CN111426512A - 定深土壤气和地下水采样集成装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定深土壤气和地下水采样集成装置，包括采样井与取样头。采样井包括开缝管、沉淀管，取样头包括上密封盖与下密封盖，并与开缝管的内壁密接以形成取样空间；由采样井的井口向下设有下排水管道、上排水管道、取样管道以及取样杆，所述下排水管道密封地穿过上密封盖以及下密封盖，所述上排水管道在靠近上密封盖顶侧的位置设有排水口，所述取样管道穿过上密封盖后在靠近下密封盖顶侧的位置设有取样口；通过采用真空泵选择性地与所述下排水管道、上排水管道、取样管道相连通，可实现取样头的顺利下放与上提，并精准抽提设定深度处的土壤气和地下水进行采样分析。该装置具有结构简单，建设速率快，成本低，取样深度、厚度可调等优点。

Description

定深土壤气和地下水采样集成装置

技术领域

本发明涉及土壤和地下水调查取样技术领域。

背景技术

不同有机污染场地的污染物渗漏扩散受地形地质、土质水文、污染物特性等因素影响较大，地下水深度、土层渗透系数、污染物的液态密度等参数直接决定污染物在场地土壤及地下水中的赋存状态及分布浓度。有的污染物在不同埋深的分布差异较大。

我国有机污染场地数目众多，产污行业差别较大，水文地质条件各不相同，在调查和治理的不同阶段需要对场地土壤气、非水相液体(NAPLs，包括上层的轻非水相液体(LNAPLs)和下层的重非水相液体(DNAPLs)及不同深度的地下水进行不定期的取样检测。

当前定深土壤气和地下水已有采样方法存在容易破坏土壤结构，装置复杂，建设难度大，成本高；单个取样点只能对有限个深度取样；取样深度固定，后期无法更改等问题。

例如，CN 109975084 A公开了一种土壤气分层采样装置及方法，包括一根采气圆管，采气圆管顶端开口，底端通过圆形底板密封；采气圆管中部以上部分通过中间的竖直隔板分隔成两根横截面为半圆形的分管，其中一分管的端部通过半圆形隔板密封；竖直隔板端部固定在半圆形隔板上方；采气圆管在圆形底板上方的端部留有第一采气孔；分管在半圆形隔板上方的端部留有第二采气孔。通过将采样装置送入井道，在不同深度的第一采气孔和第二采气孔周围，分别填充石英砂，并在第一采气孔和第二采气孔之间、以及第二采气孔以上填充膨润土以封闭，从而使得深层的土壤气透过石英砂进入第一采气孔，浅层的土壤气透过石英砂进入第二采气孔，实现不同深度土壤气的分层采样。但该装置结构复杂，材料不易获取；受装置结构影响，不适用于单个取样点多深度取样；取样深度不可更改。

CN 110095308A公开了一种用于有机污染场地调查与长期监测取样井系统及其建井方法。监测井从上到下依次穿过地平面、浅表层土壤、深层土壤、轻非水相液体(LNAPLs)层、地下水层和重非水相液体(DNAPLs)层；被监测井开凿时部分破坏的第一隔水层形成监测井底部第一隔水层；浅表层土壤气取样泵、深层土壤气取样泵、轻非水相液体(LNAPLs)取样蠕动泵、浅层地下水取样蠕动泵、深层地下水取样蠕动泵和重非水相液体(DNAPLs)取样蠕动泵分别通过浅表层土壤气取样管、深层土壤气取样管、轻非水相液体(LNAPLs)取样管、浅层地下水取样管、深层地下水取样管和重非水相液体(DNAPLs)取样管连接浅表层土壤气取样探头、深层土壤气取样探头、轻非水相液体(LNAPLs)取样探头、浅层地下水取样探头、深层地下水取样探头和重非水相液体(DNAPLs)取样探头；浅表层土壤气取样探头设置在浅表层土壤中；深层土壤气取样探头设置在深层土壤中；轻非水相液体(LNAPLs)取样探头设置在轻非水相液体(LNAPLs)层；浅层地下水取样探头设置在地下水层的浅层中；深层地下水取样探头设置在地下水层的深层中；重非水相液体(DNAPLs)取样探头设置在重非水相液体(DNAPLs)层中或部分位于重非水相液体(DNAPLs)下液面的监测井底部第一隔水层中；重非水相液体(DNAPLs)取样探头的周围回填有第一粗石英砂层；深层地下水取样探头的周围回填有第二粗石英砂层，第一粗石英砂层和第二粗石英砂层之间回填有第一细石英砂层；浅层地下水取样探头的周围回填有第三粗石英砂层；第二粗石英砂层和第三粗石英砂层之间回填有第二细石英砂层；轻非水相液体(LNAPLs)取样探头的周围回填有第四粗石英砂层；第三粗石英砂层和第四粗石英砂层之间回填有第三细石英砂层；第四粗石英砂层上部设置第一膨润土层；在监测井的成井周围两侧扩挖土壤至需要监测的深度以设置深层土壤气取样探头和浅层土壤气取样探头，在深层土壤气取样探头下回填第二膨润土层，深层土壤气取样探头的周围回填有第五粗石英砂层，在浅层土壤气取样探头下回填第三膨润土层，在浅表层土壤气取样探头的周围回填有第六粗石英砂层，监测井所有剩余区域回填第四膨润土层后，设置套管，套管露出地面以设置护壁管及井盖。但是，该装置建井过程复杂，造成土壤结构破坏，施工难度大，成本高；取样深度无法更改。

