CN116399644A - 排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及排水沟取样技术领域，提供排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置及方法，包括：取泥管，取泥管为开合式结构，取泥管其中一端设置窄口缩紧段；取泥管上设置有多个沿其管柱方向依次分布的滤水孔，滤水孔中设置有过滤网；孔隙水取样装置，孔隙水取样装置包括防护壳和至少一组孔隙水取样组件；本发明可以实现农业排水沟底泥与孔隙水同步分层式取样，不仅能原位采集孔隙水与底泥，还能在采集中对孔隙水与底泥进行分层，使孔隙水与底泥在取样空间及时间上有很好的对应关系，打破了以往研究无法确保孔隙水和底泥的取样点处于同一位置导致数据不准确的局限性，避免了底泥与孔隙水样品非同步取样及分样操作对后续数据分析造成影响。

Description

排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置及方法

技术领域

本发明涉及排水沟取样技术领域，尤其涉及一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置及方法。

背景技术

农业排水沟底泥通常是粘土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物，经过长时间物理、化学及生物等作用及水体传输而沉积于水体底部所形成，表面0-15cm厚的底泥称表层底泥，超过15cm深的底泥称为深层底泥。近年来，关于农业排水沟沉积物采样方法的研究较少，大部分沉积物采样装置多用于河流、湖库等，采样方法主要为抓斗式或活塞抽取式，采样深度较浅，无法进行深层底泥分层研究；而针对深层底泥采集，目前多是采用箱式采样器，采样实施难度较大。

常规排水沟底泥采样器常采用封闭管存储样品，还通过活塞推动方式取出样品。这种方式在野外工作中有如下不足：在采样过程中，常在提起过程中遇到底泥滑落问题，导致底泥取样深度较浅，难以达到实验分析要求，不利于底泥分层研究；由于采样过程中不可避免的会采集到部分河道水，现有技术的采样装置无法对排水沟底泥和水进行固液分离的操作，导致采样头在插入河道底泥进行采集后难以拔出或提起，影响河道底泥的采样；采样过程中会导致柱样的挤压、变形，无法保证沉积样品原有剖面结构，对于需分层取样分析的研究，这些结构变形会严重影响实验结果；封闭管能够很好的保护样品，但样品取出和清理会非常繁琐；活塞推取方式取出样品容易对样品产生大的扰动，破坏样品结构，影响实验数据。现有技术的采样装置结构比较复杂，操作不便，使用灵活性不佳，给采样人员的采样过程带来了不便。

另外，沉积物孔隙水的研究是国内外新开拓领域，因此研究手段，取样设备尚处于摸索阶段，目前孔隙水的提取方法一般采取分为两类，一是破坏性采样，二是原位采样。而由于野外取样条件的限制以及取样成本的限制，通常采用破坏性采样的方式来提取孔隙水，即非原位的孔隙水提取，从野外运送到实验室过程中孔隙水难免受到扰动而被污染，到达实验室后主要通过压榨，离心和真空抽滤等手段进行，此类采样方法会导致土壤理化性状变化，测定数据与实际情况不能完全符合，均将导致孔隙水中的溶解气体逃逸、有机组分分解、变价离子氧化，难以反映孔隙水的原始成分和信息，特别是溶解气体的信息将消失殆尽，不利于长期定位研究。原位采样主要是通过埋设陶瓷管等被动采样设备，在原位长期定位取样，可以研究一定时期内的土壤溶液的动态变化。在对排水沟沉积物孔隙水采样的过程中，受限于水流条件与现有的仪器装置，采样器的采样管难以深入到底泥深处进行采样，原位采集孔隙水几乎不可能，无法原位获取排水沟深层沉积物孔隙水。

现有的采样方式大多为单独的孔隙水取样装置、单独的底泥取样装置(浅层、深层)，基本没有将孔隙水与底泥采样相结合，且不能进行底泥与孔隙水的同步取样，导致底泥与孔隙水在取样时间上与空间上不能做到很好的“一一对应”关系，无法确保水和沉积物的取样点处于同一位置，无法解决同种样品进行分层取样时易混合的问题，放大了数据不准确的局限性，增加了分析误差，不利于后续长期的研究。

