CN116256038B - 一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，涉及地下水监测技术领域，包括主控制箱，位于主控制箱一侧的分控制箱，位于分控制箱下方延伸至地表以下的主井筒，以及位于主井筒底部且延伸至地下水内底部的监测井筒。本发明通过监测井筒的设置能够同步完成对地下水水位的监测以及地下水水样的定期采集，解决了水位传感器长时间直接暴露在地下水流域中易损坏的问题，通过位于监测井筒内部的伺服电机以及螺纹套筒、螺纹杆的配合使用能够采集不同时刻的地下水水样，采样方便，有利于推广使用。

Description

一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台

技术领域

本发明涉及地下水监测技术领域，具体是涉及一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台。

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。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。但在一定条件下，地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降等不利自然现象。随着经济的不断发展，对于地下水的开发利用技术越来越成熟，同时也给地下水环境的治理带来了挑战，地下水污染问题也越来越受到重视。

对于地下水污染的治理首先需要对地下水进行实时监测以及采样，地下水监测为地下水监测管理部门对辖区内地下水水位、水质等数据进行监测，以便及时掌握动态变化情况，对地下水进行长期的保护。地下水监测系统由四部分组成：监测中心、通信网络、微功耗测控终端、水位监测记录仪（水位计）。而地下水的采样一般与监测过程相分离，在现有的设备中还未能实现针对地下水实时监测的结果进行选择性取样。

专利CN113418648A公开了一种地下水无线监测系统，包括投入式传感装置、监测终端、连接线缆、线缆收放装置；投入式传感装置包括装置壳体、水压传感器、水温传感器、微处理器、无线通信单元；投入式传感装置被投入至地下水监测井中进行地下水监测；连接线缆收放时带动投入式传感装置在地下水监测井中上下移动；无线通信单元将水位数据值、温度值发送至监测终端进行监测。但是该监测系统仅能够完成常规的地下水监测，并不能够针对监测的结果进行取样等其他操作，存在一些使用弊端和可提升空间。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台。

本发明的技术方案是：

一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，包括主控制箱，位于所述主控制箱一侧的分控制箱，位于所述分控制箱下方延伸至地表以下的主井筒，以及位于所述主井筒底部且延伸至地下水内底部的监测井筒；

所述主井筒中部设有分隔板，所述分隔板两侧分别设有监测电缆线和导流管，所述监测电缆线上端与所述主控制箱内部的信号接收器连接，监测电缆线底端与位于所述监测井筒内部的水位传感器连接，所述导流管上端与位于所述分控制箱内部的钢绳滚筒活动连接，导流管底端与位于所述监测井筒内部的采样管固定连接，导流管上部一侧设有软管，所述软管与位于所述分控制箱内部的采液泵连接；

所述监测井筒内上部中心处设有固定分隔块，所述固定分隔块与所述分隔板在纵向上位于同一水平面，固定分隔块顶部设有伺服电机，所述伺服电机顶部与分隔板底部固定连接，固定分隔块内中部设有滑轨，所述滑轨内部滑动套设有螺纹套筒，伺服电机底部的输出端设有螺纹杆，所述螺纹杆与所述螺纹套筒内部螺纹连接，螺纹套筒底部设有下沉块，所述下沉块对应所述采样管一侧设有活动挡板，当下沉块下降或上升时所述活动挡板与采样管底部一侧设有的进水口对接。

进一步地，所述分隔板两侧与所述主井筒内壁两侧焊接，所述固定分隔块与所述监测井筒内壁两侧焊接，所述采样管外壁一侧设有滑条，所述滑条与监测井筒内壁设有的滑槽滑动连接，所述导流管底部由采样管顶部开口伸入采样管内部并与采样管内壁焊接，采样管顶部开口位于地下水水位液面之上。

说明：通过滑条与滑槽的设置能够使采样管带动导流管上下滑动时保持与监测井筒内壁的卡接。

更进一步地，所述钢绳滚筒上缠绕设置有钢丝绳，所述钢丝绳的末端与所述导流管顶部连接用于带动导流管上下活动，保持地下水水位位于所述采样管中部且所述进水口位于地下水水位以下40~60cm。

