CN203231913U

CN203231913U - 一种原位定量采集底泥上覆水装置

Info

Publication number: CN203231913U
Application number: CN 201320106619
Authority: CN
Inventors: 张敏; 皮坤; 李庚辰; 熊鹰; 李娟�
Original assignee: Huazhong Agricultural University
Current assignee: Huazhong Agricultural University
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2023-03-08

Abstract

本实用新型公开了一种原位定量采集底泥—上覆水装置，在密闭箱体一周用四块箱板线段黏贴上四块支撑底板，在密闭箱体一周四块箱板下端，黏贴四个提升耳朵，在密闭箱体上端分别有补水装置、搅动装置和自吸装置，补水装置中补水拉环与补水浮标相连，补水装置的补水卡子固定在补水卡子固定环上，补水装置补水盖和补水装置补水皮垫通过补水拉环下端连接固定，搅动装置控制板通过导线与搅动装置固定手柄连接，搅动装置固定手柄下端与搅动装置搅拌桨相连，自吸装置抽水口与自吸装置的集水装置相连，搅动装置位于密闭箱体上端，补水装置和自吸装置位于搅动装置的两边。结构简单，使用方便，缩短试验时间，节省了大量的人力和物力，同时能够保证试验成功。

Description

一种原位定量采集底泥上覆水装置

技术领域

本实用新型属于环境监测领域，具体涉及一种原位定量采集底泥上覆水装置。本装置多适用于浅水生态系统，例如：浅水湖泊、养殖池塘、海湾、河流、水库、潮间带等。

背景技术

健康浅水生态系统发挥着保护生物多样性、调节气候、防洪、提供动植物栖息地及涵养水源与净化水体等生态功能。浅水生态系统土壤生源要素(氮、磷、各种有机质等)循环过程与归宿密切影响着健康生态系统的维持及其生态功能的发挥。水体沉积物是氮、磷、有机质、重金属等元素重要的蓄积库，生物沉降（浮游生物碎屑、残饵及养殖生物的排泄物）使大量氮磷等营养盐进入沉积物中，这些营养盐在特定环境条件下又扩散释放进入到上覆水中，重新参与氮磷的再循环。沉积物—水界面作为水体环境中水相、沉积物相间的转换界面，是地球化学循环和生物体系之间物质耦合的最初场所，水体底层营养盐、有机质、重金属等物质通量可以反映底质和水质的变化规律。

营养盐、有机质和重金属在沉积物‐海水界面交换速率的影响因素有扩散过程、沉淀(矿化)‐溶解、吸附‐解吸、温度、溶解氧浓度、上覆水营养盐、有机质和重金属的浓度、生物活动、沉积物粒度、矿物和化学组成等，此外也受实验处理数据方法的影响，还与间隙水中营养盐、有机质和重金属浓度有关。

对浅水生态系统营养盐、有机质、重金属合理的调节和正确的管理是保证浅水生态系统健康和功能完善，同时对污染水体的修复实践必须建立在对水体底泥及上覆水营养盐、有机质重金属状况深入了解的基础上。本装置就是对沉积物—水界面间营养盐、有机质、重金属通量进行原位持续监测，可以反映水体底质以及水质的变化规律，进而揭示浅水生态系统这一特殊湿地沉积环境中的地球化学行为，为保护浅水生态系统健康提供参考和依据。

目前，对沉积物中营养盐、有机质和重金属的研究，一方面是直接采取底泥作为实验对象；另一方面是采集底泥后通过离心获得间隙水后加以研究；再一方面就是直接采取底层水、中层水和表层水作为实验对象。缺少一种直接采集沉积物—水界面的水体作为实验对象的方法，而这个界面的水体是地球化学循环和生物体系之间物质耦合的最初场所，具有十分重要的研究意义。因此，目前还尚无一套成熟精确采集沉积物—水界面的水体的方法和装置被公开和使用。

发明内容

针对现有的人工采取上覆水方式存在的不足，本实用新型的目的是在于提供了一种原位连续定量采集底泥上覆水的装置，结构简单，使用方便，能够较好模拟浅水水体的自然特征，保证了沉积物营养盐、有机质、重金属在上覆水中扩散的真实状况；同时该装置能够保证采集水体的理化性质不受人为操作的干扰；另外该装置可以保证持续性采集上覆水水体。

