CN203231905U - 用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器 - Google Patents

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高艳丽
黄巍
花菲
全燕苹
南亚坤
刘岩
王璇
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Abstract

本实用新型提供了一种用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器，本实用新型所述锥形头的上端与采样管的下端固接，液氮导入管设置在采样管内，液氮导入管和排气接头分别与端盖5固接，排气接头的下端与采样管相连通，采样管的上端与端盖螺纹连接，采样管和端盖之间设有密封垫，端盖上设有缆绳孔。本实用新型相对于普通重力式柱状采样器受限的取样深度，其最大取样深度可达到1.5m，扩大了底泥取样的深度范围。相对于冰冻剂为干冰的冰冻采样器，采样管径粗细合适，对松散和硬质沉积物都适用，扩大了适用范围，且成本低廉、取样快速便捷。本实用新型采样器对底泥的扰动较小，能极大地保留不同深度沉积物的原状性，提高了沉积物样品分析的准确性。

Description

用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器
技术领域
本实用新型涉及一种用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器，属于冰冻取样器技术领域。
背景技术
河流或湖泊的底泥是由粘土、粉砂、砂、有机物或各种矿物质组成的沉积于水体底部区域的泥状物。对于河道而言，底泥主要来源于土壤的侵蚀作用、动植物机体的分解以及排入河道的污水中所含的颗粒物。外源物质进入湖泊，并沉积于底泥中。作为河流、湖泊的污染物的主要蓄积库，底泥不仅可以直接反映水体的污染历史，而且在一定条件下底泥中的污染物也可以通过解吸、溶解、生物分解等作用，向上覆水体释放各种污染物，是水体二次污染的重要来源，对人类健康和环境构成严重威胁。因此，作为污染的源，了解源的污染现状是治理河流、湖泊、港湾等水体污染的第一步，而底泥采样器为分析河流或湖泊底泥污染奠定了基础。目前研制开发的沉积物柱芯采样器种类繁多，主要有重力采样器、活塞式采样器、连杆式采样器以及钻进式采样器等。应用较多的是重力式采样器和活塞式采样器。现将国内外主要的底泥采样器简介如下：
重力式柱状取样器，国内外常用的重力式柱状取样器适用水深5米以内，采样器一般长1m，主要部件包括切割头、PVC采样管、延长杆、击打手柄、提升装置等。其工作原理是：在采样前，切割头安装在采样管底部，垫圈安装在顶部且切割头和垫圈用带子紧密连接以箍紧采样管。这种构造可用的采样管最大为1.5米。切割头里安装有橡胶隔膜，可以在一定压力下膨胀并完全关闭切割头以保证采样器提起时样品完好保存。扩展连接杆和顶部的锤击头，可以将采样器插入到底泥中。切割头中活塞的使用，避免了采样器对样品产生压缩。采样器采集的样品压缩率最大只有4～5％，其它的采样系统通常会压缩30％以上。
采样管被密封以后，通过使用额外的水-气动排放和分离系统，样品可以再细分成10cm长度的小段样品，并用于化学分析等领域。保持样品原始的剖面结构和密度。主要优势在于：充分的直径空间，减少样品的交叉分散。采样器轻便，简单易用，可在一天内采集很多样品。小型压力泵和大型的软管连接器的使用，使系统具有最大的灵活性和广泛应用。可以用于各种不同类型的沉积物，从非常松软无粘性的，到非固化的沙地，也与土壤的层次无关。
然而，重力式柱状取样器仍存在一些问题，主要表现在：(1)采样时存在部分扰动，有时甚至会破坏沉积物层序；(2)采样方式单一，对不同采样环境的综合适应性较差，特别是无法满足不同水深条件下的采样工作。
活塞式柱状取样器，该取样器能到达水体底部淤泥较深处采集淤泥，对淤泥分层分析更佳。活塞式柱状取样器用于从软的、沙质和中等硬度的水体底部取样，使用非常简单且在浅水和深水中都适用。原理：当采样器下水时候，采样器顶端会自动向外排出空气和水，当采样器进入水底，进入泥中的时候，水会完全排除，此时向上拉采样器，在活塞的作用下透明采样管成真空状态，保证采样管里的淤泥不往外漏。
活塞式柱状取样器仍有一些不足，国内常用的活塞式柱状采样器的取样长度约为0.6～1m，使用该设备无法满足对于更深的沉积物的取样工作。另外，为满足取样工作，活塞式柱状取样器的材质多为塑料，对有机污染的底泥分析工作有一定影响，且现场取样时容易变形，对较为坚硬的沉积物取样也难以顺利完成。
冰冻取样器，冰冻取样技术主要是为了解决湖泊、水库等水域浅层沉积物的取样问题。所使用的冷冻方法多数是干冰加酒精溶液，以获取高品质非扰动淤泥质样品和界面水样品。其工作原理是：在取样头内装冷冻液，依靠重力贯入沉积层，停留一定时间后，由于冷冻液汽化带走热量，样品被冻结在取样器的外表面(片状样品)或者内腔室(柱状样品)，从而获得原状的沉积物样品和界面。
