CN110261171A - 一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置，包括浮球高度调节管、浮球、筒体、水阻接触点测头、绕线盘和止回球，浮球高度调节管内放置浮球挡板，浮球放置在浮球挡板上，筒体的顶端开孔，筒体的顶端开孔处与浮球高度调节管的下端螺纹连接，靠近筒体底端的筒体的内壁向外突出形成空腔，空腔连接取水管，止回球放置在空腔内，空腔的入口处的筒体的内壁上设置隔片，隔片用来阻挡止回球从空腔中滑出，筒体内放置定滑轮，隔片的下端连接滑轮细线的一端，滑轮细线的另一端绕过定滑轮与浮球连接，筒体的底端开设第二圆形小孔，第二圆形小孔的直径小于止回球的直径，水阻接触点测头设置在筒体的下端，其与缠绕在绕线盘上的钢尺电缆连接。
Description
技术领域
本发明涉及地下水调查、研究技术领域，具体涉及一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置。
背景技术
地下水是人类赖以生存和繁衍的重要资源，在人类生活水平和经济社会快速发展的今天，对地下水的依赖程度也不断提高。在过去几十年里，我国的社会经济得到了前所未有的发展，伴随而来的地下水环境问题也受到越来越多的关注。开展地下水的调查、研究是合理开发利用地下水资源，进行地下水污染防治的前提。在区域及污染场地地下水调查、研究中，能够采集具有代表性的地下水样品，是准确判断地下水污染程度，科学进行风险评估的关键。而准确测量地下水位，可以绘制地下水流场，分析污染来源及迁移规律。
现阶段我国在污染场地调查中地下水样品的采集工具主要有：潜水泵、气囊泵、双阀气驱泵、贝勒(Bailer)管等。双阀气驱泵集水装置是一个双层钢管结构。外层钢管的底部进水口和内层钢管的顶部出水口装有止回阀，外层钢管顶部同时设有进(排)气口。在地表没有将空气注入钢管时，在静水压力驱动下，水通过底部进水口进入钢管，当水充满内外层钢管时，止回阀关闭，地表通过空压机将空气从外层钢管顶部注入，钢管内的水受挤压通过内层钢管顶部上升到水管，水进入水管后在止回阀的作用下不能回流。气体释放后钢管再次进水，重复进行。在整个采样过程中，水样靠空气驱动，对水体造成较大扰动，并且与很长的管线(通常几十米至150米)接触，容易污染水样；采样流速很慢，接满采样瓶需要较长时间，容易损失某些污染物，并且每次采样前都要先抽取一部分地下水对管线进行冲洗，采集一个点位的水样可能需要1小时甚至更长时间。采样设备笨重，转移采样点位时需要多人协作。
贝勒管是管体下部装有密度大于水的止回球，当管体进入水面以下时，水将止回球冲开进入管体，当水充满管体时向上提升管体，止回球将管体底部堵住，水样随管体提升到地面。水样通过管体顶部出口倒入采样瓶中。普通贝勒管采样时止回球在管体底部会使水样进入管体时形成小漩涡，对水样造成扰动；在水样从管体倒入水样瓶的过程中更是使水样和空气充分接触，很难准确获取地下水样品。
在实际工作中，地下水位的测量通常通过单独测水位的钢尺水位计。钢尺水位计由测头、钢尺电缆和接收系统组成。测头装有水阻接触点，当接触到水面时便会通过钢尺电缆接通接受系统，发出蜂鸣声，此时记下钢尺刻度，即为水位。
以上各种采样器都不具有定深采样以及准确测量地下水位的功能。双阀气驱泵和Bailer管都会大幅增加样品与空气的接触或对地下水造成较大的扰动，造成样品某些指标含量(特别是挥发性有机污染物)或性质的改变。其余各种采样设备各具特点，可以根据不同采样需要选取使用，但同样存在对样品扰动较大、不易清洗、需要电力等辅助设备等问题，会提高采样费用或可操作性下降。因此，开发一种能够准确获取不同深度地下水水样，同时可以准确测量地下水位，实用且成本低廉的地下水采样装置很有必要。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种结构简单、操作简便的微扰动定深地下水采集及水位测量装置。
