CN120213552B - 一种NAPLs污染地下水定深采样装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地下水采样检测的技术领域，特别是涉及一种NAPLs污染地下水定深采样装置；其可对定深含水层的上部水样和下部水样进行精准分层取样，有效减少含水层扰动，提高水样取样精度，减少污染地下水体积测算误差；包括监测井管、设置于监测井管处的采样管段和用于定深水样取样的取样机构，自闭式封堵件包括环架、绕环架周向等距均布的多个取样孔和安装于取样孔内的第一自闭阀；取样机构包括可上下滑动安装于监测井管内的行走机构、安装于行走机构底部并与取样孔对应布置的导架、多个取样器和同步顶推器，取样器包括取样瓶、安装于取样瓶瓶口处的阀件、安装于阀件上的取样管和安装于取样管内的第二自闭阀。

Description

一种NAPLs污染地下水定深采样装置

技术领域

本发明涉及地下水采样检测的技术领域，特别是涉及一种NAPLs污染地下水定深采样装置。

背景技术

地下水污染具有隐蔽性，为探明地下水层的污染情况，需对地下水层水样进行取样检测。非水相液体（Nonaqueous Phase Liquids，NAPLs）是有机污染场地地下水中的常见污染物。当NAPLs进入地下水含水层后，密度比水小的LNAPLs（轻质非水相液体）污染物，如石油产品（汽油、柴油、煤油等）、有机溶剂（苯、甲苯、二甲苯、乙苯等），容易“漂浮”在地下水水面上，在含水层上部地下水位附近聚集；而相对重的DNAPLs（重质非水相液体）污染物，如氯化溶剂（三氯乙烯（TCE）、四氯乙烯（PCE）、多氯联苯（PCB）等）、煤焦油、石油衍生物，则趋向于向下垂向迁移，在含水层底板聚集在地下水中形成若干大小不一的聚集区。

NAPLs污染浓度及空间分布调查的准确性直接关系到污染场地修复的效果评估和决策支持。目前地下水采样主要使用贝勒管取样或监测井内下泵抽水进行采样，上述采样方式和采样器所采集的地下水样多为表层水样或上下层混合水样，可能无法代表地下水中NAPLs的真实浓度，可能导致NAPLs污染物被忽略，或者高估NAPLs污染严重性。另外，地下水NAPLs采样深度直接影响NAPLs污染体积的测算。因此，对于LNAPLs和DNAPLs应定深度分层采样，以确保不同深度的污染物被准确采集，真实客观反应NAPLs污染状况。

又如中国发明专利CN118624295B公开了一种地下水调查用不同深度地下水取样装置，包括环形架、安装座、采集筒、限位组件、调整组件和拉动架。其可依次完成多个深度层面的取样，操作方便，提高现场的取样效率。

然而，本发明人具体实施此装置时，发现存在以下缺陷：LNAPLs污染物漂浮于地下含水层上部，而DNAPLs污染物则沉降于地下含水层下部，采用上述取样装置取样时，易造成含水层的扰动，LNAPLs和DNAPLs污染物与水混合，造成水样数据失真，难以反应地下水的真实污染情况。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种可对定深含水层的上部水样和下部水样进行精准分层取样，有效减少含水层扰动，提高水样取样精度，减少污染地下水体积测算误差的NAPLs污染地下水定深采样装置。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种NAPLs污染地下水定深采样装置，包括监测井管、设置于监测井管处的采样管段和用于定深水样取样的取样机构，所述采样管段位于待取样含水层内，所述采样管段内自上而下设有多个等距布置的自闭式封堵件，所述自闭式封堵件包括环架、绕环架周向等距均布的多个取样孔和安装于取样孔内的第一自闭阀；所述取样机构包括可上下滑动安装于监测井管内的行走机构、安装于行走机构底部并与取样孔对应布置的导架、多个取样器和同步顶推器，所述取样器包括取样瓶、安装于取样瓶瓶口处的阀件、安装于阀件上的取样管和安装于取样管内的第二自闭阀，所述导架上设有与取样孔对应布置的导向孔，所述取样管滑动安装于导向孔内，所述同步顶推器包括固定安装于行走机构上的驱动电机、固定安装于驱动电机输出端的旋转盘和周向布置于旋转盘外壁处的多个驱动块，所述驱动块用于推动对应取样器上的取样管沿导向孔向远离旋转盘中心一侧进给，所述阀件上套设有第一弹簧，所述阀件通过第一弹簧与导架弹性连接。进一步的，所述监测井管的底部封堵，监测井管内形成上部开口的封闭腔，以防止地下水进入至监测井管内；所述采样管段的高度大于含水层的深度，以满足对整个含水层上、中、下层水样的取样需求；所述取样孔采用柱形孔，所述取样孔的中心轴线与环架的对应径线重合；所述取样管通过阀件与取样瓶内部连通，所述第一自闭阀和第二自闭阀为常闭阀，第一自闭阀和第二自闭阀可采用电磁阀或其他具有自启效果的其他电控阀；行走机构可自带行走器，以使得行走机构沿监测井管内壁上下移动，也可通过升降牵引器带动行走机构沿监测井管内壁上下移动；所述驱动块与对应的取样器上的阀件活动接触，所述驱动块一端向靠近旋转盘中心处倾斜，驱动块的另一端向远离旋转盘中心处倾斜，取样管的中心轴线与驱动块之间呈60°-80°锐角；所述第一弹簧的一端与导架连接，所述第一弹簧的另一端与阀件连接；取样管外壁和导向孔内壁以及取样孔内壁之间通过橡胶或者其他填料密封。