说明：通过钢绳滚筒的设置能够实现对导流管的驱动。

更进一步地，位于所述固定分隔块与所述监测井筒内壁两侧的焊接点正下方处的监测井筒两侧壁均开设有若干个通孔，所述下沉块两侧对应通孔所在位置处各设有一个清理头，所述清理头与下沉块两侧内部设有的第一嵌槽滑动连接，清理头底部通过一个第一弹簧与所述第一嵌槽底部固定连接，清理头末端与所述通孔位置大小相对应用于清理通孔内杂物。

说明：通过通孔的设置能够使地下水进入到监测井筒内部，便于测量水位和采样，同时解决了水位传感器长时间直接暴露在地下水流域中易损坏的问题。

优选地，所述清理头末端设有刷毛。

说明：通过清理头以及刷毛的设置能够实现对通孔的清理，避免通孔内因水垢或碎石等杂质堆积造成堵死的现象。

进一步地，所述活动挡板与所述下沉块侧壁内部设有的第二嵌槽滑动连接，活动挡板底部通过一个第二弹簧与所述第二嵌槽底部固定连接，活动挡板外端为弧面设置，位于所述进水口上方的采样管侧壁上设有用于密封进水口的弹簧挡板，当下沉块下降或上升至进水口位置处时，活动挡板与所述弹簧挡板对接并挤压弹簧挡板以打开进水口。

说明：通过活动挡板的设置能够定期对弹簧挡板进行开启，从而使地下水定期进入采样管，实现地下水的定期采样。

进一步地，所述螺纹套筒中部为圆形，螺纹套筒两侧设有限位凸起，螺纹套筒的中部和所述限位凸起的截面与所述滑轨的截面形状大小相同。

说明：通过螺纹套筒和螺纹杆的设置能够实现通过驱动螺纹杆转动进而使螺纹套筒发生上下滑动，带动下沉块实现上述清理和采样工作。

进一步地，所述监测井筒底部设有第一限位块，当采样管底部与所述第一限位块对接时，所述软管与所述导流管的连接处位于主井筒上方，位于软管与导流管的连接处上方的导流管外壁上设有第二限位块，用于与所述钢绳滚筒的外壳底部对接。

说明：通过两个限位块的设置对软管的活动范围进行了限定，使软管的活动范围始终保持在钢绳滚筒的外壳与主井筒上方之间。

进一步地，所述主控制箱内部设有显示器，所述主井筒和监测井筒的直径相同。

说明：通过显示器便于工作人员进行观察。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台通过监测井筒的设置能够同步完成对地下水水位的监测以及地下水水样的定期采集，监测井筒设有通孔能够使地下水进入到监测井筒内部，并保持监测井筒内外水位一致，解决了水位传感器长时间直接暴露在地下水流域中易损坏的问题，通过位于监测井筒内部的伺服电机以及螺纹套筒、螺纹杆的配合使用能够采集不同时刻的地下水水样，采样方便，有利于推广使用；

（2）本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台通过滑条与滑槽的设置能够使采样管带动导流管上下滑动时保持与监测井筒内壁的卡接，同时也通过对采样管位置的限定以及进水口位置的限定使采样管位置根据水位传感器的位置实时调整，也避免了因水压过高造成活动挡板无法推开弹簧挡板的问题，且通过合理的结构设置使采样过程与通孔清理过程定期同步进行，提高了工作效率和装置结构的一体化程度；

（3）本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台通过两个限位块的设置对软管的活动范围进行了限定，使软管的活动范围始终保持在钢绳滚筒的外壳与主井筒上方之间，避免了软管与导流管连接处卡死的问题。

附图说明

图1是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台整体结构示意图；

图2是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台分控制箱内部结构示意图；

图3是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台主井筒上部及其连接结构侧视图；

图4是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台主控制箱内部结构示意图；

图5是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台监测井筒内部结构示意图；

图6是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台下沉块处的结构示意图；

图7是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台监测井筒底部结构示意图；

图8是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台螺纹套筒与螺纹杆连接剖视图；

图9是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台下沉块与活动挡板连接结构示意图；

图10是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台下沉块与清理头连接结构示意图；

图11是本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台活动挡板与弹簧挡板对接时的示意图。

其中，1-主控制箱，11-监测电缆线，12-信号接收器，13-水位传感器，14-显示器，2-分控制箱，21-钢绳滚筒，22-采液泵，23-钢丝绳，24-外壳，3-主井筒，31-分隔板，4-监测井筒，41-固定分隔块，42-伺服电机，43-滑轨，44-螺纹套筒，45-螺纹杆，46-滑槽，47-通孔，48-限位凸起，49-第一限位块，5-导流管，51-软管，52-第二限位块，6-采样管，61-进水口，62-滑条，63-弹簧挡板，7-下沉块，71-活动挡板，72-清理头，73-第一嵌槽，74-第一弹簧，75-第二嵌槽，76-第二弹簧。

