本實用新型屬于土壤水采樣技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種土壤滲流水原位分層采樣裝置。

背景技術(shù)：

在山地丘陵地帶，特別是像我國西南喀斯特地區(qū)，潛水位埋藏比較深，而土壤剖面通常發(fā)育較為淺薄(一般幾米厚甚至更薄)，其大多情況下完全處于飽氣環(huán)境，巖石風(fēng)化成土作用依賴降雨滲入土壤后形成的滲流水(即重力水)作為主要的侵蝕營力。對于這類土壤剖面，滲流水在水-巖反應(yīng)以及溶質(zhì)(包括膠體顆粒)運移中扮演了重要角色，已逐漸成為風(fēng)化作用地球化學(xué)研究中關(guān)注的內(nèi)容。此外，滲流水也是環(huán)境污染物在土壤剖面遷移轉(zhuǎn)化的主要載體，是土壤環(huán)境質(zhì)量評價中的研究對象。利用滲流水開展上述研究的前提是能夠沿土壤剖面不同深度原位采集到樣品。目前廣泛應(yīng)用于土壤水原位采集的方法是基于負壓原理的多孔陶土杯或其他材質(zhì)的抽吸法，當(dāng)用于滲流水采集時，存在以下問題：(1)由于是通過一定吸力得到的樣品，會對采樣點周圍的流場產(chǎn)生擾動，影響滲流水的自由下滲，采樣的原位性難以保證；(2)該類裝置只能單點采樣，不能同時完成剖面不同深度土壤水的采集；(3)由于滲流水主要出現(xiàn)在降雨時段，現(xiàn)場作業(yè)不方便，尤其是用真空泵進行抽氣操作時更是如此。

另外，在文獻報道及專利公開的信息中，介紹了兩種針對土壤滲流水取樣的裝置和方法。一是通過挖坑埋設(shè)截水槽與集液瓶的采樣方法，二是在土壤剖面插入圓柱形塑料集液筒的分層采樣方法。對于前者，由于截水槽上覆土壤為回填土，破壞了土壤的原狀結(jié)構(gòu)，甚至存在不同層位土壤的混合，收集的樣品難以真實代表流經(jīng)原始土壤剖面的滲流水組成，另外該裝置也只能單點采樣。對于后者，雖然沿圓柱筒縱向焊接成若干獨立的集液室，并在各室側(cè)壁鉆孔從而可以同時收集不同深度的滲流水，但也存在一些不足：(1)由于集液筒裝置焊接成一體不可活動和拆卸，清洗不方便；(2)開挖的放置集液筒的圓柱形土穴直徑大于集液筒，在用預(yù)先所取的分層土樣填實二者之間縫隙的過程中，難以完全做到填隙土壤的原位性；(3)該裝置設(shè)計的取樣深度為1m，對于更深的土壤剖面取樣，需要焊接更長的集液筒，其強度難以保證。另一方面，采樣越深，填實土穴與集液筒間縫隙的難度越大，一旦二者間出現(xiàn)空隙，將導(dǎo)致土壤滲流水取樣失敗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能同時原位采集幾米深度內(nèi)土壤剖面不同層位的滲流水的土壤滲流水原位分層采樣裝置。

一種土壤滲流水原位分層采樣裝置，包括一級取樣管，所述一級取樣管為圓柱管，沿軸向分隔成若干個采樣室，在最底部的采樣室的底部設(shè)置有一個圓錐體；

所述采樣室由上至下的1/4部分的管壁上設(shè)置有導(dǎo)流孔，在采樣室1/2高度的下半部分管壁上設(shè)置有取樣窗，取樣窗一側(cè)通過合頁鉸接連接有窗門，所述取樣窗另一側(cè)與窗門上分別設(shè)置有弧形插口和把手，弧形插口和把手通過插銷固定連接來關(guān)閉窗門；在采樣室的導(dǎo)流孔區(qū)域底部與取樣窗之間設(shè)置有喇叭開口朝上的漏斗，所述漏斗的開口邊緣與采樣室內(nèi)壁固定連接；

