CN106053130B - 一种浅水区水下深层柱状沉积物采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种浅水区水下深层柱状沉积物采集装置，包括支架、底盘，支架包括上下两部分，支架下部分垂直设置在底盘上；底盘上还设置提升锁扣、一号卷扬机、二号卷扬机及配电箱；所述底盘上及支架顶端设置定滑轮，一号卷扬机的钢索绕过底盘上的定滑轮与支架顶端的定滑轮固定；支架上部与下部间设置倾斜角度调节装置；支架的背面设置滑轨，滑轨上设置钻探驱动电机，所述钻探驱动电机由二号卷扬机驱动可沿滑轨上下移动；钻探驱动电机的电机轴与钻探管连接；钻探管的外侧螺旋设置叶轮；钻探管的内部设置取样管；本发明优点：深层柱状沉积物的原位采集可以用于科学研究及工程应用；在应用过程中便于运输和固定；制造成本低廉。

Description

一种浅水区水下深层柱状沉积物采集装置

技术领域

本发明涉及环境科学或环境工程领域沉积物采样装置，具体地说是一种用于浅水区深层柱状沉积物采集的采样装置。

背景技术

沉积物是水环境组成的重要部分，而沉积物中内源污染物质的释放则是构成水体水质恶化的主要源头之一。因此，开展污染水体水质修复需同时或优先认识沉积物的污染状况。对于底泥/沉积物的采集，目前主要采用抓斗式采样器和柱状重力采样器，其中抓斗式采样器主要是采集表层沉积物,柱状重力采样器主要用于采集深层沉积物。然而，由于沉积物通常处于水面以下且重力采样器负重有限，因此采集到的柱状沉积物深度往往非常有限(通常为40厘米左右)，而且操作繁杂。有人试图通过外力锤击实现沉积物柱样的采集，但随之出现的问题是若锤击过深(1米左右)，则沉积物采样管无法拔出，或者拔出时会将沉积物沉积层破坏。特别是对重污染区深层柱状沉积物的采集，目前尚没有专门的装备，对于研究区域污染历史的调查研究工作很难开展，而且对于清淤等市政工作的开展也很难实现精确定量。因此，开发一种河流、湖泊及近岸海域等浅水区深层沉积物采集的采样装备对水污染防治具有非常重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于浅水区深层沉积物采集的采样装备。该工程装备操作便捷、主要用于河流、湖泊及近岸海域等浅水区水下深层柱状沉积物的采集，尤其适用于污染河道、湖泊、近岸海域等区域开展重污染沉积物污染历史调查与治理清淤时(污染层深度)沉积物样品的采集。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种浅水区水下深层柱状沉积物采集装置，包括支架、底盘，支架包括上下两部分，支架下部分垂直设置在底盘上；底盘上还设置提升锁扣、一号卷扬机、二号卷扬机及配电箱；所述底盘上及支架顶端设置定滑轮，一号卷扬机的钢索绕过底盘上的定滑轮与支架顶端的定滑轮固定；支架上部与下部间设置倾斜角度调节装置；支架上部分还与拉伸钢架轴接；拉伸钢架的下端通过插销固定在底盘上，拉伸钢架用于保证支架上下两部分成一条直线；支架的背面设置滑轨，滑轨上设置钻探驱动电机，所述钻探驱动电机由二号卷扬机驱动可沿滑轨上下移动；钻探驱动电机的电机轴与钻探管连接；钻探管的外侧螺旋设置叶轮；钻探管为中空管，钻探管的内部设置取样管；取样管的下端通过密封接头及密封垫将取样管固定在钻探管内部；取样管的上部设置通孔，通孔处设置密封盖。

所述倾斜角度调节装置包括设置在支架下部分的轴孔，转轴穿过轴孔将支架上部分和支架下部分连接起来；支架下部分设置插销架，支架上部分设置弧面，支架上部分还设置插孔，插销穿过支架上部分和插销架的插孔将支架上部分与支架下部分的倾斜角度固定。

所述密封盖包括固定在钻探驱动电机座下部的固定座，固定座下部设置密封电机，密封电机驱动密封轴转动，密封轴上设置螺纹，取样管的通孔侧壁也设置螺纹；密封轴上设置密封环，所述密封环与取样管通孔处的凹槽对应；所述固定座的下端还设置定位杆，定位杆的端部为圆锥型，所述圆锥型部位与取样管上设置的圆锥型凹槽对应。

所述支架为伸缩式；

或者密封盖为重力密封盖，通孔有一定斜度，密封盖的下端设置圆锥台型密封圈，在取样时由于内部压力较大，密封盖向上抬起，当取样完毕，在重力作用下，密封盖向下盖上通孔。

本发明具有如下优点及有益效果：

1.深层柱状沉积物的原位采集。本发明装备可用于湖泊、水库、河流、河口及近海等浅水区域深层柱状沉积物的原位采集，采集沉积物深度及采集区域或站位均可严格控制，从而可实现沉积物污染层厚度的精准识别。