为了实现上述的目的,本实用新型采用以下技术措施:

本实用新型其构思是：在一个固定体积的装置内，模拟浅水生态系统的较为本真状况，利用自吸原理在不扰动底泥的前提下采集沉积物—上覆水的水体，为了保证装置处于沉积物表层，设计出了支撑底板的结构。其原理符合现场原位模式、结构相对简单，造价低廉，可以为大多数科研单位装备。

一种原位连续定量采集底泥上覆水的装置（简称试验装置），根据图1可知，该装置包括：支撑底板、密闭装置、补水装置、自吸装置、提升和浮标装置、搅动装置。其特征在于：装置的主体为一个底端敞开的密闭箱体，在密闭箱体2一周用四块箱板线段黏贴上四块支撑底板，在密闭箱体一周四块箱板下端中间位子，黏贴四个提升耳朵，在密闭箱体上端分别有补水装置、搅动装置和自吸装置，其中补水装置中补水拉环与补水浮标相连，补水装置的补水卡子是固定在补水卡子固定环上，补水装置补水盖和补水装置补水皮垫是通过补水拉环下端的螺母连接固定在一起；搅动装置控制板通过导线与搅动装置固定手柄连接，搅动装置固定手柄下端与搅动装置搅拌桨相连；自吸装置抽水口一边是和自吸装置的集水装置相连，自吸装置的集水装置另一端是与自吸泵的进水口相连。其中，搅动装置位于密闭箱体的正上端中间，补水装置和自吸装置分别位于搅动装置的两边。

（1）所述的支撑底板（如图1所示）是用有机玻璃制作的板状物，起着支撑整个装置覆在沉积物上部，避免下陷的作用；制作中可以根据沉积物的性质和底部的特质做出调整（厚度和长宽），以保证装置处在一个水平位置，并且保证采集的样品是上覆水。

（2）所述的密闭箱体（如图1所示）是采用有机玻璃做成，为下端开口的有机箱体，密闭箱体的大小和形状可根据实验需要做出调整，可为长方体、正方体等。

（3）所述的补水装置（如图4所示）：包括补水盖、补水拉环、补水卡子、补水浮标、补水皮垫、水卡子固定环。补水装置中补水拉环是与补水浮标相连，补水装置的补水卡子是固定在补水卡子固定环上，补水装置补水盖和补水装置补水皮垫是通过补水拉环下端的螺母连接固定在一起。本装置采用的人工操作补水，在水下时候进水口被盖子紧紧封住（补水盖下端还加皮垫，保证密封性），补水装置补水盖用三个补水卡子卡住（保证不能往外拉出），补水装置补水盖上面牵出一个补水浮标，在每次采完样品以后，轻轻向上拉动补水浮标，就完成补水任务。补水孔径的大小要根据装置的大小来具体设计。

（4）所述的自吸装置4（如图3所示）：包括自吸装置抽水口、集水装置、水管、自吸泵泵体。自吸装置抽水口一边是和自吸装置的集水装置相连，自吸装置的集水装置另一端是与自吸泵的进水口相连。集水装置下端集水阀距离支撑底板的垂直距离1厘米左右（保证采集水样为上覆水）根据装置的大小、采集样品的量以及自吸的距离和深度来选择自吸泵的型号（例如：ZW25-8-15，ZW50-10-20等）和皮管的径度。

（5）所述的提升和浮标装置（如图6所示）：包括提升浮标、提升拉环、平稳拉环、提升绳索、提升耳朵。其中平稳拉环通过提升绳索与提升耳朵相连，提升拉环和平稳拉环相连，提升浮标通过绳索与提升拉环相连。四个有机玻璃做的半月形耳朵，不仅美观，而且能够保证装置的水平稳定，提升用的绳索选用的是耐腐、耐磨的塑料绳，四个耳朵牵出的绳子在保证装置平稳的前提下被一个圆形挂钩固定，从而保证平稳和使用简便。挂钩上面牵出提升浮标（与补水浮标相区别），起标记和提升作用。

