浅层地下水污染物监测系统的制作方法

本发明涉及一种浅层地下水中污染物监测系统，属于环境科学、地下水污染和土壤学研究领域。

背景技术：

随着农业现代化的发展，化肥农药的大量使用已成为土壤环境污染的最主要因素。其中农药残留对水环境造成了严重影响。研究发现，水溶性农药的用量占农药总用量的50％以上，施入稻田后多溶于稻田水中，易通过地表径流、土壤渗漏而污染水环境。沈根祥等通过研究水溶性农药的稻田流失特性及其影响因素，得出杀虫单和乐果两种农药的稻田总流失量分别占总用量的14.3％和13.3％。地下水水温较低，微生物含量少且活性弱，没有阳光直接照射，农田施用的农药渗透进入土壤地下层后，其降解速度比地表水更慢。地下水一旦受农药污染，不仅难治理，恢复所需时间长，甚至无法恢复，因而农药对地下水的污染问题备受国内外学者重视，为国际环境研究领域的热点之一。欧美等国家广泛进行农药对地下水的污染与残留状况的调查，美国早在上世纪80年代进行农药对地下水污染的全国性普查工作，发现地下水的农药污染问题相当普遍，不仅有几十种农药被检出，且个别农药的残留浓度超标100多倍。目前许多国家已将农药在地下水中的残留列入水质的常规检测项目，农药登记时必须提供有关地下水污染可能性方面的资料等。在我国，农药对地下水污染问题尚未有系统研究与检测，但是，农药对地下水的污染时有发生，如湖北天门县(1996)曾因棉区使用农药渗漏导致饮用水受污染，对硫磷农药浓度达1.125mg/L(超标375倍)，DDT含量达1.125mg/L(超标1.25倍)。进行地下水污染物监测、控制研究，对保护地下水资源免受农药污染具有十分重要的意义。

浅层地下水，是指地表以下60米内的含水层。由于其埋层浅，未经深层岩石过滤，水体极易被工厂排放的污水和农田残留的农药污染。饮用受污染的地下水，严重影响了人们身体健康。国内外学者对土壤中农药等农用化学品转化的各种物理、化学和生物化学的作用机理进行了大量的理论和实验研究，并得到了许多有益的规律性的认识。近年来，人们已建立起各种污染物迁移模型来模拟农药等农用化学品及其残留物在土壤和地下水中的归趋和迁移。但此类研究，仅限于室内模拟或者计算机模拟，并不能真实反映实际的复杂多变的田间情形。

技术实现要素：

发明目的：为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种浅层地下水污染物监测系统，该系统特别适用于监测地下水水质观测，指标包括pH、溶解氧、氧化还原电位、COD、氨氮、总氮、总磷及有机污染物(农药等)，在农业施用后，对地下水的影响，特别是实现原位监测，不同深度浅层地下水监测的条件下，降低了采样的难度，使采样过程简单快捷。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出了一种浅层地下水污染物监测系统，该系统包括监测井和采样系统，其中：

所述监测井为一不锈钢组合柱体，包括从下到上依次连接的收集柱、中间柱和防护柱，；其中，收集柱下部为一圆锥体，上部为圆柱体，在圆柱体底部10-20cm段的管壁上有一组细长的渗水窄缝，地下水只能从底部窄缝渗入井内，且5在圆柱体下端10cm范围内设置有一组细长的渗水砂芯滤膜，从而地下水只能从底部窄缝渗入井内，收集于锥形体中，而土壤颗粒等杂质不能通过。

