CN210051587U - 一种气置式地下水分层采样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气置式地下水分层采样装置，它包括：取样装置、监测装置和止水装置，该取样装置和该监测装置为多组且数量对应，取样装置和监测装置匹配布置在相应的含水层，止水装置为多套，每套止水装置对应的设置在止水层，该取样装置包括气囊泵、进气管和出水管，该气囊泵连接进气管和出水管，该监测装置包括监测探头和数据线，该止水装置包括自膨胀封隔器，该自膨胀封隔器套设在出水管上并通过托盘夹具组固定在出水管，取样装置的进气管连接压力控制器，取样装置的出水管连通水样储存装置，监测装置的数据线连接个人计算机，取样装置通过井口夹具固定在井口。本实用新型易损件少，运行可靠，压缩气体不与水样接触，减少了对水样的污染。

Description

一种气置式地下水分层采样装置

技术领域

本实用新型属于地下水污染监测与防治领域，尤其涉及一种气置式地下水分层采样装置。

背景技术

地下水作为重要的饮用水源，特别在京津冀地区，地下水占饮用水比例的70％以上，其保护工作尤为重要。作为地下水污染监测网中的基础环节，采样和监测设备是决定地下水污染监测准确性的关键环节之一。

传统的单一混合层采样方式受地下水流向的季节性变动或降水波动影响较大，且京津冀地区地下水中存在大面积的降落漏斗，受到降水影响波动显著，对地下水化学场有着显著影响，对地下水污染羽和污染程度描述会产生较严重的偏差。因此，对同一个采样点的不同深度进行分层采样和监测可以更加准确和可靠地监测和验证污染物的实际迁移特征。

同时，目前国内常用的地下水采样设备主要为贝勒管、抓取式采样器、负压提升式采样器、大功率电动潜水泵、惯性提升泵等，采样过程中取样部件反复穿越含水层或者强烈搅动含水层，对地下水层扰动较大，使得水中含有的有机污染物挥发，并导致不同地层或含水层之间地下水水样的交叉污染，取得的水样不足以代表某一深度的实际污染情况。

因此，为实现同一个采样点的不同深度分层采样，更加准确地了解和验证污染物的实际迁移特征，急需研发气置式地下水分层采样装置，提高我国地下水污染监测的技术水平，为建立京津冀地下水污染监测网建设提供技术支撑和装备保障。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种气置式地下水分层采样装置，相对于传统的采样方法，其易损件少，运行可靠，压缩气体不与水样接触，减少了对水样的污染。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种气置式地下水分层采样装置，它包括：取样装置、监测装置和止水装置，该取样装置和该监测装置为多组且数量对应，取样装置和监测装置匹配布置在相应的含水层，止水装置为多套，每套止水装置对应的设置在止水层，该取样装置包括气囊泵、进气管和出水管，该气囊泵连接进气管和出水管，该监测装置包括监测探头和数据线，该止水装置包括自膨胀封隔器，该自膨胀封隔器套设在出水管上并通过托盘夹具组固定在出水管，各组取样装置的进气管连接压力控制器，取样装置的出水管连通水样储存装置，所述监测装置的数据线连接个人计算机，该取样装置通过井口夹具固定在井口。

优选地，所述取样装置为三组，分别为自上而下布置的第一组取样装置、第二组取样装置和第三组取样装置，所述监测装置为三组，分别为自上而下布置的第一组监测装置、第二组监测装置和第三组监测装置，所述止水装置为两套，分别为自上而下布置的第一套止水装置和第二套止水装置，该第一套止水装置包括第一自膨胀封隔器和双管托盘夹具组，该第二套止水装置包括第二自膨胀封隔器和单管托盘夹具组，所述第一组取样装置和第一组监测装置位于第一套止水装置的上方，第二组取样装置和第二组监测装置穿过第一套止水装置位于第一套止水装置和第二套止水装置之间，第三组取样装置和第三组监测装置穿过第一套止水装置和第二套止水装置位于第二套止水装置的下方。

优选地，所述自膨胀封隔器为遇水膨胀橡胶筒或橡胶带，第一自膨胀封隔器上设有供第二组取样装置的出水管和进气管、第二组监测装置的数据线、第三组取样装置的出水管和进气管以及第三组监测装置的数据线对应穿设的数个通孔，第二自膨胀封隔器上设有供第三组取样装置的出水管和进气管及第三组采样装置的数据线对应穿过的数个通孔。