（6）所述的搅动装置（如图5所示）：包括搅动装置控制板、导线、搅动装置固定手柄、搅动装置搅拌桨。搅动装置控制板通过导线与搅动装置固定手柄连接，搅动装置固定手柄下端与搅动装置搅拌桨相连；在密闭装置的顶部中间位置安装一个可调速性的搅动装置，包括水下的搅动棒和水上的控制器，根据浅水环境的流速加以调试，尽可能的接近真实环境，减小实验误差。

一种原位连续定量采集底泥上覆水的方法（简称试验方法），其步骤是:

（1）装置的组装：按照图一方式进行组装。密闭装置为一个下端为空的有机箱体；支撑底板位于密闭装置的下端，在箱体一周四块箱板外端加以粘固四块有机玻璃板；提升装置位于密闭装置四周箱板的正中，同时也位于粘附与支撑底板的正中，保证箱体提升的平稳性；补水装置、搅动装置和自吸装置都贯穿于密闭箱体的顶端，其中搅动装置位于箱体的正中间，补水装置和自吸装置分别位于补水装置的两端（箱体对角线三等分点处），补水装置的上端通过合适尺径的皮管与自吸泵相连，搅动专职通过导线与外边的调速控制端相连接，补水装置处的补水拉环通过绳子连接补水浮标，同时在贯穿处和连接处保证其密闭性。

（2）装置的调试：实验前检查装置的完整性和密闭性，保证装置的水平放置；开启自吸装置，检测能否顺利吸出水样；轻轻提升补水装置的补水拉环，检测是否能够顺利补水；测试水体的流速，设定可调速搅动装置的搅动速度；垂直提起提升装置，检测装置是否能够水平放置；

（3）样品的采集：通过提升装置将其水平放入水体中（补水拉环打开），打开搅动装置，静待一段，等水体环境稳定以后，利用自吸装置定量采集水样，采集结束以后，轻拉补水浮标进行补水，补水结束以后，松开浮标即可，然后将水样按照标准方法处理保存。试验24小时后，第二次利用自吸装置定量采集水样，如果是连续性试验，则继续轻拉补水浮标进行补水，如果试验结束则通过提升装置将其提起收回。

工作原理：

利用支撑底板的浮力作用可以保证该装置处于沉积物的表面；利用可调速搅动装置可以对箱体内的水体赋予外部的流速；利用自吸泵的自吸原理可以将装置内的水体抽出，同时自吸装置下端的虑阀可以保证在不扰动沉积物的前提下完成水样采集；利用水的压力和浮标的浮力作用可以实现补水。

本实用新型具有以下优点和积极效果：

1.直接在沉积物—水界面进行取样，这个界面是水相、沉积物相间的转换界面，是地球化学循环和生物体系之间物质耦合的最初场所，实验结果更加的真实可靠，填补了目前该项研究中的空白。

2.采集方法简便，采集装置制作简单，大量缩短试验时间，节省了大量的人力和物力，同时能够保证试验成功。

附图说明

图1为一种原位定量采集底泥上覆水的装置的整个结构示意图；

图2为一种装置剖面结构示意图；

图3为一种自吸装置结构示意图；

图4a为一种补水装置的剖面结构示意图；

图4b为一种补水装置补水盖的结构示意图；

图4c为一种补水装置的俯视结构示意图；

图5为搅动装置结构示意图；

图6为一种提升装置的示意图。

其中:1—支撑底板，2—密闭装置，3—补水装置，4—自吸装置，5—提升和浮标装置，6—搅动装置，7—自吸装置抽水口，8—自吸装置的集水装置，9—水管，10—自吸泵的进水口，11—自吸泵泵体，12—自吸泵出水口，13—补水装置补水盖，14—补水装置补水拉环，15—补水装置的补水卡子，16—补水装置补水浮标，17—补水装置的补水皮垫，18—补水卡子固定环，19—搅动装置控制板，20—搅动装置连接导线，21—搅动装置固定手柄，22—搅动装置搅拌桨，23—提升装置的提升浮标，24—提升拉环，25—平稳拉环，26—提升绳索，27—提升耳朵。

具体实施方式

实施例1:

