CN109556924A - 一种多层土壤水样的采集方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多层土壤水样的采集方法及装置，第一抽水将置于不同深度的土壤内的采样管采集的水样，输送至分水箱内对应的分水仓；第二抽水装置再将分水仓内的水样输送至对应的集水管内。采样管密闭，管壁设有若干陶土头用于渗透土壤水；通过单片机控制抽水装置，使得各个部件协同工作，有效实现收集不同土层深度的土壤水样；提高了采集地下水样的效率，批量、差异化、同步的水样采集，可显著提高批次采样时间间隔的精确性，提高试验数据的准确性。可通过单片机实现自动化、定期或预设时间的水样采集，极大的降低了人工采集的难度，避免了因自然天气等因素，人工无法采集，及采集的水样混杂等情况，可对于同位素水文学的进步具有很重要的意义。

Description

一种多层土壤水样的采集方法及装置

技术领域

本发明涉及一种水样的采集方法及装置，具体涉及一种多层土壤水样的采集方法及装置，属于同位素水文学研究技术领域。

背景技术

现阶段，水资源短缺问题越来越成为社会关注的热点问题。很多研究都集中在洪水和干旱的预报，缺乏对于径流到达出口断面的路径研究。

在探究径流路径的过程中，水文学家发现土壤水对于流域的产流影响相当大，同时也发现影响土壤水运移的影响因素复杂多变。这些因素可以大致归纳为以下几点：

1、城市化影响；世界各个国家如今都在推进城市化进程，城市的不断扩张使得原本由土壤覆盖的下垫面变成沥青，混凝土这些不透水材料覆盖，而地下输水，排水管网的漏水也在不断改变土壤水的补给以及排泄途径；

2、全球气候的变化；近些年来，全球气温变暖导致厄尔尼诺和拉尼娜现象影响越来越显著，极端降水和极端干旱影响越来越大；历史资料对于极端事件的记录很难应用到现在的流域产汇流的研究。

因此对于土壤水来源，流径，变化的影响因素的研究变得迫在眉睫。

研究土壤水中的溶质的变化，离不开收集土壤水。收集土壤水的方法包括自流法、直接取土法、负压法；其中，直接取土法主要面临工程量大，后期处理土样繁琐；自流法仅仅适用于土壤含水量丰富的实验研究；负压法能够满足长期定位研究的需求，对于除土壤水特别贫乏以外的土壤均为适用。

现阶段应用负压法进行土壤水水样的采集过程中面临很多缺陷：1、取样时间的间隔控制不够精确，当我们采集不同土深的土壤水时候，由于试验人员有限，我们无法同时同步采集土壤水，这就可能导致后期对于数据的处理出现各种各样的问题；2、代表性问题：通常采集土壤水会选择一个剖面进行收集，上层的土壤水的抽取会对下层土壤水的采集有很大的影响；3、人工采样的困难性：在进行试验流域的选择上，通常会选择人类活动影响较小的地区，而这些地区常常远离市区，这样长期采样对于采样人员也是很大的挑战。

因此，为了提高土壤水采集的代表性以及减少人工采样的强度，发明一种自动定时分层采集土壤水的装置很有必要。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可实时、同步采集不同层深的土壤水样的采集方法及装置。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种多层土壤水样的采集方法，第一抽水装置，将置于不同深度的土壤内的采样管采集的水样，输送至分水箱内对应的分水仓；第二抽水装置，再将分水仓内的水样输送至对应的集水管内。