优选的，所述第一自闭阀和第二自闭阀均包括阀体、阀杆、与阀杆固定连接的阀塞以及套设于阀杆上的第二弹簧，所述阀杆滑动安装于阀体内，所述阀杆通过第二弹簧与阀体弹性连接，所述第二弹簧伸长状态时，阀塞将阀体内部封堵，第一自闭阀和第二自闭阀呈镜像布置。

优选的，还包括用于带动行走机构上下移动的升降牵引器，所述升降牵引器包括架体、上下滑动安装于架体上的升降座、转动安装于升降座上的旋卡器、为旋卡器转动提供动力的旋转驱动器、牵引杆件和卡固器，所述牵引杆件的一端与行走机构上部固定连接，所述牵引杆件的另一端与旋卡器可拆卸连接，所述牵引杆件包括多个首尾相互可拆卸连接的连杆，所述卡固器包括两对称布置的卡持件，所述卡持件包括滑动安装于架体上的弧形卡臂以及为弧形卡臂滑动提供动力的进给器，所述架体上安装有为升降座沿架体上下滑动提供动力的升降驱动器；进一步的，所述连杆之间螺纹连接，上部的一组连杆与旋卡器螺纹连接，所述旋转驱动器采用可正向和反向转动的调速电机，所述旋转驱动器通过齿轮或者链条等传动件与旋卡器传动连接；所述升降驱动器可采用伸缩缸，也可采用其他具有带动升降座升降的等同件，所述进给器优选螺纹丝杠，也可采用伸缩缸等其他可带动弧形卡臂进给的等同件，所述连杆为标准长度尺寸，例如5cm、10cm、20cm、30cm、50cm等，可根据取样深度，选取适当规格长度的连杆，不同尺寸的连杆可组合使用，以对取样机构的下降深度进行有效控制。

优选的，还包括多个第一连通管、第二连通管和抽水泵，所述阀件为电磁三通阀，所述电磁三通阀的水平端与取样管连通，所述电磁三通阀的底部一端与取样瓶内部连通，所述第一连通管的一端与对应电磁三通阀的顶部一端连通，所述连杆和旋卡器中部均设有中空通道，所述第一连通管的另一端伸入至靠近行走机构处的一组连杆的中空通道内，所述第二连通管的一端与旋卡器上的中空通道转动密封连接，所述第二连通管的另一端与抽水泵的输入端连通；进一步的，所述第一连通管和第二连通管均采用内衬钢丝的柔性可塑管，以避免在抽水泵的抽负压作用下过度形变而影响水流的正常通过，避免第一连通管对阀件的移动造成干涉，所述第二连通管通过旋转密封接头与旋卡器上的中空通道转动密封连接；所述取样瓶内部做抽真空处理。

优选的，还包括安装于架体上的撑架和转动安装于撑架顶部的导轮，所述架体上转动安装有中空辊，所述第二连通管绕过导轮后缠绕于中空辊上，所述第二连通管的输出端伸入至中空辊内，所述抽水泵的输入端伸入至中空辊内，所述架体上安装有为中空辊转动提供动力的伺服电机；进一步的，所述抽水泵的输入端通过旋转密封接头与中空辊内部连通。