而在现行研究中，沉积物-水界面及其附近的各种地球化学过程对揭示环境的演化、评论沉积物二次污染的潜在危险，保护水资源等具有重要的理论和现实意义，因此发展一种底泥与孔隙水同步采样装置十分必要。

发明内容

本发明提供一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置及方法，用以解决现有装置及方法不能进行底泥与孔隙水的同步取样的问题。

本发明提供的一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，包括：

取泥管，所述取泥管为开合式结构，所述取泥管其中一端设置窄口缩紧段；所述取泥管上设置有多个沿其管柱方向依次分布的滤水孔，所述滤水孔中设置有过滤网；

孔隙水取样装置，所述孔隙水取样装置包括防护壳和至少一组孔隙水取样组件，所述防护壳设置在所述取泥管管壁上，所述防护壳上设置有可开启的端盖；所述孔隙水取样组件设置在所述防护壳内；所述孔隙水取样组件与所述滤水孔连接，用于抽取所述取泥管内底泥中的孔隙水。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，所述孔隙水取样装置包括孔隙水取样管和连接在所述孔隙水取样管一端的取样头，所述取样头为多孔亲水性材料，所述取样头与所述滤水孔密封连接，所述孔隙水取样管另一端连接在所述端盖处。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，所述孔隙水取样装置还包括用于抽出所述孔隙水取样管中水的孔隙水采样注射器。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，所述取泥管包括两个半弧形壳体，两个所述半弧形壳体一侧通过合页铰接，另一侧通过螺栓连接。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，所述防护壳为一侧面开放的长条状壳体，所述防护壳的开放面的一侧连接在所述取泥管外壁上，所述防护壳的底面设置为与所述窄口缩紧段匹配的倾斜面。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，所述防护壳可拆卸连接在所述取泥管外壁上。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，所述取泥管外壁上设置有沿其管柱方向延伸的导轨，所述防护壳上设置有与所述导轨匹配的导槽，所述防护壳通过所述导轨和导槽连接在所述取泥管上，所述防护壳通过紧固构件固定在所述取泥管上。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，还包括手柄，所述手柄设置在所述取泥管的顶部。

根据本发明提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，还包括脚蹬，所述脚蹬为连接在所述取泥管两侧的横杆。

本发明还提供了一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样方法，采用本发明所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置对底泥和与孔隙水进行采样，具体包括：

工作人员进入排水沟道内，将所述排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置插入底泥中；

待所述排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置全部没入底泥后，静待一段时间，打开所述防护壳上的所述端盖，抽取孔隙水取样管中的孔隙水，进行后续的研究分析；

拔出所述排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，打开取泥管，取出其中的底泥进行分层分样分析。

本发明的上述技术方案，技术效果至少表现在：

本发明的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，可以实现农业排水沟底泥与孔隙水同步分层式取样，不仅能原位采集孔隙水与底泥，还能在采集中对孔隙水与底泥进行分层，使孔隙水与底泥在取样空间及时间上有很好的对应关系，打破了以往研究无法确保孔隙水和底泥的取样点处于同一位置导致数据不准确的局限性，避免了底泥与孔隙水样品非同步取样及分样操作对后续数据分析造成影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明其中一实施例提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置的整体结构示意图；

图2是本发明其中一实施例提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置的整体结构示意图；

图3是图2中A位置的孔隙水取样装置的局部放大示意图；

图4是本发明其中一实施例提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置的取样注射器与孔隙水取样管的连接示意图；

