本发明专利技术公开了基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，监测井由封隔器分隔为多层含水层，每层含水层内的分层采样装置包括第一导流管、第一三通、第一逆止阀、第二逆止阀、第三逆止阀、第一井下气驱机构、第一泄压阀、第一气动快插接头、第二气动快插接头、第三气动快插接头、第一井下储流容器和第二过滤渗析组件，本发明专利技术能实现不同深度、不同含水层的一站式地下水采样；气驱式工作保证了采样过程地下水样品的高保真和代表性；将单层2根管线减少至1根管线，同等条件下将地下水分层采样装置的额定采样层数翻倍，并通过减少井筒中管路数量和占用空间，提高了井下监测模块的集成能力，从而为集成井下监测模块提供了物理空间和技术基础。
【技术实现步骤摘要】
基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置
本专利技术属于水文地质
，具体涉及基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置。
技术介绍
地下水是自然生态系统和人类生存的基础性重要资源，是关系到地球系统演化和地表生物生存的重要因素。随着经济飞速发展和人类活动不断增加，我国地下水环境均遭受日趋严重的消耗与破坏，如地下水资源过度开采(近十几年来，我国地下水年开采量持续超过1千亿立方米)、地下水水质污染退化等。地下水资源的勘察与保护离不开地下水采样技术。地下水资源的严重消耗已对我国国民经济和人民生活质量造成重大影响。为保障我国人民的用水权益与自然生态环境良性发展，地下水保护至关重要。地下水采样与监测是地下水资源评价的重要数据来源。我国地下水监测工作经过多年发展，建立了国家、省、地三级地下水监测网络，对重要监测区域实现了基本覆盖，并启动了新一轮的国土资源大调查。地下水监测要求逐渐从传统的地下水资源量评价转为侧重地下水水质与地下环境承载力综合评价。也就是说，地下水监测指标除原有的地下水位、水温、水量，更注重地下水水质。然而，针对地下水水质的地下水取样设备在我国地质调查工作中支撑有限，如针对面上调查的机民井取样，长期观测孔的高精度定深取样，有待进一步开发新的地下水分层采样技术，提供实用高效的设备支撑提升水文地质调查野外采样精度。地下水环境保护与生态修复离不开地下水采样技术。地下水监测作为地下水环境保护最基础工作之一。人类活动造成日益严重的地下水污染，如垃圾填埋场渗滤液下渗、工业园区污染源地下排放或泄漏、农业活动的污染等，造成污染源下渗至浅层地下水，并横向纵向扩散至更大的影响区域，从地表的点状到地下的三维锥面状，从线状到条带状，在不同地层深度和离地面污染源的距离远近造成不同程度的地下水水质污染。土十条、水十条的相继颁布，显示了政府对地下环境的关注及公众环保意识的极大提高，随之带来监管部门及工业市场对地下污染监测控制技术的需求增长。其中，较大一部分地下环境污染问题来源于地表的泄漏渗透与浅地表工程注入活动，尤其对离地表最近的地下含水层造成威胁。然而目前市场上的同类产品并不能满足该方向发展的需求，需要进一步的发展。水循环、水文地质精细化研究、浅地表关键带研究等基础科学研究离不开新型地下水分层采样监测技术。地下水采样通过配合相关测试技术能提供大量关于地层的水文地质、物理参数、地球化学信息和微生物信息等，是对水资源勘察、水源地保护、重大地下工程开展和生态环境保护有重要指导意义的监测手段之一。国内外开展了地下水分层采样技术的系列研发。专利技术专利“一种气体推动式地下流体分层取样装置”(103967486B)、“基于U型管技术的地下流体分层取样装置及方法(105298490B)”等提供了基于U型管原理的地下水分层采样技术，并开发了浅(30m)、中(200m)、深(2000m)三个系列的地下水U型管分层采样装置。专利技术专利“一种管中管地下流体分层取样装置”、技术专利“一种适用于多个含水层的地下水分层监测井”(208350783U)提供了基于管中管原理的气驱式地下水分层采样技术，相比U型管技术在原有条件下地下水分层采样层数实现了翻倍。但上述两个基于气驱原理的地下水U型管分层采样技术和地下水管中管分层采样技术还存在若干技术难点有待攻克，井下狭小空间有待新的工作原理及结构设计改善扩展，井下设备集成能力有待进一步提高，同等井孔直径条件下监测层数有待进一步增多。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置。适用于水文地质勘察领域以及生态环境监测领域的地下水单管脉冲分层采样。为了实现上述目的，该专利技术采用如下技术方案：基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，包括封隔器，监测井由封隔器分隔为多层含水层，每层含水层内均设置有分层采样装置，分层采样装置包括第一导流管、第一三通、第一逆止阀、第二逆止阀、第三逆止阀、第一井下气驱机构、第一泄压阀、第一气动快插接头、第二气动快插接头、第三气动快插接头、第一井下储流容器和第一过滤渗析组件，第一过滤渗析组件通过第三逆止阀连接第一井下储流容器底部设置的第三气动快插接头，第一井下储流容器上部设置有第一气动快插接头和第二气动快插接头，第一气动快插接头与第一泄压阀一端连接，第二气动快插接头与第一逆止阀一端连接，第一逆止阀另一端与第一三通连接，第一泄压阀的另一端依次通过第一井下气驱机构、第二逆止阀与第一三通连接，第一三通还与第一导流管一端连接，第一导流管另一端延伸至地面并分别与中继装置、以及对应的采样瓶连接，中继装置和脉冲式加压泵连接，第一导流管与采样瓶连通的支路上设置有球阀。