优选的，所述采样管段内壁处自上而下设有多个等距均布的环腔，所述采样管段上设有与环腔连通的多个渗滤孔，所述环架转动安装于环腔内，环架上的多个取样孔与多个渗滤孔对应布置，所述渗滤孔内安装有渗滤网，所述环架外臂处设有多个周向均布的封堵部，所述封堵部、环架外壁和环腔内壁之间形成弧形渗滤缓存腔；进一步的，所述环架与环腔内壁惰性连接，以防止环架自行转动；所述环架与环腔接触处通过填料等转动密封连接，填料也可防止环架自转。

优选的，所述行走机构包括多边形框架和周向沿多边形框架外壁等距均布的弹性定心撑件，所述弹性定心撑件包括两对称布置并与多边形框架铰接的撑腿、转动安装于撑腿上的滚轮和连接簧，两撑腿通过连接簧弹性连接；进一步的，连接簧的两端分别与两撑腿铰接。

优选的，所述阀件上转动安装有滚珠，所述驱动块通过滚珠与阀件活动连接。

优选的，所述监测井管包括多个首尾可拆卸连接的管节，所述第一自闭阀上的阀塞处安装有检测探头；进一步的，检测探头优选电阻检测探针，也可安装不同功能的化学参数传感器，例如PH传感器、离子选择性电极、重金属传感器等；所述检测探头的检测端自阀塞处露出。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种NAPLs污染地下水定深采样装置，具备以下有益效果：该NAPLs污染地下水定深采样装置，根据前期勘测的含水层埋深以及含水层厚度，通过外部钻探器将监测井管打入地下，采样管段位于含水层内，行走机构沿监测井管内壁下移至所需采样水层的上部、中部或下部所对应的自闭式封堵件处，驱动电机带动旋转盘转动，旋转盘带动驱动块移动，驱动块顶推阀件以及取样管沿对应的导向孔向外移动，直至取样管伸入至取样孔内，第一自闭阀和第二自闭阀开启，取样孔与对应水层的水连通，对应水层的水经取样孔、取样管和阀体流入至取样瓶内；可对定深含水层的上部水样和下部水样进行精准分层取样，有效减少含水层扰动，避免采样过程中NAPLs再迁移；避免含水层内上部的LNAPLs和下部的DNAPLs污染物与该含水层中的水混合，提高水样取样精度，使样品更具代表性；避免污染物浓度稀释或相态混淆，可精确定位污染层位；可通过匹配NAPLs物理化学特性与水文地质条件，精准捕获污染物垂向分布特征，结合分层数据采集，显著提升NAPLs污染范围界定和修复工程量计算的可靠性。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的前视平面结构示意图；

图3是本发明的图2中A-A处剖面结构示意图；

图4是本发明的图3中B-B处剖面结构示意图；

图5是本发明的图3中C处局部放大结构示意图；

图6是本发明的图3中D处局部放大结构示意图；

图7是本发明的图4中E处局部放大结构示意图；

图8是本发明的自闭式封堵件立体结构示意图；

图9是本发明的取样机构立体结构示意图；

图10是本发明的图9中F处局部放大结构示意图；

附图中标记：1、采样管段；2、环架；3、取样孔；4、第一自闭阀；5、导架；6、取样瓶；7、取样管；8、第二自闭阀；9、导向孔；10、驱动电机；11、旋转盘；12、驱动块；13、第一弹簧；14、阀体；15、阀杆；16、阀塞；17、第二弹簧；18、架体；19、升降座；20、旋卡器；21、旋转驱动器；22、连杆；23、弧形卡臂；24、进给器；25、升降驱动器；26、第一连通管；27、第二连通管；28、抽水泵；29、电磁三通阀；30、中空通道；31、撑架；32、导轮；33、中空辊；34、渗滤孔；35、渗滤网；36、封堵部；37、弧形渗滤缓存腔；38、多边形框架；39、撑腿；40、滚轮；41、连接簧；42、滚珠；43、管节；44、检测探头。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解发明方案，下面将结合发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都应当属于发明保护的范围。

如背景技术所述的一种地下水调查用不同深度地下水取样装置，地下水层的污染水样多为有机物，有机物污染物分为轻质非水相液体（LNAPLs）和重质非水相液体（DNAPLs），轻质非水相液体污染物漂浮于地下含水层上部，而重质非水相液体污染物则沉降于地下含水层下部，轻质非水相液体污染物和重质非水相液体污染物是衡量地下水污染的重要指标；取样时，易造成含水层的扰动，轻质非水相液体和重质非水相液体污染物与水混合，造成水样数据失真，难以反应地下水的真实污染情况。