所述采樣室的底板為載樣臺，在該載樣臺上放置有集液瓶，所述漏斗的出液口伸入在集液瓶的瓶口內(nèi)。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，在各采樣室分布有導(dǎo)流孔的區(qū)域外壁粘貼有一層尼龍網(wǎng)。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，所述取樣窗的高度為采樣室高度的1/2，所述取樣窗四周安裝有密封膠條，所述取樣窗開口角為180°，即取樣窗的開口以過采樣室橫截面的中心為開口斷面，所述各采樣室的取樣窗位于一級取樣管的同側(cè)。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，所述一級取樣管外壁焊接有單螺旋葉片，在所述單螺旋葉片上分布有鉆孔，單螺旋葉片的焊接部位避開所述取樣窗的窗門。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，包括手柄，在所述一級取樣管的頂部設(shè)置有用于與所述手柄固定連接的第一連接部。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，包括延長管，所述延長管為圓柱管，沿軸向分隔成若干個采樣室；在該延長管的底部設(shè)置有第二連接部，該第二連接部能夠與所述一級取樣管頂部的第一連接部固定連接。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，所述第一連接部為一個矩形體卡頭，在該卡頭上設(shè)置有一個能夠插入插銷的通孔；所述第二連接部設(shè)置有一個與所述卡頭規(guī)格相適應(yīng)的矩形體卡口，在該卡口上設(shè)置有插銷能夠插入的通孔，當(dāng)延長管與一級取樣管組合時，將卡頭嵌入卡口內(nèi)通過插銷固定連接。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，在延長管的頂部設(shè)置有一個與所述第一連接部結(jié)構(gòu)一樣的連接體，所述手柄為T型手柄，在該T型手柄的底部設(shè)置有一個卡槽，該卡槽的規(guī)格與所述矩形體卡口一樣，所述T型手柄通過卡槽與一級取樣管頂部的第一連接部或者延長管頂部的連接體固定連接。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，所述一級取樣管、延長管的材質(zhì)為耐腐蝕的奧氏體不銹鋼；所述漏斗、載樣臺、集液瓶的材質(zhì)為聚氯乙烯塑料。

進一步地，如上所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，所述漏斗、載樣臺與采樣室內(nèi)壁固定連接的粘結(jié)劑用環(huán)己酮和聚氯乙烯溶液調(diào)制，并密封不漏水。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型可以獲得包括以下技術(shù)效果：

(1)在埋設(shè)采樣裝置之前，用洛陽鏟預(yù)先挖掘了直徑比一級取樣管(延長管，不包括單螺旋葉片的寬度)小1cm的圓柱形土穴，因此旋進到土穴中的采樣裝置，其管壁與四周土壤緊密貼合，避免了滲流水沿管壁形成優(yōu)先流。另外，在單螺旋葉片上鉆取了若干小孔，也是為了防止?jié)B流水沿單螺旋葉片旋進方向形成優(yōu)先流。由此，沿土壤剖面下滲的滲流水流經(jīng)各采樣室上端管壁的導(dǎo)流孔處時，通過側(cè)滲作用匯入集液瓶，使各采樣室能收集到來自土壤剖面相應(yīng)深度的滲流水，從而可以保證沿土壤剖面同時分層采集的滲流水的原位性。

(2)本實用新型的采樣裝置，經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證表明，采樣深度最深可達到5m，即在一級取樣管的基礎(chǔ)上，可以續(xù)接4節(jié)延長管，利用焊接在一級取樣管和延長管外壁的單螺旋葉片，通過手動T型手柄的旋進操作，較易實現(xiàn)采樣裝置在土壤剖面的埋設(shè)。

(3)本實用新型的采樣裝置，其與土壤滲流水相接觸的各組成部件均使用惰性材料制成，如一級取樣管、延長管的材質(zhì)為耐腐蝕的奧氏體不銹鋼，漏斗、載樣臺、集液瓶的材質(zhì)為耐酸堿的聚氯乙烯塑料。另外，粘結(jié)劑也為耐酸堿的惰性材料，保證了采集的樣品不受污染。