本发明提供一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置，包括浮球高度调节管、浮球、筒体、水阻接触点测头、绕线盘和止回球，所述浮球高度调节管为上下敞口的圆柱体结构，所述浮球高度调节管内放置浮球挡板，所述浮球挡板的中心开设直径小于浮球的直径的第一圆形小孔，所述浮球放置在浮球挡板上，所述筒体为顶端开孔的圆柱状结构，所述筒体的顶端开孔处与浮球高度调节管的下端螺纹连接，靠近筒体底端的筒体的内壁向外突出形成空腔，所述空腔连接取水管，所述止回球放置在空腔内，所述空腔的入口处的筒体的内壁上设置隔片，所述隔片用来阻挡止回球从空腔中滑出，所述隔片的中部开设有直径小于止回球直径的小孔，所述筒体内放置定滑轮，所述隔片的下端连接滑轮细线的一端，所述滑轮细线的另一端绕过定滑轮与浮球连接，所述筒体的底端开设第二圆形小孔，所述第二圆形小孔的直径小于止回球的直径，所述水阻接触点测头设置在筒体的下端，所述水阻接触点测头通过测头电缆与缠绕在绕线盘上的钢尺电缆连接。
进一步地，所述浮球高度调节管的左侧内壁上开设有若干间隔排列的第一卡槽，所述浮球高度调节管的右侧内壁上开设有若干间隔排列的第二卡槽，处于相同高度的第一卡槽和第二卡槽相互对称排列，所述浮球挡板插入相互对称的第一卡槽和第二卡槽内。
进一步地，所述隔片的上端固定连接在筒体的内壁上，位于隔片正下方的筒体的内壁上开设凹槽，所述隔片的下端放置在凹槽内，所述隔片的位置被凹槽限定。
进一步地，所述取水管上带有刻度，所述取水管的上端设置止水夹，所述筒体的外壁上设置若干管卡，所述管卡用来固定取水管的位置。
进一步地，所述浮球高度调节管的上端螺纹连接管盖，所述管盖用来封闭浮球高度调节管的上端。
进一步地，所述浮球高度调节管的长度为20～100cm。
进一步地，所述浮球的直径小于浮球高度调节管的横截面直径。
进一步地，所述第一卡槽的竖直间隔为3～20cm。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
1、本发明将止回球暂时设置在筒体的外侧，水样直接从筒体的底部进入到取水管中，水样全部进入到取水管后，采用浮球的浮力将隔片拉开，止回球滑落到筒体的底部，起到止水作用，减少了对地下水的扰动，与传统贝勒管相比不会因止回球的阻挡，使地下水进入到取水管的过程中形成小涡流，大大提高了地下水样品采集的代表性；
2、本发明将止回球放置处设置为空腔，使空腔发挥了取水和存放止回球的双重功能，引入取水管直接将水样注入采样瓶中还避免了由于向水样瓶中倾倒水样对水样造成的影响，采用取水管上的刻度还可以大致判断采样器中水样余量；
3、本发明在采集地下水样的同时可以测量地下水位，做到了采样和地下水位测量一体化；
4、本发明可以通过调节浮球高度调节管的长度和浮球在管中的位置，根据地下水位和钢尺电缆的刻度准确采集不同深度的地下水；
5、本发明在保证多重使用功能的前提下操作简单、轻便易携带，有利于野外采样使用。
附图说明
图1是本发明一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置的结构示意图。
图2是本发明一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置的浮球高度调节管的结构示意图。
图中：浮球高度调节管-1、浮球-2、筒体-3、水阻接触点测头-4、绕线盘-5、止回球-6、地面接收系统-7、管盖-11、第一卡槽-12、第二卡槽-13、浮球挡板-14、圆形小孔-141、螺纹接口-15、定滑轮-31、空腔-32、隔片-33、滑轮细线-331、取水管-34、止水夹-341、管卡-35、第二圆形小孔-36、测头电缆-41、钢尺电缆-51、转动手柄-52、指示灯-71、电源开关-72、蜂鸣器-73。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置，包括浮球高度调节管1、浮球2、筒体3、水阻接触点测头4、绕线盘5、止回球6和地面接收系统7。
浮球高度调节管1为上下敞口的圆柱体结构，浮球高度调节管1的上端螺纹连接管盖11，管盖11用来封闭浮球高度调节管1的上端，浮球高度调节管1的左侧内壁上开设有若干间隔排列的第一卡槽12，浮球高度调节管1的右侧内壁上开设有若干间隔排列的第二卡槽13，处于相同高度的第一卡槽12和第二卡槽13相互对称排列，相互对称的第一卡槽12和第二卡槽13内插入浮球挡板14，浮球挡板14的中心开设直径小于浮球2的直径的第一圆形小孔141，浮球2放置在浮球挡板14上，浮球2的直径小于浮球高度调节管1的横截面直径；浮球高度调节管1的长度为20～100cm，第一卡槽12的竖直间隔为3～20cm，浮球高度调节管1的上端和下端均设置螺纹接口15，便于浮球高度调节管1叠加使用，浮球2的密度远小于水，应具有较大浮力，浮球2的形状为球形或体积较大的圆柱形，由泡沫类材质制得。
