CN111487091B - 一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，包括多头同步采样单元、间隙水收集过滤单元、上覆水收集单元、水文耦合单元、支持保护单元；支持保护单元的测深杆用于测深，安装流速仪，固定取样管；水文耦合单元的旋桨式流速仪以及上覆水输水管安装在支持保护单元的测深杆上；上覆水取样管分层固定于测深杆上，分层收集上覆水；透水集水棒用于收集表层沉积物中的间隙水；支持保护单元的固定桩用于固定连接透水集水棒及网箱；本发明可以实现上覆水与表层底泥间隙水的同步采集，并可实现两者的分层密集采样；同时，本发明可实现流速、水深的测定和水样的采集，使得水环境指标与水动力特征的联系更加紧密。

Description

一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置

技术领域

本发明属于水体环境技术领域，具体涉及一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置。

背景技术

自然水环境的上覆水与表层沉积物间隙水中含有不少的营养盐和可溶性气体。对其分层采集并研究是研究水体环境的必要手段。而如今随着水生态的不断恶化，全球气候的不断升温，对于水环境的调查与研究迫在眉睫。上覆水与间隙水的分层采集对于分析、改善其水体环境质量及生态状况，监测溶于并存在于水体中的温室气体浓度有着重要的现实意义。

为了分层采集上覆水与间隙水，现有技术中，方案一：传统的采集方法，但有以下缺陷，采集上覆水时易造成无法密封水样、影响溶解性气体测定等，采集间隙水时也会导致采集量少、装置造价昂贵等问题，并且这种方案里上覆水与间隙水的采集分开进行，难以控制是否是在同一采样点采集的样品；方案二：一种上覆水与沉积物间隙水一体采集装置，相较于方案一而言做出了很大的改进，可控制在同一采样点采集上覆水和间隙水，但也有以下缺陷，无法实现流速、水深的测定和水样的采集同步进行，并且难以将水环境指标与水动力特征两者之间联系紧密。

现有技术的上述方案主要是针对的是上覆水与间隙水的采集，并未测定流速和水深，无法确保实验数据的科学性和真实性。因此本技术在其它技术的基础上，将流速、水深的测定与水样采集同步进行，提高实验精度。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，包括多头同步采样单元、间隙水收集过滤单元、上覆水收集单元、水文耦合单元、支持保护单元；

所述支持保护单元包括固定桩、测深杆；所述上覆水收集单元包括过滤网套、过滤头、上覆水输水管；所述间隙水收集过滤单元包括透水集水棒、中空螺旋嵌套堵头、间隙水输水管；所述水文耦合单元包括旋桨式流速仪；

所述固定桩、测深杆均竖直设置，透水集水棒水平设置，透水集水棒由固定桩固定；所述透水集水棒为一个或多个；透水集水棒其中一端密闭，另一端通过中空螺旋嵌套堵头连接至间隙水输水管，用于收集表层沉积物中的间隙水；

所述过滤网套通过过滤头连接至上覆水输水管；所述过滤网套、过滤头固定在测深杆的上部，用于收集上覆水；

所述间隙水输水管、上覆水输水管分别对应连接至多头同步采样单元；

所述测深杆的上部设置有旋桨式流速仪，用于检测采集点的水流速；所述测深杆的杆身上竖直方向布置设置有刻度，用于测量水深以及显示透水集水棒、过滤网套、旋桨式流速仪对应的采集点的深度。

在一些实施例中，所述多头同步采样单元包括多个取样针筒，取样针筒的底部设置有进液口，所述取样针筒的进液口通过导液管与间隙水输水管或上覆水输水管相连通；

每个取样针筒内横截面密封设置有活塞，活塞通过活塞轴连接至同一个活塞主柄；通过活塞主柄抽取，进行多个取样针筒内同步取样。

进一步的，在一些实施例中，所述多头同步采样单元还包括连接轴、过渡柄；所述活塞主柄经过连接轴与多个过渡柄相连，所述过渡柄的下部顺次连接多个活塞轴。

在一些实施例中，所述固定桩有两个，所述透水集水棒的两端分别固定在固定桩上，所述透水集水棒的中部通过抱箍、垫圈和固定螺栓紧固到所述测深杆上；多个透水集水棒之间竖直间距相等。

在一些实施例中，所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，还包括网箱，所述网箱连接设置在固定桩顶部，且罩设在旋桨式流速仪旋桨式流速仪外，用于保护旋桨式流速仪。

