專利名稱：一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法，屬于水利工程領(lǐng)域，其IPC 國際專利分類號為E02B 1/00，E02D 33/00。
背景技術(shù)：
地下水定層位取樣即從地下水某一深度含水層取樣，通過定層位取樣指定含水層即時的、單一的水質(zhì)情況。目前，地下水定層位取樣已經(jīng)是地下水環(huán)境研究領(lǐng)域重要的技術(shù)手段，越來越得到重視。地下水定層位取樣裝置是一種開展下水精準采樣的重要裝置。 目前國內(nèi)的地下水定層位采樣裝置一般通過控制取樣器進水口的閉合來完成定層位采樣， 大致可以分為兩種，一種是人工控制采樣口開閉系統(tǒng)，當采樣器到達指定的層位時，開啟采樣口，水滿后則關(guān)閉采樣器進水系統(tǒng)，獲得指定層位的水樣；另一種是自動控制采樣器進水口，當采樣器到達指定層位時，注滿該層位的水樣后，離開該層位時采樣器瞬間關(guān)閉，獲得該指定層位的水樣。以上兩種裝置是目前國內(nèi)主要的定層位取樣裝置，但它們在實際的應用中存在以下問題1)傳統(tǒng)的取樣裝置獲得的水樣多是該含水層與其它含水層在井管內(nèi)的混合水樣，無法獲得指定含水層單一水樣，不能很好地反應該含水層的水質(zhì)情況；2)傳統(tǒng)的取樣裝置采取的水樣不是該含水層滲出的新鮮水樣，而是在井管中存留了一段時間的水體，不能反應該指定含水層的即時水質(zhì)情況；幻傳統(tǒng)的取樣裝置一般在采樣前開泵抽水更新水樣的模式加劇了不同含水層水樣的混合，更加無法獲得代表該指定含水層的水質(zhì)樣品，因此，需要研發(fā)一種地下水定層位取樣裝置，能夠獲得指定含水層單一的、穩(wěn)定的、即時的水質(zhì)樣品，而且還要實現(xiàn)投資較低、使用方便，可滿足于不同類型地下水監(jiān)測井的定水位取樣的需要，為推動我國地下水環(huán)境的研究提供重要設備條件和技術(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)多年的研究試驗結(jié)果，提出一種地下水定層位取樣裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種地下水定層位取樣裝置，包括支撐系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測控制裝置、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、上層位抽水泵、采樣泵和下層位抽水泵；所述支撐系統(tǒng)包括2個系統(tǒng)支撐架和系統(tǒng)支撐桿，所述2個系統(tǒng)支撐架分別設置在水井兩側(cè)，用于支撐所述系統(tǒng)支撐桿；所述運行控制系統(tǒng)包括位于所述系統(tǒng)支撐桿中部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸和位于所述系統(tǒng)支撐桿端部的系統(tǒng)控制手柄，所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸通過帶刻度的鋼絲牽引線分別與所述上層位抽水泵、 采樣泵和下層位抽水泵連接，所述控制系統(tǒng)手柄通過所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸和所述帶刻度鋼絲牽引線調(diào)節(jié)并固定所述上層位抽水泵、采樣泵和下層位抽水泵的井下放置深度，其中，所述采樣泵放置在抽樣含水層的中部位置，所述上層位抽水泵放置在抽樣含水層的上面，所述下層位抽水泵放置于抽樣含水層的下面；所述上層位抽水泵和下層位抽水泵的出水流量相等，并應當大于所述采樣泵的出水流量；所述采樣泵的出水管通過三通裝置連通所述在線監(jiān)測控制裝置和采樣泵排水管；所述在線監(jiān)測控制裝置用于固定EC值在線監(jiān)測儀、pH值在線監(jiān)測儀和ORP在線監(jiān)測儀，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監(jiān)測控制裝置的上部設有水樣采樣口，用于采取地下水水樣；所述EC值在線監(jiān)測儀、pH值在線監(jiān)測儀和ORP在線監(jiān)測儀分別與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接。優(yōu)選地，所述上層位抽水泵放置在所述采樣泵的上面1. 5m處，所述下層位抽水泵放置在所述采樣泵下面1. 5m處。優(yōu)選地，所述上層位抽水泵和下層位抽水泵的出水流量為10m3/h，所述采樣泵的出水流量為5m3/h。