具体实施方式

实施例1：如图1、4所示，一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，包括主控制箱1，位于主控制箱1一侧的分控制箱2，位于分控制箱2下方延伸至地表以下的主井筒3，以及位于主井筒3底部且延伸至地下水内底部的监测井筒4，主控制箱1内部设有显示器14，主井筒3和监测井筒4的直径相同；

如图2、3、5、11所示，主井筒3中部设有分隔板31，分隔板31两侧分别设有监测电缆线11和导流管5，监测电缆线11上端与主控制箱1内部的信号接收器12连接，监测电缆线11底端与位于监测井筒4内部的水位传感器13连接，导流管5上端与位于分控制箱2内部的钢绳滚筒21活动连接，导流管5底端与位于监测井筒4内部的采样管6固定连接，导流管5上部一侧设有软管51，软管51与位于分控制箱2内部的采液泵22连接，钢绳滚筒21上缠绕设置有钢丝绳23，钢丝绳23的末端与导流管5顶部连接用于带动导流管5上下活动，保持地下水水位位于采样管6中部且进水口61位于地下水水位以下50cm，信号接收器12、水位传感器13、显示器14均为市售产品；

如图5~8、11所示，监测井筒4内上部中心处设有固定分隔块41，固定分隔块41与分隔板31在纵向上位于同一水平面，固定分隔块41顶部设有伺服电机42，伺服电机42为市售伺服电机，伺服电机42顶部与分隔板31底部固定连接，固定分隔块41内中部设有滑轨43，滑轨43内部滑动套设有螺纹套筒44，伺服电机42底部的输出端设有螺纹杆45，螺纹杆45与螺纹套筒44内部螺纹连接，螺纹套筒44中部为圆形，螺纹套筒44两侧设有限位凸起48，螺纹套筒44的中部和限位凸起48的截面与滑轨43的截面形状大小相同，螺纹套筒44底部设有下沉块7，下沉块7对应采样管6一侧设有活动挡板71，当下沉块7下降或上升时活动挡板71与采样管6底部一侧设有的进水口61对接；

如图6、7所示，分隔板31两侧与主井筒3内壁两侧焊接，固定分隔块41与监测井筒4内壁两侧焊接，采样管6外壁一侧设有滑条62，滑条62与监测井筒4内壁设有的滑槽46滑动连接，导流管5底部由采样管6顶部开口伸入采样管6内部并与采样管6内壁焊接，采样管6顶部开口位于地下水水位液面之上；

如图5、9~11所示，位于固定分隔块41与监测井筒4内壁两侧的焊接点正下方处的监测井筒4两侧壁均开设有6个通孔47，下沉块7两侧对应通孔47所在位置处各设有一个清理头72，清理头72与下沉块7两侧内部设有的第一嵌槽73滑动连接，清理头72底部通过一个第一弹簧74与第一嵌槽73底部固定连接，清理头72末端与通孔47位置大小相对应用于清理通孔47内杂物，清理头72末端设有刷毛，活动挡板71与下沉块7侧壁内部设有的第二嵌槽75滑动连接，活动挡板71底部通过一个第二弹簧76与第二嵌槽75底部固定连接，活动挡板71外端为弧面设置，位于进水口61上方的采样管6侧壁上设有用于密封进水口61的弹簧挡板63，当下沉块7下降或上升至进水口61位置处时，活动挡板71与弹簧挡板63对接并挤压弹簧挡板63以打开进水口61；

如图3、7所示，监测井筒4底部设有第一限位块49，当采样管6底部与第一限位块49对接时，软管51与导流管5的连接处位于主井筒3上方，位于软管51与导流管5的连接处上方的导流管5外壁上设有第二限位块52，用于与钢绳滚筒21的外壳24底部对接。