所述采样系统包括出水管、采样瓶和动力泵，其中，所述出水管为一双通导水管，其一端深入监测井内，另一端连接采样瓶，通过泵吸将监测井中的地下水导入采样瓶；

优选地，所述收集柱的圆柱体的上端设置有螺纹口，与所述中间柱螺纹连接。

所述监测井的中间柱由若干个0.5m柱长的不锈钢柱连接而成，每个不锈钢柱上、下两端带有螺纹，用于柱体连接，实现监测深度不同的浅层地下水。

相邻的不锈钢柱之间连接后采用生料带及防水胶密封防漏。

所述防护柱为一带有螺纹口盖子的圆柱体。

优选地，所述出水管深入监测井的圆锥体底部中间位置采样，采样由动力泵抽取。

优选地，所述监测井的内径10cm，壁厚5mm。

优选地，出水管为一聚四氟乙烯的双通导水管，所述采样瓶为一棕色玻璃容器，上设进水口，用于收集来自监测井的地下水。

所述出水管深入监测井的圆锥体底部中间位置采样，采样由动力泵抽取。

收集柱与中间柱之间、中间柱与防护柱之间均采用生料带及防水胶密封防漏。

本发明所解决的技术问题在于提供一种浅层地下水污染物监测系统，可适用于研究农药等农用化学品施用后，对地下水的污染规律，更好的反映实际田间情况，特建立本有机、无机化合物对浅层地下水污染监控系统。利用本系统，通过监测、示踪、模拟等方法，识别污染，查明农药等农用化学品污染特征、污染途径，为地下水污染评价、污染防治提供基础参数和数据，以解决上述背景技术中的缺点，满足环境科学研究领域实验科研人员的需求。

本发明浅层地下水污染物监测系统的监测井部的设计特点是：监测井形状类似铁钉“T”形，为一不锈钢组合柱体，由收集柱(下端)、防护柱(顶部)和中间柱(中部)组成，监测井的各部分连合接口处和中间柱的各接口处均为螺纹接口，在连接组合时用生料带和防水胶进行密封固定，保证柱体密不漏水。中间柱的组合柱形式可满足不同深度地下水的监测，如在监测浅层地下水上层水层(如0.1m处)时，可以不连接中间柱。如可在系统中分布5个监测井，监测深度分别为0.1m，0.5m，1m，1.5m，2m可以监测不同位置地下水的水质和环境变化情况，以及污染物在浅层地下水的迁移状况。监测井的收集柱部分呈圆锥柱体，下端的圆锥体方便监测井的埋入和地下水的收集。

本发明浅层地下水污染物监测系统的防护帽设计特点是：在将监测井埋入土壤中后，再安装防护柱上的防护帽，将防护帽旋紧，防护帽要处于地面上约30cm，既方便采样，又不会造成障碍。防护帽旋开，抽出出水管即可采样，防护帽防止雨水或其他污染物进入。

本发明浅层地下水污染物监测系统的砂芯滤膜设计特点是：监测井收集柱底部装置渗水砂芯滤膜，滤膜约为5cm，外部地下水只能从砂芯滤膜渗透过滤后进入监测井内，将土壤颗粒等杂质去除，减小干扰，锥形体中收集的地下水便于采集与后期的分析测定。

本发明浅层地下水污染物监测系统的采样瓶设计特点是：采样瓶使用棕色玻璃瓶，防止有机污染物的光降解及瓶体吸附损失。

本发明浅层地下水污染物监测系统的有益效果是：

1)本发明浅层地下水污染物监测系统的监测井为一圆锥体底的柱状物，一方面便于监测井埋插不同深度的土壤层，采集到不同深度的浅层地下水，实现对浅层地下水污染情况更精确、更全面的监测。另一方面，锥体形底可以聚集地下水，方便样品采集。

2)本发明浅层地下水污染物监测系统的采样系统仅需外部压力机械泵的辅助即可采集样品，采用简单便捷的泵吸方法，能更加方便、可行的运行整个监测系统。

3)本发明浅层地下水污染物监测系统的出水管在采样时再置于监测井中，平时不用配置，以防出水管日晒老化、污染等，同时不同时间段采集样品方便、快捷，实现对浅层地下水中污染物的跟踪监测，以及污染情况的动态趋势。

4)本发明浅层地下水污染物监测系统的砂芯滤膜可以将地下水在自然状态下，缓慢流入监测井，真实模拟地下水的流通，不扰动监测井周围土壤；同时可以有效地去除渗入地下水的土壤颗粒物、细小植物碎屑，减小干扰，且便于出水管对样品的抽吸。

5)本发明浅层地下水污染物监测系统可以同时监测不同深度地下水污染情况，实现对浅层地下水中污染物纵向分布特征的研究。

附图说明

图1为浅层地下水监测系统平面图；

图2为浅层地下水监测系统平面图，其中，1-收集柱，2-砂芯滤膜；3-中间柱；4-出水管；5-防护帽；6-采样瓶；7-抽水泵；

图3为监测井分段平面图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本实施例采集浅层地下水0.1m、0.5m、1.0m、1.5m、2.0m处的地下水样品。