2.本发明所述装备可以用于科学研究及工程应用。采用本发明所述装备，可以实现沉积层的原位采集，从而能够准确认识研究区域沉积物的污染历史；同时在清淤疏浚等等工程作业中，采用本发明所述装备可以实现对清淤深度的有效判定，从而可指导工程操作。

3.本发明所述装备在应用过程中便于运输和固定。本发明所述装备采用模块化设计，便于搬运组合，可以随时托移，从而有效保障了工程操作的便捷性。

4.本发明所述装备制造成本低廉。本发明所述装备主要采用钢结构焊接，采用卷扬机、发电机、电动机等容易获取成熟产品进行组合拼装，制作成本低廉，易于推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为底座部分的立体示意图；

图3为密封接头结构示意图；

图4为密封盖结构示意图；

图5为重力密封盖的结构示意图；

图6为倾斜角度调节装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体说明本发明，如图1-图5所示，包括支架1、底盘5，支架1包括支架上部分101和支架下部分102，支架下部分102垂直设置在底盘5上；底盘5上还设置提升锁扣4、一号卷扬机8、二号卷扬机9及配电箱7；所述底盘5上及支架顶端设置定滑轮10，一号卷扬机8的钢索绕过底盘上的定滑轮与支架顶端的定滑轮固定，用于驱动支架上部分101绕角度调节装置3旋转；支架上部与下部间设置倾斜角度调节装置3；支架上部分101还与拉伸钢架6轴接；拉伸钢架6的下端通过插销固定在底盘5上，拉伸钢架6用于保证支架上下两部分成一条直线；支架的背面设置滑轨2，滑轨2上设置钻探驱动电机11，所述钻探驱动电机11由二号卷扬机9驱动可沿滑轨2上下移动；钻探驱动电机11的电机轴与钻探管13连接；钻探管13的外侧螺旋设置叶轮12；钻探管12为中空管，钻探管12的内部设置取样管15；取样管15的下端通过密封接头17及密封垫16将取样管15固定在钻探管12内部；密封接头17设置内螺纹，钻探管12的外侧设置外螺纹，密封接头与钻探管螺纹连接成一体；

取样管15的上部设置通孔151，通孔处151设置密封盖19。

所述密封盖19包括固定在钻探驱动电机座下部的固定座，固定座下部设置密封电机23，密封电机23驱动密封轴24转动，密封轴24上设置螺纹，取样管的通孔151侧壁也设置螺纹；密封轴上设置密封环18，所述密封环18与取样管通孔处的凹槽22对应；所述固定座的下端还设置定位杆20，定位杆20的端部为圆锥型，所述圆锥型部位与取样管上设置的圆锥型凹槽21对应。

设置通孔及密封盖的目的是在取样完毕后通过密封盖将通孔封闭，样品在取样管内，由于受到外部压力，不会自取样管中滑落。

设置定位杆20及圆锥型凹槽21的目的一是为了将取样管与密封盖准确定位，二是为在密封盖旋转时，避免取样管一同旋转，以保证密封盖能严密地将通孔封闭。

为了方便地安装和取下取样管，本发明设置了倾斜角度调节装置3，并且设置了角度锁定装置，具体结构为：

所述倾斜角度调节装置包括设置在支架下部分102的轴孔，转轴25穿过轴孔将支架上部分101和支架下部分102连接起来；支架下部分设置插销架26，支架上部设置弧面，支架上部分还设置插孔27，插销穿过支架上部分和插销架的插孔将支架上部分与支架下部分的倾斜角度固定。

所述支架1还可以为伸缩式，以适应不同深度水域的要求。

所述密封盖还可以为重力密封盖，其结构如图5所示，通孔151带有一定斜度，密封盖19的下端设置圆锥台型密封圈25，在取样时由于内部压力较大，密封盖向上抬起，当取样完毕，在重力作用下，密封盖向下盖上通孔。

所述提升锁扣4共有4个，主要用于悬挂采样装置时拴结绳索，从而保障采样装置能够在起重机械作业时悬空并随处水平移动。所述承载底盘5采用不锈钢板无缝焊接，主要为减小装置本身重力压强，从而保障采样作业时不会下陷，其边缘设置挡板用以防止淤泥进入。所述拉伸钢架6主要为保障采样装置的稳定性及作业钻管13的垂直性。所述配电箱7及遥控接收器包括外置交流电源输入接口、两台卷扬机和驱动电机的电源输出配置，同时设有无线接收器，从而便于采样时能工通过人工手持式遥控器进行相关操作。

