地下水分层采样系统及使用该系统进行分层采样的方法

摘要

本发明提供地下水分层采样系统及使用该系统进行分层采样的方法，包括井孔、井管、井台、止水材料、滤料，筛管深度范围、滤料填充范围与目标采样层范围相一致，目标采样层为多层时，筛管相应设置多段；分层采样装置包括衬管、上部止水气囊、下部止水气囊、充气管、采样管，上部止水气囊和下部止水气囊环形固定于衬管外表面，本发明与现有技术相比，通过上部止水气囊和下部止水气囊，使目标含水层采样段形成密封，避免了其他含水层的干扰，采样针对性强；通过调整采样装置位置，实现地下水分层采样，避免了监测井的重复建设，缩短了监测井建设和采样时间，并降低成本；针对目标含水层进行洗井，产生的洗井废水量小，对地下水扰动小，二次污染小。

说明书

技术领域

本发明涉及环境监测领域，尤其涉及一种地下水分层采样系统及使用该系统进行分层采样的方法。

背景技术

地下水环境监测井是为调查地下水环境质量状况和地下水体中污染物动态分布变化而设立的水质监测井，常用于饮用水水源地、矿山开采区、工业污染源、农业污染源、垃圾填埋场等区域的地下水调查和监测。

不同类型污染物，在水中分布深度不一样，例如石油烃类污染物一般分布在地下水上层，而氯代烃类密度比水大，通常分布在深层地下水中，此外，污染物迁移进入地下水的深度还受土层结构、渗透系数、泄漏时间长短等因素影响，不同含水层内污染物的含量也会存在差异。

为了对不同含水层的地下水进行采样检测，通常需要建设不同深度的多个监测井，存在以下问题：一方面，监测井建设工作量大，成本高，工期长；另一方面，建成的监测井在采样前需要洗井，根据规范要求洗井水量应为3~5倍的井体积，监测井数量越多、深度越大，洗井产生的废水量也相应越多，废水收集处理不当极易产生二次污染。

发明内容

本发明的目的是提供地下水分层采样系统及使用该系统进行分层采样的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种地下水分层采样系统，其特征在于，包括井孔和地下水分层采样装置，所述井孔沿竖直方向设置，所述井孔顶端的外缘环绕设有井台，所述井孔内沿竖直方向设有井管，所述井管包括由上至下一一交替连接的无缝实壁管和筛管，所述井管的顶端和底端均为无缝实壁管，所述无缝实壁管的外壁和井孔的内壁之间填充止水材料，所述筛管的外壁和井孔的内壁之间填充滤料，

所述地下水分层采样装置包括衬管、上部止水气囊、下部止水气囊、充气管和采样管，所述衬管沿竖直方向插入井管设置，所述上部止水气囊和下部止水气囊均环形固定附着于衬管的外表面，所述上部止水气囊位于任意一筛管的顶部，所述下部止水气囊位于同一筛管的底部，所述充气管和采样管均固定于衬管的外壁，所述充气管的上端与空气泵连接，所述充气管的下端与上部止水气囊和下部止水气囊连通，所述采样管的上端与采样泵连接，所述采样管的下端位于上部止水气囊和下部止水气囊之间。

进一步地，所述井管的底部通过管堵密封，所述井管的顶部通过管帽密封。

进一步地，所述滤料的填充深度范围与筛管的深度范围相一致。

进一步地，所述衬管的外径比井管的内径小5cm以上。

一种使用采样系统进行地下水分层采样的方法，包括以下步骤：

步骤1：钻孔达到设定深度后，进行井孔掏洗；将井管放入井孔并扶正、固定，将滤料和止水材料分别填充至井孔内壁与井管外壁之间的环形空隙内，滤料填充深度范围与筛管深度范围相一致，止水材料填充深度范围与无缝实壁管深度范围相一致；

步骤2：将分层采样装置放入井管内，位置与目标采样层相一致，将充气管上端与空气泵连接，将采样管上端与采样泵连接；向上部止水气囊和下部止水气囊内充气，使气囊填满井管与衬管之间的环形空间；

步骤3：利用采样泵和采样管洗井，抽水速率不大于0.3L/min，直至水质参数达到稳定；

步骤4：利用采样泵和采样管采集地下水至样品瓶中，编号并贴上标签；

步骤5：利用空气泵抽出上端止水气囊和下端止水气囊内空气，将分层采样装置位置移动到下一目标采样层，重复步骤2~步骤4进行采样，采样结束后将分层采样装置从监测井内取出。

进一步地，所述步骤1包括，在滤料和止水材料填充完成后，构筑保护性的井台并设置标识牌。

进一步地，所述步骤3中，水质参数包括pH值、温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位和浊度。

