CN112730777A - 一种现场快速检测地下水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种现场快速检测地下水的方法，包括确定待检测区域并检测所述待测区域内的水位；在待检测区域设置取样点；在各地下水取样点钻取不同深度的抽水孔；通过地下水取样装置抽取各抽水孔的地下水作为待检测样品；将各抽水孔抽出的待检测样品均分为无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品，以及同位素检测样品；将无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品、同位素检测样品分别进行检测；检测结果进行比较分析。本现场快速检测地下水的方法可以快速检测出地下水的各种成分的比重，便于对地下水的环境污染进行监测，属于水环境污染监测的技术领域。

Description

一种现场快速检测地下水的方法
技术领域
本发明涉及水环境污染监测的技术领域，特别是涉及一种现场快速检测地下水的方法。
背景技术
地下水是指赋存于地面以下岩石空隙中的水，狭义上是指地下水面以下饱和含水层中的水。在国家标准《水文地质术语》(GB/T 14157－93)中，地下水是指埋藏在地表以下各种形式的重力水。地下水是水资源的重要组成部分，由于水量稳定，水质好，是农业灌溉、工矿和城市的重要水源之一。随着社会的发展，地下水环境遭受不同程度的污染，严重影响人们日常用水的安全，现有的地下水检测方法流程繁琐，效率低下，不利于对水环境污染进行监测。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种现场快速检测地下水的方法，本方法可以快速检测出地下水的各种成分的比重，便于对地下水的环境污染进行监测。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种现场快速检测地下水的方法，包括如下步骤：
S1：确定待检测区域并检测所述待测区域内的水位；
S2：确定取样点：在所述待检测区域设置取样点，根据所述待检测区域的水位，设置多个所述取样点，各所述取样点等距设置；
S3：钻取抽水孔：根据所述待检测区域的水位，在各所述取样点钻取不同深度的抽水孔，所述抽水孔的深度呈等差数列设置；
S4：地下水取样：抽取各所述抽水孔的地下水作为待检测样品；
S5：待检测样品的分配：将各所述抽水孔抽出的所述待检测样品均分为无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品，以及同位素检测样品；
S6：待检测样品的检测：将所述无机检测样品、所述有机检测样品、所述气体检测样品，以及所述同位素检测样品分别进行检测；
S7：检测结果的比较分析：将各所述无机检测样品的检测结果进行比较，将各所述有机检测样品的检测结果进行比较分析，分析各所述有机检测样品中各种有机物的比重并分别与目标水样比对；将各所述气体检测样品的检测结果进行比较分析，分析各所述无机检测样品中各种无机物的比重并分别与目标水样比对；将各所述同位素检测样品的检测结果进行比较分析，分析各所述同位素检测样品中各种同位素的比重并分别与目标水样比对。
进一步的是，在所述步骤S1中，在所述待检测区域钻多个井孔，各所述井孔均设置多个所述取样点。
进一步的是，在所述步骤S6中，检测所述无机检测样品包括检测侵蚀性CO2的比重、检测微量金属和非金属离子的比重、检测硫化物的比重、检测总α放射性、总β放射性，以及检测大肠杆菌和细菌总数。
进一步的是，在所述步骤S6中，检测所述有机检测样品包括检测有机化合物的比重、检测挥发性有机物的比重、检测半挥发性有机物的比重，以及检测农药的比重。
进一步的是，在所述步骤S6中，检测所述气体检测样品包括检测溶解气体的比重、检测惰性气的比重、检测地下水溶解气体(绝对)的比重、检测逸出气体的比重，以及检测地下水溶解气体的比重。
进一步的是，在所述步骤S6中，检测所述同位素检测样品包括检测18O和2H的比重、检测3H的比重、检测14C的比重、检测13C的比重、检测氟氯化碳的比重，以及检测SF6的比重。