在一些实施例中，所述测深杆底部还设置有一个钻头，用于固定在表层沉积物中；所述测深杆由金属材质制成。

在一些实施例中，所述测深杆上设置有三个旋桨式流速仪，分别固定在测深杆上指定位置；

所述过滤网套有四组，等间距分层安装在所述测深杆上。

在一些实施例中，所述透水集水棒由曲纹网状透水管、滤层管、多孔中空集水管构成，曲纹网状透水管、滤层管、多孔中空集水管由外到内依次套设。进一步的，在一些实施例中，所述曲纹网状透水管材质为PE，滤层管材质为定性滤纸，多孔中空集水管材质为不锈钢。

在一些实施例中，所述的上覆水输水管、间隙水输水管为硅胶管。

有益效果：本发明提供的一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，可以实现上覆水与表层底泥间隙水的同步采集，并可实现两者的分层密集采样；同时，本发明可实现流速、水深的测定和水样的采集，与现有技术相比其显著优点在于：

（1）同时采集上覆水和间隙水，减少采样时时间的影响因素；

（2）使用透水集水棒，便于收集间隙水，间隙水采集量较多；

（3）可以测定采样时水流的流速和水深；

（4）堵头式设计，方便拆卸，有助于滤层管更换，确保间隙水采集的顺畅；

（5）所取得的间隙水为过滤后的水样，直接可用于分析测试，减少了工作量。

附图说明

图1为本发明实施例的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置结构图；

图2为图1的局部放大图；

图3为本发明实施例中透水集水棒的示意图。

图中：活塞主柄1、连接轴2、过渡柄3、活塞轴4、活塞5、取样针筒6、导液管7；曲纹网状透水管8、滤层管9、多孔中空集水管10、密封圈11、中空螺旋嵌套堵头12、间隙水输水管13；过滤网套14、过滤头15、上覆水输水管16；测深杆17、旋桨式流速仪22；固定桩23、网箱24、杆身25、钻头26、抱箍18、垫圈19、固定螺栓20、螺纹孔21。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1至图3所示，一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，包括多头同步采样单元、间隙水收集过滤单元、上覆水收集单元、水文耦合单元和支持保护单元；所述支持保护单元包括固定桩23、测深杆17；所述上覆水收集单元包括过滤网套14、过滤头15、上覆水输水管16；所述间隙水收集过滤单元包括透水集水棒、中空螺旋嵌套堵头12、间隙水输水管13；所述水文耦合单元包括旋桨式流速仪22；

所述固定桩23、测深杆17均竖直设置，透水集水棒水平设置，透水集水棒由固定桩23固定；所述透水集水棒为一个或多个；透水集水棒其中一端密闭，另一端通过中空螺旋嵌套堵头12连接至间隙水输水管13，用于收集表层沉积物中的间隙水；

所述过滤网套14通过过滤头15连接至上覆水输水管16；所述过滤网套14、过滤头15固定在测深杆17的上部，用于收集上覆水；

所述间隙水输水管13、上覆水输水管16分别对应连接至多头同步采样单元；

所述测深杆17的上部设置有旋桨式流速仪22，用于检测采集点的水流速；所述测深杆17的杆身25上竖直方向布置设置有刻度，用于测量水深以及显示透水集水棒、过滤网套14、旋桨式流速仪22对应的采集点的深度。

在一些实施例中，所述固定桩23有两个，所述透水集水棒的两端分别固定在固定桩23上，所述透水集水棒的中部通过抱箍18、垫圈19和固定螺栓20紧固到所述测深杆17上；多个透水集水棒之间竖直间距相等。

在一些实施例中，如图1所示，所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，还包括网箱24，所述网箱24连接设置在固定桩23顶部，且罩设在旋桨式流速仪22外，用于保护旋桨式流速仪22。

在一些实施例中，如图1、图3所示，所述间隙水收集过滤单元中的透水集水棒由曲纹网状透水管8、滤层管9、多孔中空集水管10构成，曲纹网状透水管8、滤层管9、多孔中空集水管10由外到内依次套设。进一步的，曲纹网状透水管8、中空螺旋嵌套堵头12材质为PE，滤层管9为韧度较大的定性滤纸，多孔中空集水管10材质为不锈钢，密封圈11采用硅橡胶材质。

在一些实施例中，如图2所示，抱箍18和螺栓20，此为抱箍的局部放大图。

在一些实施例中，如图1所示，所述多头同步采样单元包括活塞主柄1、连接轴2、过渡柄3、活塞轴4、活塞5、取样针筒6、导液管7；所述多头同步采样单元包括多个取样针筒6，取样针筒6的底部设置有进液口，所述取样针筒6的进液口通过导液管7与间隙水输水管13或上覆水输水管16相连通；每个取样针筒6内横截面密封设置有活塞5，活塞5通过活塞轴4连接至同一个活塞主柄1；通过活塞主柄1抽取，进行多个取样针筒6内同步取样。