一种原位连续定量采集底泥上覆水的装置（简称试验装置）,根据图1可知，该装置包括：支撑底板1，密闭装置2，补水装置3，自吸装置4，提升和浮标装置5，搅动装置6。装置的主体为一个底端敞开的密闭箱体2，在密闭箱体2一周用四块箱板线段粘贴上四块支撑底板1，在密闭箱体2的一周四块箱板下端与支撑底板1相结合处正中间处黏贴四个提升耳朵27，在密闭箱体2上端分别与补水装置3、搅动装置6和自吸装置4相连，其中搅动装置6位于箱体的正中间，补水装置3和自吸装置4分别装在搅动装置6的两边。

其特征在于：装置的主体为一个底端敞开的密闭箱体2，在密闭箱体2一周用四块箱板线段黏贴上四块支撑底板1，在密闭箱体2一周四块箱板下端中间位子，黏贴四个提升耳朵27，在密闭箱体2上端分别有补水装置3、搅动装置6和自吸装置4，其中补水装置3中补水拉环14与补水浮标16相连，补水装置的补水卡子15是固定在补水卡子固定环18上，补水装置补水盖13和补水装置补水皮垫17是通过补水拉环14下端的螺母连接固定在一起；搅动装置控制板19通过导线20与搅动装置固定手柄21连接，搅动装置固定手柄21下端与搅动装置搅拌桨22相连；自吸装置抽水口7一边是和自吸装置的集水装置8相连，另一端是与自吸泵的进水口10相连。其中，搅动装置6位于密闭箱体2的正上端中间，补水装置3和自吸装置4分别位于搅动装置6的两边。

（1）支撑底板1（如图1所示）是用有机玻璃制作的板状物，起着支撑整个装置覆在沉积物上部，避免下陷的作用；制作中可以根据沉积物的性质和底部的特质做出调整（厚度和长宽），以保证装置处在一个水平位置，并且保证采集的样品是上覆水。

（2）密闭箱体2（如图1所示）是采用有机玻璃做成，为下端开口的有机箱体，密闭箱体的大小和形状可根据实验需要做出调整，可为长方体、正方体等。

（3）补水装置3（如图4所示）：包括补水盖13、补水拉环14、补水卡子15、补水浮标16、补水皮垫17、水卡子固定环18。补水装置中补水拉环14是与补水浮标16相连，补水装置的补水卡子15是固定在补水卡子固定环18上，补水装置补水盖13和补水装置补水皮垫17是通过补水拉环14下端的螺母连接固定在一起。本装置采用的人工操作补水，在水下时候进水口被盖子紧紧封住（补水装置补水盖13下端还加皮垫，保证密封性），补水装置补水盖13用三个补水卡子15卡住（保证不能往外拉出），补水装置补水盖13上面牵出一个补水浮标16，在每次采完样品以后，轻轻向上拉动补水浮标16，就完成补水任务。补水孔径的大小要根据装置的大小来具体设计。

（4）自吸装置4（如图3所示）：包括自吸装置抽水口7、集水装置8、水管9、自吸泵泵体11。自吸装置抽水口7一边是和自吸装置的集水装置8相连，另一端是与自吸泵的进水口10相连。集水装置8下端集水阀距离支撑底板1的垂直距离1厘米左右（保证采集水样为上覆水）根据装置的大小、采集样品的量以及自吸的距离和深度来选择自吸泵的型号（例如：ZW25-8-15，ZW50-10-20 等）和皮管的径度。

（5）提升和浮标装置5（如图6所示）：包括提升浮标23、提升拉环24、平稳拉环25、提升绳索26、提升耳朵27。其中平稳拉环25通过提升绳索26与提升耳朵27相连，提升拉环24和平稳拉环25相连，提升浮标23通过绳索与提升拉环相连。四个有机玻璃做的半月形耳朵，不仅美观，而且能够保证装置的水平稳定，提升用的绳索选用的是耐腐、耐磨的塑料绳，四个耳朵牵出的绳子在保证装置平稳的前提下被一个圆形挂钩固定，从而保证平稳和使用简便。挂钩上面牵出提升浮标（与补水浮标相区别），起标记和提升作用。