本發(fā)明還提供了一種地下水定層位取樣方法，包括以下步驟1)設置取樣裝置所述取樣裝置包括支撐系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、上層位抽水泵、采樣泵和下層位抽水泵；所述支撐系統(tǒng)包括2個系統(tǒng)支撐架和系統(tǒng)支撐桿，所述2個系統(tǒng)支撐分別設置在水井兩側(cè)，用于支撐所述系統(tǒng)支撐桿；所述運行控制系統(tǒng)包括位于所述系統(tǒng)支撐桿中部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸和位于所述系統(tǒng)支撐桿端部的系統(tǒng)控制手柄，所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸通過帶刻度的鋼絲牽引線分別與所述上層位抽水泵、采樣泵和下層位抽水泵連接，所述控制系統(tǒng)手柄通過所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸和所述帶刻度鋼絲牽引線調(diào)節(jié)并固定所述上層位抽水泵、采樣泵和下層位抽水泵的井下放置深度；所述采樣泵的出水管通過三通裝置連通所述在線監(jiān)測控制裝置和采樣泵排水管；所述在線監(jiān)測控制裝置用于固定EC值在線監(jiān)測儀、pH值在線監(jiān)測儀和ORP在線監(jiān)測儀，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監(jiān)測控制裝置的上部設有水樣采樣口，用于采取地下水水樣；所述 EC值在線監(jiān)測儀、pH值在線監(jiān)測儀和ORP在線監(jiān)測儀分別與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；2)固定三個抽水泵的相對位置通過所述運行控制系統(tǒng)將所述采樣泵放置在抽樣含水層的中部位置，將所述上層位抽水泵放置在抽樣含水層的上面1. 5m處，將所述下層位抽水泵放置于抽樣含水層的下面1. 5m處；3)抽水同時開啟上層位抽水泵和下層位抽水泵，采用相同的出水流量10m3/h進行抽水，運行5min后，開啟采樣泵，采樣泵采用5m3/h的出水流量；4)取樣觀察所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中EC值、PH值和ORP的變化水平，連續(xù)觀測3分鐘，等上述各指標的變幅小于5 %時，開啟所述水樣采樣口，采取水樣，分析地下水指定含水層的水質(zhì)變化規(guī)律。本發(fā)明的地下水定層位取樣裝置和取樣方法，適合于各種地下水監(jiān)測井的采樣工作，與常規(guī)地下水定層位采樣裝置和方法相比，可以避免不同含水層之間的水體混合，獲得單一層位的新鮮水質(zhì)，能夠精確地反應該層位的水質(zhì)分布規(guī)律，提高我地下水環(huán)境領(lǐng)域的研究裝備水平。本發(fā)明克服了常規(guī)地下水定層位采樣裝置采樣精度不高、其它層位水質(zhì)混合影響大的難題，采用該研究的地下水定層位取樣裝置可以很好地解決無法采取指定含水層的單一的、即時的、穩(wěn)定的水樣的問題，同時，改變了原有的手動采樣模式，大大提高了工作效率，該裝置的應用具有很高的科學價值。
四

圖1地下水定層位取樣裝置縱剖面示意圖。圖中，1為系統(tǒng)支撐架，2為支撐系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸，3為系統(tǒng)支撐架，4為系統(tǒng)控制手柄，5為水泵供電裝置，6為三通裝置，7為帶刻度的鋼絲牽引線，8為上層位和下層位抽水泵排水管，9為在線監(jiān)測系統(tǒng)供電電源，10為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，11為EC在線監(jiān)測儀，12為pH值在線監(jiān)測儀，13為ORP在線在線儀，14為在線監(jiān)測控制裝置，15為水樣采樣口，16為采樣泵排水管，17為上層位抽水泵，18為采樣泵，19為下層位抽水泵。
五具體實施例方式本發(fā)明所提供的地下水定層位取樣裝置主要區(qū)別在于擁有上層位抽水泵、下層位抽水泵，能夠很好地防止上、下層位的水體與指定含水層的水體進行混合，因而采樣精度很高、適用范圍較廣。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括支撐系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10、上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵19。所述支撐系統(tǒng)包括2個系統(tǒng)支撐架1、3和系統(tǒng)支撐桿，所述2個系統(tǒng)支撐架1、3分別設置在水井兩側(cè)，用于支撐所述系統(tǒng)支撐桿，支撐系統(tǒng)可為整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的支撐，承擔各抽水水泵的負重。