本发明专利技术公开了一种地下分层的水气采集装置、采集方法及井管清洗方法。所述装置包括第一气压密封栓、第二气压密封栓、气压缸、活动伸缩组件、第一充气管、第二充气管和水气采集导管，气压缸位于第一和第二气压密封栓之间，且一端与第一气压密封栓相连，另一端与活动伸缩组件相连，第一充气管与气压缸相连通，第二充气管与第一、第二气压密封栓内的密封腔体相连，第一和第二气压密封栓与装置所在的井管之间形成一采集空间，水气采集导管与采集空间相连，用于采集该空间内的水气样品。本发明专利技术提供了一种可以降低现有地下水气监测误差和节约成本的地下分层水气采集方案。成本的地下分层水气采集方案。成本的地下分层水气采集方案。
【技术实现步骤摘要】
一种地下分层的水气采集装置、采集方法及井管清洗方法
[0001]本专利技术属于地下水采集
，具体涉及一种地下分层的水气采集装置、采集方法及井管清洗方法。
技术介绍
[0002]地下水与地表水交互作用带是陆地和水域之间碳迁移转化的活跃圈层，在控制水环境质量和生态功能中发挥重要作用。由于地表水和地下水之间频繁而强烈的交互作用，在其作用带形成了极具时空异质性的水文、地球化学等多过程融合的特点。地下水和地表水中的碳，随着不同时段和季节地表水与地下水的相互补给，在地下水与地表水交互作用带汇集与交换，在经过一系列生物
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地球
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化学作用后再分散进入于地下水系统和地表环境，有的甚至进入深层地下水中，形成了复杂的碳过程和源汇格局。
[0003]当前，气候变化及其不利影响已成为全球的焦点，并且随着“碳中和”目标提出，对全球碳循环问题的重视度日益增加。河流及其周边湿地作为碳沉积和碳循环的重要媒介，在全球气候变化的大背景下，其水文(水量和水温等)发生着显著变化；在地下水与地表水交互作用下，其物质和能量的交换和循环将愈发活跃。
[0004]如何通过技术手段研究未来气候变化对河流及湿地碳源汇功能的影响，是一个具有重大意义的科学问题。目前，国内外学者主要通过钻探的手段，通过埋设一系列不同深度花管建立监测井来开展相关的研究工作。
[0005]但受地下不同沉积厚度、以及钻探对地下含水层扰动的影响，各监测井的监测结果差异性很大；且钻探的成本相对较高，尤其是在青藏高原等生态脆弱地区开展相关工作，钻探和洗孔等活动易对区域生态环境造成无法恢复的破坏。
[0006]如何提供一种可以保证监测与取样结果的准确性、连续性，减少重复的工作量和降低对生态环境的破坏的地下分层水气采集方案，是一个急需解决的技术问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的主要目的在于提供一种地下分层的水气采集装置、采集方法及井管清洗方法，从而克服现有技术的不足。
[0008]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种地下分层的水气采集装置，所述水气采集装置位于监测井的井管中，所述井管包括多段花管，所述水气采集装置包括：
[0009]气压密封组件，所述气压密封组件包括上下设置的第一气压密封栓和第二气压密封栓，所述第一气压密封栓和第二气压密封栓内均各设置一密封空腔；
[0010]活动伸缩组件，包括外杆和密封套设于所述外杆内的内杆，所述外杆沿内杆上下相对移动；
[0011]气压缸，位于所述第一气压密封栓和第二气压密封栓之间，且其一端与一主轴杆相连通，另一端与所述外杆相连通，所述主轴杆贯穿所述第一气压密封栓，且其上端伸出第
一气压密封栓外，下端与所述气压缸相连通；