为了解决此技术问题，本发明提供了一种NAPLs污染地下水定深采样装置，其应用于地下水含水层的分层取样。

需要说明的是，在不冲突的情况下，发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

请参考图1-图4以及图6-图10，一种NAPLs污染地下水定深采样装置，具体包括：监测井管、设置于监测井管处的采样管段1和用于定深水样取样的取样机构，采样管段1位于待取样含水层内，采样管段1内自上而下设有多个等距布置的自闭式封堵件，自闭式封堵件包括环架2、绕环架2周向等距均布的多个取样孔3和安装于取样孔3内的第一自闭阀4；取样机构包括可上下滑动安装于监测井管内的行走机构、安装于行走机构底部并与取样孔3对应布置的导架5、多个取样器和同步顶推器，取样器包括取样瓶6、安装于取样瓶6瓶口处的阀件、安装于阀件上的取样管7和安装于取样管7内的第二自闭阀8，导架5上设有与取样孔3对应布的导向孔9，取样管7滑动安装于导向孔9内，同步顶推器包括固定安装于行走机构上的驱动电机10、固定安装于驱动电机10输出端的旋转盘11和周向布置于旋转盘11外壁处的多个驱动块12，驱动块12用于推动对应取样器上的取样管7沿导向孔9向远离旋转盘11中心一侧进给，阀件上套设有第一弹簧13，阀件通过第一弹簧13与导架5弹性连接。进一步的，监测井管的底部封堵，监测井管内形成上部开口的封闭腔，以防止地下水进入至监测井管内；采样管段1的高度大于含水层的深度，以满足对整个含水层上、中、下层水样的取样需求；取样孔3采用柱形孔，取样孔3的中心轴线与环架2的对应径线重合；取样管7通过阀件与取样瓶6内部连通，第一自闭阀4和第二自闭阀8为常闭阀，第一自闭阀4和第二自闭阀8可采用电磁阀或其他具有自启效果的其他电控阀；行走机构可自带行走器，以使得行走机构沿监测井管内壁上下移动，也可通过升降牵引器带动行走机构沿监测井管内壁上下移动；驱动块12与对应的取样器上的阀件活动接触，驱动块12一端向靠近旋转盘11中心处倾斜，驱动块12的另一端向远离旋转盘11中心处倾斜，取样管7的中心轴线与驱动块12之间呈60°-80°锐角；第一弹簧13的一端与导架5连接，第一弹簧13的另一端与阀件连接，当驱动块12与阀件脱离接触后，第一弹簧13可促使阀件以及取样管7自行复位，使得取样管7自取样孔3内自行移出；取样管7外壁和导向孔9内壁以及取样孔3内壁之间通过橡胶或者其他填料密封；需要说明的是，监测井管上部设有与多个取样孔3对应的标记，取样机构上的导向孔9与标记对齐后再沿监测井管内壁下移，而取样机构下移的距离即为对应深度取样水层处取样孔3的位置，以保证取样孔3与导向孔9顺利对齐。

具体的，请参考图6和图9，行走机构包括多边形框架38和周向沿多边形框架38外壁等距均布的弹性定心撑件，弹性定心撑件包括两对称布置并与多边形框架38铰接的撑腿39、转动安装于撑腿39上的滚轮40和连接簧41，两撑腿39通过连接簧41弹性连接；进一步的，连接簧41的两端分别与两撑腿39铰接。

具体的，请参考图4；阀件上转动安装有滚珠42，驱动块12通过滚珠42与阀件活动连接。

具体的，请参考图7，第一自闭阀4和第二自闭阀8均包括阀体14、阀杆15、与阀杆15固定连接的阀塞16以及套设于阀杆15上的第二弹簧17，阀杆15滑动安装于阀体14内，阀杆15通过第二弹簧17与阀体14弹性连接，第二弹簧17伸长状态时，阀塞16将阀体14内部封堵，第一自闭阀4和第二自闭阀8呈镜像布置。