(4)本實用新型的采樣裝置中，一級取樣管和延長管的管壁厚0.5cm，其強度可以抵抗在土穴中旋進過程中的抗剪力，以保證采樣裝置在土穴中埋設(shè)和提升過程中不被破損。

(5)本實用新型的采樣裝置中，集液瓶設(shè)計的容量為150ml，實際上，就常規(guī)分析而言，一般采集10ml就足夠了。

(6)本實用新型的裝置，可反復(fù)使用，清洗方便，裝置簡單，易于操作，技術(shù)人員易學(xué)、易掌握。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構(gòu)成本實用新型的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是本實用新型實施例一級取樣管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型實施例延長管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型實施例取樣窗結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本實用新型實施例T型手柄結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實用新型實施例一級取樣管、延長管和T型手柄組合后的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、一級取樣管；2、延長管；3、手柄；4、卡頭；5、采樣室；6、導(dǎo)流孔；7、取樣窗；8、合頁；9、把手；10、插口；11、漏斗；12、載樣臺；13、集液瓶；14、單螺旋葉片；15、卡口；16、卡槽；17、插銷；18、窗門。

具體實施方式

以下將配合附圖及實施例來詳細說明本實用新型的實施方式，藉此對本實用新型如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題并達成技術(shù)功效的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。

如圖1-5所示，本實施例提供了一種土壤滲流水原位分層采樣裝置，包括一級取樣管1，所述一級取樣管1為圓柱管，沿軸向分隔成若干個采樣室5，在最底部的采樣室5的底部設(shè)置有一個圓錐體；

所述采樣室5由上至下的1/4部分的管壁上設(shè)置有導(dǎo)流孔6，在采樣室1/2高度的下半部分管壁上設(shè)置有取樣窗7，取樣窗7一側(cè)通過合頁8鉸接連接有窗門18，所述取樣窗7另一側(cè)與窗門18上分別設(shè)置有弧形插口10和把手9，弧形插口10和把手9通過插銷17固定連接來關(guān)閉窗門18；在采樣室5的導(dǎo)流孔6與取樣窗7之間設(shè)置有喇叭開口朝上的漏斗11，所述漏斗11的開口邊緣與采樣室5內(nèi)壁固定連接；

所述采樣室5的底板為載樣臺12，在該載樣臺12上放置有集液瓶13，所述漏斗11的出液口伸入在集液瓶13的瓶口內(nèi)。

所述采樣室5分布有導(dǎo)流孔6的區(qū)域外壁粘貼有一層尼龍網(wǎng)。

所述取樣窗7的高度為采樣室5高度的1/2，所述取樣窗7四周安裝有密封膠條，所述取樣窗7開口角為180°，即取樣窗7的開口以過采樣室5橫截面的中心為開口斷面，所述各采樣室5的取樣窗7位于一級取樣管1的同一側(cè)。

所述一級取樣管1外壁焊接有單螺旋葉片14，在所述單螺旋葉片14上分布有鉆孔，單螺旋葉片14的焊接部位避開所述取樣窗7的窗門18。

所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，包括手柄3，在所述一級取樣管1的頂部設(shè)置有用于與所述手柄3固定連接的第一連接部。

所述的土壤滲流水原位分層采樣裝置，包括延長管2，所述延長管2為圓柱管，沿軸向分隔成若干個采樣室5；在延長管2的底部設(shè)置有第二連接部，該第二連接部能夠與所述一級取樣管1頂部的第一連接部固定連接。所述第一連接部為一個矩形體卡頭4，在該卡頭4上設(shè)置有一個能夠插入插銷的通孔；所述第二連接部設(shè)置有一個與所述卡頭4規(guī)格相適應(yīng)的矩形體卡口15，在該卡口15上設(shè)置有插銷能夠插入的通孔，當(dāng)延長管2與一級取樣管1組合時，將卡頭4嵌入卡口15內(nèi)通過插銷固定連接。