优选地，所述双管托盘夹具组包括结构相同的双管上托盘夹具和双管下托盘夹具，双管上托盘夹具和双管下托盘夹具分别对应的固定在第一自膨胀封隔器上、下端面的第一组取样装置的进水管及第二组取样装置的进水管，以使的第一自膨胀封隔器夹固在双管上托盘夹具与双管下托盘夹具之间，双管上托盘夹具包括两个分体的半托盘夹具本体，该半托盘夹具本体包括半限位托板和半管体夹板，该半管体夹板对应的固连在该半限位托板的顶壁，该半限位托板的底壁面压抵在第一自膨胀封隔器的上端面，该半限位托板设有两个间隔的弧形插槽A和供出水管、进气管和数据线穿过的数个通孔，该半管体夹板包括两个相连的弧形夹板A，两弧形夹板A的内侧之间设有内连接板，两弧形夹板A的外侧分别连接外连接板，该半限位托板的两个弧形插槽A的壁面与两个弧形夹板A的内壁面一一对应，该内连接板与该外连接板上均设有供螺栓穿设的穿孔。

优选地，所述单管托盘夹具组包括结构相同的单管上托盘夹具和单管下托盘夹具，该单管上托盘夹具和该单管下托盘夹具分别对应的固定在第二自膨胀封隔器上、下端面的第二组取样装置的进水管上，以使得第二自膨胀封隔器夹固在单管上托盘夹具和单管下托盘夹具之间，该单管上托盘夹具包括两个分体的半托盘夹具单元，半托盘夹具单元包括单管半限位托板和单管半管体夹板，该单管半管体夹板对应固连在单管半限位托板的顶壁，该单管半限位托板的底壁面压抵在第二自膨胀封隔器的上端面，该单管半限位托板设有一弧形插槽B和供出水管、进气管和数据线穿过的数个通孔，该单管半管体夹板包括一弧形夹板B，该弧形夹板B的两侧分别设有连接板，该单管半限位托板的弧形插槽B的壁面与弧形夹板B的内壁面对应，各该连接板上均设有供螺栓穿设的穿孔。

优选地，所述井口夹具包括托盘，该托盘上开设有供出水管、进气管和数据线穿过的孔，穿过出水管的该井口夹具的孔径与该出水管的外径一致，该出水管的母扣接头外径大于井口夹具对应孔的孔径，该出水管的母扣接头卡在该井口夹具的上方。

本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型气置式地下水分层采样装置通过气体挤压气囊采集水样，压缩气体不与水样接触，减少了对水样的污染，并且采样速率低(1-5L/min)，对地下含水层扰动较小，能够满足无机组分、有机组分、微生物、溶解氧等检测样品采集要求，能完整高效的从监测井中获取具有各层代表性的地下水样品。

2)本实用新型气置式地下水分层采样装置易损件少，安装方便，运行可靠。

3)本实用新型气置式地下水分层采样装置能够从单个钻孔中采集到不同含水层水样，可有效节省钻孔占地面积及施工成本。

4)本实用新型气置式地下水分层采样装置适用深度为120m以内。

附图说明

图1是本实用新型气置式地下水分层采样装置的结构示意图。

图2A是第一自膨胀封隔器的主视结构示意图。

图2B是图2A的俯视结构示意图。

图2C是第二自膨胀封隔器的主视结构示意图。

图2D是图2C的俯视结构示意图。

图3A是半托盘夹具本体的主视结构示意图；

图3B是两个半托盘夹具本体匹配的俯视结构示意图

图3C是半托盘夹具单元的主视结构示意图；

图3D是两个半托盘夹具单元匹配的俯视结构示意图。

1：取样装置，11：气囊泵，12：进气管，13：出水管，14：压力控制器，15：水样储存装置，2：监测装置，21：监测探头，22：数据线，23：个人计算机，3：止水装置，31：第一自膨胀封隔器，32：双管托盘夹具组，32A：半托盘夹具本体，321：半限位托板，322：半管体夹板，323：弧形插槽A，324：弧形夹板A，325：内连接板，326：外连接板，33：第二自膨胀封隔器，34：单管托盘夹具组，34A：半托盘夹具单元，341：单管半限位托板，342：单管半管体夹板，343：弧形插槽B，344：弧形夹板B，345：连接板，10：含水层，20：止水层，4：井口夹具。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