图5是本发明其中一实施例提供的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置的取泥管打开示意图；

图6是图5中B位置的局部放大图。

附图标记：

1：取泥管；2：孔隙水取样装置；3：手柄；4：脚蹬；

11：柱状主体段；12：窄口缩紧段；13：滤水孔；14:半弧形壳体；15：连接接头；16：过滤网；

21：防护壳；22：孔隙水取样组件；23：孔隙水采样注射器；

221：孔隙水取样管；222：取样头；223：接头；224：注射器取样管。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明中的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接或一体连接，也可以是过中间媒介间接相连。

下面结合图1至图6对本发明的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置进行详细描述。

在本发明公开的实施例中，一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置包括取泥管1和孔隙水取样装置2；

取泥管1为开合式结构，取样结束后打开取泥管1即可进行底泥的分层取样，取样过程中对底泥影响小，能够最大程度的保持原状浅层底泥柱状样品的完整性，有效减小分析误差，也有效减轻了工作人员的劳动强度。

取泥管1其中一端设置窄口缩紧段12，方便装置能够轻松的插入底泥中。同时窄口缩紧段12使取泥管1中储存的底泥不会因整个装置的移动而脱离，克服了现有技术中取样装置在上提过程中会导致底泥掉落的缺点，有效的防止了底泥滑落，底泥取样成功率高。

取泥管1上设置有多个滤水孔13，多个滤水孔13沿取泥管1管柱方向依次分布，滤水孔13的间距根据实际工况确定，不同的滤水孔尽量对应底泥的不同分层，比如可将滤水孔13等间距布置，相邻滤水孔13间隔10cm。

滤水孔13中设置有过滤网16，过滤网16固定在取泥管内壁一侧，使得底泥中的水通过过滤网16进入孔隙水取样装置2，避免底泥也通过滤水孔进入孔隙水取样装置2中。

孔隙水取样装置2包括防护壳21和至少一组孔隙水取样组件22。其中防护壳21的作用是防止取样时污水污染孔隙水取样组件22，防护壳21设置在取泥管1的管壁上，防护壳21上设置有可开启的端盖，便于对孔隙水取样；孔隙水取样组件22设置在防护壳21内，孔隙水取样组件22与滤水孔13连接，用于抽取取泥管1内底泥中的孔隙水。

通过本实施例的孔隙水取样装置2可以实现孔隙水原位采集，减少了常规采集方法采集及运输过程中对孔隙水造成的污染，保持了孔隙水的原始性，且成本较低、取样效率高。

本实施例的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，可以实现农业排水沟底泥与孔隙水同步分层式取样，不仅能原位采集孔隙水与底泥，还能在采集中对孔隙水与底泥进行分层，使孔隙水与底泥在取样空间及时间上有很好的对应关系，打破了以往研究无法确保孔隙水和底泥的取样点处于同一位置导致数据不准确的局限性，避免了底泥与孔隙水样品非同步取样及分样操作对后续数据分析造成影响。

本实施例装置的采样深度可深达80cm实现了农业排水沟孔隙水原位采集，减少了采集及运输过程中对孔隙水造成的污染，保持了孔隙水的原始性，且成本较低、取样效率较高。

本实施例的取泥管1包括柱状主体段11和窄口缩紧段12，窄口缩紧段12自柱状主体段11逐渐收缩至取泥管末端，窄口缩紧段12为扁平状，具体的，通过两个对称的倾斜面切割柱状主体段11形成扁平状窄口缩紧段。最好的，将窄口缩紧段12的末端设置为刀锋状结构，进一步减少装置插入底泥中的阻力。

本实施例的取泥管1的柱状主体段11直径约为6cm，取样过程中对底泥影响小，能够最大程度的保持原状浅层底泥柱状样品的完整性，能有效减小分析误差，也有效减轻了工作人员的劳动强度。

本实施例的取泥管1由两个半弧形壳体14拼接而成，两个半弧形壳体14一侧通过合页铰接，另一侧通过螺栓连接，形成可开合的取泥管。

本实施例的防护壳21为一侧面开放的长条状壳体，具体为长条形槽，长条形槽的顶部设置端盖，防护壳21设置开放面的一侧连接在取泥管1外壁上，防护壳21的底面设置为与窄口缩紧段12匹配的倾斜面，减少因防护壳21带来的插入阻力。