水泵供電裝置5為系統(tǒng)的供電系統(tǒng)，主要為3臺抽水泵進行供電，供電系統(tǒng)采樣220V電壓。所述運行控制系統(tǒng)包括位于所述系統(tǒng)支撐桿中部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸2和位于所述系統(tǒng)支撐桿端部的系統(tǒng)控制手柄4，所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸2通過帶刻度的鋼絲牽引線7分別與所述上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵19連接，所述控制系統(tǒng)手柄4通過所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸 2和所述帶刻度鋼絲牽引線7調(diào)節(jié)并固定所述上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵 19的井下放置深度，帶刻度鋼絲牽引線7的精度為1cm。所述采樣泵18的出水管通過三通裝置6連通所述在線監(jiān)測控制裝置14和采樣泵排水管16，所述三通裝置6尺寸采用32mm 變20mm的規(guī)格。上層位、下層位抽水泵排水管8主要用于排除上層位抽水泵17、下層位抽水泵19的水體，管道直徑不小于32mm。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10主要用于采集pH值、ORP、EC值的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。所述在線監(jiān)測控制裝置14用于固定EC值在線監(jiān)測儀11、ρΗ值在線監(jiān)測儀12和ORP在線監(jiān)測儀13，并且儲存一定量的水樣樣品，其穩(wěn)定時間不小于3分鐘。所述在線監(jiān)測控制裝置14的上部設有水樣采樣口 15，用于采取穩(wěn)定的地下水水樣。所述EC值在線監(jiān)測儀11、PH值在線監(jiān)測儀12和ORP在線監(jiān)測儀13分別與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10連接。上層位抽水泵17用于抽取采樣含水層上面的水量，下層位抽水泵19用于抽取采樣含水層下面的水量，二者的抽水流量都應不小于10m3/h，而且，上層位抽水泵17與下層位抽水泵19在啟用時，應保持相同的抽水流量。采樣泵18主要用于采集指定含水層的水樣， 其流量應小于上層位抽水泵17與下層位抽水泵19的抽水流量。在本優(yōu)選的實施方式中， 所述采樣泵18放置在抽樣含水層的中部位置，所述上層位抽水泵17放置在所述采樣泵18 的上面1. 5m處，所述下層位抽水泵19放置在所述采樣泵18下面1. 5m處。，所述上層位抽水泵17和下層位抽水泵19的出水流量為10m3/h，所述采樣泵18的出水流量為5m3/h。采用本發(fā)明的取樣裝置進行取樣的方法，具體實施方式
如下首先，設置取樣裝置。根據(jù)前面所述的具體結(jié)構(gòu)、布置方式，設置取樣裝置。所述取樣裝置包括支撐系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10、上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵19 ；所述支撐系統(tǒng)包括2個系統(tǒng)支撐架1、3和系統(tǒng)支撐桿，所述2個系統(tǒng)支撐架1、3分別設置在水井兩側(cè)，用于支撐所述系統(tǒng)支撐桿；所述運行控制系統(tǒng)包括位于所述系統(tǒng)支撐桿中部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸2和位于所述系統(tǒng)支撐桿端部的系
6統(tǒng)控制手柄4，所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸2通過帶刻度的鋼絲牽引線7分別與所述上層位抽水泵 17、采樣泵18和下層位抽水泵19連接，所述控制系統(tǒng)手柄4通過所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸2和所述帶刻度鋼絲牽引線7調(diào)節(jié)并固定所述上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵19的井下放置深度；所述采樣泵18的出水管通過三通裝置6連通所述在線監(jiān)測控制裝置14和采樣泵排水管16 ；所述在線監(jiān)測控制裝置14用于固定EC值在線監(jiān)測儀11、ρΗ值在線監(jiān)測儀12和ORP在線監(jiān)測儀13，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監(jiān)測控制裝置14的上部設有水樣采樣口 15，用于采取地下水水樣；所述EC值在線監(jiān)測儀11、ρΗ值在線監(jiān)測儀12 和ORP在線監(jiān)測儀13分別與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10連接。