[发明专利]一种连续获取钻孔原位水样的装置及取水方法

说明书

技术领域

本发明属于水文地质领域，特别涉及一种连续获取钻孔原位水样的装置及方法，该装置可用于连续获取钻孔地下水面以下不同深度的原位水样。

背景技术

进行研究区水文地质条件分析时，有时需从研究区钻孔的不同深度获取原位水样，进行水化学以及同位素等的分析。以往的钻孔取水装置需要不断重复下放和提升取水装置的操作，才能获得钻孔不同深度的水样。此外，以往取水装置通常获取的是钻孔内的混合水。如何避免重复提放取水装置且连续获取不同深度的原位水样，依然没有简单高效的装置，因此，需要进一步研究。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种连续获取钻孔原位水样的装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种连续获取钻孔原位水样的装置，包括气压控制系统、管道输送系统和升降控制系统，所述气压控制系统包括气压泵和与气压泵相连通的输气管，所述管道输送系统包括栓塞输气管、取水输气管和输水管，所述输水管的末端设有接水容器，所述输气管上设有气压表、加压阀和释压阀，所述升降控制系统包括绞车、计数器和钢丝绳，还包括进水控制系统和栓塞隔离系统，所述进水控制系统包括储水圆筒，所述储水圆筒通过钢丝绳与所述绞车连接，所述钢丝绳绕过所述计数器，所述储水圆筒中设有隔板，所述隔板将储水圆筒分为上储水圆筒和下储水圆筒，所述下储水圆筒通过取水输气管与所述输气管连通，所述上储水圆筒与所述输水管连通，下储水圆筒的筒壁上设有进水阀一，所述隔板上设有进水阀二，所述栓塞隔离系统包括套设在上储水圆筒上部的上气压栓塞和套设在下储水圆筒下部的下气压栓塞，所述上气压栓塞与下气压栓塞通过连通管连通，所述下气压栓塞上设有栓塞进水阀，所述上气压栓塞通过栓塞输气管与所述输气管连通，所述取水输气管上设有取水输气控制阀，所述栓塞输气管上设有气压栓塞加压阀。

作为优选，所述进水阀一、进水阀二和栓塞进水阀均为单向阀。

作为优选，所述上气压栓塞的上下两端和下气压栓塞的上下两端均设有挡片。

作为优选，所述栓塞输气管、取水输气管、输水管以及上气压栓塞和下气压栓塞均由橡胶材料制成。

作为优选，所述上储水圆筒和下储水圆筒的体积相等。

作为优选，所述气压栓塞橡胶材料制成。

作为优选，所述输气管与栓塞输气管通过栓塞输气管连接头相连；所述输气管与取水输气管通过取水输气管连接头相连。

作为优选，所述取水输气管与下储水圆筒通过下储水圆筒连接头相连；所述上储水圆筒与输水管通过上储水圆筒连接头相连。

使用上述装置连续获取钻孔原位水样的取水方法包括以下步骤：

（a）从研究区选择需进行原位取水的钻孔；

（b）在地面组装钻孔取水装置：

（c）打开栓塞加压阀、打开释压阀、打开取水输气管控制阀、关闭加压阀，将栓塞隔离系统和进水控制系统通过钢丝绳整体缓慢下放至钻孔水面以下，根据计数器的读数控制下放深度，当下储水圆筒上的进水阀到达指定取水深度后，锁定绞车；

（d）关闭取水输气管控制阀和释压阀；缓慢打开加压阀，气压泵开始给上气压栓塞和下气压栓塞充气，使其体积增大；持续加压过程中，注意气压表的读数，当读数急剧增大时，关闭加压阀和栓塞加压阀；

（e）打开取水输气管控制阀，缓慢打开加压阀，气压泵开始给取水输气管充气加压；此时，进水阀一自动关闭；进水阀二自动打开；下储水圆筒内的水经由进水阀二进入上储水圆筒中；上储水圆筒中的水则不断进入输水管中，并最终从输水管的出水口溢流至接水容器中；持续加压的过程中，当出水口出现同时喷气和喷水现象时，记下气压表的读数，此读数为该取水深度的峰值气压；

（f）关闭加压阀，缓慢打开释压阀，取水输气管中气压随之缓慢降低；进水阀二自动关闭；进水阀一自动打开；钻孔中的水经由进水阀进入下储水圆筒中；此后，下储水圆筒内的水压开始逐渐增加，直至与钻孔内的水压相同，进水阀一自动关闭；取水输气管中的水面恢复至与钻孔地下水面齐平；关闭释压阀；

（g）重复步骤（e）~（f）实现在指定深度连续取水；当接水容器中水的体积超过栓塞隔离段钻孔体积后，倒掉接水容器中的水，将原位水样灌进取样瓶中以进行后续分析工作；

（h）打开栓塞加压阀，上气压栓塞和下气压栓塞的气囊体积缩小，解锁绞车；重复步骤（c）~（g），可以连续获取钻孔水面以下不同深度的原位水样；