筒体3为顶端开孔的圆柱状结构，筒体3的顶端开孔处与浮球高度调节管1的下端螺纹连接，即筒体3的内部与浮球高度调节管1的内部连通，筒体3内放置定滑轮31，靠近筒体3底端的筒体3的内壁向外突出形成空腔32，空腔32的形状为半球状或圆柱状，空腔32的入口处的筒体3的内壁上设置隔片33，隔片33的中部开设有直径小于止回球6直径的小孔，隔片33的上端固定连接在筒体3的内壁上，位于隔片33正下方的筒体3的内壁上开设凹槽，隔片33的下端放置在凹槽内，隔片33的位置被凹槽限定，隔片33的下端连接滑轮细线331的一端，滑轮细线331的另一端绕过定滑轮31与浮球2连接，止回球6放置在空腔32内，止回球6可以在空腔32内自由进出，止回球6的直径小于空腔32的直径，取水管34采用有聚四氟乙烯内衬的胶管，在隔片33的阻挡力下，止回球6不会从空腔32滑落，空腔32连接带有刻度的取水管34，取水管34的上端设置止水夹341，筒体3的外壁上设置若干管卡35，管卡35用来固定取水管34的位置，筒体3的底端开设第二圆形小孔36，第二圆形小孔36的直径小于止回球6的直径；筒体3的制作材料根据不同用途进行选择，当采集有机物样品时可以选择不锈钢304制作，采集重金属样品时可采用聚乙烯(PE)或聚氯乙烯(PVC)材料制作。
水阻接触点测头4设置在筒体3的下端，水阻接触点测头4的下端与第二圆形小孔36平齐，其通过测头电缆41与缠绕在绕线盘5上的钢尺电缆51的一端连接，钢尺电缆51上的刻度从筒体3的高度开始标记，钢尺电缆51的另一端连接地面接收系统7，地面接收系统7安装在绕线盘5上，其包括指示灯71、电源开关72和蜂鸣器73，绕线盘5上设置转动手柄52，指示灯71、电源开关72和蜂鸣器73分别设置在转动手柄52的正下方，电源开关72开启时，指示灯71亮起，且当水阻接触点测头4接触到水时，蜂鸣器73响起；电源开关72关闭时，指示灯71灭。
下面以本发明筒体3长度为50cm的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，对某地下水监测井地下水位以下0.5～1.0m地下水进行采集，并测量此监测井地下水位为例，其具体使用过程如下：
1)装置组装
到达取样点后，根据采样深度选择两根长度为30cm、第一卡槽12间距为10cm的浮球高度调节管1通过螺纹连接竖直拼接在筒体3的顶端开孔处，此时浮球高度调节管1总长度为60cm；将浮球挡板14插入浮球高度调节管1距离筒体3顶端40cm处的第一卡槽12中；将滑轮细线331未连接浮球2的一端穿过浮球挡板14中间的圆形小孔141，将浮球2放置在浮球挡板14之上，用管盖11将浮球高度调节管1的上端盖住；将滑轮细线331绕过定滑轮31后连接在隔片33的下端；将止回球6从筒体3的底端推入空腔32内，调节滑轮细线331的长度，使隔片33闭合时滑轮细线331处于拉直状态；取水管34紧贴筒体3的外壁，卡在管卡35上。
2)水位测量
将取样装置垂直放入监测井口，打开电源开关72，指示灯72亮，松动绕线盘5不断下放钢尺电缆51，使装置向井下移动；当装置底部的水阻接触点测头4接触到地下水面后，便会接通地面接收系统7，蜂鸣器73响起，此时暂停下放；关闭电源开关72，指示灯71灭，蜂鸣器73不再响，读取钢尺电缆51刻度读数，记下地下水位。
3)定深取样
记录好水位后，根据钢尺电缆51的刻度，缓慢将装置再下放1m。此时，浮球2向上漂浮的空间为10cm，足以通过滑轮细线331将隔片33从凹槽中拉出，止回球6滑落到筒体的3底端，挡住筒体3的第二圆形小孔36；此时装置内采集的水样为0.5～1.0m处的水样。
4)取出装置
向上拔钢尺电缆51，将装置上提，同时转动绕转动手柄52将钢尺电缆51缠绕在绕线盘5上。此时止回球6阻止水样外流，提出水面后水样充满取水管34，用止水夹341将取水管34夹住。
5)样品转移