所述活塞主柄1经过连接轴2与多个过渡柄3相连，所述过渡柄3的下部顺次连接活塞轴4、活塞5、取样针筒6和导液管7，所述导液管7的下部连接至少一组间隙水输水管13和至少一组上覆水输水管16。

进一步的，所述的多头同步采样单元，使用活塞主柄1抽取，利用压力差，将上覆水和间隙水抽取至取样针筒6中，通过多头同步采样单元，可实现同步取样。其中，活塞轴4、活塞5、取样针筒6采用密闭性良好的医用针筒，活塞主柄1采用PVC材料。

所述活塞主柄1与多个取样针筒连接，取样针筒与分层各个采样点相连的上覆水输水管16、间隙水输水管13一一对应，用于抽取上覆水和间隙水。

所述间隙水输水管13与透水集水棒连接，所述透水集水棒固定在测深杆17的某些固定刻度上；所述上覆水输水管16与至少一组过滤网套14、过滤头15连接，所述过滤网套14、过滤头15固定在测深杆17的某些固定刻度上。

所述网箱24内，在测深杆17的固定刻度上装有至少一个旋桨式流速仪22。所述的旋桨式流速仪有三个，可以满足上中下三层上覆水的分层取样，旋桨式流速仪并未固定在撑杆上，可沿着撑杆上下滑动，自由调节；本装置使用的流速仪为市面上普通旋桨式流速仪，可自主更换。

进一步的，不锈钢网箱可以有效保护了旋桨式流速仪等装置，不会阻碍水的流动。网箱也可选择竹质。

所述多头同步采样单元的原理如同八排移液枪，可使用活塞主柄1拉取，所述取样针筒6与间隙水输水管13和上覆水输水管16产生压力差，将多孔中空集水管10中的间隙水和过滤网套14、过滤头15中的上覆水抽取至取样针筒6里，便可实现上覆水与间隙水同步分层取样，所述网箱24内装设有至少一个旋桨式流速仪22，可测得某些固定深度时的流速，便可实现与水文测验耦合。

进一步的，在一些实施例中，如图1所示，所述的间隙水收集过滤单元，本实施例设计了四组透水集水棒、密封圈11、中空螺旋嵌套堵头12，均埋在底泥里，可收集间隙水，透水集水棒通过密封圈11和中空螺旋嵌套堵头12与左侧的间隙水输水管13相连。中空螺旋嵌套堵头12相当于螺母，内部有螺纹，密封圈11内置其中。

进一步的，所述的上覆水收集单元，本发明设计了四组过滤网套14、过滤头15，均分布在测深杆17的固定刻度部位，与上覆水输水管16相连。过滤头外部安装过滤网套，用于过滤上覆水中悬浮的颗粒物；过滤网套14和过滤头15为不锈钢材质，过滤头15根据实际需要安装，当水样用于测定悬浮物ss指标时不安装过滤头，测定总有机碳TOC安装过滤头，上覆水输水管16材质为硅胶管。

进一步的，所述的水文耦合单元，测深杆17著有刻度，测深杆17上设置有卡槽，用于固定和上下调节抱箍18的位置，从而调节透水集水棒的高度，所述测深杆17垂直插入表层沉积物里，设置上、中、下三个旋桨式流速仪22固定在测深杆17上。测深杆17采用金属材料，旋桨式流速仪22采用塑料和金属材料。

进一步的，所述的支持保护单元，固定桩23起保护、支撑的作用，固定连接透水集水棒及网箱24，两个固定桩23分布在透水集水棒两侧，靠重力带着透水集水棒沉入底泥，网箱24与固定桩23相连，覆盖整个装置，以保护旋桨式流速仪22等。在所述测深杆17上每隔0.5cm安装一个抱箍18，相邻两个抱箍18之间用一个螺栓20固定，用来固定透水集水棒。图2为抱箍18，螺栓20的局部放大图。固定桩23采用木头材料，网箱24采用不锈钢丝网，所述测深杆17底部还设置有一个钻头26，用于固定在表层沉积物中。所述测深杆17的杆身25和钻头26采用金属材质或PVC材料。

以下结合图1、图2、图3，进一步说明本发明的具体操作步骤：

本发明提出的一种上覆水与间隙水分层取样与水文测验耦合装置。

步骤一：利用所述测深杆17测量水深及底泥深度。在所述测深杆17下部固定刻度依次安装四组透水集水棒，透水集水棒两端分别固定在固定桩23上，在所述测深杆17上部固定刻度依次安装四组过滤网套14、过滤头15，所述透水集水棒和过滤网套14、过滤头15分别通过间隙水输水管13和上覆水输水管16，经过取样针筒6与过渡柄3连接，并给取样针筒6依次标号，将三个旋桨式流速仪22固定在测深杆17的固定刻度上，透水集水棒两端分别固定在固定桩23上。