如图1所示，本实用新型提供一种气置式地下水分层采样装置，它包括：取样装置1、监测装置2和止水装置3，该取样装置1和该监测装置2为多组且数量相同，一组取样装置和一组监测装置布置在同一含水层10，止水装置3为多套，每套止水装置3对应的设置在止水层20，该取样装置1包括气囊泵11、进气管12和出水管13，该气囊泵11对应含水层10，该气囊泵11连接进气管12和出水管13，该监测装置2包括监测探头21和数据线22，该监测探头21对应含水层10，该止水装置3包括自膨胀封隔器，该自膨胀封隔器对应止水层20，该自膨胀封隔器套设在出水管11上并通过托盘夹具组固定在出水管11，各组取样装置的进气管1连接压力控制器14，压力控制器14通过变换气压来调节采样速率；取样装置的出水管连通水样储存装置15，所述监测装置的数据线连接个人计算机23，该取样装置通过井口夹具4固定在井口。

所述取样装置为三组，分别为自上而下布置的第一组取样装置、第二组取样装置和第三组取样装置，所述监测装置为三组，分别为自上而下布置的第一组监测装置、第二组监测装置和第三组监测装置，所述止水装置为两套，分别为自上而下布置的第一套止水装置和第二套止水装置，该第一套止水装置包括第一自膨胀封隔器31和双管托盘夹具组32，该第二套止水装置包括第二自膨胀封隔器33和单管托盘夹具组34，所述第一组取样装置和第一组监测装置位于第一套止水装置的上方，第二组取样装置和第二组监测装置穿过第一套止水装置位于第一套止水装置和第二套止水装置之间，第三组取样装置和第三组监测装置穿过第一套止水装置和第二套止水装置位于第二套止水装置的下方。

所述自膨胀封隔器为遇水膨胀橡胶筒或橡胶带，能够进行永久封隔，安装位置与钻孔止水位置相对应，如图2A和图2B所示，第一自膨胀封隔器上设有供第二组取样装置的出水管和进气管分别穿过的通孔，供第二组监测装置的数据线穿过的通孔，供第三组取样装置的出水管和进气管分别穿过的通孔以及第三组监测装置的数据线穿过的通孔，如图2C和图2D所示，第二自膨胀封隔器上设有供第三组取样装置的出水管和进气管分别穿过的通孔，及供第三组采样装置的数据线穿过的通孔。自膨胀封隔器需要根据穿过的进气管、出水管及数据线数量提前设置孔眼数量，孔眼直径以既能穿过进气管、出水管及数据线，又能保证封隔效果为宜。

所述双管托盘夹具组包括结构相同的双管上托盘夹具和双管下托盘夹具，双管上托盘夹具和双管下托盘夹具分别对应的夹固在第一自膨胀封隔器上、下方的第一组取样装置的进水管11及第二组取样装置的进水管11上，以使的第一自膨胀封隔器夹固在双管上托盘夹具与双管下托盘夹具之间并对应止水层，如图3A和3B所示，双管上托盘夹具包括两个分体的半托盘夹具本体32A，该半托盘夹具本体包括半限位托板321和半管体夹板322，该半管体夹板322对应的固连在该半限位托板321的顶壁，该半限位托板的底壁面压抵在第一自膨胀封隔器的上端面，该半限位托板321设有两个间隔的弧形插槽A323和供出水管、进气管和数据线穿过的数个通孔，该半管体夹板712包括两个相连的弧形夹板A324，两弧形夹板A324的内侧之间设有内连接板325，两弧形夹板A324的外侧分别连接外连接板326，该半限位托板的两个弧形插槽A的壁面与两个弧形夹板A的内壁面一一对应，该内连接板与该外连接板上均设有供螺栓穿设的穿孔，安装时，两个半托盘夹具本体对接，其半限位托板压抵在第一自膨胀封隔器的端面，然后通过螺栓固连，即实现第一自膨胀封隔器的固定。

