径30mm，外径80mm，厚度20mm，沿直径在对称位置安装2个M16定位珠，钢珠向内。

2.3)外缘盘

外缘盘位于定位珠盘的外侧，和定位珠盘共同组成标志盘。标志盘(定位珠盘+外缘盘)的面积应满足使2颗M16定位珠发生位移(达到最大负荷)时产生的压强小于表层淤泥的承载力，才能降低测量过程中对表层淤泥厚度的影响。结合定位珠的最大负荷与表层淤泥的承载力计算出标志盘的最小面积。一般淤泥承载力不超过100kPa，对于含水率更高的表层淤泥，其承载力更低，根据大量的野外调查结果，取表层淤泥承载力为10kPa。经过计算，标志盘的外径应不小于140mm，同时考虑到在空气中标志盘不能因自重向下滑落，标志盘外径应不大于640mm。为了尽量降低测量过程中标志盘对表层淤泥的压力造成的淤泥层形变程度，本发明中设计的外缘盘外径取值400mm，内径为80mm，厚度20mm(图6)。制作过程中，先将定位珠安装到定位珠盘上，再使用PE胶水将定位珠盘与外缘盘粘贴紧密。

附图说明

图1是测杆结构图(单位mm)；

图2是第1、2节测杆横剖面图(单位mm)；

图3是第1、2节测杆侧面图(示球冠型凹槽，单位mm)

图4是定位珠结构示意图；

图5是定位珠盘结构图(单位mm)；

图6是外缘盘结构图(单位mm)。

有益效果

1、本发明可在野外快速便捷的探测水体中的淤泥层厚度，装置造价低廉，操作方便。

2、本发明装置在探测过程中对表层淤泥影响较小，与传统测杆法相比更为精确。

3、将本发明装置在武汉市东湖和襄阳市连山水库开展现场测试，同步与沉积物柱状样进行比对。在每个测试湖泊中，使用柱状采泥器在水深2-3米范围内随机采集3个点位的沉积物样品，柱状样长度控制在1.5米以上，达到正常湖泥层，根据柱状样确定各点位淤泥层厚度，同步在3个点位使用本发明装置测定淤泥层厚度，测试的各点位淤泥层厚度结果如下：

采集沉积物柱状样品是调查湖泊沉积物垂直污染特征和确定环保疏浚深度的标准方法(湖泊生态环境保护系列技术指南-湖泊河流环保疏浚工程技术指南)。根据测试结果，本发明装置与沉积物柱状采泥器的调查结果偏差在±5％之内，以负偏差为主。根据《湖泊生态环境保护系列技术指南-湖泊河流环保疏浚工程技术指南》，对环保疏浚工程可行性研究阶段的高程精度要求为≤0.1m，我国淡水水体的淤泥层厚度一般在2m以内，本发明装置的探测偏差可控制在0.1m之内，因此其测量精度可以满足环保疏浚可行性研究阶段的需要。

具体实施方式

实施例1：

一种便捷探测淤泥厚度的简易装置，所述装置包括测杆和标志盘，使用步骤：1)将标志盘从第1节测杆的装有圆锥的顶端套入，使标志盘下表面置于第1节测杆的刻度0cm处。2)将第2节测杆与第1节测杆首尾相连，并使两节测杆侧面的凹槽对齐。3)将带有标志盘的2节测杆竖直缓慢放入水中，圆锥顶端向下，根据实际水深条件，逐步连接第3、第4、第5节测杆，直至满足测量要求。4)第1节测杆圆锥顶端到达表层淤泥后，标志盘下表面与底泥表面接触，测杆将无法靠自重继续下沉，此时对连接成一体的测杆施加外力，将其垂直迅速插入底泥中。5)表层底泥将阻止标志盘随测杆一起向下移动，当阻力超过标志盘中定位珠的负荷时，标志盘将沿测杆发生向上相对移动。6)当测杆顶端圆锥穿过淤泥层到达过渡层时，将无法继续向下移动，此时标志盘仍然位于底泥表面。7)竖直向上缓慢将测杆从底泥中拔出，标志盘的定位珠与测杆上的凹槽结合，由于标志盘密度与水大致相似，并且在水体中运动缓慢，水体阻力和标志盘在水中的重力都不超过2颗定位珠的最小负荷，无法引起标志盘的移动，因此标志盘在测杆上的位置可作为底泥表面相对位置的记录。8)将测杆全部从水中提出，观察标志盘下表面在测杆上对应的刻度值即可获取所测淤泥层的厚度值。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本申请所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本申请型的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种便捷探测淤泥厚度的简易装置，其特征在于，所述简易装置的结构组成包括以下部分：测杆，所述测杆使用木质材料制成，单节长度1200mm，共5节，各节测杆两端通过金属螺旋锁紧接头连接，第1节和第2节测杆表面挖出两排对称的球冠型凹槽，第1节测杆顶端固定金属圆锥头，圆锥直径30mm，高40mm；从第1节测杆安装金属圆锥头一端开始标记刻度，刻度最小单位为厘米；标志盘，所述标志盘分为定位珠盘和外缘盘两部分，均使用密度为0.965g/cm³的高密度聚乙烯材料制成，定位珠盘内径30mm，外径80mm，厚度20mm，定位珠盘内对称镶嵌2颗M16定位珠；外缘盘内径80mm，外径400mm，厚度20mm；外缘盘和定位珠盘使用PE胶水进行粘贴。

2.根据权利要求1所述的简易装置，其特征在于，所述测杆从所述标志盘的中心孔洞穿入，所述标志盘通过镶嵌在内侧的两颗定位珠与测杆上的凹槽啮合以固定。

3.根据权利要求1所述的简易装置，其特征在于，所述球冠型凹槽对应的球型直径10mm，球冠型凹槽的直径9.54mm，球冠型凹槽深度3.5mm。

4.一种权利要求1所述简易装置的应用，其特征在于，所述应用包括如下步骤：

步骤一、将标志盘从第1节测杆金属圆锥端套在测杆上，使标志盘内侧的定位珠与测杆上的凹槽啮合，使标志盘下表面与测杆上的刻度0对齐；

步骤二、根据现场情况，将所需的各节测杆依次首尾连接，使第1节和第2节测杆上的凹槽对齐；

步骤三、将测杆金属圆锥端向下竖直插入淤泥中，直至无法插动；

步骤四、竖直缓慢向上将测杆提出水面；

步骤五、读取标志盘下表面所在位置的刻度，即为淤泥层厚度。