[0012]充气管组件，包括第一充气管和第二充气管，所述第一充气管与所述气压缸相连通，所述第二充气管与所述第一气压密封栓的密封空腔和第二气压密封栓的密封空腔均相连通；
[0013]水气采集导管，其贯穿所述第一气压密封栓，且其上下两端分别伸出所述第一气压密封栓的上下端外；
[0014]采集时，通过所述第一充气管向气压缸内充气，所述气压缸在气压作用下推动外杆向靠近第二气压密封栓的方向移动，直至所述第一气压密封栓和第二气压密封栓之间的距离大于单段所述花管的高度；通过所述第二充气管向所述第一气压密封栓和第二气压密封栓的密封腔体内充气，两个密封腔体充气膨胀，使得所述第一气压密封栓和第二气压密封栓与井管的管壁之间紧密贴合，形成一采集空间，所述采集空间对应的井管的部分外壁与井管外相通；所述水气采集导管将所述采集空间内的水或气体抽尽，使所述采集空间内形成一负压状态，外部待采集的水或气体在所述负压状态下向采集空间内逸散；所述水气采集导管抽取所述采集空间内的水气样品
[0015]在一优选实施例中，所述装置还包括用于确定所述水气采集装置下放到所述井管内目标位置的监视器，所述监视器固定于所述气压缸外壁上且通过通信导线与外界相连。
[0016]在一优选实施例中，所述井管包括外井管和位于所述外井管内的内井管，所述外井管和内井管之间形成有填充空间，所述外井管和内井管的对应外壁上开设有开孔，且所述外井管和内井管的管壁上自上而下间隔均匀布置有多个所述开孔，所述开孔对应的填充空间内填充有与井管外可相连通的材料，所述填充空间的其他部分填充不透水透气的材料。
[0017]在一优选实施例中，所述井管的上端盖设有井盖，所述井盖的下端面上固定一用于连接监视器的连接件。
[0018]在一优选实施例中，所述第一气压密封栓和第二气压密封栓的外侧面为弹性表面，所述弹性表面为高弹塑性复合橡胶，所述高弹塑性复合橡胶包括聚四氟乙烯和合成橡胶，或者天然橡胶和氯丁橡胶的混合物。
[0019]在一优选实施例中，所述活动伸缩组件的外杆和内杆的接触处采用密封垫圈密封。
[0020]在一优选实施例中，所述水气采集导管包括相接的第一刚性部分和第一柔性部分，所述第一刚性部分贯穿所述第一气压密封栓，所述第一柔性部分位于第一气压密封栓和第二气压密封栓之间。
[0021]在一优选实施例中，所述第二充气管包括第二刚性部分、第二柔性部分和第三刚性部分，所述第二刚性部分与主轴杆相连，所述第二柔性部分一端与所述第二刚性部分相连，另一端与所述第三刚性部分相连，所述第三刚性部分与所述内杆相连。
[0022]另一方面，本专利技术实施例提供了一种地下分层的水气采集方法，包括：
[0023]S100，通过第一充气管向气压缸内充气，气压缸在气压作用下推动外杆向靠近第二气压密封栓的方向移动，移动直至第一气压密封栓和第二气压密封栓之间的距离大于花管的高度；
[0024]S200，通过第二充气管向第一气压密封栓和第二气压密封栓的密封腔体内充气，
两个密封腔体充气膨胀，使得第一气压密封栓和第二气压密封栓与井管的管壁之间紧密贴合，形成一采集空间；
[0025]S300，采用水气采集导管将所述采集空间内的水或气体抽尽，使采集空间内形成一负压状态，外部待采集的水或气体在所述负压状态下向采集空间内逸散；
[0026]S400，采用所述水气采集导管抽取所述采集空间内的水气样品。
[0027]在一优选实施例中，所述S200和S300之间还包括：
[0028]通过第一充气管继续向气压缸内充气，检测所述采集空间是否完全密封，若未完全密封，则重复执行所述S200，直至所述采集空间完全密封。
[0029]另一方面，本专利技术还揭示了一种地下分层的井管清洗方法，对堵塞的井管内壁进行清洗，所述方法具体包括：
