一种便携式地下水定深取样装置、取样系统与取样方法转让专利
申请号 : CN202010196191.9
文献号 : CN111257055B
文献日 : 2021-08-17
发明人 : 钟茂生 , 姜林 , 韩丹 , 王世杰
申请人 : 北京市环境保护科学研究院
摘要 :
权利要求 :
1.一种便携式地下水定深取样装置,其特征在于,包括:取样探头(1),为中空结构并且其侧壁上开设有供污染物进入的孔隙;
阻隔气囊(2),包括连接在取样探头(1)顶端的探头顶端气囊(21)和连接在取样探头(1)底端的探头底端气囊(22),探头顶端气囊(21)的顶端和底部、以及探头底端气囊(22)的顶端均连接有气密性快速接头,所述取样探头(1)的两端连接有快速接头,取样探头(1)通过快速接头分别与探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)连接,所述探头顶端气囊(21)的顶部和底部之间通过第二连接管(10)连通,第二连接管(10)的两端与探头顶端气囊(21)两端的气密性快速接头以承插的方式进行气密性连接,所述探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)之间还通过第一连接管(3)连通;
供气机构,包括与探头顶端气囊(21)顶部连接的充气管(4)和连接在充气管(4)端部的充气装置(5),所述充气管(4)上设有气压表和气密性阀门;
洗井与取样机构,包括与探头顶端气囊(21)顶部连接的取样管(6)和连接在取样管(6)端部的自吸式取样泵(7),所述取样管(6)与探头顶端气囊(21)顶端的气密性快速接头连接,所述取样管(6)上设有气密性阀门,所述自吸式取样泵(7)上连接有取样泵出水管(8);
所述取样探头(1)外套设有置中器(9),所述置中器(9)为板状结构,其中心位置开设有供取样探头(1)穿过的探头限位孔(91),置中器(9)上还开设有供第一连接管(3)穿过的连接管限位孔(92)。
2.根据权利要求1所述的便携式地下水定深取样装置,其特征在于:所述置中器(9)上还对称开设有过水孔(93)。
3.根据权利要求1所述的便携式地下水定深取样装置,其特征在于:所述取样探头(1)包括内部衬管(101)、套设在内部衬管(101)外的外部套管(102)、以及连接在内部衬管(101)顶部和外部套管(102)顶部之间、连接在内部衬管(101)底部和外部套管(102)底部之间的堵帽(103),所述内部衬管(101)和外部套管(102)上均开设有孔隙,并且内部衬管(101)上孔隙的孔径大于外部套管(102)上孔隙的孔径,所述堵帽(103)上连接有快速接头,所述取样探头(1)通过两端的快速接头分别与探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)连通。
4.根据权利要求1所述的便携式地下水定深取样装置,其特征在于:所述第一连接管(3)和第二连接管(10)均为耐腐蚀材质的刚性管,所述取样管(6)和充气管(4)均为耐腐蚀材质的柔性管。
5.一种便携式地下水定深取样系统,其特征在于包括如权利要求1‑4任意一项所述的便携式地下水定深取样装置,还包括:
井管装置,沿井孔中心竖向设置,包括筛管(11)、续接在筛管(11)顶部的实管(12)、以及密封连接在筛管(11)底部的管堵(13),所述取样探头(1)和阻隔气囊(2)均设置在筛管(11)内;
滤料和阻隔装置,由下至上依次包括滤料层(14)、阻隔层(15)和密封层(16),所述滤料层(14)设置在筛管(11)外壁与井孔壁之间,并且所述滤料层(14)的顶部超出筛管(11)的顶部。
6.根据权利要求5所述的便携式地下水定深取样系统,其特征在于:所述取样探头(1)的直径为筛管(11)内径的1/2,取样探头(1)的长度为0.5m‑1.5m。
7.根据权利要求5所述的便携式地下水定深取样系统,其特征在于:所述滤料层(14)为石英砂,所述阻隔层(15)为膨润土泥浆,所述密封层(16)为水泥浆。
8.一种利用如权利要求5‑7任意一项所述的便携式地下水定深取样系统进行取样的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、确定地下水取样监测点位并钻探形成井孔;