实施例一：重污染河道深层柱状沉积物的原位采集

重污染河道沉积物是造成水体污染的重要来源之一，而且污染沉积物对底栖生物的毒性影响尤为显著，部分污染河道已经没有任何生物生长迹象，甚至包括高等植物，因此急需对污染沉积物进行治理或修复，而治理与修复的前提是准确认识沉积物的污染特征及污染层的沉积深度。为此，研究小组以烟台逛荡河污染沉积物为研究对象，采用本发明装置对该河道沉积物进行了深层原位采集，从而充分认识沉积物污染程度，以实现沉积物的治理与修复。具体操作如下：

第一步,将深层柱状沉积物采集的采样装备(见附图1和附图2)各组件相互连接，通过配电箱7及遥控接收器连接外置电源(电压为220/380V，市售发电机)，打开螺纹不锈钢密封接头17，将PVC或其他材质采样管装入中空钻探管13中内部，旋紧螺纹不锈钢密封接头17。采用钢丝绳分别拴结提升锁扣4的各个锁扣，并将所有丝绳末端集结后连接到履带式升降机的悬挂挂钩之上，并保证悬挂时承载底盘5基本处于水平状态；

第二步,用履带式升降机将采样装备移到河道中央重污染区域预定采样区域，通过一号卷扬机8和倾斜链接3将负载支架1上半部分(倾斜状态)调整为垂直状态，通过遥控装置操作二号卷扬机8和滑轨2将钻探驱动电机11向下运移至螺纹不锈钢密封接头14到达沉积物表面为止。开启钻探驱动电机11，使得钻探旋转叶轮12向下垂直钻探。达到预定采样深度后，通过遥控装置操作钻探驱动电机11将钻探旋转叶轮12进行反转，将安装采样管的中空钻探管提出水面；

第三步,采用履带式升降机将整个采样装置移到河堤之上，通过一号卷扬机8和倾斜角度调节装置3将负载支架1上半部分(垂直状态)调整为倾斜状态，手动打开螺纹不锈钢密封接头17，将内置采样管取出，更换新采样管后再次旋紧螺纹不锈钢密封接头17进行下次采样；

第四步,将第三步换下的盛装沉积物的采样管，依次按照预定深度要求进行分层切割、编号，然后将相关样品存入现场冰箱带回实验室进行沉积物相关指标的分析；

第五步,完成样品投放后，切断配电箱7及遥控接收器外置电源，拆卸部分组件，清洗相关设备并运回实验室封存。

Claims (3)

1.一种浅水区水下深层柱状沉积物采集装置，其特征在于：包括支架、底盘，支架包括上下两部分，支架下部分垂直设置在底盘上；底盘上还设置提升锁扣、一号卷扬机、二号卷扬机及配电箱；所述底盘上及支架顶端设置定滑轮，一号卷扬机的钢索绕过底盘上的定滑轮与支架顶端的定滑轮固定；支架上部与下部间设置倾斜角度调节装置；支架上部分还与拉伸钢架轴接；拉伸钢架的下端通过插销固定在底盘上，拉伸钢架用于保证支架上下两部分成一条直线；支架的背面设置滑轨，滑轨上设置钻探驱动电机，所述钻探驱动电机由二号卷扬机驱动可沿滑轨上下移动；钻探驱动电机的电机轴与钻探管连接；钻探管的外侧螺旋设置叶轮；钻探管为中空管，钻探管的内部设置取样管；取样管的下端通过密封接头及密封垫将取样管固定在钻探管内部；取样管的上部设置通孔，通孔处设置密封盖；所述密封盖包括固定在钻探驱动电机座下部的固定座，固定座下部设置密封电机，密封电机驱动密封轴转动，密封轴上设置螺纹，取样管的通孔侧壁也设置螺纹；密封轴上设置密封环，所述密封环与取样管通孔处的凹槽对应；所述固定座的下端还设置定位杆，定位杆的端部为圆锥型，所述圆锥型部位与取样管上设置的圆锥型凹槽对应；

或者密封盖为重力密封盖，通孔有一定斜度，密封盖的下端设置圆锥台型密封圈，在取样时由于内部压力较大，密封盖向上抬起，当取样完毕，在重力作用下，密封盖向下盖上通孔。

2.根据权利要求1所述的浅水区水下深层柱状沉积物采集装置，其特征在于：所述倾斜角度调节装置包括设置在支架下部分的轴孔，转轴穿过轴孔将支架上部分和支架下部分连接起来；支架下部分设置插销架，支架上部分设置弧面，支架上部分还设置插孔，插销穿过支架上部分和插销架的插孔将支架上部分与支架下部分的倾斜角度固定。

3.根据权利要求1所述的浅水区水下深层柱状沉积物采集装置，其特征在于：所述支架为伸缩式。