技术领域
[0001] 本实用新型属于地下
水污染监测与防治领域，尤其涉及一种低流量低扰动分层采样装置。
背景技术
[0002]
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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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，急需开展低流量低扰动分层采样装置研发，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
[0006] 本实用新型的目的是提供一种低流量低扰动分层采样装置，相对于传统的采样装置，其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，且采样连续可靠，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。
[0007] 为达成上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0008] 一种低流量低扰动分层采样装置，它包括：供电设备、变频
控制器、采样储水装置、数组采样装置和数套自膨胀封隔器，各组采样装置分别包括采样泵、采样管、
电缆、监测
探头和数据线，采样泵的出液口连接采样管的进液口，采样管的出液口与所述采样储水装置的存储空间对应连通，该供电设备和该变频控制器通过电缆连接，该变频控制器分别通过电缆连接各组采样装置的采样泵，该监测探头通过数据线连接计算机，采样泵和监测探头对应含水层，所述自膨胀封隔器对应止水层，所述自膨胀封隔器通过托盘夹具组固定在所套设的采样管上，各该采样泵为
外壳外径小于等于50mm的螺杆潜水泵，该螺杆潜水泵安装有降流防砂装置，以使得该采样泵的最小流量控制在0-5L/min，各组所述采样装置的采样管通过井口夹具固定在井口处。
[0009] 优选地，在所述螺杆潜水泵的
泵壳的顶端端盖连接有出水
管接头，所述螺杆潜水泵的
电机底部设有底部接头；所述出水管接头和所述电机底部接头用于安装降流防砂装置，该降流防砂装置包括环形壳体，该环形壳体包括相连的外壳和内壳，该外壳与该内壳之间形成第一环形通道，该螺杆潜水泵位于该内壳的环形腔体中，该内壳与该
螺杆泵之间形成第二环形通道，在该外壳的下端设有一级滤水管，该内壳的上端设有二级滤水管。
[0010] 优选地，所述螺杆潜水泵的进水管的上端的
传动轴上间隔套设两套降流装置，该降流装置与该螺杆潜水泵的泵壳固连，各该降流装置开设竖向降流孔，在竖向降流孔的底部和顶部设有用于降低过水流量的滤网，在该螺杆潜水泵的进水管的下端的传动轴上套设有用于防止砂石进入电机的密封装置。
[0011] 自膨胀封隔器上设有供采样管、数据线和电缆穿过的数个孔，数个孔分别与该自膨胀封隔对应的托盘夹具组上的各通孔的
位置一一对应。
[0012] 所述采样装置为三组，所述自膨胀封隔器为两套，第一组采样装置的采样泵和监测探头对应第一套自膨胀封隔器上方的含水层，第二组采样装置的采样泵和监测探头位于第一套自膨胀封隔器和第二套自膨胀封隔器之间的含水层，第三组采样装置的采样泵和监测探头对应第二套自膨胀封隔器下方的含水层，所述托盘夹具包括单管托盘夹具组和双管托盘夹具组，第一套自膨胀封隔器通过双管托盘夹具组套固在所述第二组采样装置的采样管和所述第三组采样装置的采样管上，所述第二套采样装置以及第三套采样装置的采样管、数据线和电缆均穿过第一套自膨胀封隔器及双管托盘夹具组，第二套自膨胀封隔器通过单管托盘夹具组套固在第三组采样装置的采样管上，所述第三套采样装置的采样管、电缆和数据线均穿过第二套自膨胀封隔器及单管托盘夹具组。
[0013] 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，该双管上托盘夹具压抵在第一套自膨胀封隔器上方，该双管下托盘夹具托抵在该第一套自膨胀封隔器下方，该双管上托盘夹具包括两个对应连接的双管半托盘夹具单元，该双管半托盘夹具单元包括双管半限位托板和双管半管体