本实施例提供的NAPLs污染地下水定深采样装置，在连接簧41的作用下，两撑腿39呈相互靠近的趋势移动，在各弹性定心撑件的作用下，多边形框架38的竖向中心轴线与监测井管的中心轴线重合，同时可提高该行走机构沿监测井管内壁上下移动的稳定性，避免多边形框架38出现晃动；而滚珠42可实现驱动块12与阀件之间的滚动接触，有效减少驱动块12与阀件之间的摩擦力，提高驱动块12与阀件之间的传动效率，降低驱动电机10的输出功率。

在取样管7伸入至取样孔3内后，第一自闭阀4和第二自闭阀8上的阀杆15相互接触，第二弹簧17压缩，对应的阀塞16脱离对阀体14内部封堵，以使得取样管7与取样孔3相互连通；如此可实现第一自闭阀4和第二自闭阀8的机械式开启，当取样管7自取样孔3内移出后，在第二弹簧17的作用下，阀塞16将阀体14迅速封闭，在第一自闭阀4的作用下，在监测井管下管过程中，可有效防止含水层内的水进入至监测井管内部，以避免含水层内不同深度水层之间相互混合接触，保证水样的取样精准性。

在另一实施例中，采样管段1可为多个，多个采样管段1分别位于不同深度的含水层内，以实现对不同深度含水层的水样取样。

对实施例1提供的NAPLs污染地下水定深采样装置进一步优化，具体的，请参考图1-图3以及图5-图6，还包括用于带动行走机构上下移动的升降牵引器，升降牵引器包括架体18、上下滑动安装于架体18上的升降座19、转动安装于升降座19上的旋卡器20、为旋卡器20转动提供动力的旋转驱动器21、牵引杆件和卡固器，牵引杆件的一端与行走机构上部固定连接，牵引杆件的另一端与旋卡器20可拆卸连接，牵引杆件包括多个首尾相互可拆卸连接的连杆22，卡固器包括两对称布置的卡持件，卡持件包括滑动安装于架体18上的弧形卡臂23以及为弧形卡臂23滑动提供动力的进给器24，架体18上安装有为升降座19沿架体18上下滑动提供动力的升降驱动器25；进一步的，连杆22之间螺纹连接，上部的一组连杆22与旋卡器20螺纹连接，旋转驱动器21采用可正向和反向转动的调速电机，旋转驱动器21通过齿轮或者链条等传动件与旋卡器20传动连接；升降驱动器25可采用伸缩缸，也可采用其他具有带动升降座19升降的等同件，进给器24优选螺纹丝杠，也可采用伸缩缸等其他可带动弧形卡臂23进给的等同件，连杆22为标准长度尺寸，例如5cm、10cm、20cm、30cm、50cm等，可根据取样深度，选取适当规格长度的连杆22，不同尺寸的连杆22可组合使用，以对取样机构的下降深度进行有效控制。

通过启动进给器24，使得与行走机构连接的一组连杆22被卡固于两弧形卡臂23之间，将另一连杆22呈竖直状放置于被卡固连杆22的上部，升降驱动器25带动升降座19下移上部的一组连杆22上部卡入至旋卡器20内，旋转驱动器21带动旋卡器20转动，使得两连杆22相互螺装，根据所需取样水层的深度，选取适当规格和数量的连杆22，如此可对取样机构的下降距离进行有效控制；同理在取样完毕后，可按上述原理将连杆22逐一拆除，直至取样瓶6完全自监测井管顶部露出。

具体的，请参考图2-图7和图9-图10，还包括多个第一连通管26、第二连通管27和抽水泵28，阀件为电磁三通阀29，电磁三通阀29的水平端与取样管7连通，电磁三通阀29的底部一端与取样瓶6内部连通，第一连通管26的一端与对应电磁三通阀29的顶部一端连通，连杆22和旋卡器20中部均设有中空通道30，第一连通管26的另一端伸入至靠近行走机构处的一组连杆22的中空通道30内，第二连通管27的一端与旋卡器20上的中空通道30转动密封连接，第二连通管27的另一端与抽水泵28的输入端连通；进一步的，第一连通管26和第二连通管27均采用内衬钢丝的柔性可塑管，以避免在抽水泵28的抽负压作用下过度形变而影响水流的正常通过，避免第一连通管26对阀件的移动造成干涉，第二连通管27通过旋转密封接头与旋卡器20上的中空通道30转动密封连接；取样瓶6内部做抽真空处理。