2)固定三個抽水泵的相對位置根據(jù)指定含水層的抽水位置，在支撐系統(tǒng)上固定好上層位抽水泵17、采樣泵18、下層位抽水泵19的相對位置。通過所述運行控制系統(tǒng)將所述采樣泵18放置在抽樣含水層的中部位置，將所述上層位抽水泵17放置在抽樣含水層的上面1. 5m處，將所述下層位抽水泵19放置于抽樣含水層的下面1. 5m處。3)抽水同時開啟上層位抽水泵17和下層位抽水泵19，采用相同的出水流量 IOmVh進行抽水，運行5min后，開啟采樣泵18，采樣泵18采用5m3/h的出水流量。由于上層位抽水泵17、下層位抽水泵19的抽水流量較大，且抽水流量相等，它們不但會抽取指定含水層上、下層位的水體，指定含水層的水體也會向上層位抽水泵17、下層位抽水泵19流動，而上層位含水層、下層位含水層的水體無法向位于它們中間的指定含水層流動，系統(tǒng)運行5min后開啟采樣泵18，采樣泵18采用5m3/h的出水流量，因為采樣泵18的流量小于上層位抽水泵17、下層位抽水泵19的出水流量，它只能抽取指定含水層的水樣，4)取樣此時觀察數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10中EC (電導率)、pH值、ORP (氧化還原電位) 等指標的變化水平，連續(xù)觀測3分鐘，等各指標的變幅小于5%時，開啟水樣采樣口 15，采取水樣，分析地下水指定含水層的水質(zhì)變化規(guī)律。
權(quán)利要求
1.一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法，包括支撐系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)、上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)；所述支撐系統(tǒng)包括2個系統(tǒng)支撐架(1、3)和系統(tǒng)支撐桿，所述2個系統(tǒng)支撐架(1、3)分別設置在水井兩側(cè)，用于支撐所述系統(tǒng)支撐桿；所述運行控制系統(tǒng)包括位于所述系統(tǒng)支撐桿中部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸(2)和位于所述系統(tǒng)支撐桿端部的系統(tǒng)控制手柄G)，所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸 (2)通過帶刻度的鋼絲牽引線(7)分別與所述上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)連接，所述控制系統(tǒng)手柄(4)通過所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸( 和所述帶刻度鋼絲牽引線(7)調(diào)節(jié)并固定所述上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)的井下放置深度，其中，所述采樣泵(18)放置在抽樣含水層的中部位置，所述上層位抽水泵(17)放置在抽樣含水層的上面，所述下層位抽水泵(19)放置于抽樣含水層的下面；所述上層位抽水泵(17)和下層位抽水泵(19)的出水流量相等，并應當大于所述采樣泵(18)的出水流量； 所述采樣泵(18)的出水管通過三通裝置(6)連通所述在線監(jiān)測控制裝置(14)和采樣泵排水管(16)；所述在線監(jiān)測控制裝置(14)用于固定EC值在線監(jiān)測儀(11)、ρΗ值在線監(jiān)測儀 (12)和ORP在線監(jiān)測儀(13)，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監(jiān)測控制裝置(14)的上部設有水樣采樣口(15)，用于采取地下水水樣；所述EC值在線監(jiān)測儀(11)、ρΗ值在線監(jiān)測儀(1 和ORP在線監(jiān)測儀(1 分別與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水定層位取樣裝置，其特征在于所述上層位抽水泵(17)放置在所述采樣泵(18)的上面1.5m處，所述下層位抽水泵(19)放置在所述采樣泵(18)下面1.5m處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的地下水定層位取樣裝置，其特征在于所述上層位抽水泵(17)和下層位抽水泵(19)的出水流量為10m3/h，所述采樣泵(18)的出水流量為5m3/h。
