專利名稱：一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法
技術領域：
本發明涉及一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法，屬于水利工程領域，其IPC 國際專利分類號為E02B 1/00，E02D 33/00。
背景技術：
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、單一的水質情況。目前，地下水定層位取樣已經是地下水環境研究領域重要的技術手段，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，當采樣器到達指定的層位時，開啟采樣口，水滿后則關閉采樣器進水系統，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閉，獲得該指定層位的水樣。以上兩種裝置是目前國內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情況；2)傳統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情況；幻傳統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樣品，因此，需要研發一種地下水定層位取樣裝置，能夠獲得指定含水層單一的、穩定的、即時的水質樣品，而且還要實現投資較低、使用方便，可滿足于不同類型地下水監測井的定水位取樣的需要，為推動我國地下水環境的研究提供重要設備條件和技術支撐。
發明內容
本發明根據多年的研究試驗結果，提出一種地下水定層位取樣裝置。本發明的技術方案是一種地下水定層位取樣裝置，包括支撐系統、運行控制系統、在線監測控制裝置、 數據采集系統、上層位抽水泵、采樣泵和下層位抽水泵；所述支撐系統包括2個系統支撐架和系統支撐桿，所述2個系統支撐架分別設置在水井兩側，用于支撐所述系統支撐桿；所述運行控制系統包括位于所述系統支撐桿中部的控制系統轉軸和位于所述系統支撐桿端部的系統控制手柄，所述控制系統轉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，所述控制系統手柄通過所述控制系統轉軸和所述帶刻度鋼絲牽引線調節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測控制裝置和采樣泵排水管；所述在線監測控制裝置用于固定EC值在線監測儀、pH值在線監測儀和ORP在線監測儀，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監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值在線監測儀、pH值在線監測儀和ORP在線監測儀分別與所述數據采集系統連接。優選地，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、運行控制系統、在線監測控制裝置、數據采集系統、上層位抽水泵、采樣泵和下層位抽水泵；所述支撐系統包括2個系統支撐架和系統支撐桿，所述2個系統支撐分別設置在水井兩側，用于支撐所述系統支撐桿；所述運行控制系統包括位于所述系統支撐桿中部的控制系統轉軸和位于所述系統支撐桿端部的系統控制手柄，所述控制系統轉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，所述控制系統手柄通過所述控制系統轉軸和所述帶刻度鋼絲牽引線調節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測控制裝置和采樣泵排水管；所述在線監測控制裝置用于固定EC值在線監測儀、pH值在線監測儀和ORP在線監測儀，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監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值在線監測儀、pH值在線監測儀和ORP在線監測儀分別與所述數據采集系統連接；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)取樣觀察所述數據采集系統中EC值、PH值和ORP的變化水平，連續觀測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變化規律。本發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測井的采樣工作，與常規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，能夠精確地反應該層位的水質分布規律，提高我地下水環境領域的研究裝備水平。本發明克服了常規地下水定層位采樣裝置采樣精度不高、其它層位水質混合影響大的難題，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為系統支撐架，2為支撐系統轉軸，3為系統支撐架，4為系統控制手柄，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為在線監測系統供電電源，10為數據采集系統，11為EC在線監測儀，12為pH值在線監測儀，13為ORP在線在線儀，14為在線監測控制裝置，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明所提供的地下水定層位取樣裝置主要區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。具體結構如圖1所示，主要包括支撐系統、運行控制系統、在線監測控制裝置、數據采集系統10、上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵19。所述支撐系統包括2個系統支撐架1、3和系統支撐桿，所述2個系統支撐架1、3分別設置在水井兩側，用于支撐所述系統支撐桿，支撐系統可為整個系統提供穩定的支撐，承擔各抽水水泵的負重。水泵供電裝置5為系統的供電系統，主要為3臺抽水泵進行供電，供電系統采樣220V電壓。