进一步的是，在所述步骤S6中，检测所述有机检测样品采用气相色谱仪或液相色谱仪或气相色谱仪与质谱仪联用或液相色谱仪与质谱联用。
进一步的是，检测农药的比重前，采用电子天平完成对所述有机检测样品的准确称量，然后通过超纯水机将所述有机检测样品中的固体杂质、盐离子、细菌病毒去除，最后荧光分光光度计进行农药的比重检测。
进一步的是，检测所述无机检测样品还包括检测碳酸氢根的比重和碳酸根的比重；通过双电极法检测所述碳酸氢根的比重和所述碳酸根的比重。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本现场快速检测地下水的方法可以快速检测出地下水的各种成分的比重，通过现场快速检测出地下水样品的成分来确定地下水的污染程度，便于对地下水的环境污染进行监测，使得水环境污染监测变得更加高效，从而便于地下水污染防治综合决策、地表水－地下水协同控制的进行。
附图说明
图1是现场快速检测地下水的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在发明的描述中，需要理解的是，发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
如图1所示，本实施例提供一种现场快速检测地下水的方法，包括如下步骤：
S1：确定待检测区域并检测所述待测区域内的水位：寻找拥有地下水源的地方作为待检测区域。采用水源检测装置检测水源，水源检测装置包括信号输入及通道选择电路、工频陷波与输入适配电路、低通滤波电路、前置可变增益放大电路、可选带通滤波器组、后置可变增益放大电路、A/D转换电路、控制处理与通信电路，信号输入及通道选择电路连接14根用于获取地下水源信号的探针并可从中选择两个探针信号以差分方式连接到工频陷波与输入适配电路，工频陷波的信号经低通滤波电路后送至前置可变增益放大电路，前置放大后信号经可选带通滤波器组提取指定探测深度信息送后置可变增益放大电路，后置放大后的地下水源信号在控制处理与通信电路的控制下经A/D转换电路采集为数字信号送上位PC机分析以得到探针范围的地下水源分布情况；在上位PC机的设置参数管理下，控制处理与通信电路输出控制信号到信号输入及通道选择电路、前置可变增益放大电路、可选带通滤波器组、后置可变增益放大电路以完成所需的探测工作。
信号输入及通道选择电路包括：A组6个探针的连接插座INA1～INA6，B组6个探针的连接插座INB1～INB6，滤除探针及探测电缆上高频噪声的磁珠Z1～Z12，将探针接收信号耦合到模拟开关输入端的电容C1～C12，6选1模拟开关IC1～IC2；IC1、IC2在控制处理与通信电路输出控制信号KTD0～KTD7的控制下选择A组任一探针信号到INPUTA、B组任一探针信号到INPUTB以差分方式连接至工频陷波与输入适配电路。
工频陷波与输入适配电路包括：由电阻R1～R4、电容C17～C20组成的探针信号INPUTA的工频陷波器，由电阻R5～R8、电容C21～C24组成的探针信号INPUTB的工频陷波器，由电阻R1～R12、运放IC3B～IC3D组成的输入适配器；电路分别对两探针输入信号INPUTA、INPUTB进行工频陷波器，再经输入适配器将其转换为单端信号INPUTO并送至低通滤波电路。
低通滤波电路包括：由电阻R13～R14、电容C25～C26、运放IC3A组成的二阶有源低通滤波器，直流电位设置电阻R15，隔直电容C27；输入单端信号INPUTO经低通滤波并隔直后输出V－LP信号到前置可变增益放大电路，以减少信号范围之外的高频成分和直流偏移对后续电路的影响。
前置可变增益放大电路由电阻RQ1～RQn、运放IC4B～IC4C和模拟开关K11～Kn2组成，低通滤波信号V－LP经运放IC4B与电阻、模拟开关组成的电路放大后由缓冲器IC4C输出V－QZY信号，电路中引入双模拟开关结构以克服模拟开关导通电阻对放大器增益的影响。
可选带通滤波器组由电阻RB1～RB3、电容CA1～CA32、电容CB1～CB32、两个模拟开关组和运放IC4D组成，是一个通过控制模拟开关组可选32个中心频率的二阶带通滤波器，用于从前置放大信号V－QZY中选取指定深度的地下水源信息V－BP。