夹板，该双管半管体夹板对应的固连在该双管半限位托板的顶壁，该双管半限位托板的底壁面压抵在第一套自膨胀封隔器的上方，该双管半限位托板设有两个间隔的弧形插槽A和数个供电缆和数据线穿过的通孔，该双管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，该双管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。
[0014] 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，该单管上托盘夹具压抵在第二套自膨胀封隔器上方，该单管下托盘夹具托抵在该第二套自膨胀封隔器下方，该单管上托盘夹具包括两个对应连接的单管半托盘夹具单元，单管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套自膨胀封隔器的上方，该单管半限位托板设有一弧形插槽B和供电缆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。
[0015] 所述井口夹具包括供采样管、电缆和数据线穿过的孔，穿
过采样管的该井口夹具的孔径与该采样管的外径一致，该采样管的母扣接头外径大于井口夹具对应孔的孔径，该采样管的母扣接头卡在该井口夹具的上方。
[0016] 所述采样装置的采样管为数根采样管单元通过公母丝扣连接而成，通过O型圈进行密封，各采样管单元的材质为PVC-U。
[0017] 本实用新型的有益效果：
[0018] 1)本实用新型的低流量低扰动分层采样装置对
地下水含水层扰动较小，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。
[0019] 2)本实用新型的低流量低扰动分层采样装置具有安装方便、止水可靠等优势，适用深度为120m以内。
[0020] 3)本实用新型的低流量低扰动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。
[0021] 4)本实用新型低流量低扰动分层采样装置连接远程自动控制装置，可以实现远程控制采样和监测，减少人为因素干扰，省时省
力。
附图说明
[0022] 图1是本实用新型低流量低扰动分层采样装置的结构示意图。
[0023] 图1A为采样泵的结构示意图。
[0024] 图2A为双管托盘夹具组的双管上托盘夹具的主视结构示意图。
[0025] 图2B为图2A的俯视结构示意图。
[0026] 图2C为本实用新型的第一套自膨胀封隔器的主视结构示意图。
[0027] 图2D为图2C的俯视结构示意图。
[0028] 图3A为单管托盘夹具组的单管上托盘夹具的主视结构示意图。
[0029] 图3B为图3A的俯视结构示意图。
[0030] 图3C为本实用新型的第二套自膨胀封隔器的主视结构示意图。
[0031] 图3D为图3C的俯视结构示意图。
[0032] 图4为井口夹具的结构示意图。
具体实施方式
[0033] 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。
[0034] 如图1至图4所示，一种低流量低扰动分层采样装置，它包括：供电设备1、变频控制器2、采样储水装置3、数组采样装置和数套自膨胀封隔器，各组采样装置4分别包括采样泵41、采样管42、电缆43、监测探头44和数据线45，采样泵41的出液口通过
法兰盘或丝扣连接采样管42的进液口，采样管42的出液口与所述采样储水装置3的存储空间对应连通，该供电设备1和该变频控制器2通过电缆43连接，该变频控制器2分别通过电缆43连接各组采样装置的采样泵41的电机，该监测探头44通过数据线45连接计算机46，采样泵41和监测探头44对应含水层4A，自膨胀封隔器5对应止水层6，该自膨胀封隔器5为膨胀
橡胶桶、橡
胶带或两者组合；所述自膨胀封隔器5通过托盘夹具组固定在所套设的采样管42上，各该采样泵41为外壳外径小于等于50mm的螺杆潜水泵，该螺杆潜水泵安装有降流防砂装置，以使得该采样泵的最小流量控制在0-5L/min，各组所述采样装置的采样管通过井口夹具9固定在井口处。