CN 209542214U则公开了一种地下土壤气体采集装置，包括集气腔、把手、手柄、顶盖、活塞、第一取样管、底盖、单向阀、抽气泵和取样袋，所述顶盖设于集气腔顶部，所述底盖设于集气腔底部，所述手柄穿过顶盖设于集气腔内部，所述活塞设于手柄底部、集气腔的内部，所述活塞的外径与集气腔的内径对应，所述把手设于手柄顶部、集气腔的外侧，所述第一取样管设于顶盖顶部，一端穿过顶盖与集气腔内部相接，另一端与抽气泵进气口活动连接，取样袋与抽气泵出气口连接，第一取样管与顶盖相接处设有单向阀。该装置具有能够定位、定深采样，实现对固定位置处的土壤长期监测、结构简单和精确度高等优点。但是，该装置无法深入深层土壤，不适用于在深层土取样；不适用于长期监测取样，需重复建井。

发明内容

因此，本发明提供一种定深土壤气和地下水采样集成装置，其目的是解决现有技术存在的：容易破坏土壤结构，装置复杂，建设难度大，成本高；单个取样点只能对有限个深度取样，取样深度固定且后期无法更改等问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种定深土壤气和地下水采样集成装置，其特征在于，包括采样井与取样头，其中：

所述采样井主要包括开缝管和沉淀管，开缝管开缝范围与取样深度相适应，开缝管外包裹有过滤网；沉淀管是无缝管，其与所述开缝管的下端通过螺纹连接；所述取样头包括上密封盖与下密封盖，上密封盖与下密封盖以连接杆固定连接，而且上密封盖、下密封盖均与开缝管的内壁密接，以在上密封盖、下密封盖之间形成取样空间；

由采样井的井口向下设有下排水管道、上排水管道、取样管道以及取样杆，其中：所述下排水管道密封地穿过上密封盖以及下密封盖，用于排出下密封盖下方的土壤气或地下水；所述上排水管道在靠近上密封盖顶侧的位置设有排水口，用于排出上密封盖上方的土壤气或地下水；所述取样管道穿过上密封盖后在靠近下密封盖顶侧的位置设有取样口，用于收集取样空间内的土壤气或地下水；所述取样杆与所述取样头相连，用于控制取样头在采样井中的升降高度；

还包括真空泵与收集装置，真空泵的输入端能够选择性地与所述下排水管道、上排水管道、取样管道相连通，所述收集装置与所述真空泵的输出端相连。

所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其中：在上密封盖上设有贯穿上下两侧的排水软管接口一，在下密封盖上设有贯穿上下两侧的排水软管接口三，所述排水软管接口一与排水软管接口三之间以连接软管相接，再用排水软管一连接至所述排水软管接口一的上端，以构成所述下排水管道。

所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其中：在上密封盖的上侧固定有排水软管接口二，在排水软管接口二靠近上密封盖的位置设有侧向布置的所述排水口，再用排水软管二连接至所述排水软管接口二的上端，以构成所述上排水管道。