所述单管托盘夹具组包括结构相同的单管上托盘夹具和单管下托盘夹具，该单管上托盘夹具和该单管下托盘夹具分别对应的固定在第二自膨胀封隔器上、下方的第二组取样装置的进水管上，以使得第二自膨胀封隔器夹固在单管上托盘夹具和单管下托盘夹具之间，如图3C和3D所示，该单管上托盘夹具包括两个分体的半托盘夹具单元34A，半托盘夹具单元34A包括单管半限位托板341和单管半管体夹板342，该单管半管体夹板对应固连在单管半限位托板的顶壁，该单管半限位托板的底壁面压抵在第二自膨胀封隔器的上端面，该单管半限位托板设有一弧形插槽B343和供出水管、进气管和数据线穿过的数个通孔，该单管半管体夹板包括一弧形夹板B344，该弧形夹板B的两侧分别设有连接板345，该单管半限位托板的弧形插槽B的壁面与弧形夹板B的内壁面对应，各该连接板上均设有供螺栓穿设的穿孔，安装时，两个半托盘夹具单元34A对接，其单管半限位托板压抵在第二自膨胀封隔器的端面，然后通过螺栓固连，即可实现第二自膨胀封隔器的固定。

所述井口夹具4包括托盘，该托盘上开设有供出水管、进气管和数据线穿过的孔，穿过出水管的该井口夹具的孔径与该出水管的外径一致，该出水管的母扣接头外径大于井口夹具对应孔的孔径，该出水管的母扣接头卡在该井口夹具的上方。

所述出水管为数根通过公母丝扣连接而成，通过O型圈进行密封。

该气置式地下水分层采样装置可用于管井和基岩孔，用于管井前提条件是管外需要进行分层止水。

本实用新型还提供一种气置式地下水分层采样方法，利用上述的气置式地下水分层采样装置，它包括下列步骤：

A.根据钻孔分层采样要求，确定需要安装的取样装置的数量。由下而上，首先下入第一套取样装置(最底部)，将气囊泵与进气管、出水管连接后下入井中，并在相对应最底层止水位置处安装第一自膨胀封隔器，用单管托盘夹具组固定于出水管上，安装完成后，继续下入第一套取样装置，下放到预定位置后，将第二套取样装置的气囊泵与进气管、出水管连接，与第一套取样装置一起下入井中，并在相对应的止水位置安装第二自膨胀封隔器，用双管托盘夹具组固定于出水管上，以此类推，直至全部下入井中，用夹具将气置式地下水分层采样装置固定于井口。

B.安装完毕后，静置48h-72h，待自膨胀封隔器完全膨胀后，检验设备连接及管路***，阀门和仪表都正常后，打开供压设备和压力控制器，使气囊泵开始工作，首先通过压力控制器将气囊泵流量调节至最大，置换出井管内原有的混合水样，通过监测探头与地表显示设备观察水质和水位变化，判定为地层真实水样后，通过压力控制器将流量调节至最小，进行水样采集。当抽水工作结束后，关闭供压设备使气囊泵停止采样工作，关闭地表显示设备。

本实用新型气置式地下水分层采样装置及方法的机理为：通过自膨胀封隔器将各含水层永久分隔，在水压力作用下，水经气囊泵底部进水口进入气囊腔，腔内充满水后进水口止回阀关闭，在泵体与气囊间注入压缩气体挤压气囊，水沿出水管线从排水口排出，释放气体，气囊腔再次充水，重复以上步骤，直至将水样采集到水样储存装置。通过该装置及方法采集水样，对地层扰动小，而且气体不与水样接触，避免了对水样污染，满足无机组分、有机组分、微生物、溶解氧等检测样品采集要求，为地下水监测与污染防治提供技术支撑。

Claims (6)

1.一种气置式地下水分层采样装置，其特征在于：它包括：取样装置、监测装置和止水装置，该取样装置和该监测装置为多组且数量对应，取样装置和监测装置匹配布置在相应的含水层，止水装置为多套，每套止水装置对应的设置在止水层，该取样装置包括气囊泵、进气管和出水管，该气囊泵连接进气管和出水管，该监测装置包括监测探头和数据线，该止水装置包括自膨胀封隔器，该自膨胀封隔器套设在出水管上并通过托盘夹具组固定在出水管，取样装置的进气管连接压力控制器，取样装置的出水管连通水样储存装置，监测装置的数据线连接个人计算机，取样装置通过井口夹具固定在井口。