所述運行控制系統包括位于所述系統支撐桿中部的控制系統轉軸2和位于所述系統支撐桿端部的系統控制手柄4，所述控制系統轉軸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，所述控制系統手柄4通過所述控制系統轉軸 2和所述帶刻度鋼絲牽引線7調節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。數據采集系統10主要用于采集pH值、ORP、EC值的在線監測數據。所述在線監測控制裝置14用于固定EC值在線監測儀11、ρΗ值在線監測儀12和ORP在線監測儀13，并且儲存一定量的水樣樣品，其穩定時間不小于3分鐘。所述在線監測控制裝置14的上部設有水樣采樣口 15，用于采取穩定的地下水水樣。所述EC值在線監測儀11、PH值在線監測儀12和ORP在線監測儀13分別與所述數據采集系統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。根據前面所述的具體結構、布置方式，設置取樣裝置。所述取樣裝置包括支撐系統、運行控制系統、在線監測控制裝置、數據采集系統10、上層位抽水泵17、采樣泵18和下層位抽水泵19 ；所述支撐系統包括2個系統支撐架1、3和系統支撐桿，所述2個系統支撐架1、3分別設置在水井兩側，用于支撐所述系統支撐桿；所述運行控制系統包括位于所述系統支撐桿中部的控制系統轉軸2和位于所述系統支撐桿端部的系
6統控制手柄4，所述控制系統轉軸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，所述控制系統手柄4通過所述控制系統轉軸2和所述帶刻度鋼絲牽引線7調節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連通所述在線監測控制裝置14和采樣泵排水管16 ；所述在線監測控制裝置14用于固定EC值在線監測儀11、ρΗ值在線監測儀12和ORP在線監測儀13，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監測控制裝置14的上部設有水樣采樣口 15，用于采取地下水水樣；所述EC值在線監測儀11、ρΗ值在線監測儀12 和ORP在線監測儀13分別與所述數據采集系統10連接。2)固定三個抽水泵的相對位置根據指定含水層的抽水位置，在支撐系統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)取樣此時觀察數據采集系統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變化規律。
權利要求
1.一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法，包括支撐系統、運行控制系統、在線監測控制裝置、數據采集系統(10)、上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)；所述支撐系統包括2個系統支撐架(1、3)和系統支撐桿，所述2個系統支撐架(1、3)分別設置在水井兩側，用于支撐所述系統支撐桿；所述運行控制系統包括位于所述系統支撐桿中部的控制系統轉軸(2)和位于所述系統支撐桿端部的系統控制手柄G)，所述控制系統轉軸 (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，所述控制系統手柄(4)通過所述控制系統轉軸( 和所述帶刻度鋼絲牽引線(7)調節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)連通所述在線監測控制裝置(14)和采樣泵排水管(16)；所述在線監測控制裝置(14)用于固定EC值在線監測儀(11)、ρΗ值在線監測儀 (12)和ORP在線監測儀(13)，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監測控制裝置(14)的上部設有水樣采樣口(15)，用于采取地下水水樣；所述EC值在線監測儀(11)、ρΗ值在線監測儀(1 和ORP在線監測儀(1 分別與所述數據采集系統(10)連接。
2.根據權利要求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.根據權利要求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、運行控制系統、在線監測控制裝置、數據采集系統(10)、上層位抽水泵(17)、采樣泵(18)和下層位抽水泵(19)；所述支撐系統包括2個系統支撐架(1、；3)和系統支撐桿，所述2個系統支撐架(1、；3)分別設置在水井兩側， 用于支撐所述系統支撐桿；所述運行控制系統包括位于所述系統支撐桿中部的控制系統轉軸(2)和位于所述系統支撐桿端部的系統控制手柄G)，所述控制系統轉軸(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，所述控制系統手柄(4)通過所述控制系統轉軸(2)和所述帶刻度鋼絲牽引線(7)調節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)連通所述在線監測控制裝置(14)和采樣泵排水管 (16)；所述在線監測控制裝置(14)用于固定EC值在線監測儀(11)、ρΗ值在線監測儀(12) 和ORP在線監測儀(13)，并且儲存一定量的水樣樣品；所述在線監測控制裝置(14)的上部設有水樣采樣口(15)，用于采取地下水水樣；所述EC值在線監測儀(11)、ρΗ值在線監測儀 (12)和ORP在線監測儀(13)分別與所述數據采集系統(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)取樣觀察所述數據采集系統(10)中EC值、pH值和ORP的變化水平，連續觀測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變化規律。
全文摘要
本發明涉及一種地下水定層位取樣裝置及取樣方法，屬于水利工程領域，其IPC國際專利分類號為E02B 1/00，E02D 33/00。本發明的取樣裝置包括支撐系統、運行控制系統、在線監測控制裝置、數據采集系統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。本發明克服了常規地下水定層位采樣裝置采樣精度不高、其它層位水質混合影響大的難題，采用本發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 優先權日2011年9月28日
發明者劉洪祿, 吳文勇, 尹世洋, 邸蘇闖 申請人:北京市水利科學研究所