[0035] 变频控制器2具有调节采样泵电机转速的功能，可以将采样泵的最小流量控制到0-5L/min，该最小流量对地层扰动非常小，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，实现低流量低扰动采样。
[0036] 如图1A所示，所述采样泵41为降流防砂螺杆潜水泵，在该螺杆潜水泵的泵壳的顶部端盖连接有出水管接头413，所述螺杆潜水泵的电机底部设有底部接头414；所述出水管接头413和所述底部接头414用于安装降流防砂装置，该降流防砂装置包括环形壳体，该环形壳体包括外壳411和内壳412，该外壳411与该内壳412之间形成第一环形通道，该螺杆潜水泵位于该内壳412的环形腔体中，该内壳412与该螺杆潜水泵之间形成第二环形通道，在该外壳411的下端设有一级滤水管4111，该内壳412的上端设有二级滤水管4121。
[0037] 所述环形壳体采用半合式结构，通过螺丝将其固定于出水管接头和电机的底部接头。
[0038] 所述螺杆潜水泵包括泵壳411A、橡胶衬套411B、螺杆411C、偏心联轴节411D、传动轴411E和电机411F；所述端盖下部轴向设有橡胶衬套，该橡胶衬套内部设有螺杆槽，该螺杆槽供安装螺杆，该螺杆通过与传动轴连接，该传动轴与电机连接。
[0039] 所述螺杆潜水泵的进水管4110的上端的传动轴411E上间隔套设两套降流装置4113，该降流装置与该螺杆潜水泵的泵壳固连，各该降流装置开设竖向降流孔4114，在竖向降流孔的底部和顶部设有用于降低过水流量的滤网，在该螺杆潜水泵的进水管的下端的传动轴4112上套设有用于防止砂石进入电机411F的密封装置4115。
[0040] 如图2A至图3D所示，所述自膨胀封隔器上设有供采样管穿过的孔、供数据线穿过的孔和供电缆穿过的孔分别与其对应的托盘夹具组上的各通孔位置上下一一对应。
[0041] 所述采样装置的采样管为数根采样管单元通过丝扣连接而成，各采样管单元的材质为PVC-U。
[0042] 优选地，如图1所示，所述采样装置4为三组，所述自膨胀封隔器5为两套，
自上而下依次称为第一、第二、第三，第一组采样装置的采样泵和监测探头对应第一套自膨胀封隔器上方的含水层，第二组采样装置的采样泵和监测探头位于第一套自膨胀封隔器和第二套自膨胀封隔器之间的含水层，第三组采样装置的采样泵和监测探头对应第二套自膨胀封隔器下方的含水层，所述托盘夹具包括单管托盘夹具组和双管托盘夹具组，第一套自膨胀封隔器51通过双管托盘夹具组7套固在所述第二组采样装置的采样管和所述第三组采样装置的采样管上，所述第二套采样装置以及第三套采样装置的采样管、数据线和电缆均穿过第一套自膨胀封隔器及其双管托盘夹具组，第二套自膨胀封隔器通过单管托盘夹具组套固在第三组采样装置的采样管上，所述第三套采样装置的采样管、电缆和数据线均穿过第二套自膨胀封隔器及其单管托盘夹具组。
[0043] 通过自膨胀封隔器5进行分层止水，自膨胀封隔器5的材质可以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层位置相对应，通过托盘夹具固定于对应的采样管2上。
[0044] 如图2C、图2D、图3C和图3D所示，自膨胀封隔器5需要根据穿过的采样管42、电缆43及数据线45的数量提前设置孔的数量，孔的直径以既能穿过采样管42、电缆43及数据线45，又能保证封隔效果为宜。
[0045] 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，该双管上托盘夹具压抵在第一套自膨胀封隔器上方，该双管下托盘夹具托抵在该第一套自膨胀封隔器下方，如图2A和图2B所示，该双管上托盘夹具7包括两个对接的双管半托盘夹具单元71，两个双管半托盘夹具单元71通过螺栓共同夹固在第二套采样装置的采样管和第三套采样装置的采样管的外壁，该双管半托盘夹具单元71包括双管半限位托板711和双管半管体夹板712，可一体成型，该双管半管体夹板712对应的固连在该双管半限位托板711的顶壁，该双管半限位托板711的底壁面压抵在第一套自膨胀封隔器5的上方，该双管半限位托板