步骤二、将井管装置竖直安装在井孔内,保证井管装置位于井孔中心;
步骤三、在井管装置的外壁与井孔壁之间装填滤料层(14)、阻隔层(15)和密封层(16),保证滤料层(14)的顶部超出筛管(11)顶部;
步骤四、安装好便携式地下水定深取样装置;
步骤五、将便携式地下水定深取样装置沿井管装置内侧壁下放至 设计采样深度后,开启充气管(4)上的气密性阀门,启动充气装置(5),对探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)进行充气,直到探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)紧贴筛管(11)内壁;
步骤六、关闭充气管(4)上的气密性阀门,关闭充气装置(5),打开取样管(6)上的气密性阀门,开启自吸式取样泵(7),开始洗井;
步骤七、将取样泵出水管(8)与自吸式取样泵(7)连接,采集地下水样品;
步骤八、关闭取样管(6)上的气密性阀门,关闭自吸式取样泵(7),开启充气管(4)上的气密性阀门,将探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)进行泄压;
步骤九、将便携式地下水定深取样装置下放至另一设计取样深度,重复步骤五至步骤八,采集对应深度的地下水样品。
9.根据权利要求8所述的便携式地下水定深取样系统进行取样的方法,其特征在于所述步骤四中便携式地下水定深取样装置的安装方法包括以下步骤:步骤4.1、将探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)分别连接在取样探头(1)的两端,并将第一连接管(3)的两端分别与探头顶端气囊(21)和探头底端气囊(22)连接;
步骤4.2、将取样管(6)的一端与探头顶端气囊(21)的顶部连接,另一端与气密性阀门和自吸式取样泵(7)连通;
步骤4.3、将充气管(4)的一端与探头顶端气囊(21)的顶部连接,另一端与气压表、气密性阀门和充气装置(5)连通。
说明书 :
一种便携式地下水定深取样装置、取样系统与取样方法
技术领域
背景技术
开展风险评估。其中,针对地下水污染状况的调查,目前主要还是通过采集典型的地下水样
品进行污染物检测以表征其污染状况。因场地水文地质的各向空间异质性,通常地下水中
污染物的垂向分布不均一性明显,尤其对于含水层较厚的场地,这种垂向分布不均匀的现
象更为明显。因此,开展定深采样,通过采集不同深度的地下水样品进行污染物分析,是刻
画地下水中污染物垂向分布的主要技术手段。
法因需要建设组井,其钻探建井成本较高。如地下水埋深较深、含水层较厚,成本增加更为
明显,成为限制此技术推广应用的主要障碍。同时,采用这种采样方式,因井管内滞水体积
较大,采样前洗井耗时较长,采样效率降低,且产生较多的洗井废水,这进一步增加了此项
技术的应用成本。
术。
发明内容
较高的技术问题。尤其是当地下水埋深较深、含水层较厚,成本增加更为明显;而且井管内
滞水体积较大,采样前洗井耗时较长,采样效率降低,且产生较多的洗井废水,增加了应用
成本的技术问题。
囊和探头底端气囊之间还通过第一连接管连通;
述内部衬管和外部套管上均开设有孔隙,并且内部衬管上孔隙的孔径大于外部套管上孔隙
的孔径,所述堵帽上连接有快速接头,所述取样探头通过两端的快速接头分别与探头顶端
气囊和探头底端气囊连通。
气,直到探头顶端气囊和探头底端气囊紧贴筛管内壁;
水样品,避免了传统方法在洗井采样过程中出现井管内上下层水样混合导致样品稀释的问
题,提高检出浓度的准确性。
成本明显降低。
高采样效率,减少洗井废水产生量,进一步降低采样成本。
附图说明
式取样泵、8‑取样泵出水管、9‑置中器、91‑探头限位孔、92‑连接管限位孔、93‑过水孔、10‑
第二连接管、11‑筛管、12‑实管、13‑管堵、14‑滤料层、15‑阻隔层、16‑密封层。
具体实施方式
实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而
易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的