本发明的优点在于：

1）采样针对性强；通过上部止水气囊和下部止水气囊，目标含水层采样段形成密封，避免了其他含水层的干扰，采样针对性强。

2）监测井一次性建成，通过调整采样装置位置，实现地下水分层采样，避免了监测井的重复建设，缩短了监测井建设和采样时间，并降低成本。

3）洗井水量小；仅针对目标含水层进行洗井，产生的洗井废水量小，对地下水扰动小，二次污染小。

附图说明

图1为本发明地下水分层开筛监测井的结构示意图；

图2为本发明止水气囊非充气状态下采样系统结构示意图；

图3为本发明止水气囊充气状态下采样系统结构示意图。

附图标记：

1井孔2井台3止水材料4滤料5井管

6无缝实壁管601第一无缝实壁管602第二无缝实壁管

7筛管8管堵9管帽10衬管

11上部止水气囊12下部止水气囊13充气管14采样管15空气泵

16采样泵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种地下水分层采样系统，如图1所示，包括井孔1和地下水分层采样装置，所述井孔1沿竖直方向设置，所述井孔1顶端的外缘环绕设有井台2，所述的井台2为明显式或隐蔽式，明显式井台2的井管5地上部分长度保留30cm~50cm，隐蔽式井台2的顶部与地面齐平。

所述井孔1内沿竖直方向设有井管5，所述井管5内径不小于10cm，所述井管5的外壁包裹有2~3层的钢丝网或尼龙网，钢丝网或尼龙网的孔径为30~50目。

所述井管5由无缝实壁管6和筛管7一一交替连接组成，井管5的顶端和底端均为无缝实壁管6，优选地，如图2和图3所示，所述井管5包括由上至下依次连接的第一无缝实壁管601、筛管7和第二无缝实壁管602，所述第一无缝实壁管601、第二无缝实壁管602的外壁和井孔1的内壁之间填充止水材料3，所述筛管7外壁和井孔1的内壁之间填充滤料4，所述滤料4的填充深度范围与筛管7的深度范围相一致，所述滤料4的粒径为1mm~3mm。

所述地下水分层采样装置包括衬管10、上部止水气囊11、下部止水气囊12、充气管13和采样管14，所述衬管10沿竖直方向插入井管5设置，所述衬管10的外径比井管5的内径小5cm以上。

所述上部止水气囊11和下部止水气囊12均环形固定附着于衬管10的外表面，所述上部止水气囊11位于任意一筛管7的顶部，所述下部止水气囊12位于同一筛管7的底部，所述上部止水气囊11和下部止水气囊12的高度均为30~50cm，在非充气状态下衬管10及气囊可自由进出井管5，在充气状态下气囊可填满井管5与衬管10之间的环形空间以实现止水目的。

所述充气管13和采样管14均固定于衬管10的外壁，所述充气管13的上端与空气泵15连接，所述充气管13的下端与上部止水气囊11和下部止水气囊12连通，所述采样管14的上端与采样泵16连接，所述采样管14的下端位于上部止水气囊11和下部止水气囊12之间。

当所述采样系统停止工作时，将衬管10及附着于衬管10的其他部件取出，将所述井管5的底部通过管堵8密封，所述井管5的顶部通过管帽9密封。

所述管堵8、筛管7、无缝实壁管6和管帽9的材质均相同，根据污染物类型选择不锈钢、聚四氟乙烯、聚氯乙烯等适宜材质。

一种使用采样系统进行地下水分层采样的方法，包括以下步骤：

步骤1：钻孔达到设定深度后，进行井孔1掏洗；将井管5放入井孔1并扶正、固定，将滤料4和止水材料3分别填充至井孔1内壁与井管5外壁之间的环形空隙内，滤料4填充深度范围与筛管7深度范围相一致，止水材料3填充深度范围与无缝实壁管6深度范围相一致；

步骤2：将分层采样装置放入井管5内，位置与目标采样层相一致，将充气管13上端与空气泵15连接，将采样管14上端与采样泵16连接；向上部止水气囊11和下部止水气囊12内充气，使气囊填满井管5与衬管10之间的环形空间；

步骤3：利用采样泵16和采样管14洗井，抽水速率不大于0.3L/min，直至水质参数达到稳定；

步骤4：利用采样泵16和采样管14采集地下水至样品瓶中，编号并贴上标签。

步骤5：利用空气泵15抽出上端止水气囊和下端止水气囊内空气，将分层采样装置位置移动到下一目标采样层，重复步骤2~步骤4进行采样，采样结束后将分层采样装置从监测井内取出。

所述步骤1包括，在滤料4和止水材料3填充完成后，构筑保护性的井台2并设置标识牌。

所述步骤3中，水质参数包括pH值、温度、电导率、溶解氧、氧化还原电位和浊度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。