上述采样管采集水样的方式包括：水渗透采集管的管壁。

上述第一抽水装置包括负压装置或水泵；

所述负压装置包括真空泵，为通过第一水管密闭连接的采样管和分水箱提供负压。

上述第二抽水装置包括水泵。

适用于上述的一种多层土壤水样的采集方法的装置，包括若干采样管、分水箱、集水管、第一抽水装置、第二抽水装置；

所述分水箱内设由若干由隔板分隔的分水仓，

所述采样管密闭，管壁设有若干陶土头，分别通过第一水管接分水箱内对应的分水仓；

所述分水仓，分别通过第二水管接对应的集水管；

第一抽水装置为第一水管提供水动力，第二抽水装置为第二水管提供水动力。

上述第一抽水装置包括负压装置或水泵，第二抽水装置包括水泵；

所述负压装置包括与分水箱连接的真空泵、设于分水仓与第二水管驳接口的闭合阀、通过若干空气管与采样管连接的空气箱；

所述空气箱设有与空气连通的闭合阀。

上述闭合阀包括电磁阀，或与推拉式电磁铁连接的连杆，连杆的另一端设有若干密封塞。

上述第二水管的末段设有若干集水口，分别通过集水盘接集水瓶，且集水口设有闭合阀。

上述闭合阀包括电磁阀，或与推拉式电磁铁连接的连杆，连杆的另一端设有若干密封塞；且，连杆贯通集水盘，并一体设置。

上述闭合阀和水泵、真空泵，由单片机驱动。

本发明的有益之处在于：

本发明的一种多层土壤水样的采集方法及装置，通过单片机控制多个电磁铁和真空泵、水泵，使得各个部件协同工作，有效实现收集不同土层深度的土壤水样；提高了采集地下水样的效率，同时，批量、差异化、同步的水样采集，可显著提高批次采样时间间隔的精确性，提高试验数据的准确性。进一步，可通过单片机实现自动化的、定期或预设时间的水样采集，极大的降低了人工采集的难度，避免了因自然天气等因素，人工无法采集，及采集的水样混杂等情况。

本发明的结构简单，使用方便，可根据实际的使用情况，匹配合适的抽水设备，有效降低研究经费，综合考虑了取样时间的同步性、水样代表性以及采样人员的安全性，可对于同位素水文学的进步具有很重要的意义，具有很强的实用性和广泛的适用性。

附图说明

图1为本发明的一种多层土壤水样的采集装置的结构示意图；

图2为本发明的采样管的结构示意图；

图3 为本发明的分水箱的结构示意图；

图4 为本发明的集水瓶的结构示意图。

附图中标记的含义如下：1、闭合阀，2、空气箱，3、空气管，4、采样管，5、第一水管，6、分水箱，7、真空泵，8、第二水管，9、水泵，10、集水瓶，11、集水盘， 12、陶土头，13、隔板，14、电磁铁，15、连杆，16、密封塞。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

一种多层土壤水样的采集装置，由若干采样管、分水箱、若干集水管、负压装置、水泵、单片机组成。

多个采样管分别埋于不同深度的土壤内，用来采集不同土深的土壤水；管口用密实塞堵塞，使采样管呈密闭状；管壁嵌设若干陶土头，陶土头由微孔陶土材料制成用于渗透土壤水。

空气箱置于地面，若干空气管的一端接通空气箱内腔，另一端穿过采样管的密实塞，接通采样管内腔；且，空气箱设有与空气连通的闭合阀（空气阀）。

分水箱外接真空泵，内设若干隔板，将分水箱内腔分隔为若干分水仓；采样管分别通过第一水管接对应的分水仓；各分水仓的底部设有出水口，通过第二水管接对应的集水管；出水口也设有闭合阀。

第二水管串接水泵，末段设有若干集水口，集水口的开合由闭合阀控制，集水口的底部设有集水盘，由集水盘承接水样并导水进入集水瓶。

优选的，上述闭合阀由推拉式电磁铁连接的连杆组成，连杆的另一端设有若干密封塞。于空气箱，连杆的另一端接1个密封塞，控制空气箱内腔与空气的连通；于分水箱，连杆的另一端接若干个密封塞，分别控制各分水仓底部出水口的闭合；于第二水管，连杆的另一端接若干个密封塞，分别控制各集水口的闭合，且连杆可贯通集水盘，与集水盘一体设置；实际操作时，为便于独立控制集水瓶，也可单独设置，即连杆的另一端接1个密封塞，单独控制1个集水口。

优选的，推拉式电磁铁、水泵、真空泵分别接单片机，并由单片机控制，电源通过单片机供电。

使用时，

首先，分水箱和空气箱的闭合阀不工作，分水箱和采样管连通，并处于密闭状态；开启真空泵，采样管的逐渐被抽成负压状态。负压状态下的采样管装置，使得土壤水开始沿着陶土头进入采样管中，然后分别顺着第一水管流入到集水瓶中对应的分水仓中。