2.根据权利要求1所述的一种气置式地下水分层采样装置，其特征在于：所述取样装置为三组，分别为自上而下布置的第一组取样装置、第二组取样装置和第三组取样装置，所述监测装置为三组，分别为自上而下布置的第一组监测装置、第二组监测装置和第三组监测装置，所述止水装置为两套，分别为自上而下布置的第一套止水装置和第二套止水装置，该第一套止水装置包括第一自膨胀封隔器和双管托盘夹具组，该第二套止水装置包括第二自膨胀封隔器和单管托盘夹具组，所述第一组取样装置和第一组监测装置位于第一套止水装置的上方，第二组取样装置和第二组监测装置穿过第一套止水装置位于第一套止水装置和第二套止水装置之间，第三组取样装置和第三组监测装置穿过第一套止水装置和第二套止水装置位于第二套止水装置的下方。

3.根据权利要求2所述的一种气置式地下水分层采样装置，其特征在于：所述自膨胀封隔器为遇水膨胀橡胶筒或橡胶带，第一自膨胀封隔器上设有供第二组取样装置的出水管和进气管、第二组监测装置的数据线、第三组取样装置的出水管和进气管以及第三组监测装置的数据线对应穿设的数个通孔，第二自膨胀封隔器上设有供第三组取样装置的出水管和进气管及第三组采样装置的数据线对应穿过的数个通孔。

4.根据权利要求2或3所述的一种气置式地下水分层采样装置，其特征在于：所述双管托盘夹具组包括结构相同的双管上托盘夹具和双管下托盘夹具，双管上托盘夹具和双管下托盘夹具分别对应的固定在第一自膨胀封隔器上、下端面的第一组取样装置的进水管及第二组取样装置的进水管，以使的第一自膨胀封隔器夹固在双管上托盘夹具与双管下托盘夹具之间，双管上托盘夹具包括两个分体的半托盘夹具本体，该半托盘夹具本体包括半限位托板和半管体夹板，该半管体夹板对应的固连在该半限位托板的顶壁，该半限位托板的底壁面压抵在第一自膨胀封隔器的上端面，该半限位托板设有两个间隔的弧形插槽A和供出水管、进气管和数据线穿过的数个通孔，该半管体夹板包括两个相连的弧形夹板A，两弧形夹板A的内侧之间设有内连接板，两弧形夹板A的外侧分别连接外连接板，该半限位托板的两个弧形插槽A的壁面与两个弧形夹板A的内壁面一一对应，该内连接板与该外连接板上均设有供螺栓穿设的穿孔。

5.根据权利要求4所述的一种气置式地下水分层采样装置，其特征在于：所述单管托盘夹具组包括结构相同的单管上托盘夹具和单管下托盘夹具，该单管上托盘夹具和该单管下托盘夹具分别对应的固定在第二自膨胀封隔器上、下端面的第二组取样装置的进水管上，以使得第二自膨胀封隔器夹固在单管上托盘夹具和单管下托盘夹具之间，该单管上托盘夹具包括两个分体的半托盘夹具单元，半托盘夹具单元包括单管半限位托板和单管半管体夹板，该单管半管体夹板对应固连在单管半限位托板的顶壁，该单管半限位托板的底壁面压抵在第二自膨胀封隔器的上端面，该单管半限位托板设有一弧形插槽B和供出水管、进气管和数据线穿过的数个通孔，该单管半管体夹板包括一弧形夹板B，该弧形夹板B的两侧分别设有连接板，该单管半限位托板的弧形插槽B的壁面与弧形夹板B的内壁面对应，各该连接板上均设有供螺栓穿设的穿孔。

6.根据权利要求1或5所述的一种气置式地下水分层采样装置，其特征在于：所述井口夹具包括托盘，该托盘上开设有供出水管、进气管和数据线穿过的孔，穿过出水管的该井口夹具的孔径与该出水管的外径一致，该出水管的母扣接头外径大于井口夹具对应孔的孔径，该出水管的母扣接头卡在该井口夹具的上方。

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