步骤二：随后，使测深杆17与水面垂直，缓慢将本装置放入水中，在钻头26进入表层沉积物后，利用重力作用，待四组透水集水棒和两个固定桩23都埋入底泥，另外四组过滤网套14、过滤头15也到达指定采样位置，整个安放过程测深杆17始终与水平面保持垂直。

步骤三：所述透水集水棒全部埋入底泥后，静待片刻，轻轻抽取活塞主柄1，通过压力差，将多孔中空集水管10中的间隙水和过滤网套14中的上覆水吸入取样针筒6中，达到样品需求量后，停止抽取活塞主柄1，取样完毕。

步骤四：记录八个取样针筒6中的样品数据，与所述多孔中空集水管10和过滤网套14的深度一一对应，观察三个旋桨式流速仪22的数据并记录，与所述旋桨式流速仪22的深度一一对应。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，包括多头同步采样单元、间隙水收集过滤单元、上覆水收集单元、水文耦合单元、支持保护单元；

所述支持保护单元包括固定桩（23）、测深杆（17）；所述上覆水收集单元包括过滤网套（14）、过滤头（15）、上覆水输水管（16）；所述间隙水收集过滤单元包括透水集水棒、中空螺旋嵌套堵头（12）、间隙水输水管（13）；所述水文耦合单元包括旋桨式流速仪（22）；

所述固定桩（23）、测深杆（17）均竖直设置，透水集水棒水平设置，透水集水棒由固定桩（23）固定；所述透水集水棒为一个或多个；透水集水棒其中一端密闭，另一端通过中空螺旋嵌套堵头（12）连接至间隙水输水管（13），用于收集表层沉积物中的间隙水；

所述过滤网套（14）通过过滤头（15）连接至上覆水输水管（16）；所述过滤网套（14）、过滤头（15）固定在测深杆（17）的上部，用于收集上覆水；

所述间隙水输水管（13）、上覆水输水管（16）分别对应连接至多头同步采样单元；

所述测深杆（17）的上部设置有旋桨式流速仪（22），用于检测采集点的水流速；所述测深杆（17）的杆身（25）上竖直方向布置设置有刻度，用于测量水深以及显示透水集水棒、过滤网套（14）、旋桨式流速仪（22）对应的采集点的深度。

2.根据权利要求1所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述多头同步采样单元包括多个取样针筒（6），取样针筒（6）的底部设置有进液口，所述取样针筒（6）的进液口通过导液管（7）与间隙水输水管（13）或上覆水输水管（16）相连通；

每个取样针筒（6）内横截面密封设置有活塞（5），活塞（5）通过活塞轴（4）连接至同一个活塞主柄（1）；通过活塞主柄（1）抽取，进行多个取样针筒（6）内同步取样。

3.根据权利要求2所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述多头同步采样单元还包括连接轴（2）、过渡柄（3）；所述活塞主柄（1）经过连接轴（2）与多个过渡柄（3）相连，所述过渡柄（3）的下部顺次连接多个活塞轴（4）。

4.根据权利要求1所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述固定桩（23）有两个，所述透水集水棒的两端分别固定在固定桩（23）上，所述透水集水棒的中部通过抱箍（18）和固定螺栓（20）紧固到所述测深杆（17）上；

和/或，当所述透水集水棒为多个时，多个透水集水棒之间竖直间距相等。

5.根据权利要求1所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，还包括网箱（24），所述网箱（24）连接设置在固定桩（23）顶部，且罩设在旋桨式流速仪（22）旋桨式流速仪（22）外，用于保护旋桨式流速仪（22）。

6.根据权利要求1所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述测深杆（17）底部还设置有一个钻头（26），用于固定在表层沉积物中。

7.根据权利要求1所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述测深杆（17）上设置有三个旋桨式流速仪（22），分别固定在测深杆（17）上指定位置；

和/或，所述过滤网套（14）有四组，等间距分层安装在所述测深杆（17）上。

8.根据权利要求1所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述透水集水棒由曲纹网状透水管（8）、滤层管（9）、多孔中空集水管（10）构成，曲纹网状透水管（8）、滤层管（9）、多孔中空集水管（10）由外到内依次套设。

9.根据权利要求8所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述曲纹网状透水管（8）材质为PE，滤层管（9）材质为定性滤纸，多孔中空集水管（10）材质为不锈钢。

10.根据权利要求1所述的上覆水与间隙水同步分层取样与水文测验耦合装置，其特征在于，所述的上覆水输水管（16）、间隙水输水管（13）为硅胶管。

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