替换和修改的技术方案。
是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的
方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第
二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接
相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上
述术语在本发明中的具体含义。
外部套管102顶部之间、连接在内部衬管101底部和外部套管102底部之间的堵帽103,所述
内部衬管101和外部套管102上均开设有孔隙,并且内部衬管101上孔隙的孔径大于外部套
管102上孔隙的孔径,所述堵帽103上连接有快速接头,所述取样探头1通过两端的快速接头
分别与探头顶端气囊21和探头底端气囊22连通。内部衬管101的壁厚为1.5mm,直径为22mm,
高度为60cm。内部衬管101上设置有8列孔,孔径为4mm。外部套管102的壁厚为0.4mm,直径为
24mm,高度为60cm。外部套管102上具有18目开孔。取样探头1的两端设置有外螺纹快速接
头,接头内径为8‑10mm,取样探头1通过快速接头分别与探头顶端气囊21和探头底端气囊22
连接。
中器9上还开设有供第一连接管3穿过的连接管限位孔92。探头限位孔91为螺纹孔,连接管
限位孔92为圆孔,其直径略大于第一连接管3的外径。为了减少置中器9对液体的阻隔,本发
明的所述置中器9上还对称开设有过水孔93。置中器9采用2/3的井管内径,厚度为20‑30mm。
探头顶端气囊21和探头底端气囊22之间还通过第一连接管3连通。所述第一连接管3和第二
连接管10均为耐腐蚀材质的刚性管。第二连接管10的作用主要是保证整个地下水取样管路
的连通性以及保证阻隔气囊的气密性,确保充气后阻隔气囊能够膨胀。如果没有第二连接
管10,充气后气体通过取样探头1进入管内,对井管内的水进行曝气,阻隔气囊无法膨胀,也
取不上地下水样品。第一连接管3的作用为将探头顶端气囊21和探头底端气囊22连通,这样
就能够通过探头顶端气囊21的进气口充气,把两个气囊同时充满气后膨胀。
径匹配,通常为6‑8mm。该气密性快速接头的一侧还开设有另一个外螺纹承插式气密性快速
接头,紧固件将该气密性快速接头螺纹固定于探头顶端气囊21顶部,接头内径与充气管4的
外径相匹配,通常为4‑6mm。
顶端的螺纹接口的外径匹配,该气密性快速接头以螺纹连接的方式与取样探头1顶端的快
速接头连接。该气密性快速接头的一侧还开设有一个外螺纹承插式气密性快速接头,紧固
件将该气密性快速接头螺纹固定于探头顶端气囊21底部,该气密性快速接头的内径与第一
连接管3的外径相匹配,通常为4‑6mm。第二连接管10的两端与探头顶端气囊21两端的气密
性快速接头以承插的方式进行气密性连接。
底端的快速接头连接,该气密性快速接头的一侧开设有另一气密性快速接头,该气密性快
速接头的内径与第一连接管3的外径匹配,通常为4‑6mm。
出水管8。取样管6为耐腐蚀材质的柔性管。
探头1的直径为筛管11内径的1/2,取样探头1的长度为0.5m‑1.5m。
料层14为石英砂,所述阻隔层15为膨润土泥浆,所述密封层16为水泥浆。
程中,全程套管跟进,防止井孔侧壁坍塌。
斗直接从地面沿空隙下漏装填。其中,装填阻隔层15的过程中,每装填0.5m干膨润土颗粒,
需往阻隔层15中加不少于2 L的清洁水,确保干膨润土颗粒吸水后膨胀。阻隔层15装填至距
离地面约0.5 m时,改由注入密封层16直至高出地面约0.1 m。
管限位孔92连接。
21与取样探头1顶端螺纹连接,探头顶端气囊21与第一连接管3的顶端螺纹连接。然后探头
底端气囊22与取样探头1底端螺纹连接,探头底端气囊22与第一连接管3的底端螺纹连接。
行充气,直至气压表显示系统压力高于探头底端气囊22底端静水压力不少于0.05MPa,以确
保探头顶端气囊21和探头底端气囊22紧贴筛管11内壁。
之间的井管内淤积的滞水体积的3‑5倍。
出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。