本發(fā)明涉及環(huán)境科學(xué)或環(huán)境工程領(lǐng)域樣品采集設(shè)備，具體地說是一種淺水區(qū)域柱狀沉積物孔隙水的原位分層采集裝置。

背景技術(shù)：

沉積物是水環(huán)境組成的重要部分，而沉積物中內(nèi)源污染物質(zhì)的釋放則是構(gòu)成水體水質(zhì)惡化的主要源頭之一。研究沉積物孔隙水的各種地球化學(xué)特征對揭示沉積環(huán)境，水體污染，保護(hù)水資源有重要的理論和現(xiàn)實意義。在沉積物內(nèi)源物質(zhì)釋放過程中，孔隙水發(fā)揮了關(guān)鍵作用。即沉積物所吸附的污染物質(zhì)首先釋放到孔隙水中，然后通過孔隙水在進(jìn)一步擴(kuò)散到上覆水中，從而造成水體內(nèi)源污染。因此，準(zhǔn)確認(rèn)識沉積物孔隙水中各類污染物質(zhì)的環(huán)境行為對于水污染控制至關(guān)重要。然而，長期以來，沉積物孔隙水的獲取一直是環(huán)保工作者的難題之一。當(dāng)前，對于沉積物孔隙水的獲取通常采用實驗室(移位)高速離心的方式，但該方法對于柱狀沉積物孔隙水的獲取非常有限(通過分層離心獲取，通常分層厚度為2cm，因此離心所得水量較少)，而且所獲取的孔隙水極容易暴露或泄漏(氧化或損失等)，對研究工作造成了一定的困擾。而對于沉積物中分層孔隙水原位獲取，目前尚沒有專門的裝置，因此對于沉積物孔隙水中還原性物質(zhì)的含量無法掌握。因此，開發(fā)新的沉積物孔隙水的分層原位采集裝置對水污染的控制具有非常重要的現(xiàn)實意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述不足，本發(fā)明的目的是提供一種淺水區(qū)域柱狀沉積物孔隙水的原位分層采集裝置。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作便捷，主要用于淺水區(qū)域柱狀沉積物孔隙水的原位分層采集，尤其適用于污染河道、湖泊、近岸海域等重污染柱狀沉積物中孔隙水的原位分層采集與樣品分析。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種淺水區(qū)域柱狀沉積物孔隙水的原位分層采集裝置，包括柱體、密封分層盤、導(dǎo)水管及抽吸裝置，其中柱體為中空結(jié)構(gòu)、并側(cè)壁上設(shè)有多個滲水進(jìn)水孔，所述密封分層盤設(shè)置于柱體內(nèi)部，所述密封分層盤沿軸向設(shè)有多個積存區(qū)、并中心設(shè)有管線槽，所述管線槽上設(shè)有多個分別與各積存區(qū)連通的吸水孔，所述管線槽內(nèi)設(shè)有多個導(dǎo)水管，各導(dǎo)水管的下端分別通過管線槽上的吸水孔與各積存區(qū)連通，上端由柱體內(nèi)伸出，為采集端，所述抽吸裝置用于在各導(dǎo)水管的采集端采集各層積存區(qū)內(nèi)的沉積物孔隙水。

所述柱體的下端設(shè)有錐形尖角，上端設(shè)有用于固定密封分層盤的壓蓋。所述導(dǎo)水管的采集端設(shè)有直通閥，下端設(shè)有與管線槽上的吸水孔連通的彎頭。

所述管線槽的上端設(shè)有密封膠塞，多個導(dǎo)水管通過密封膠塞密封固定。所述抽吸裝置為注射器。所述柱體的上端進(jìn)一步設(shè)有柱體外環(huán)。

所述密封分層盤包括多個圓盤和一個連接管，各圓盤上設(shè)有中心孔，多 個圓盤通過穿過中心孔的連接管依次串聯(lián)，相鄰圓盤之間的間隙為積存區(qū)，所述連接管的內(nèi)腔為所述管線槽。所述圓盤的外圓周上設(shè)有密封圈。

本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：

1.本發(fā)明可同步獲取垂直分層精度高達(dá)0.5cm間隔的孔隙水。本發(fā)明設(shè)備可用于獲取淺水域柱狀沉積物的孔隙水，其由表層往下可以依次設(shè)置分層精度高達(dá)0.5cm的間隔，從而獲取高精度的孔隙水的垂直分布。

2.本發(fā)明可以獲取大體積孔隙水。采用本發(fā)明所述設(shè)備，采樣時可以通過更換樣品收集器持續(xù)采集孔隙水，可以視需要量確定樣品采集時間。

3.本發(fā)明所述設(shè)備在應(yīng)用過程中能夠保障厭氧環(huán)境。采用本發(fā)明所述設(shè)備，采樣過程沒有與空氣接觸的直接環(huán)節(jié)，同時不需要樣品預(yù)處理、切割分離、高速離心等操作，從而有效保障了孔隙水的原有屬性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中柱體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中密封分層盤的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明抽吸沉積物孔隙水的原理示意圖。