实施例2：本实施例与实施例1不同之处在于：进水口61对应地下水水位的位置高度不同。

钢绳滚筒21上缠绕设置有钢丝绳23，钢丝绳23的末端与导流管5顶部连接用于带动导流管5上下活动，保持地下水水位位于采样管6中部且进水口61位于地下水水位以下40cm。

实施例3：本实施例与实施例1不同之处在于：进水口61对应地下水水位的位置高度不同。

钢绳滚筒21上缠绕设置有钢丝绳23，钢丝绳23的末端与导流管5顶部连接用于带动导流管5上下活动，保持地下水水位位于采样管6中部且进水口61位于地下水水位以下60cm。

说明：通过选取适当的进水口61对应地下水水位的位置高度，从而保证所采集到的地下水水样具有研究价值，且能够反映出当前地下水的水质状况，如果取样深度过深则可能导致水压过高从而造成活动挡板无法推开弹簧挡板的问题，如果取样深度过浅则可能导致水样中含有较多漂浮物杂质，影响水质检测结果，因此，进水口61对应地下水水位的位置高度选取40~60cm为宜。

实施例4：本实施例与实施例1不同之处在于：通孔47的设置数量不同。

位于固定分隔块41与监测井筒4内壁两侧的焊接点正下方处的监测井筒4两侧壁均开设有4个通孔47。

实施例5：本实施例与实施例1不同之处在于：通孔47的设置数量不同。

位于固定分隔块41与监测井筒4内壁两侧的焊接点正下方处的监测井筒4两侧壁均开设有8个通孔47。

说明：选择设置合适的通孔47数量，是为了地下水能够进入到监测井筒4中，通孔47数量过少则地下水进入监测井筒4可能受阻，通孔数量过多则造成清理头72的清理压力过大，螺纹套筒44和螺纹杆45的设置长度进一步增加，也提高了装置结构的故障率，因此，通孔47的设置数量选取4~8个为宜。

实施例6：本实施例与实施例1不同之处在于：

在水位传感器13一侧还设有与其共同捆绑设置的水温传感器，水温传感器也通过一个监测电缆线11与主控制箱1内部的信号接收器12连接。

工作原理：下面对本发明的水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台工作原理进行简要说明。

在使用时，地下水通过通孔47进入到监测井筒4内部，使监测井筒4内外水位相同，位于监测井筒4一侧的水位传感器13根据水位高度做出响应，并将水位信号传递至信号接收器12，工作人员通过显示器14观察水位，通过观察到的水位位置调节采样管6的位置，开启钢绳滚筒21，使其通过钢丝绳23带动导流管5上下滑动，由于导流管5与采样管6焊接固定，因此带动采样管6上下滑动，滑条62与滑槽46滑动保持采样管6的定位稳定，保持地下水水位位于采样管6中部且进水口61位于地下水水位以下50cm；

随后设置定期采样的时间间隔为1天，即调整伺服电机42的开启时间间隔为1天，当伺服电机42开启时，带动螺纹杆45转动指定圈数，使其在外螺纹作用下使螺纹套筒44下降指定高度，下降高度至少应为下沉块7到位于最下方的一个通孔47的距离，这样就会使清理头72依次经过每一个通孔47，每当经过一个通孔47时，在通孔47的作用下清理头72伸出，并拉伸第一弹簧74，使清理头72由第一嵌槽73向外滑动对通孔47进行清理，当滑过通孔47后，在清理头72的弧形端面作用下清理头72自动收回，依次完成对每一个通孔47的清理；

与此同时，当活动挡板71在经过进水口61时，活动挡板71在第二弹簧76作用下由第二嵌槽75内部弹出，并挤压弹簧挡板63时进水口61打开，当活动挡板71滑过进水口61后，在活动挡板71的弧形端面作用下活动挡板71自动收回，在上述清理过程中活动挡板71来回共两次打开进水口61，进水口61进入的地下水被储存在采样管6底部，延伸至采样管6底部的导流管5末端位于地下水液面下底部，开启采液泵22，使其通过软管51以及导流管5完成对储存的地下水的采集，即实现了一天一采的目的。

Claims (9)

1.一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，包括主控制箱（1），位于所述主控制箱（1）一侧的分控制箱（2），位于所述分控制箱（2）下方延伸至地表以下的主井筒（3），以及位于所述主井筒（3）底部且延伸至地下水内底部的监测井筒（4）；