所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其中：在上密封盖上设有贯穿上下两侧的取样软管接口一，在下密封盖的上侧固定有取样软管接口二，所述取样软管接口二靠近下密封盖的位置设有侧向布置的所述取样口，而取样软管接口一与取样软管接口二之间以连接软管相接，再用取样软管连接至所述取样软管接口一的上端，以构成所述取样管道。

所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其中：所述取样杆与所述连接杆的上端通过螺纹连接固定。

所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其中：所述取样杆由若干段无缝钢管组成，各段无缝钢管之间通过螺纹连接。

本发明提供的定深土壤气和地下水采样集成装置，具有结构简单，建设速率快，成本低；取样深度深，取样深度、厚度可根据需要随时变化；适用于长期监测取样，无需重复建井；一井多用，可以用于土壤水和土壤气采集等优点。

附图说明

图1是本发明提供的定深土壤气和地下水采样集成装置的整体结构剖视图；

图2、图3分别是上密封盖的俯视图和剖视图；

图4、图5分别是下密封盖的俯视图和剖视图。

附图标记说明：1-收集装置；2-软管；3-真空泵；4-软管；5-排水软管一；6-排水软管二；7-取样软管；8-开缝管；9-取样杆；10-上密封盖；11-下密封盖；12-沉淀管；13-连接杆；14-连接软管；15-排水软管接口一；16-取样软管接口一；17-排水软管接口二；18-排水口；19-排水软管接口三；20-取样软管接口二；21-取样口。

具体实施方式

图1是本发明提供的定深土壤气和地下水采样集成装置的整体结构剖视图，结合图1-图5，介绍本发明的施工建造方法如下：

a.建井

成孔：根据地层情况，采用水钻、冲击钻或旋转钻机成孔，成孔直径大于开缝管8直径，以利于下管和回填滤料，成孔深度在取样最深点向下延伸1米以上。

下管：先下沉淀管12，沉淀管12为无缝管，长度1米；再下开缝管8，轴向开缝1mm宽，开缝管8的开缝范围根据取样深度确定，开缝管8外包裹两层40目尼龙网(或其它形式的过滤网，防止泥沙进入开缝管8内)。开缝管8与沉淀管12通过螺纹串联连接。

回填滤料：井管周围添加50mm人工砂填充层。

封口：开缝管的外侧最上端的孔口采用普通粘性土或水泥砂浆封填，深度300mm，防止地面雨水顺着开封管进入井内。

洗井：采用活塞法或其他方法洗井，将井管内冲洗干净。

成井后，用盖子封住井管，防止雨水、杂物进入井内。

b.取样头安装：

取样头包括厚度10mm的上密封盖10与下密封盖11，上密封盖10与下密封盖11的中心位置以连接杆13固定连接，连接杆13的长度根据取样土层厚度确定，而且上密封盖10、下密封盖11均与开缝管8的内壁密接，以在上密封盖10、下密封盖11之间形成取样空间；

在上密封盖10上设有贯穿上下两侧的排水软管接口一15以及取样软管接口一16，在上密封盖10的上侧固定有排水软管接口二17，在排水软管接口二17靠近上密封盖10的位置设有侧向的排水口18；

在下密封盖11上设有贯穿上下两侧的排水软管接口三19(其下端伸出长度约0.5米)，在下密封盖11的上侧固定有取样软管接口二20，所述取样软管接口二20靠近下密封盖11的位置设有侧向的取样口21；

所述排水软管接口一15与排水软管接口三19之间以连接软管14相接，再用排水软管一5连接至所述排水软管接口一15的上端(以构成下排水管道)，能够将下密封盖11下方的水液(或土壤气)排出，便于下放取样头(取样管长期不使用，管内会有很多水，下排水管道用于排出管内积水，使取样头顺利下放)；

再用排水软管二6连接至所述排水软管接口二17的上端(以构成上排水管道)，则能够将上密封盖11上方的水液(或土壤气)排出，便于上提取样头(取样时间较长，或地下水较大，会造成取样头上方充满水，在取样较深时，上面水的阻力会非常大，需要先将取样头上方的水排出后才能将取样头排出)；