在取样瓶6处进行编号，为描述方便可按图4所示的方式进行编号（请参考图中①-⑥处编号），本实施例中的取样器数量仅为方便描述而进行限定，取样器也可采用8组、10组、12组等其他偶数数量；当需对含水层上部轻质非水相液体取样时，取样机构到达对应的取样深度后，同步顶推器推动各取样器向远离监测井管中心处进给，直至取样管7插入至对应的取样孔3内，第一自闭阀4和第二自闭阀8均开启，编号①和编号④处的电磁三通阀29开启，其余电磁三通阀29处于关闭状态，使得对应含水层上部水样流入至编号①和编号④处的取样瓶6内；随后取样机构复位并移动至该含水层中部处的取样孔3处，编号②和编号⑤处的取样瓶6对该含水层的中部水进行取样，按上述原理通过编号③和编号⑥处的取样瓶6对该含水层下部的水样进行取样，如此可对该含水层的上、中、下各层水样进行至少两组的平行取样，且取样机构下潜一次即可完成含水层处不同深度水样的取样，大大提高了取样效率，同时采用沿监测井管两侧对称取样的方式，可相对减少对取样水层的扰动，提高水样取样的精度，为后续的水样污染检测准确性提供保障；而取样瓶6在安装后做抽真空处理，可提高水样流入至取样瓶6内的顺畅性，有效保证取样瓶6内水样取样量，避免水样取样量过少。

在对含水层中层或下层水样取样时，部分上层会进入至编号②和编号⑤处的取样孔3内，而部分上层和中层的水样会进入至编号③和编号⑥处的取样孔3和取样管7内，此部分水样的混入会对取样精度造成偏差，在取样前，将编号②和编号⑤处以及编号③和编号⑥处电磁三通阀29调整至电磁三通阀29的底部与取样瓶6连通一端封闭，而电磁三通阀29的水平端与取样管7处以及第一连通管26与对应电磁三通阀29的顶部一端连接处开启，启动抽水泵28，使得含水层中部水样对编号②和编号⑤处取样孔3和取样管7内残留水样进行冲洗，而含水层底部水样对编号③和编号⑥处取样孔3和取样管7内残留水样进行冲洗，而抽取的水经第一连通管26、中空通道30和第二连通管27外排即可，减少不同深度水样之间相互混合，从而保证了对含水层中层水样和下层水样的取样精准性，保证后续水样检测更为客观准确。

具体的，请参考图1和图5，还包括安装于架体18上的撑架31和转动安装于撑架31顶部的导轮32，架体18上转动安装有中空辊33，第二连通管27绕过导轮32后缠绕于中空辊33上，第二连通管27的输出端伸入至中空辊33内，抽水泵28的输入端伸入至中空辊33内，架体18上安装有为中空辊33转动提供动力的伺服电机（图中未示出）；进一步的，抽水泵28的输入端通过旋转密封接头与中空辊33内部连通。

在取样机构沿监测井管上下移动过程中，伺服电机带动中空辊33转动，从而使得第二连通管27缠绕至中空辊33或自中空辊33处逐步脱离，避免第二连通管27四处散落；通过启动抽水泵28，抽取对应含水层上部、中部和下部的等量的水样至中空辊33内，中空辊33在转动过程中实现多层水样的充分混合，在抽水泵28输出端接取混合水样，通过混合水样的检测数据，与含水层的上层、中层、下层水样检测数据进行对比分析，以获取更为精准的水样污染数据。

具体的，请参考图4-图8，采样管段1内壁处自上而下设有多个等距均布的环腔，采样管段1上设有与环腔连通的多个渗滤孔34，环架2转动安装于环腔内，环架2上的多个取样孔3与多个渗滤孔34对应布置，渗滤孔34内安装有渗滤网35，环架2外臂处设有多个周向均布的封堵部36，封堵部36、环架2外壁和环腔内壁之间形成弧形渗滤缓存腔37；进一步的，环架2与环腔内壁惰性连接，以防止环架2自行转动；环架2与环腔接触处通过填料等转动密封连接，填料也可防止环架2自转；渗滤网35采用密目钢网，密目钢网具有一定结构强度，可对泥沙等进行过滤，水样可顺利自渗滤网35处通过。