冰冻取样器的缺点是：(1)采样器进入底泥后，若干冰量不足，还需将采样器拉出水面，补充干冰后继续采样；(2)对不同季节的适用性较差，如在夏季，干冰极易挥发，增加取样难度；(3)由于采用干冰填充采样管或切割头，采样器设计比较粗，对于比较硬的底泥，采样器进入底泥的难度较大。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有底泥沉积物取样器的取样深度小、样品原状保留性差的问题，进而提供一种用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器，包括：锥形头、采样管、液氮导入管、密封垫、端盖和排气接头，所述锥形头的上端与采样管的下端固接，液氮导入管设置在采样管内，液氮导入管和排气接头分别与端盖5固接，排气接头的下端与采样管相连通，采样管的上端与端盖螺纹连接，采样管和端盖之间设有密封垫，端盖上设有缆绳孔。
本实用新型的有益效果是：
一、本实用新型结构简单，相对于普通重力式柱状采样器受限的取样深度(约0.8～1m)，本实用新型的最大取样深度可达到1.5m，扩大了底泥取样的深度范围。
二、本实用新型相对于冰冻剂为干冰的冰冻采样器，采样管径粗细合适，对松散和硬质沉积物都适用，扩大了适用范围，且成本低廉、取样快速便捷。
三、相对于重力式柱状采样器，本实用新型采样器对底泥的扰动较小，能极大地保留不同深度沉积物的原状性，提高了沉积物样品分析的准确性。
四、传统沉积物冰冻采样器使用干冰和酒精为冰冻剂，对干冰大小要求严格且干冰易挥发，不易携带，采样工作易受天气影响。本实用新型使用液氮作为冰冻剂，携带方便，不受天气影响。
附图说明
图1为本实用新型的用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器的结构示意图；
图2为端盖5的剖面结构示意图；
图3为图2的A向视图；
图4为敲击帽8的剖面结构示意图；
图5为图4的B向视图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本实用新型的保护范围不限于下述实施例。
如图1～图5所示，本实施例所涉及的一种用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器，包括：锥形头1、采样管2、液氮导入管3、密封垫4、端盖5和排气接头6，所述锥形头1的上端与采样管2的下端固接，液氮导入管3设置在采样管2内，液氮导入管3和排气接头6分别与端盖5固接，排气接头6的下端与采样管2相连通，液氮导入管3通过耐低温不锈钢软管与氮气罐相连，排气接头6顶部与特氟龙软管密封连接至水面以上，采样管2的上端与端盖5螺纹连接，采样管2和端盖5之间设有密封垫4，端盖5上设有缆绳孔9。
进一步的，还包括延长杆7和敲击帽8，所述延长杆7的下端通过外螺纹与端盖5的上端旋接，液氮导入管3的顶部与延长杆7相通，延长杆7的顶部与敲击帽8旋接。延长杆7为内部中空管，管径和采样管2保持一致，根据采样深度确定是否需要延长杆及延长杆的数量；敲击帽8为空心设计，可嵌套在延长杆7一端用于重力锤击，同时也有一定的导正作用。延长杆与采样器可灵活配合使用，扩宽了底泥的采样范围。
所述采样管2的内径为80mm，壁厚为3mm，粗细适宜，既能保证采样管顺利下移，又不会因压力增加而瞬间变形。
所述锥形头1、采样管2、液氮导入管3、端盖5、排气接头6、延长杆7和敲击帽8均为不锈钢材料制成。
使用方法：在船上或操作平台上将采样管和端盖连接好并用缆绳将端盖固定且保持采样器为垂直状态，接好液氮罐与耐低温不锈钢软管及特氟龙软管与排气接头后，采样器在自身重力的作用下，可在水中竖直下落。当采样管下沉到沉积物界面时，采样管在采样器自身重力作用下插入沉积物中。若采样深度较深，考虑在采样管上端增加延长杆。在沉积物较为致密的情况下，需增加锤击系统，在延长杆顶端搭配敲击帽，人工锤击敲击帽，使采样管插入致密的沉积物中，增加采集沉积物的深度。到达指定深度后，开启液氮阀门，往采样管中充入液氮，充入预设体积后，静置10～30min，待底泥在采样管外壁冻结后，用缆绳将采样器拔出完成采样过程。
底泥样品由于冰冻均粘附在采样管的外壁上，在采样管拔出后，可基本保持所采样品为底泥为原状样品，且样品附着在采样器外壁，可直接观测底泥样品的垂直分布极大地提高了样品的可观测性特征。取样时，待液氮彻底挥发后，向采样管中灌入热水，即可将底泥形成的环状柱子从采样器脱离出来，并用分样刀刮去表层受扰动的底泥，按不同深度取样研究。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本实用新型整体构思下的不同实现方式，而且本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器，包括：锥形头(1)、采样管(2)、液氮导入管(3)、密封垫(4)、端盖(5)和排气接头(6)，其特征在于，所述锥形头(1)的上端与采样管(2)的下端固接，液氮导入管(3)设置在采样管(2)内，液氮导入管(3)和排气接头(6)分别与端盖(5)固接，排气接头(6)的下端与采样管(2)相连通，采样管(2)的上端与端盖(5)螺纹连接，采样管(2)和端盖(5)之间设有密封垫(4)，端盖(5)上设有缆绳孔(9)。
2.根据权利要求1所述的用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器，其特征在于，还包括延长杆(7)和敲击帽(8)，所述延长杆(7)的下端通过外螺纹与端盖(5)的上端旋接，液氮导入管(3)的顶部与延长杆(7)相通，延长杆(7)的顶部与敲击帽(8)旋接。
3.根据权利要求2所述的用于河流或湖泊不同深度底泥的冰冻取样器，其特征在于，所述采样管(2)的内径为80mm，壁厚为3mm。
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