在延長管2的頂部設(shè)置有一個與所述第一連接部結(jié)構(gòu)一樣的連接體，所述手柄3為T型手柄，在該T型手柄3的底部設(shè)置有一個卡槽16，該卡槽16的規(guī)格與所述矩形體卡口15一樣，所述T型手柄3通過卡槽16與一級取樣管1頂部的第一連接部或者延長管2頂部的連接體固定連接。

所述一級取樣管1、延長管2的材質(zhì)為耐腐蝕的奧氏體不銹鋼；所述漏斗11、載樣臺12、集液瓶13的材質(zhì)為聚氯乙烯塑料。

所述漏斗11、載樣臺12與采樣室5內(nèi)壁固定連接的粘結(jié)劑用環(huán)己酮和聚氯乙烯溶液調(diào)制，并密封不漏水。

具體地，對于一級取樣管1，上端用同口徑的圓形奧氏體不銹鋼板焊封(厚1cm)，在其上焊接一個規(guī)格為5cm×5cm×5cm的矩形體奧氏體不銹鋼卡頭4，在卡頭4一側(cè)面正中鉆取一個直徑1cm的通孔，便于連接延長管2后用插銷固定；下端用同口徑的奧氏體不銹鋼圓錐體(壁厚0.5cm、圓錐體高10cm)焊封。一級取樣管1的有效長度(不包括上端卡頭4和下端圓錐體的高度)為1m，沿其軸向分隔成5個采樣室5，各采樣室5的高度為20cm。需要強調(diào)的是一級取樣管1是一個整體結(jié)構(gòu)，即各采樣室5是一級取樣管1的一部分，而不是各采樣室5通過焊接固定方式固定為一體的結(jié)構(gòu)，因為如果采用焊接的方式將各采樣室5焊接為一個一級取樣管1，那么一級取樣管1整體的結(jié)構(gòu)就不會那么穩(wěn)固，在使用的過程中容易損壞。

在各采樣室5下部同側(cè)的管壁，切割一個截面為矩形的取樣窗7，取樣窗7開口角為180°，高度為采樣室5高度的1/2，切割下的窗門18為橫截面呈半圓形的柱體片；取樣窗7四周安裝有密封膠條(圖中未畫出)，取樣窗7一側(cè)通過合頁8鉸接連接有窗門18，所述取樣窗7另一側(cè)與窗門18上分別設(shè)置有弧形插口10和把手9，弧形插口10和把手9通過插銷17固定連接來關(guān)閉窗門18。弧形插口10和把手9的高度為1cm。

在各采樣室5上部5cm高度內(nèi)的管壁鉆取導(dǎo)流孔6，在導(dǎo)流孔6區(qū)域底部與取樣窗7間的管壁內(nèi)安裝有喇叭開口朝上的漏斗11；在各采樣室5底部安裝有載樣臺12，在載樣臺上放置有集液瓶13；漏斗11出液口伸入到集液瓶13的瓶口內(nèi)，集液瓶13為縮口瓶，以防作業(yè)過程中集液瓶13傾倒。

在各采樣室5分布有導(dǎo)流孔6的區(qū)域外壁粘貼有一層尼龍網(wǎng)，在單螺旋葉片14上分布有鉆孔。

具體地，本實施例提供的土壤滲流水原位分層采樣裝置，由一級取樣管1、延長管2和手柄3組成，一級取樣管1和延長管2均用于采集土壤剖面的滲流水，其有效長度均為1m，當(dāng)采樣深度不大于1m時，不需要續(xù)接延長管2。一級取樣管1和延長管2均為直徑10cm的圓柱管，壁厚0.5cm，材質(zhì)為耐腐蝕的奧氏體不銹鋼。