而取样软管接口一16与取样软管接口二20之间以另一连接软管14相接，再用取样软管7连接至所述取样软管接口一16的上端(以构成取样管道)，能够将取样空间中的水液(或土壤气)抽出，并通过真空泵3抽取至地面的收集装置1。

此外，从井口还插入有取样杆9，所述取样杆9与上密封盖10中心位置的连接杆13的上端通过螺纹密接，从而能够拉动取样头在开缝管8中上下位移，从而适应不同取样深度的需要；在本实施例中，取样杆9由若干段1.5m长的无缝钢管组成，各段之间通过螺纹连接，采用多段连接的方式，可以满足不同深度要求，并且携带更加方便。

c.取样：

通过取样杆9将取样头下放至指定深度(若开缝管8中水量较多或气体压缩导致取样头难以下放，先将排水软管5一连接真空泵3，通过真空泵3将开缝管8中水或气抽出)，然后，将取样软管7与真空泵3连接，通过真空泵3将开缝管8中水或气抽出；静止一段时间后，真空泵3连接收集装置1，再次开启真空泵3，指定深度(即取样空间中)的土壤水或土壤气进入收集装置1,并用于监测。

完成取样后，将排水软管二6连接至真空泵3，通过真空泵3将开缝管8中取样头上部的水抽出，减少阻力后更容易将取样头从开缝管8中取出。

可见，本发明提供的一种定深土壤气和地下水采样集成装置具有结构简单，建设速率快，成本低；取样深度深，取样深度、厚度可根据需要随时变化；适用于长期监测取样，无需重复建井；一井多用，可以用于土壤水和土壤气采集等优点。

Claims (6)

1.一种定深土壤气和地下水采样集成装置，其特征在于，包括采样井与取样头，其中：

所述采样井主要包括开缝管和沉淀管，所述开缝管开缝范围与取样深度相适应，开缝管外包裹有过滤网；所述沉淀管为无缝管，其与所述开缝管的下端通过螺纹连接；

所述取样头包括上密封盖与下密封盖，上密封盖与下密封盖以连接杆固定连接，而且上密封盖、下密封盖均与开缝管的内壁密接，以在上密封盖、下密封盖之间形成取样空间；

由采样井的井口向下设有下排水管道、上排水管道、取样管道以及取样杆，其中：所述下排水管道密封地穿过上密封盖以及下密封盖，用于排出下密封盖下方的土壤气或地下水；所述上排水管道在靠近上密封盖顶侧的位置设有排水口，用于排出上密封盖上方的土壤气或地下水；所述取样管道穿过上密封盖后在靠近下密封盖顶侧的位置设有取样口，用于收集取样空间内的土壤气或地下水；所述取样杆与所述取样头相连，用于控制取样头在采样井中的升降高度；

还包括真空泵与收集装置，真空泵的输入端能够选择性地与所述下排水管道、上排水管道、取样管道相连通，所述收集装置与所述真空泵的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其特征在于：在上密封盖上设有贯穿上下两侧的排水软管接口一，在下密封盖上设有贯穿上下两侧的排水软管接口三，所述排水软管接口一与排水软管接口三之间以连接软管相接，再用排水软管一连接至所述排水软管接口一的上端，以构成所述下排水管道。

3.根据权利要求1所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其特征在于：在上密封盖的上侧固定有排水软管接口二，在排水软管接口二靠近上密封盖的位置设有侧向布置的所述排水口，再用排水软管二连接至所述排水软管接口二的上端，以构成所述上排水管道。

4.根据权利要求1所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其特征在于：在上密封盖上设有贯穿上下两侧的取样软管接口一，在下密封盖的上侧固定有取样软管接口二，所述取样软管接口二靠近下密封盖的位置设有侧向布置的所述取样口，而取样软管接口一与取样软管接口二之间以连接软管相接，再用取样软管连接至所述取样软管接口一的上端，以构成所述取样管道。

5.根据权利要求1所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其特征在于：所述取样杆与所述连接杆的上端通过螺纹连接固定。

6.根据权利要求1所述的定深土壤气和地下水采样集成装置，其特征在于：所述取样杆由若干段无缝钢管组成，各段无缝钢管之间通过螺纹连接。

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