水样采集完成后，开启空气箱的闭合阀，使得外界的空气经空气管流入各采样管，即取消分水箱内的负压状态，停止抽取土壤水，同时便于开启分水箱内的闭合阀，使得分水仓内的水样便于流入第二水管。

开启水泵，使得分水仓内的水样分别沿着第二水管流出；开启集水口的闭合阀，使得水样从集水口流出，由集水盘承接并导入集水瓶内。

当采样瓶采集到一定的水样后，单片机控制支路电磁铁停止工作，橡胶塞将支路进口堵住，多余的水样沿第二水管排出。

一次采样结束，后续采样均按照此方法进行，采样瓶全部采满水样后，更换采样瓶。

实际使用时，对于需要频繁或急需采样的地区，可使用负压装置抽取水样；对于长期、定期采用的地区，提增大采样管的容量，同时可使用自然水渗透法，简化负压装置，以水泵替代负压装置，降低成本，同时便于大容量的水样抽取。

进一步的，结合采样管的容量、分水仓的容量、集水管的容量、水泵的功率、真空泵的功率、及第一水管、第二水管的管径，可于单片机内设置各真空泵、水泵、推拉式电磁铁工作的起始时间，实现自动化的水样采集。

电磁铁可选用：ZYE1-0530Z型推拉式电磁铁，乐清市正永机电有限公司生产。单片机可选用HC6800型。

集水盘可采用不锈钢材料制作，集水瓶可采用聚乙烯材料制作；第二水管可设置一定的倾斜角度，使得管路内的水样能够顺管路流淌，降低受前次取样的干扰。

在人工操作的采样过程中，真空泵可一直处于工作状态，仅通过空气箱的闭合阀控制真空状态，便于简化操作步骤，提高采样效率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多层土壤水样的采集方法，其特征在于，第一抽水装置，将置于不同深度的土壤内的采样管采集的水样，输送至分水箱内对应的分水仓；第二抽水装置，再将分水仓内的水样输送至对应的集水管内。

2.根据权利要求1所述的一种多层土壤水样的采集方法，其特征在于，所述采样管采集水样的方式包括：水渗透采集管的管壁。

3.根据权利要求1所述的一种多层土壤水样的采集方法，其特征在于，所述第一抽水装置包括负压装置或水泵；

所述负压装置包括真空泵，为通过第一水管密闭连接的采样管和分水箱提供负压。

4.根据权利要求1所述的一种多层土壤水样的采集方法，其特征在于，所述第二抽水装置包括水泵。

5.适用于权利要求1-4任一所述的一种多层土壤水样的采集方法的装置，其特征在于，包括若干采样管、分水箱、集水管、第一抽水装置、第二抽水装置；

所述分水箱内设由若干由隔板分隔的分水仓，

所述采样管密闭，管壁设有若干陶土头，分别通过第一水管接分水箱内对应的分水仓；

所述分水仓，分别通过第二水管接对应的集水管；

第一抽水装置为第一水管提供水动力，第二抽水装置为第二水管提供水动力。

6.根据权利要求5所述的一种多层土壤水样的采集装置，其特征在于，所述第一抽水装置包括负压装置或水泵，第二抽水装置包括水泵；

所述负压装置包括与分水箱连接的真空泵、设于分水仓与第二水管驳接口的闭合阀、通过若干空气管与采样管连接的空气箱；

所述空气箱设有与空气连通的闭合阀。

7.根据权利要求5所述的一种多层土壤水样的采集装置，其特征在于，所述第二水管的末段设有若干集水口，分别通过集水盘接集水瓶，且集水口设有闭合阀。

8.根据权利要求6所述的一种多层土壤水样的采集装置，其特征在于，所述闭合阀包括电磁阀，或与推拉式电磁铁连接的连杆，连杆的另一端设有若干密封塞。

9.根据权利要求7所述的一种多层土壤水样的采集装置，其特征在于，所述闭合阀包括电磁阀，或与推拉式电磁铁连接的连杆，连杆的另一端设有若干密封塞；且，连杆贯通集水盘，并一体设置。

10.根据权利要求6-9任一所述的一种多层土壤水样的采集装置，其特征在于，所述闭合阀和水泵、真空泵，由单片机驱动。