[0030]S601，通过第一充气管向气压缸内充气，气压缸在气压作用下推动外杆向靠近第二气压密封栓的方向移动，移动至清洗的井管内壁位置处；
[0031]S602，通过第二充气管向第一气压密封栓和第二气压密封栓的密封腔体内充气，两个密封腔体充气膨胀，使得第一气压密封栓和第二气压密封栓与井管的管壁之间紧密贴合，形本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种地下分层的水气采集装置，其特征在于，所述水气采集装置位于监测井的井管中，所述井管包括多段花管，所述水气采集装置包括：气压密封组件，所述气压密封组件包括上下设置的第一气压密封栓和第二气压密封栓，所述第一气压密封栓和第二气压密封栓内均各设置一密封空腔；活动伸缩组件，包括外杆和密封套设于所述外杆内的内杆，所述外杆沿内杆上下相对移动；气压缸，位于所述第一气压密封栓和第二气压密封栓之间，且其一端与一主轴杆相连通，另一端与所述外杆相连通，所述主轴杆贯穿所述第一气压密封栓，且其上端伸出第一气压密封栓外，下端与所述气压缸相连通；充气管组件，包括第一充气管和第二充气管，所述第一充气管与所述气压缸相连通，所述第二充气管与所述第一气压密封栓的密封空腔和第二气压密封栓的密封空腔均相连通；水气采集导管，其贯穿所述第一气压密封栓，且其上下两端分别伸出所述第一气压密封栓的上下端外；采集时，通过所述第一充气管向气压缸内充气，所述气压缸在气压作用下推动外杆向靠近第二气压密封栓的方向移动，移动直至所述第一气压密封栓和第二气压密封栓之间的距离大于单段所述花管的高度；通过所述第二充气管向所述第一气压密封栓和第二气压密封栓的密封腔体内充气，两个密封腔体充气膨胀，使得所述第一气压密封栓和第二气压密封栓与井管的管壁之间紧密贴合，形成一采集空间，所述采集空间对应的井管的部分外壁与井管外相通；所述水气采集导管将所述采集空间内的水或气体抽尽，使所述采集空间内形成一负压状态，外部待采集的水或气体在所述负压状态下向采集空间内逸散；所述水气采集导管抽取所述采集空间内的水气样品。2.根据权利要求1所述的一种地下分层的水气采集装置，其特征在于：所述装置还包括用于确定所述水气采集装置下放到所述井管内目标位置的监视器，所述监视器固定于所述气压缸外壁上且通过通信导线与外界相连。3.根据权利要求2所述的一种地下分层的水气采集装置，其特征在于：所述井管包括外井管和位于所述外井管内的内井管，所述外井管和内井管之间形成有填充空间，所述外井管和内井管的对应外壁上开设有开孔，且所述外井管和内井管的管壁上自上而下间隔均匀布置有多个所述开孔，所述开孔对应的填充空间内填充有与井管外可相连通的材料，所述填充空间的其他部分填充不透水透气的材料。4.根据权利要求1所述的一种地下分层的水气采集装置，其特征在于：所述第一气压密封栓和第二气压密封栓的外侧面为弹性表面，所述弹性表面为高弹塑性复合橡胶，所述高弹塑性复合橡胶包括聚四氟乙烯和合成橡胶，或者天然橡胶和氯丁橡胶的混合物。5.根据权利要求1所述的一种地下分层的水气采集装置，其特征在于：所述水气采集导管包括相接的第一刚性部分和第一柔性部分，所述第一刚性部分贯穿所述第一气压密封栓，所述第一柔性部分位于第一气压密封栓和第二气压密封栓之间。6.根据权利要求1所述的一种地下分层的水气采集装置，其特征在于：所述第二充气管包...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨幼清，杜剑卿，崔骁勇，牛海山，吴俣，张泽晋，潘佳音，宗淙，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：
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