在进行监测井管下管时，环架2上的封堵部36将渗滤孔34封堵，以减少泥沙和水样等进入至取样孔3内，同时提高渗滤网35处的抗挤压强度，避免渗滤网35因土壤挤压而损坏，有效防止土壤、泥沙等进入造成第一自闭阀4和第二自闭阀8封闭不严；当对含水层对应深度水样取样时，同步顶推器推动各取样管7进入至对应的取样孔3内，旋转驱动器21带动旋卡器20转动，经牵引杆件、多边形框架38、导架5和取样管7传动后，环架2转动，封堵部36脱离对渗滤孔34处的封堵，对应水层水样经渗滤孔34流入至弧形渗滤缓存腔37内，渗滤网35可对泥沙等进行过滤，使得水样进入至弧形渗滤缓存腔37内，以便后续通过取样管7对水样进行取样；弧形渗滤缓存腔37也可为第一自闭阀4的开启提供充分空间，提高第一自闭阀4和第二自闭阀8的开启顺畅性和开启度，同等条件下，有效提高水样自第一自闭阀4和第二自闭阀8处的流量，进一步保证水样的取样量。

具体的，请参考图1以及图7-图8，监测井管包括多个首尾可拆卸连接的管节43，第一自闭阀4上的阀塞16处安装有检测探头44；进一步的，检测探头44优选电阻检测探针，也可安装不同功能的化学参数传感器，例如PH传感器、离子选择性电极、重金属传感器等；检测探头44的检测端自阀塞16处露出。

可根据不同深度含水层的取样需求，选取对应数量的管节43，以使得采样管段1进入至对应含水层内；检测探头44可对不同地层的电阻率进行检测，含水层的电阻率低于其他土层或岩层，通过检测探头44向地下输入电流，测量电位差变化，绘制电阻率剖面图，从而确定含水层的上部深度H₁和下部深度H₂，而监测井管的底部下管深度至少为H₂+1m,取样管7段的高度h≥H₂-H₁,在对应高度H₁处取样孔3采取的水样即为该含水层上部的水样，在对应高度H₂处取样孔3采取的水样即为该含水层下部的水样，在对应高度H₁+H₂-H₁/2处取样孔3采取的即为该含水层的中部水样，如此可对含水层的上部、中部、下部水样进行定深精准取样；需要说明的是为缩小含水层不同水层的水样取样误差，每相邻两自闭式封堵件之间的间距应小于1cm。

本发明提供的NAPLs污染地下水定深采样装置的使用过程如下：根据前期勘测的地下含水层地下深度以及含水层高度，通过外部钻探器将监测井管打入地下，采样管段1位于含水层内，通过升降牵引器带动行走机构沿监测井管内壁下移至所需采样水层的上部、中或下部所对应的自闭式封堵件处，驱动电机10带动旋转盘11转动，旋转盘11带动驱动块12移动，驱动块12顶推阀件以及取样管7沿对应的导向孔9向外移动，直至取样管7伸入至取样孔3内，第一自闭阀4和第二自闭阀8开启，旋转驱动器21带动旋卡器20转动，经牵引杆件、多边形框架38、导架5和取样管7传动后，环架2转动至图4所示状态，取样孔3与对应弧形渗滤缓存腔37连通，对应水层的水经渗滤孔34进入至弧形渗滤缓存腔37内，再经取样孔3、取样管7和阀体14流入至取样瓶6内；取样完毕后环架2复位，封堵部36将渗滤孔34封堵，第一自闭阀4和第二自闭阀8脱离接触后自行关闭，通过升降牵引器将行走机构自监测井管内提出，将取样瓶6内获取的水样送至实验室进行检测即可。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

Claims (8)

1.一种NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，包括监测井管、设置于监测井管处的采样管段（1）和用于定深水样取样的取样机构，所述采样管段（1）位于待取样含水层内，所述采样管段（1）内自上而下设有多个等距布置的自闭式封堵件；

所述自闭式封堵件包括环架（2）、绕环架（2）周向等距均布的多个取样孔（3）和安装于取样孔（3）内的第一自闭阀（4）；所述取样机构包括可上下滑动安装于监测井管内的行走机构、安装于行走机构底部并与取样孔（3）对应布置的导架（5）、多个取样器和同步顶推器；

所述取样器包括取样瓶（6）、安装于取样瓶（6）瓶口处的阀件、安装于阀件上的取样管（7）和安装于取样管（7）内的第二自闭阀（8），所述导架（5）上设有与取样孔（3）对应布置的导向孔（9），所述取样管（7）滑动安装于导向孔（9）内；