其中：1為柱體外環(huán)，2為管線槽，3為滲水進(jìn)水孔，4為錐形尖角，5為密封膠塞，6為密封分層盤，7為直通閥，8為導(dǎo)水管，9為彎頭，10為抽吸裝置，11為柱體。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

如圖1-3所示，本發(fā)明包括柱體11、密封分層盤6、導(dǎo)水管8及抽吸裝置10，其中柱體11為中空結(jié)構(gòu)、并側(cè)壁上設(shè)有多個滲水進(jìn)水孔3，所述滲水進(jìn)水孔3為外界沉積物孔隙水進(jìn)入柱體11內(nèi)的通道，滲水進(jìn)水孔3保障了沉積物孔隙水滲流進(jìn)入柱體11內(nèi)的積存區(qū)。所述柱體11的下端設(shè)有錐形尖角4，所述錐形尖角4減小采樣器插入阻力，防止將表層沉積物擾動。所述密封分層盤6設(shè)置于柱體11內(nèi)部、并通過設(shè)置于柱體11上端的壓蓋固定。所述密封分層盤6沿軸向設(shè)有多個積存區(qū)、并中心設(shè)有管線槽2，所述管線槽2上設(shè)有多個分別與各積存區(qū)連通的吸水孔。所述管線槽2內(nèi)設(shè)有多個導(dǎo)水管8，各導(dǎo)水管8的下端分別通過管線槽2上的吸水孔與各積存區(qū)連通，管線槽2用于規(guī)整并引導(dǎo)導(dǎo)水管8。所述導(dǎo)水管8的上端由柱體11內(nèi)伸出，為采集端。所述抽吸裝置10用于在各導(dǎo)水管8的采集端采集各層積存區(qū)內(nèi)的沉積物孔隙水。

所述導(dǎo)水管8的采集端設(shè)有直通閥7，下端設(shè)有與管線槽2上的吸水孔連通的彎頭9。所述管線槽2的上端設(shè)有密封膠塞5，所述密封膠塞5上為導(dǎo)水管8留有孔洞，多個導(dǎo)水管8通過密封膠塞5密封固定。密封膠塞5用于固定導(dǎo)水管8，同時防止外界水體進(jìn)入管線槽2內(nèi)。所述柱體11的上端進(jìn)一步設(shè)有柱體外環(huán)1，用于投放時拴接繩索及固定增加負(fù)重的鉛塊，同時防止柱體 11進(jìn)入沉積物過深而影響表層沉積物孔隙水的采集。

所述密封分層盤6包括多個圓盤和一個連接管，各圓盤上設(shè)有中心孔，多個圓盤通過穿過中心孔的連接管依次串聯(lián)，相鄰圓盤之間的間隙為積存區(qū)，所述連接管的內(nèi)腔為所述管線槽2，所述圓盤的外圓周上設(shè)有密封圈。密封分層盤6保障垂直分層孔隙水的間隔，防止混合。

如圖4所示，所述抽吸裝置10為注射器，通過注射器抽吸各積存區(qū)內(nèi)的孔隙水并裝入相應(yīng)容器。抽取孔隙水更換盛裝容器時，通過直通閥7關(guān)閉導(dǎo)水管8，防止回流，同時各直通閥7上貼有編號，以區(qū)別所獲取沉積物孔隙水的不同深度。

本發(fā)明由有機(jī)玻璃、不銹鋼或相關(guān)硬質(zhì)耐高溫耐腐蝕材料制成，不同組件相互連接；所述柱體外環(huán)1設(shè)有絲扣，用以拴接繩索及固定負(fù)重鉛塊；所述裝置可以手持操作，用于土壤及灘涂孔隙水樣品的采集；所述裝置能夠用于河流、河口、湖泊、海灣及近岸海域等淺水區(qū)域柱狀沉積物中孔隙水的原位高精度分層采集；所述樣品收集，可用一次性注射器抽吸導(dǎo)水管孔隙水并盛裝到相應(yīng)容器，整個操作過程完全可以保障厭氧環(huán)境，避免樣品暴露風(fēng)險。

所述直通閥7、導(dǎo)水管8、彎頭9等均為特氟龍或其他特殊材質(zhì)，密封分層盤6外緣密封圈為橡膠等彈性材質(zhì)；所述滲水進(jìn)水孔內(nèi)填充多孔材料防止泥沙進(jìn)入。本發(fā)明裝置需要繩索、負(fù)重鉛塊、盛裝器皿等輔助設(shè)備，其中繩索、多孔材料、一次性注射器等均為市場成熟產(chǎn)品，可以直接購買。