4.一種地下水定層位取樣方法，包括以下步驟1)設置取樣裝置所述取樣裝置包括支撐系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)、上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)；所述支撐系統(tǒng)包括2個系統(tǒng)支撐架(1、；3)和系統(tǒng)支撐桿，所述2個系統(tǒng)支撐架(1、；3)分別設置在水井兩側(cè)， 用于支撐所述系統(tǒng)支撐桿；所述運行控制系統(tǒng)包括位于所述系統(tǒng)支撐桿中部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸(2)和位于所述系統(tǒng)支撐桿端部的系統(tǒng)控制手柄G)，所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸(2)通過帶刻度的鋼絲牽引線(7)分別與所述上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)連接，所述控制系統(tǒng)手柄(4)通過所述控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)軸(2)和所述帶刻度鋼絲牽引線(7)調(diào)節(jié)并固定所述上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)的井下放置深度；所述采樣泵(18)的出水管通過三通裝置(6)連通所述在線監(jiān)測控制裝置(14)和采樣泵排水管 (16)；所述在線監(jiān)測控制裝置(14)用于固定EC值在線監(jiān)測儀(11)、ρΗ值在線監(jiān)測儀(12) 和ORP在線監(jiān)測儀(13)，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監(jiān)測控制裝置(14)的上部設有水樣采樣口(15)，用于采取地下水水樣；所述EC值在線監(jiān)測儀(11)、ρΗ值在線監(jiān)測儀 (12)和ORP在線監(jiān)測儀(13)分別與所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)連接；2)固定三個抽水泵的相對位置通過所述運行控制系統(tǒng)將所述采樣泵(18)放置在抽樣含水層的中部位置，將所述上層位抽水泵(17)放置在抽樣含水層的上面1. 5m處，將所述下層位抽水泵(19)放置于抽樣含水層的下面1. 5m處；3)抽水同時開啟上層位抽水泵(17)和下層位抽水泵(19)，采用相同的出水流量10m3/h進行抽水，運行5min后，開啟采樣泵(18)，采樣泵(18)采用5m3/h的出水流量；4)取樣觀察所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(10)中EC值、pH值和ORP的變化水平，連續(xù)觀測3分鐘，等上述各指標的變幅小于5 %時，開啟所述水樣采樣口(1 ，采取水樣，分析地下水指定含水層的水質(zhì)變化規(guī)律。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法，屬于水利工程領(lǐng)域，其IPC國際專利分類號為E02B 1/00，E02D 33/00。本發(fā)明的取樣裝置包括支撐系統(tǒng)、運行控制系統(tǒng)、在線監(jiān)測控制裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10、上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵19，將所述采樣泵18放置在抽樣含水層的中部位置，將所述上層位抽水泵17放置在抽樣含水層的上面，將所述下層位抽水泵19放置于抽樣含水層的下面。本發(fā)明克服了常規(guī)地下水定層位采樣裝置采樣精度不高、其它層位水質(zhì)混合影響大的難題，采用本發(fā)明的地下水定層位取樣裝置和取樣方法，可以很好地解決無法采取指定含水層的單一的、即時的、穩(wěn)定的水樣的問題，同時，改變了原有的手動采樣模式，大大提高了工作效率，該裝置的應用具有很高的科學價值。
文檔編號G01N1/14GK102507264SQ20111029965
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者劉洪祿, 吳文勇, 尹世洋, 邸蘇闖 申請人:北京市水利科學研究所