所述同步顶推器包括固定安装于行走机构上的驱动电机（10）、固定安装于驱动电机（10）输出端的旋转盘（11）和周向布置于旋转盘（11）外壁处的多个驱动块（12），所述驱动块（12）用于推动对应取样器上的取样管（7）沿导向孔（9）向远离旋转盘（11）中心一侧进给，所述阀件上套设有第一弹簧（13），所述阀件通过第一弹簧（13）与导架（5）弹性连接；

所述第一自闭阀（4）和第二自闭阀（8）均包括阀体（14）、阀杆（15）、与阀杆（15）固定连接的阀塞（16）以及套设于阀杆（15）上的第二弹簧（17），所述阀杆（15）滑动安装于阀体（14）内，所述阀杆（15）通过第二弹簧（17）与阀体（14）弹性连接，所述第二弹簧（17）伸长状态时，阀塞（16）将阀体（14）内部封堵，第一自闭阀（4）和第二自闭阀（8）呈镜像布置。

2.根据权利要求1所述的NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，还包括用于带动行走机构上下移动的升降牵引器，所述升降牵引器包括架体（18）、上下滑动安装于架体（18）上的升降座（19）、转动安装于升降座（19）上的旋卡器（20）、为旋卡器（20）转动提供动力的旋转驱动器（21）、牵引杆件和卡固器，所述牵引杆件的一端与行走机构上部固定连接，所述牵引杆件的另一端与旋卡器（20）可拆卸连接，所述牵引杆件包括多个首尾相互可拆卸连接的连杆（22），所述卡固器包括两对称布置的卡持件，所述卡持件包括滑动安装于架体（18）上的弧形卡臂（23）以及为弧形卡臂（23）滑动提供动力的进给器（24），所述架体（18）上安装有为升降座（19）沿架体（18）上下滑动提供动力的升降驱动器（25）。

3.根据权利要求2所述的NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，还包括多个第一连通管（26）、第二连通管（27）和抽水泵（28），所述阀件为电磁三通阀（29），所述电磁三通阀（29）的水平端与取样管（7）连通，所述电磁三通阀（29）的底部一端与取样瓶（6）内部连通，所述第一连通管（26）的一端与对应电磁三通阀（29）的顶部一端连通，所述连杆（22）和旋卡器（20）中部均设有中空通道（30），所述第一连通管（26）的另一端伸入至靠近行走机构处的一组连杆（22）的中空通道（30）内，所述第二连通管（27）的一端与旋卡器（20）上的中空通道（30）转动密封连接，所述第二连通管（27）的另一端与抽水泵（28）的输入端连通。

4.根据权利要求3所述的NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，还包括安装于架体（18）上的撑架（31）和转动安装于撑架（31）顶部的导轮（32），所述架体（18）上转动安装有中空辊（33），所述第二连通管（27）绕过导轮（32）后缠绕于中空辊（33）上，所述第二连通管（27）的输出端伸入至中空辊（33）内，所述抽水泵（28）的输入端伸入至中空辊（33）内，所述架体（18）上安装有为中空辊（33）转动提供动力的伺服电机。

5.根据权利要求1所述的NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，所述采样管段（1）内壁处自上而下设有多个等距均布的环腔，所述采样管段（1）上设有与环腔连通的多个渗滤孔（34），所述环架（2）转动安装于环腔内，环架（2）上的多个取样孔（3）与多个渗滤孔（34）对应布置，所述渗滤孔（34）内安装有渗滤网（35），所述环架（2）外臂处设有多个周向均布的封堵部（36），所述封堵部（36）、环架（2）外壁和环腔内壁之间形成弧形渗滤缓存腔（37）。

6.根据权利要求1所述的NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，所述行走机构包括多边形框架（38）和周向沿多边形框架（38）外壁等距均布的弹性定心撑件，所述弹性定心撑件包括两对称布置并与多边形框架（38）铰接的撑腿（39）、转动安装于撑腿（39）上的滚轮（40）和连接簧（41），两撑腿（39）通过连接簧（41）弹性连接。

7.根据权利要求1所述的NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，所述阀件上转动安装有滚珠（42），所述驱动块（12）通过滚珠（42）与阀件活动连接。

8.根据权利要求1所述的NAPLs污染地下水定深采样装置，其特征在于，所述监测井管包括多个首尾可拆卸连接的管节（43），所述第一自闭阀（4）上的阀塞（16）处安装有检测探头（44）。