如上所述的第三逆止阀自第一过滤渗析组件至第三气动快插接头方向单向导通；第一逆止阀自第二气动快插接头至第一三通方向单向导通；第二逆止阀自第一三通至第一井下气驱机构方向单向导通。如上所述的监测井的上部设置有井筒，井筒贯穿包气带。本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：本专利技术结构设计新颖，可实现地下水原位弱扰动分层采样。基于前期工作的地下水U型管分层采样技术、地下水管中管分层采样技术有较大幅度改进提升。优势如下：1、地下水单管多层分层采样，能实现不同含水层、同一含水层不同深度的一站式地下水采样；2、水样代表性好。基于气驱式工作原理的结构设计保证了采样过程地下水样品的高保真和代表性。如通过地下水井下被动式过滤渗析技术降低采样速率对地层干扰，采样扰动小；3、可实现自动化智能化的地下水分层采样。气驱压力源将原有的氮气瓶替换为脉冲式加压泵，并通过固定压力值注入实现脉冲式精准控制，为地下水分层采样的远程自动化、智能化提供了技术基础；4、装置井下集成能力进一步提升。对比地下水U型管分层采样技术，将单层2根管线减少至1根管线，同等条件下将地下水分层采样装置的额定采样层数翻倍，并通过减少井筒中管路数量和占用空间，提高了井下监测模块的集成能力，从而为集成井下监测模块提供了物理空间和技术基础。本专利技术主要适用于地质勘察领域的地下水调查与监测，适用于自然资源部颁布的《区域地下水质监测网设计规范》DZ/T0308-2004，尤其涉及多个含水层；适用于污染场地地下水的调查与监测，适用于生态环境部颁布的《地下水环境监测技术规范》HJ166-2020(征求意见稿)规定的地下水环境监测井，尤其适用于监控人为活动污染影响强烈的近地表松散孔隙水含水层，三维分层监测不同密度沿地层垂向分布的地下水污染物(如LNAPL、DNAPL)刻画污染物在地下水的三维时空分布与运移扩散追踪。附图说明图1为基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置的原理示意图。图2为适用于地质勘察的两个独立含水层封隔的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置的原理示意图。图3为适用于生态环境监测的同一含水层分隔为三层的基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置的原理示意图。图4为图3中第一导流管、第二导流管和第三导流管的连接示意图。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，包括封隔器，其特征在于，监测井由封隔器(13)分隔为多层含水层，每层含水层内均设置有分层采样装置，分层采样装置包括第一导流管(4a)、第一三通(5.1a)、第一逆止阀(6.1a)、第二逆止阀(6.2a)、第三逆止阀(6.3a)、第一井下气驱机构(7a)、第一泄压阀(8a)、第一气动快插接头(9.1a)、第二气动快插接头(9.2a)、第三气动快插接头(9.3a)、第一井下储流容器(10a)和第一过滤渗析组件(11a)，/n第一过滤渗析组件(11a)通过第三逆止阀(6.3a)连接第一井下储流容器(10a)底部设置的第三气动快插接头(9.3a)，第一井下储流容器(10a)上部设置有第一气动快插接头(9.1a)和第二气动快插接头(9.2a)，第一气动快插接头(9.1a)与第一泄压阀(8a)一端连接，第二气动快插接头(9.2a)与第一逆止阀(6.1a)一端连接，第一逆止阀(6.1a)另一端与第一三通(5.1a)连接，第一泄压阀(8a)的另一端依次通过第一井下气驱机构(7a)、第二逆止阀(6.2a)与第一三通(5.1a)连接，第一三通(5.1a)还与第一导流管(4a)一端连接，第一导流管(4a)另一端延伸至地面并分别与中继装置(2)、以及对应的采样瓶(3)连接，中继装置(2)和脉冲式加压泵(1)连接，第一导流管(4a)与采样瓶(3)连通的支路上设置有球阀。/n...
【技术特征摘要】
1.基于气驱原理的地下水单管脉冲分层采样装置，包括封隔器，其特征在于，监测井由封隔器(13)分隔为多层含水层，每层含水层内均设置有分层采样装置，分层采样装置包括第一导流管(4a)、第一三通(5.1a)、第一逆止阀(6.1a)、第二逆止阀(6.2a)、第三逆止阀(6.3a)、第一井下气驱机构(7a)、第一泄压阀(8a)、第一气动快插接头(9.1a)、第二气动快插接头(9.2a)、第三气动快插接头(9.3a)、第一井下储流容器(10a)和第一过滤渗析组件(11a)，
第一过滤渗析组件(11a)通过第三逆止阀(6.3a)连接第一井下储流容器(10a)底部设置的第三气动快插接头(9.3a)，第一井下储流容器(10a)上部设置有第一气动快插接头(9.1a)和第二气动快插接头(9.2a)，第一气动快插接头(9.1a)与第一泄压阀(8a)一端连接，第二气动快插接头(9.2a)与第一逆止阀(6.1a)一端连接，第一逆止阀(6.1a)另一端与第一三通(5.1a)连接，第一泄...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘学浩，陈征澳，黄旋，王安礼，黄长生，
申请(专利权)人：中国地质调查局武汉地质调查中心中南地质科技创新中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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