后置可变增益放大电路是一个由电阻RH1～RHn、电阻Rf、模拟开关组和运放IC4A组成的差分放大器，用于对带通滤波器组选取的信号V－BP进行放大以满足后续A/D转换器的要求，可变增益放大电路将带通滤波器组选取的信号V－BP进行以等差数列的方式递增放大，使得用于从前置放大信号V－QZY中选取指定深度的地下水源信息V－BP以等差数列的方式递增，从而能够探测不同深度的地下水源信息V－BP，便于后续的抽水孔的深度以等差数列的方式进行递增设置。
A/D转换电路由电阻R16、电容C28～C31、SPI接口A/D转换器IC6和ADC参考电源IC7组成；电阻R16为ADC片选上拉电阻，电容C28～C31为ADC参考电源的解耦、旁路电容，IC7用于提供ADC参考电源，A/D转换器IC6通过SPI接口与控制处理与通信电路的DSP芯片IC5连接，其模拟信号输入端分别连接至低通滤波电路输出V－LP、前置可变增益放大电路输出V－QZY、可选带通滤波器组输出V－BP、后置可变增益放大电路输出V－HZY。
控制处理与通信电路包括DSP、CPLD、SBSRAM、E2PROM、时钟与复位模块、通信接口；DSP为主处理芯片，它通过总线连接CPLD、SBSRAM、E2PROM、A/D转换器和通信接口，CPLD的逻辑输出连接至信号输入及通道选择电路、前置可变增益放大电路、可选带通滤波器组、后置可变增益放大电路的控制输入端，时钟与复位模块用于提供DSP工作所需得时钟与复位信号，上位PC机经通信接口设置本检测装置的探测参数或读取探测数据以进行地下水源埋藏深度、储量大小分析。
S2：确定地下水取样点：在待检测区域设置地下水取样点，根据待检测区域的水位，设置多个地下水取样点，各个地下水取样点等距设置；传坑的方法是采用单个取样点进行取样，会造成检测结果的不准确，要查明垂向和水平方向上地下水水位或化学特征的变化规律.就要对研究区的平面上和垂向上全面布置监测点，使其尽可能多地覆盖含水系统的三维空间。也就是从不同的取样点以及每个取样点的不同深度获取地下水数据。
S3：钻取抽水孔：根据待检测区域的水位，在各个地下水取样点钻取不同深度的抽水孔，抽水孔的深度为等差数列。多层地下水检测，从而实现多层地下水监测，不仅大大减少监测井数量，节约时闭和经费，而且提高了监测区地下水的数据密度。实现了在同一待检测区域的不连续层段进行流体压力测量、清洗监删层位、采集液体样品、并进行常规的水文地质试验，如抽水(或微水)试验和示踪试验，更加精细地描述水文地质条件，这是其他方法所不具备的。
S4：地下水取样：通过地下水取样装置抽取各个抽水孔的地下水作为待检测样品。地下水取样装置包括永久性安装在井孔中的套管、手提式住力测量组件、取样探头，以及一些专用工具。套管部件包括各种长度的套管节，常规接箍、两种不同的阀口、以及用来封闭雌测区之间环形窑间的封隔器。地下水取样装置可以在不同的地质和气候环境下用于各种井孔，包括从数米深到超过200m的井孔。
S5：待检测样品的分配：将各个抽水孔抽出的待检测样品均分为无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品、同位素检测样品，以及专项样品；每个抽水孔抽取的地下水均分成几份，几份样品分别为无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品、同位素检测样品，以及专项样品。无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品、同位素检测样品，以及专项样品的体积均为300ml－800ml。
S6：待检测样品的检测：将无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品、同位素检测样品，以及专项样品分别进行检测。无机检测样品用于检测各种无机物的比重，有机检测样品用于检测各种有机物的比重，同位素检测样品用于检测的各种同一元素的不同原子的化学元素的比重，气体检测样品用于检测的各种溶解气体的比重，专项样品用于检测地热水样和饮用矿泉水的比重。