在一級取樣管1外壁焊接有單螺旋葉片14，葉片寬2cm，其上分布有鉆孔(圖中未畫出)，防止土壤滲流水沿單螺旋葉片14旋進方向形成優(yōu)先流。單螺旋葉片14的焊接部位避開窗門18。

在各采樣室5分布有導(dǎo)流孔6的區(qū)域外壁粘貼有一層尼龍網(wǎng)(圖中未畫出)，以防土壤顆粒隨滲流水進入導(dǎo)流孔6。導(dǎo)流孔6的規(guī)格為直徑3mm、4個/cm²。

各采樣室5內(nèi)漏斗11的開口邊緣與采樣室5的內(nèi)壁之間、載樣臺12的邊緣與采樣室5的內(nèi)壁之間均用粘結(jié)劑粘接密封，與粘貼尼龍網(wǎng)的材料相同，粘結(jié)劑用環(huán)己酮和聚氯乙烯溶液調(diào)制而成。漏斗11、載樣臺12、集液瓶13的材質(zhì)均為耐酸堿的聚氯乙烯塑料。

根據(jù)以上設(shè)計，當(dāng)一級取樣管1完全插入土壤中時，由上至下各采樣室5所能反映的土壤滲流水深度分別是5cm、25cm、45cm、65cm和85cm。

對于延長管2，主要用于深度大于1m的土壤滲流水的采集，在一級取樣管1的基礎(chǔ)上續(xù)接延長管2。根據(jù)采樣深度，可以續(xù)接若干節(jié)延長管2。延長管2的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)與一級取樣管1基本相同，不同之處在于：

(1)延長管2本身的長度為92cm(指在頂、底部焊封1cm厚圓形奧氏體不銹鋼板后的長度)；在延長管2底部焊接一個直徑8cm、高8cm的奧氏體不銹鋼圓柱體，在圓柱體底部切出一個能正好完全卡入一級取樣管1或另一節(jié)延長管2上端卡頭4的矩形體卡口15，并且沿卡口15的側(cè)面正中鉆一個直徑1cm的通孔，以便用插銷把卡頭4與卡口15固定。

(2)從延長管2的頂部(不包括卡頭4)至其下端焊接的圓柱體底部長度為1m，分隔成5等份，每一份為20cm長，由上至下的前4份分別作為一個采樣室5，設(shè)計方法完全同一級取樣管1，而第五份由于包括了含卡口15的圓柱體的高度，不再設(shè)計為采樣室5。

(3)延長管2中包含了4個采樣室5，由上至下各采樣室5所能反映的土壤滲流水深度分別是5cm、25cm、45cm、65cm。如果在一級取樣管1的基礎(chǔ)上續(xù)接了一節(jié)延長管2，自上至下9個采樣室5所能反映的土壤滲流水深度分別為5cm、25cm、45cm、65cm、105cm、125cm、145cm、165cm和185cm。隨著延長管2的接續(xù)，各采樣室5反映的采樣深度以此類推。

手柄3為T型手柄，用于使采樣裝置在土壤剖面中的手動旋進和旋出。T型手柄的手柄長30cm，為圓柱形不銹鋼鋼管，下端焊接一個能卡入取樣管或延長管上端卡頭4的卡槽16。

使用方法

土壤滲流水主要來自大氣降水在土壤中的自由下滲，因此，樣品采集只能在雨季進行，降雨前埋設(shè)采樣裝置，在雨后收集樣品。

采樣前，采樣裝置特別是各采樣室(包括集液瓶)清洗干凈備用。如采樣深度為1m時，不需要使用延長管；當(dāng)采樣深度為n米時，需要在一級取樣管上續(xù)接n-1節(jié)延長管。

在目標(biāo)靶區(qū)用洛陽鏟沿土壤剖面挖掘一個直徑9cm的圓柱形土穴(略小于一級取樣管和延長管直徑)，當(dāng)采樣深度為1m時，土穴深度為1.1m(包括補償一級取樣管底部圓錐體高度)；當(dāng)采樣深度為n m時，土穴深度為n+0.1m。接下來完成以下步驟：