本实施例的孔隙水取样组件22包括孔隙水取样管221和连接在孔隙水取样管221一端的孔隙水取样管221，取样头222为多孔亲水性材料，比如陶瓷材料，取样头222与滤水孔13密封连接，保证取孔隙水时的密封性，滤水孔13的位置位于防护壳21内；孔隙水取样管221另一端延伸至端盖处，并固定在端盖附近。

进一步，一般为了便于取泥管1插入底泥中，取泥管1的管壁浇薄，进而为了保证孔隙水取样管221与滤水孔13的稳固连接，在滤水孔13上设置一个连接接头15，本实施例的连接接头15为薄壁状空心圆柱体，连接接头15的外径与滤水孔13内径匹配，连接接头15内径与取样头222外径匹配，并在连接接头15与取样头222之间设置密封圈。

本实施例示意的孔隙水取样组件22有多组，每组孔隙水取样组件22的取样头222与一个滤水孔13连接，多组孔隙水取样管221并列排布在防护壳21内，图3所示为其中一部分孔隙水取样组件22的布置示意图。

本实施例的取样头222为圆盘状陶瓷头，圆盘状陶瓷头中心设置一凸起，圆盘状陶瓷头插入滤水孔13或连接接头15中，凸起的顶端与滤水孔13中的过滤网16接触，圆盘状陶瓷头与滤水孔13或连接接头15的接触面上设置密封圈，密封孔隙水取样管221与外部联通。

本实施例中，为了方便清洗或更换内部的孔隙水取样管221与取样头222，防护壳21可拆卸连接在取泥管1外壁上。

为了实现防护壳21的可拆卸，具体的，本实施例的取泥管1外壁上设置有沿其管柱方向延伸的导轨，防护壳21上设置有与导轨匹配的导槽，具体可设置在防护壳21两侧的壳壁上，防护壳21通过导轨导槽结构连接在取泥管1上。同时，防护壳21通过紧固构件固定在取泥管1上，防止防护壳在取样过程中移动，其中导轨导槽限制防护壳21沿取泥管1周向的移动，紧固构件限制防护壳21沿取泥管1轴向的移动。

本实施例中，紧固件可以是将防护壳21和取泥管1捆绑在一起的环箍或者扎带，可以沿取泥管1管柱方向设置多个紧固件，最好在脚蹬4上、下位置附近设置两个紧固件，通过脚蹬4阻挡紧固件上移或者下移。当然也可以设置其他固定形式，如一些限位构件，限制防护壳21沿取泥管1管柱方向上下移动。

作为本发明的进一步实施例，在防护壳21上设置标记线，标记线的位置与滤水孔13位置一一对应，用于标记滤水孔13的位置，方便与底泥不同分层的位置对应。

作为本发明的进一步实施例，为了方便取出孔隙水取样管221中的水，孔隙水取样装置2中还设置有孔隙水采样注射器23，用于抽出孔隙水取样管221中水。

本发明实施例中的孔隙水取样管221一般采用目前市面上常用水管，如PE管，管径为2～3mm，无法直接采用孔隙水采样注射器23抽取其内部的孔隙水，因此在孔隙水取样管221末端通过接头223连接一个注射器取样管224，注射器取样管224的内径小于孔隙水取样管221的内径，用于与孔隙水采样注射器23匹配，便于孔隙水采样注射器23抽取孔隙水。

作为本发明的进一步实施例，为了便于区分，在孔隙水取样管221或者接头223上用记号标记。

在本发明公开的另一实施例中，在上述实施例的基础上，排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置还包括手柄3，手柄3设置在取泥管1的顶部，便于操作。本实施例的手柄3为T型杆，T型杆的腹部连接在取泥管1的顶部。