S7：检测结果的比较分析：目标水样为符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749－2006)的水样。将各个无机检测样品的检测结果进行比较，分析各无机检测样品中各种无机物的比重并分别与目标水样比对。将各个有机检测样品的检测结果进行比较分析，分析各有机检测样品中各种有机物的比重并分别与目标水样比对。将各个气体检测样品的检测结果进行比较分析，分析各气体检测样品中各种气体的比重并分别与目标水样比对。将各个同位素检测样品的检测结果进行比较分析，分析各同位素检测样品中各种同位素的比重并分别与目标水样比对。将各个专项样品的检测结果进行比较分析，分析各专项样品中各种水资源的比重并分别与目标水样比对；。通过比较垂向和水平方向(深度)的不同样本的同一种物质的比重，来分析地下水的呈成分以及比例，从而得出地下水的污染情况，便于对地下水的监控和治理。
具体的，在一个实施例中，在步骤S2中，各个地下水取样点等距设置时呈螺旋排列。
具体的，在一个实施例中，在步骤S1中，在待检测区域钻多个井孔，每个井孔均设置多个地下水取样点。首先在待检测区域设置多个井孔，然后在每个井孔底部钻取不同深度抽水孔，实现多个地下水样本抽取，不同的井孔内均有同一深度的抽水孔，进一步检测的准确性。
具体的，在一个实施例中，在步骤S4中，也可以采用敞口定深采样器、闭合定深采样器、惯性泵、气囊泵、气提泵、潜水泵、离心泵等工具进行地下水的采样。
具体的，在一个实施例中，在步骤S6中，检测无机检测样品包括检测侵蚀性CO2的比重，检测微量金属和非金属离子的比重、检测硫化物的比重、检测总α放射性、总β放射性，以及检测大肠杆菌和细菌总数。最后将上述各成分的比重与国家制定的标准进行比较。
具体的，在一个实施例中，在步骤S6中，检测微量金属的时候，利用试剂与水质所产生的化学反应来判断水中含有的物质，根据反应特征及反应生成的物质来判断溶液性质，从而确定检测结果。检测试剂与水质发生反应后方可停止操作，之后进行观察、分析及计算。此方法操作相对简便且成本较低，且对检测环境的要求较少，因此具备较高的应用价值。此方法能够检测出地下水水质中的Fe2+、Cu2+、Ca2+、Mg2+等离子物质，也可判断水中某些胶体物质的比重。
具体的，在一个实施例中，在步骤S6中，检测有机检测样品包括检测有机化合物的比重、检测挥发性有机物的比重、检测半挥发性有机物的比重，以及检测农药的比重。
具体的，在一个实施例中，在步骤S6中，检测气体检测样品包括检测溶解气体的比重、检测惰性气的比重、检测地下水溶解气体(绝对)的比重、检测逸出气体的比重，以及检测地下水溶解气体的比重。溶解气体包括氮气、氩、甲烷、氧气、二氧化碳等。惰性气包括氦、氖、氩、氪等。
具体的，在一个实施例中，在步骤S6中，检测同位素检测样品包括检测18O和2H的比重、检测3H的比重、检测14C的比重、检测13C的比重、检测氟氯化碳(CFC)的比重，以及检测SF6的比重。
具体的，在一个实施例中，在步骤S6中，检测专项样品包括检测地热水的比重和检测饮用矿泉水的比重。
具体的，在一个实施例中，在步骤S6中，检测有机检测样品采用气相色谱仪或液相色谱仪或气相色谱仪与质谱仪联用或液相色谱仪与质谱联用。气相与液相色谱法主要是通过检测不同溶质有别于检测样本中分配力、离子交换等作用力的固定相和流动相。此方式既可以作为气体检测法、也可以作为液体检测法，主要是根据不同的流动相进行命名，常分为气相色谱法、液相色谱法。在地下水水质检测中色谱法的检测灵敏性较高，在应用中能够根据地下水不同溶质所呈现的状态来分析水质情况，并检测地下水中杂质的比重。色谱法在实际中效率高、速率快、误差小，这也使其在地下水水质检测中得到了良好的推广及应用。
具体的，在一个实施例中，检测农药的比重前，采用电子天平完成对有机检测样品的准确称量，然后通过超纯水机将有机检测样品中的固体杂质、盐离子、细菌病毒去除，最后荧光分光光度计进行农药的比重检测。
具体的，在一个实施例中，检测无机检测样品还包括检测碳酸氢根的比重和碳酸根的比重；通过双电极法检测碳酸氢根的比重和碳酸根的比重。