（6）搅动装置6（如图5所示）：包括搅动装置控制板19、导线20、搅动装置固定手柄21、搅动装置搅拌桨22。搅动装置控制板19通过导线20与搅动装置固定手柄21连接，搅动装置固定手柄21下端与搅动装置搅拌桨22相连；在密闭装置的顶部中间位置安装一个可调速性的搅动装置，包括水下的搅动棒和水上的控制器，根据浅水环境的流速加以调试，尽可能的接近真实环境，减小实验误差。

Claims

1.一种原位定量采集底泥上覆水装置，包括支撑底板（1）、密闭装置（2）、补水装置（3）、自吸装置（4）、提升和浮标装置（5）、搅动装置（6），其特征在于：装置的主体为一个底端敞开的密闭箱体（2），在密闭箱体（2）一周用四块箱板线段黏贴上四块支撑底板（1），在密闭箱体（2）一周四块箱板下端中间，黏贴四个提升耳朵（27），在密闭箱体（2）上端分别有补水装置（3）、搅动装置（6）和自吸装置（4），补水装置（3）中补水拉环（14）与补水浮标（16）相连，补水装置的补水卡子（15）固定在补水卡子固定环（18）上，补水装置补水盖（13）和补水装置补水皮垫（17）通过补水拉环（14）下端的螺母连接固定，搅动装置控制板（19）通过导线（20）与搅动装置固定手柄（21）连接，搅动装置固定手柄（21）下端与搅动装置搅拌桨（22）相连，自吸装置抽水口（7）与自吸装置的集水装置（8）相连，自吸装置抽水口（7）另一端是与自吸泵的进水口（10）相连，搅动装置（6）位于密闭箱体（2）上端，补水装置（3）和自吸装置（4）分别位于搅动装置（6）的两边。

2.根据权利要求1所述的一种原位定量采集底泥上覆水装置，其特征在于：所述的支撑底板（1）是用有机玻璃制作的板状物。

3.根据权利要求1所述的一种原位定量采集底泥上覆水装置，其特征在于：所述的密闭箱体（2）采用有机玻璃制作，为下端开口的有机箱体，密闭箱体（2）为长方体或正方体。

4.根据权利要求1所述的一种原位定量采集底泥上覆水装置，其特征在于：所述的补水装置（3）包括补水盖（13）、补水拉环（14）、补水卡子（15）、补水浮标（16）、补水皮垫（17）、水卡子固定环（18），补水装置中补水拉环（14）与补水浮标（16）相连，补水装置的补水卡子（15）固定在补水卡子固定环（18）上，补水装置补水盖（13）和补水装置补水皮垫（17）通过补水拉环（14）下端的螺母连接固定，补水装置补水盖（13）用三个补水卡子（15）卡住，补水装置补水盖（13）上面牵出一个补水浮标（16）。

5.根据权利要求1所述的一种原位定量采集底泥上覆水装置，其特征在于：所述的自吸装置（4）包括自吸装置抽水口（7）、集水装置（8）、水管（9）、自吸泵泵体（11），自吸装置抽水口（7）与自吸装置的集水装置（8）相连，另一端与自吸泵的进水口（10）相连，集水装置（8）下端集水阀距离支撑底板（1）垂直。

6.根据权利要求1所述的一种原位定量采集底泥上覆水装置，其特征在于：所述的提升和浮标装置（5）包括提升浮标（23）、提升拉环（24）、平稳拉环（25）、提升绳索（26）、提升耳朵（27），平稳拉环（25）通过提升绳索（26）与提升耳朵（27）相连，提升拉环（24）和平稳拉环（25）相连，提升浮标（23）通过绳索与提升拉环（24）相连。

7.根据权利要求1所述的一种原位定量采集底泥上覆水装置，其特征在于：所述的搅动装置（6）包括搅动装置控制板（19）、导线（20）、搅动装置固定手柄（21）、搅动装置搅拌桨（22），搅动装置控制板（19）通过导线（20）与搅动装置固定手柄（21）连接，搅动装置固定手柄（21）下端与搅动装置搅拌桨（22）相连，在密闭装置的顶部中间位置安装一个可调速性的搅动装置（6）。