所述主井筒（3）中部设有分隔板（31），所述分隔板（31）两侧分别设有监测电缆线（11）和导流管（5），所述监测电缆线（11）上端与所述主控制箱（1）内部的信号接收器（12）连接，监测电缆线（11）底端与位于所述监测井筒（4）内部的水位传感器（13）连接，所述导流管（5）上端与位于所述分控制箱（2）内部的钢绳滚筒（21）活动连接，导流管（5）底端与位于所述监测井筒（4）内部的采样管（6）固定连接，导流管（5）上部一侧设有软管（51），所述软管（51）与位于所述分控制箱（2）内部的采液泵（22）连接；

所述监测井筒（4）内上部中心处设有固定分隔块（41），所述固定分隔块（41）与所述分隔板（31）在纵向上位于同一水平面，固定分隔块（41）顶部设有伺服电机（42），所述伺服电机（42）顶部与分隔板（31）底部固定连接，固定分隔块（41）内中部设有滑轨（43），所述滑轨（43）内部滑动套设有螺纹套筒（44），伺服电机（42）底部的输出端设有螺纹杆（45），所述螺纹杆（45）与所述螺纹套筒（44）内部螺纹连接，螺纹套筒（44）底部设有下沉块（7），所述下沉块（7）对应所述采样管（6）一侧设有活动挡板（71），当下沉块（7）下降或上升时所述活动挡板（71）与采样管（6）底部一侧设有的进水口（61）对接。

2.根据权利要求1所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，所述分隔板（31）两侧与所述主井筒（3）内壁两侧焊接，所述固定分隔块（41）与所述监测井筒（4）内壁两侧焊接，所述采样管（6）外壁一侧设有滑条（62），所述滑条（62）与监测井筒（4）内壁设有的滑槽（46）滑动连接，所述导流管（5）底部由采样管（6）顶部开口伸入采样管（6）内部并与采样管（6）内壁焊接，采样管（6）顶部开口位于地下水水位液面之上。

3.根据权利要求2所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，所述钢绳滚筒（21）上缠绕设置有钢丝绳（23），所述钢丝绳（23）的末端与所述导流管（5）顶部连接用于带动导流管（5）上下活动，保持地下水水位位于所述采样管（6）中部且所述进水口（61）位于地下水水位以下40~60cm。

4.根据权利要求2所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，位于所述固定分隔块（41）与所述监测井筒（4）内壁两侧的焊接点正下方处的监测井筒（4）两侧壁均开设有若干个通孔（47），所述下沉块（7）两侧对应通孔（47）所在位置处各设有一个清理头（72），所述清理头（72）与下沉块（7）两侧内部设有的第一嵌槽（73）滑动连接，清理头（72）底部通过一个第一弹簧（74）与所述第一嵌槽（73）底部固定连接，清理头（72）末端与所述通孔（47）位置大小相对应。

5.根据权利要求4所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，所述清理头（72）末端设有刷毛。

6.根据权利要求1所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，所述活动挡板（71）与所述下沉块（7）侧壁内部设有的第二嵌槽（75）滑动连接，活动挡板（71）底部通过一个第二弹簧（76）与所述第二嵌槽（75）底部固定连接，活动挡板（71）外端为弧面设置，位于所述进水口（61）上方的采样管（6）侧壁上设有用于密封进水口（61）的弹簧挡板（63），当下沉块（7）下降或上升至进水口（61）位置处时，活动挡板（71）与所述弹簧挡板（63）对接并挤压弹簧挡板（63）以打开进水口（61）。

7.根据权利要求1所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，所述螺纹套筒（44）中部为圆形，螺纹套筒（44）两侧设有限位凸起（48），螺纹套筒（44）的中部和所述限位凸起（48）的截面与所述滑轨（43）的截面形状大小相同。

8.根据权利要求1所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，所述监测井筒（4）底部设有第一限位块（49），当采样管（6）底部与所述第一限位块（49）对接时，所述软管（51）与所述导流管（5）的连接处位于主井筒（3）上方，位于软管（51）与导流管（5）的连接处上方的导流管（5）外壁上设有第二限位块（52），用于与所述钢绳滚筒（21）的外壳（24）底部对接。

9.根据权利要求1所述的一种水文地质勘探用地下水水位监测及采样组合平台，其特征在于，所述主控制箱（1）内部设有显示器（14），所述主井筒（3）和监测井筒（4）的直径相同。

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