在本发明公开的另一实施例中，在上述实施例的基础上，排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置还包括脚蹬4，脚蹬4为连接在取泥管1两侧的横杆，横杆固定在取泥管1上部位置。取样时，扶住本发明的采样装置往下插入泥中一定深度，再用脚用力往下踩脚蹬4，便于操作。

本发明的另一实施例中公开了一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样方法，该方法采用上述实施例记载的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置对底泥和与孔隙水进行采样，在采样前，先检查防护壳21等是否固定，孔隙水取样管221、孔隙水取样管221等是否洁净、是否安装完成，拧紧取泥管1上的螺栓；然后进行采样，采样具体包括以下步骤：

(1)工作人员进入排水沟道内，两手扶住手柄3将上述实施例记载的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置插入底泥中固定，再用脚蹬4用力往下踩；

(2)待排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置全部没入底泥后，静待一段时间，一般为10～20min，当然也可根据实际情况确定合适的时间；打开防护壳21上的端盖，采用孔隙水采样注射器23抽取孔隙水取样管221中的孔隙水，进行后续的研究分析；

(3)拔出排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，松开取泥管1上的螺栓，打开取泥管1，取出取泥管1内的底泥，对底泥进行分层分样分析。

可以看出，上述取样过程十分便利，拧开螺栓即可进行底泥分层分样，且对底泥影响小，能够最大程度的保持原状浅层底泥柱状样品的完整性；另外，上述实施例记载的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置全部为机械结构，无电子元件，提高了装置的稳定性，更重要的是，操作过程简单方便，具有较强的适用性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，包括：

取泥管，所述取泥管为开合式结构，所述取泥管其中一端设置窄口缩紧段；所述取泥管上设置有多个沿其管柱方向依次分布的滤水孔，所述滤水孔中设置有过滤网；

孔隙水取样装置，所述孔隙水取样装置包括防护壳和至少一组孔隙水取样组件，所述防护壳设置在所述取泥管管壁上，所述防护壳上设置有可开启的端盖；所述孔隙水取样组件设置在所述防护壳内；所述孔隙水取样组件与所述滤水孔连接，用于抽取所述取泥管内底泥中的孔隙水。

2.根据权利要求1所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，所述孔隙水取样装置包括孔隙水取样管和连接在所述孔隙水取样管一端的取样头，所述取样头为多孔亲水性材料，所述取样头与所述滤水孔密封连接，所述孔隙水取样管另一端连接在所述端盖处。

3.根据权利要求2所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，所述孔隙水取样装置还包括用于抽出所述孔隙水取样管中水的孔隙水采样注射器。

4.根据权利要求1所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，所述取泥管包括两个半弧形壳体，两个所述半弧形壳体一侧通过合页铰接，另一侧通过螺栓连接。

5.根据权利要求1所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，所述防护壳为一侧面开放的长条状壳体，所述防护壳的开放面的一侧连接在所述取泥管外壁上，所述防护壳的底面设置为与所述窄口缩紧段匹配的倾斜面。

6.根据权利要求1或5所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，所述防护壳可拆卸连接在所述取泥管外壁上。

7.根据权利要求6所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，所述取泥管外壁上设置有沿其管柱方向延伸的导轨，所述防护壳上设置有与所述导轨匹配的导槽，所述防护壳通过所述导轨和导槽连接在所述取泥管上，所述防护壳通过紧固构件固定在所述取泥管上。

8.根据权利要求1所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，还包括手柄，所述手柄设置在所述取泥管的顶部。

9.根据权利要求1所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，其特征在于，还包括脚蹬，所述脚蹬为连接在所述取泥管两侧的横杆。

10.一种排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置对底泥和与孔隙水进行采样，具体包括：

工作人员进入排水沟道内，将所述排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置插入底泥中；

待所述排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置全部没入底泥后，静待一段时间，打开所述防护壳上的所述端盖，抽取孔隙水取样管中的孔隙水，进行后续的研究分析；

拔出所述排水沟分层式底泥与孔隙水同步采样装置，打开取泥管，取出其中的底泥进行分层分样分析。

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