如附图1所示，本实施例以5个监测井为一组监控系统，每个监测井监测不同深度地下水污染状况及特征。

如附图2所示，本实施例包括1-收集柱锥形底；2-砂芯滤膜；3-中间柱；4-出水管；5-防护帽；6一采样瓶；7一抽水泵。收集柱、中间柱和防护柱从下到上依次连接。收集柱下部为一圆锥体1，上部为圆柱体，圆柱体上端是螺纹口，与监测井的中间柱相衔接。在圆柱体底部10-20cm段的管壁上有一组细长的渗水窄缝，地下水只能从底部窄缝渗入井内，且在圆柱体下端10cm范围内设置有一组细长的渗水砂芯滤膜，如本实施例中，在收集柱上部的圆柱体由下往上0-5cm处有一组细长的渗水砂芯滤膜2，地下水只能从砂芯渗入井内，收集于锥形体中，而土壤颗粒、植物杂屑等杂质不能通过。中间柱3是由0.5m柱长的不锈钢柱连接而成，可用于监测深度不同的浅层地下水。不锈钢柱上、下两端带有螺纹，用于柱体连接。出水管4为一聚四氟乙烯的双通导水管，一端深入监测井，深入监测井锥形底部中间位置采样，采样时接入采样瓶6，通过机械泵7吸将监测井中的地下水导入采样瓶。监测井的防护柱为一带有螺纹口盖子的圆柱，包括防护帽5和柱体，防护帽5在收集地下水时可以防止雨水或其他污染物进入，采集样品时可以将防护帽旋拧开，抽出出水管进行采样。采样瓶为一棕色玻璃容器，上设进水口，用于收集来自监测井的地下水。

如附图3所示，本实施例的监测井由收集柱、中间柱和防护柱三部分组成。监测井由不锈钢材质制成，井体内径为10cm，井壁厚为5mm。

实验时，研究人员可按以下具体操作步骤时行实验：

1.选择大田试验地一块，总占地面积约为1800m2，分9个模拟小区，每个小区占地面积为100m²。每个模拟小区布置5个监测井。

2.根据浅层地下水监测深度的选择，组合不同高度的监测井，一般为0.1m、0.5m、1m、1.5m、2m。

3.监测井由收集柱、中间柱和防护柱三部分组成，中间柱0.5m一段，可以几段组合。首先取出收集柱，将出水管通过砂芯滤膜中间留有的管孔插入收集柱底部锥形体的中间，管头伸至锥形体底部约1/3处，根据监测系统中监测井深度，中间柱分别为0、1、2、3、4段进行组合连接，连接完成后与收集柱螺口旋接，然后将出水管拉至中间柱的上端，固定于柱壁。出水管的长度应该可以伸出中间柱约1m，方便后期采集样品时，接入采样瓶。最后将中间柱上口或收集柱上口与防护柱相接，组成完整的不同深度的监测井。

4.各连接处均用生料带或防水胶密封固定。

5.将装置好的5个监测井钻入试验地，直至防护帽于地面上约30cm处止，既不会造成操作人员的工作障碍，又可以方便采样。防护帽旋开，抽出出水管，采用吸气球虹吸，出液后将出水管直接接入准备好的采样瓶中。

6.样品采集可以根据试验要求，在不同时间段进行采样，也可以采集不同深度的浅层地下水样品。在进行不同时间段采样时，采集完样品后要将防护帽再次旋上，防止雨水和杂物的进入。

7.采集完样品的采样瓶要及时放入车载冰箱中保存。

本发明的系统适用于监测地下水水质观测指标及污染物在农业施用后，对地下水的影响，特别是实现原位监测，更好的反映实际田间情况，以及不同深度浅层地下水污染物监测。根据试验要求，监测井可调整深度，方便监测井埋插不同深度的土壤层，采集到不同深度的浅层地下水，实现对浅层地下水污染情况更精确、更全面的监测。同时，监测系统的采样系统通过泵吸即可采集样品，直接采用简单便捷的泵吸方法，降低了采样的难度，能更加方便、可行的运行整个监测系统。利用本系统，通过监测、示踪、模拟等方法，识别污染，查明污染物的污染特征、污染途径，为地下水污染评价、污染防治提供基础参数和数据，满足环境科学研究领域实验科研人员的需求。