本發(fā)明裝置的各個部件可以依據(jù)柱狀沉積物孔隙水的采集深度做適當(dāng)調(diào)整，由于柱體長度、導(dǎo)水管長度、密封分層盤層數(shù)等均可視采樣深度增加或較少，因此尺寸規(guī)格可依采樣深度自行設(shè)置。其中錐形尖角的頂角角度一般設(shè)置為30度左右，最終角度的確定以下沉接觸表層沉積物不產(chǎn)生劇烈擾動為宜，如不在柱體周圍產(chǎn)生凹陷等。

實施例一：河流及湖泊沉積物孔隙水的采集

(1)河流沉積物孔隙水的采集

河流水體污染與河道黑臭沉積物內(nèi)源污染的釋放密切相關(guān)。因此，為研究污染水體污染負(fù)荷并識別污染來源，需要對沉積物孔隙水中主要污染物質(zhì)的釋放進(jìn)行研究。為此，研究小組分別選擇煙臺逛蕩河作為研究對象，分別在河道上中下游設(shè)置三個采樣站位采集該河道柱狀沉積物中的孔隙水進(jìn)行鐵錳等主要致黑元素的分析。

操作如下：

第一步，借助小型船只將孔隙水采樣器(見附圖1)運至預(yù)定采樣站位，將柱體外環(huán)1連接繩索并將負(fù)重鉛塊固定于柱體外環(huán)1，再將多個導(dǎo)水管管束預(yù)留3米左右的長度(大于河流深度兩倍以上)，同時在每根導(dǎo)水管8末端的直通閥7依次編號(區(qū)別獲取孔隙水的不同深度)并旋轉(zhuǎn)到開啟狀態(tài)，以保障集水區(qū)處于負(fù)壓狀態(tài)；

第二步，將孔隙水采樣器垂直懸掛于船體一側(cè)，然后抓住繩索將采樣器瞬間釋放，然后用竹竿等探測采樣器插入沉積物的深度，確認(rèn)采樣裝置能夠 完全插入河床沉積物；

第三步，用一次性注射器依次抽取不同編號的直通閥獲取不同深度的沉積物孔隙水，并將孔隙水注入相應(yīng)的盛裝容器，其中注射器吸滿時應(yīng)將直通閥關(guān)閉，再次抽吸時再打開，以防止孔隙水回流帶入空氣將孔隙水中的還原性物質(zhì)氧化，同時也防止因空氣進(jìn)入而改變孔隙水的氧化還原電位等物理參數(shù)；

第四步，在獲取孔隙水足量后，通過繩索拔出采樣器，并將采樣器予以適當(dāng)清理，然后進(jìn)行下一站位的樣品采集，具體操作方法與上述三步相同；

第五步，將獲取的孔隙水樣品帶回實驗室對孔隙水中的有機(jī)碳、硫化物及重金屬等相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析，并將該結(jié)果與常規(guī)柱狀沉積物的分析進(jìn)行對比。

將分析樣品所得數(shù)據(jù)與國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果進(jìn)行對比驗證，發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果準(zhǔn)確可信，表明本發(fā)明裝置樣品采集可靠，實驗取得了較為滿意的效果。

(2)湖泊沉積物孔隙水的采集

采集煙臺鳳凰山水庫柱狀沉積物孔隙水，分別在水庫中央及南北兩側(cè)共設(shè)置三個站位，上述站位柱狀沉積物孔隙水的采集步驟與河流柱狀沉積物孔隙水采集步驟相似，只是將孔隙水的分析指標(biāo)變更為主要營養(yǎng)鹽，同時采用重力式采樣器對湖底柱狀沉積物進(jìn)行了采集。樣品經(jīng)連續(xù)流動分析儀分析，將上述二者樣品分析結(jié)果對比，證明采用本發(fā)明裝置所獲取的數(shù)據(jù)可信，結(jié)果可靠。

實施例二：海灣沉積物中孔隙水的采集

沉積物中污染物通過孔隙水的釋放同樣也是半封閉海灣等近岸海域水體污染的主要來源之一，因此認(rèn)識在潮汐影響下沉積物孔隙水的釋放通量至關(guān)重要，需要沉積物孔隙水中的主要污染物進(jìn)行原位采樣分析。為此，研究小組分別選擇煙臺夾河河口、套子灣及四十里灣近岸海域沉積物中的孔隙水作為研究對象，對該區(qū)域柱狀沉積物孔隙水中重金屬的含量測定采用本發(fā)明裝置進(jìn)行了柱狀沉積物孔隙水的分層采集，具體步驟與河道及湖泊柱狀沉積物孔隙水的采集方法相同，只是在水深2米左右的區(qū)域增加了潛水員下水確認(rèn)采樣器插入沉積物的深度。

將上述分析樣品所得數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)方法采樣(柱狀沉積物分層離心)所得數(shù)據(jù)以及國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果進(jìn)行對比驗證，發(fā)現(xiàn)檢測結(jié)果準(zhǔn)確可信，同時也證明了采樣器的穩(wěn)定性與可靠性，取得了較為滿意的效果，該裝置具有良好的推廣應(yīng)用價值。