711包括弧形平板体，在该弧形平板体的直边处开设有两个间隔的弧形插槽A7110，在该弧形平板体上另开设数个供电缆和数据线穿过的通孔，该双管半管体夹板712呈折弯状的板片状，包括两个相连的弧形夹板A7120，两弧形夹板A7120的内侧之间设有内连接板7121，两弧形夹板A7120的外侧分别连接外连接板7122，该双管半限位托板的两个弧形插槽A7110的壁面与两个弧形夹板A7120的内壁面一一对应，该内连接板7121与该外连接板7122上均设有供螺栓穿设的穿孔，第二套采样装置的采样管和第三套采样装置的采样管对应穿过对接的两个双管半托盘夹具单元所形成的两孔道。该双管下托盘夹具和该双管上托盘夹具对称的设置在第一套自膨胀封隔器的上、下方。双管托盘夹具组供采样管、电缆和数据孔穿过的孔与对应的自膨胀封隔器的孔对应。
[0046] 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，该单管上托盘夹具压抵在第二套自膨胀封隔器5上方，该单管下托盘夹具托抵在该第二套自膨胀封隔器下方，如图3A和图3B所示，该单管上托盘夹具8包括两个对接的单管半托盘夹具单元81，单管半托盘夹具单元81包括单管半限位托板811和单管半管体夹板812，该单管半管体夹板812对应固连在单管半限位托板812的顶壁，该单管半限位托板812的底壁面压抵在第二套自膨胀封隔器5的上方，该单管半限位托板811设有一弧形插槽B8110和数个供电缆和数据线穿过的通孔，该单管半管体夹板812包括一弧形夹板B8120，该弧形夹板B的两侧分别设有连接板8121，该单管半限位托板811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8121上均设有供螺栓穿设的穿孔。第三组采样装置的采样管穿过两个相连的单管半托盘夹具单元所形成的孔道。该单管下托盘夹具和该单管上托盘夹具对称的设置在第二套自膨胀封隔器的上、下方。单管托盘夹具组供采样管、电缆和数据孔穿过的孔与对应的自膨胀封隔器的孔对应。
[0047] 如图4所示，所述井口夹具9包括托盘91，在该托盘91上开设有供采样管、电缆和数据线穿过的通孔；该托盘的尺寸大于井口的尺寸，穿过采样管的该井口夹具的孔径与该采样管的外径一致，该采样管的母扣接头外径大于井口夹具对应孔的孔径，该采样管的母扣接头搭于该井口夹具的上方。
[0048] 本实用新型可根据具体情况进行采样分层的数量，比如两层采样，三层采样或多层采样，来设置相应的采样装置。
[0049] 下面介绍本实用新型的的低流量低扰动分层采样装置的使用方法，它包括下列步骤：
[0050] A.根据钻孔分层采样要求，由下而上，首先下入第三组的采样装置(最底部)，将其采样泵与采样管连接后下入井中，并在相对应最底层止水位置处安装第二套自膨胀封隔器，并用单管托盘夹具组固定于对应的采样管上，安装完成后，继续下入第三组采样装置，下放到预
定位置后，将第二组采样装置的采样泵与采样管连接，与第三组采样装置一起下入井中，并在相对应的止水位置安装第一套自膨胀封隔器，用双管托盘夹具组固定于采样管上，以此类推，直至全部下入井中，用井口夹具将低流量低扰动分层采样装置固定于井口。
[0051] 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
电路连接及管路系统都正常后，启动地表的供电设备使采样泵开始工作，首先通过变频控制器将采样泵流量调节至最大，置换出井管内原有的混合水样，通过监测探头与计算机观察水质和水位变化，判定为地层真实水样后，通过变频控制器将流量调节至最小(0-5L/min)，进行水样采集。当抽水工作结束后，关闭供电设备使采样泵停止工作，关闭地表显示设备。
[0052] 本实用新型低流量低扰动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，通过低流量低扰动采样泵进行大流量洗井，直至将地层真实水样置换出来后，通过变频控制器将流量调节至最小(0-5L/min)，进行低流量低扰动采样，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，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。
[0053] 以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。