从筒体3的外壁上的管卡35上取下取水管34，准备好采样瓶，打开止水夹341，接取水样，接满后用止水夹341夹住取水管34，立即盖紧样品瓶盖子密封，编号后放入保温箱保存。将取水管34紧贴筒体3的外壁卡在管卡35上可以通过取水管34上的刻度判断装置内水的存量，如需采集多瓶样品用于不同指标的检测，可打开止水夹341继续接取水样。
此监测井水样采集完毕，采集下一监测井地下水样。
1、本发明将止回球6暂时设置在筒体3的外侧，水样直接从筒体3的底部进入到取水管34中，水样全部进入到取水管34后，采用浮球2的浮力将隔片33拉开，止回球6滑落到筒体3的底部，起到止水作用，减少了对地下水的扰动，与传统贝勒管相比不会因止回球6的阻挡，使地下水进入到取水管34的过程中形成小涡流，大大提高了地下水样品采集的代表性；
2、本发明将止回球6放置处设置为空腔32，使空腔32发挥了取水和存放止回球6的双重功能，引入取水管34直接将水样注入采样瓶中还避免了由于向水样瓶中倾倒水样对水样造成的影响，采用取水管34上的刻度还可以大致判断采样器中水样余量；
3、本发明在采集地下水样的同时可以测量地下水位，做到了采样和地下水位测量一体化；
4、本发明可以通过调节浮球高度调节管1的长度和浮球2在管中的位置，根据地下水位和钢尺电缆51的刻度准确采集不同深度的地下水；
5、本发明在保证多重使用功能的前提下操作简单、轻便易携带，有利于野外采样使用。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，包括浮球高度调节管、浮球、筒体、水阻接触点测头、绕线盘和止回球，所述浮球高度调节管为上下敞口的圆柱体结构，所述浮球高度调节管内放置浮球挡板，所述浮球挡板的中心开设直径小于浮球的直径的第一圆形小孔，所述浮球放置在浮球挡板上，所述筒体为顶端开孔的圆柱状结构，所述筒体的顶端开孔处与浮球高度调节管的下端螺纹连接，靠近筒体底端的筒体的内壁向外突出形成空腔，所述空腔连接取水管，所述止回球放置在空腔内，所述空腔的入口处的筒体的内壁上设置隔片，所述隔片用来阻挡止回球从空腔中滑出，所述隔片的中部开设有直径小于止回球直径的小孔，所述筒体内放置定滑轮，所述隔片的下端连接滑轮细线的一端，所述滑轮细线的另一端绕过定滑轮与浮球连接，所述筒体的底端开设第二圆形小孔，所述第二圆形小孔的直径小于止回球的直径，所述水阻接触点测头设置在筒体的下端，所述水阻接触点测头通过测头电缆与缠绕在绕线盘上的钢尺电缆连接。
2.根据权利要求1所述的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，所述浮球高度调节管的左侧内壁上开设有若干间隔排列的第一卡槽，所述浮球高度调节管的右侧内壁上开设有若干间隔排列的第二卡槽，处于相同高度的第一卡槽和第二卡槽相互对称排列，所述浮球挡板插入相互对称的第一卡槽和第二卡槽内。
3.根据权利要求1所述的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，所述隔片的上端固定连接在筒体的内壁上，位于隔片正下方的筒体的内壁上开设凹槽，所述隔片的下端放置在凹槽内，所述隔片的位置被凹槽限定。
4.根据权利要求1所述的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，所述取水管上带有刻度，所述取水管的上端设置止水夹，所述筒体的外壁上设置若干管卡，所述管卡用来固定取水管的位置。
5.根据权利要求1所述的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，所述浮球高度调节管的上端螺纹连接管盖，所述管盖用来封闭浮球高度调节管的上端。
6.根据权利要求1所述的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，所述浮球高度调节管的长度为20～100cm。
7.根据权利要求1所述的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，所述浮球的直径小于浮球高度调节管的横截面直径。
8.根据权利要求2所述的微扰动定深地下水采集及水位测量装置，其特征在于，所述第一卡槽的竖直间隔为3～20cm。
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