具体的，在一个实施例中，电极法也可以用于检测地下水在受到污染后水体中的氟化物，电极法的技术相对简单，且仪器操作便捷，检测耗时较短。通常情况下，可在操作过程中封闭氟化镧单晶在一端塑料管处，并配置标准浓度的NaF和NaCl溶液，以此方式完成氟离子选择电极的构建。进行此方法检测时，可以氟离子作为指示电极参比电极以饱和甘汞电极为主，一般以正相关关系由样品氟化物活跃对数确定电极电动势，而在此基础上，可计算得出相关氟化物的比重。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：确定待检测区域并检测所述待测区域内的水位；
S2：确定取样点：在所述待检测区域设置取样点，根据所述待检测区域的水位，设置多个所述取样点，各所述取样点等距设置；
S3：钻取抽水孔：根据所述待检测区域的水位，在各所述取样点钻取不同深度的抽水孔，所述抽水孔的深度呈等差数列设置；
S4：地下水取样：抽取各所述抽水孔的地下水作为待检测样品；
S5：待检测样品的分配：将各所述抽水孔抽出的所述待检测样品均分为无机检测样品、有机检测样品、气体检测样品，以及同位素检测样品；
S6：待检测样品的检测：将所述无机检测样品、所述有机检测样品、所述气体检测样品、以及所述同位素检测样品分别进行检测；
S7：检测结果的比较分析：将各所述无机检测样品的检测结果进行比较，将各所述有机检测样品的检测结果进行比较分析，分析各所述有机检测样品中各种有机物的比重并分别与目标水样比对；将各所述气体检测样品的检测结果进行比较分析，分析各所述无机检测样品中各种无机物的比重并分别与目标水样比对；将各所述同位素检测样品的检测结果进行比较分析，分析各所述同位素检测样品中各种同位素的比重并分别与目标水样比对。
2.根据权利要求1所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：在所述步骤S1中，在所述待检测区域钻多个井孔，各所述井孔均设置多个所述取样点。
3.根据权利要求1所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：在所述步骤S6中，检测所述无机检测样品包括检测侵蚀性CO2的比重、检测微量金属和非金属离子的比重、检测硫化物的比重、检测总α放射性、总β放射性，以及检测大肠杆菌和细菌总数。
4.根据权利要求1所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：在所述步骤S6中，检测所述有机检测样品包括检测有机化合物的比重、检测挥发性有机物的比重、检测半挥发性有机物的比重，以及检测农药的比重。
5.根据权利要求1所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：在所述步骤S6中，检测所述气体检测样品包括检测溶解气体的比重、检测惰性气的比重、检测地下水溶解气体(绝对)的比重、检测逸出气体的比重，以及检测地下水溶解气体的比重。
6.根据权利要求1所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：在所述步骤S6中，检测所述同位素检测样品包括检测18O和2H的比重、检测3H的比重、检测14C的比重、检测13C的比重、检测氟氯化碳的比重，以及检测SF6的比重。
7.根据权利要求1所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：在所述步骤S6中，检测所述有机检测样品采用气相色谱仪或液相色谱仪或气相色谱仪与质谱仪联用或液相色谱仪与质谱联用。
8.根据权利要求4所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：检测农药的比重前，采用电子天平完成对所述有机检测样品的准确称量，然后通过超纯水机将所述有机检测样品中的固体杂质、盐离子、细菌病毒去除，最后荧光分光光度计进行农药的比重检测。
9.根据权利要求3所述的一种现场快速检测地下水的方法，其特征在于：检测所述无机检测样品还包括检测碳酸氢根的比重和碳酸根的比重；通过双电极法检测所述碳酸氢根的比重和所述碳酸根的比重。
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