(1)直立一級取樣管，打開取樣窗窗門，在各采樣室中放入集液瓶，使集液瓶瓶口套入漏斗出液口。用泡沫塑料填塞集液瓶與采樣室內(nèi)壁間的空隙，防止作業(yè)過程中集液瓶晃動。關(guān)閉窗門，用插銷插入窗門把手和管體上焊接的插口，以固定窗門。

(2)將一級取樣管下端圓錐體置入土穴口，上端卡頭嵌入T型手柄下端的卡槽，手動順時針旋轉(zhuǎn)T型手柄，使一級取樣管在單螺旋葉片的旋進作用下插入到土穴中。采樣深度為1m時，將一級取樣管完全插入土穴中即可。

(3)采樣深度為n米時，需要續(xù)接n-1節(jié)延長管。當(dāng)一級取樣管即將完全插入土穴時，移去T型手柄，將延長管續(xù)接到取樣管上。一級取樣管頂端的卡頭嵌入延長管底部的卡口，使卡口和卡頭的通孔對齊，插入插銷將二者固定連接(插銷的長度略長于延長管底部圓柱體的直徑，便于拔插，同時不影響一級取樣管和延長管在土穴中的旋進)。延長管中各采樣室的集液瓶安放程序同一級取樣管，各采樣室的集液瓶安放完畢后，將T型手柄安裝在延長管上端(即將延長管上端卡頭嵌入T型手柄的卡槽)，手動順時針旋轉(zhuǎn)T型手柄，使延長管隨一級取樣管在單螺旋葉片的旋進作用下插入到土穴中。依此類推，直到續(xù)接的延長管達到預(yù)設(shè)深度為止。延長管與延長管的連接和延長管與一級取樣管的連接方法相同，即在即將完全插入土穴中的延長管頂部卡頭與續(xù)接的延長管底部卡口套合，使卡口和卡頭的通孔對齊，插入插銷將二者固定連接。

(4)采樣裝置埋設(shè)完成后，移去T型手柄，等待降雨收集土壤滲流水。雨水滲入土壤后的下滲過程中，遇到不同深度的一級取樣管(延長管)壁的導(dǎo)流孔，將發(fā)生側(cè)滲作用，使土壤滲流水自由流入集液瓶。

(5)采樣完成后進行一級取樣管(延長管)提升和取出樣品。將T型手柄下端的卡槽套入采樣裝置頂端的卡頭，手動逆時針旋轉(zhuǎn)手柄，使采樣裝置從土穴中旋出。卸掉各采樣室窗門的插銷，打開取樣窗門，取出集液瓶。

(6)采集到的樣品按照研究的目的予以相應(yīng)處理和保存。

(7)說明：由于滲流水來自降雨入滲土壤后形成的重力水，即是一種“過路”水，雨停后，滲流水很快從土壤飽氣帶流走，進入潛水系統(tǒng)，此時再難以收集到滲流水，因此，土壤滲流水的采集應(yīng)選擇在雨量充沛的季節(jié)進行。關(guān)于采樣裝置埋設(shè)后的等待時間，與降雨量、降雨持續(xù)時間、土壤質(zhì)地(即滲透性)等因素有關(guān)，需要具體問題具體分析。對于出現(xiàn)間歇性的陣雨，可以選擇幾次陣雨后再收集樣品。

另外，經(jīng)現(xiàn)場試驗驗證表明，采樣深度最深可達到5m，即在此深度內(nèi)，通過手動T型手柄的旋進操作，較易實現(xiàn)采樣裝置在土壤剖面的埋設(shè)。而當(dāng)續(xù)接的延長管過多時，由于在旋進過程中受到的阻力更大，手動操作難以完成。

上述說明示出并描述了本實用新型的若干優(yōu)選實施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本實用新型并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述實用新型構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進行改動。而本領(lǐng)域人員所進行的改動和變化不脫離本實用新型的精神和范圍，則都應(yīng)在本實用新型所附權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。