一种适用于多个含水层的地下水分层监测井的制作方法

本实用新型属于地下水监测技术领域，具体涉及一种适用于多个含水层的地下水分层监测井。

背景技术：

地下水是城市和农村重要的供水水源，并支撑各类生态系统，是关系到自然生态系统和人类生存的基础性重要资源。全世界地下水面临越来越严重的由快速城市化、工业化和农业发展造成的过度开采与污染威胁。改革开放以来，随着经济飞速发展和人类活动不断增加，我国地下水及地表环境均遭受日趋严重的消耗与破坏，如地下水资源过度开采(近十几年来，我国地下水年开采量持续超过1千亿立方米)、地下水水质污染退化等。地下水资源的严重消耗已对我国国民经济和人民生活质量造成重大影响。因此，为保障我国人民的用水权益与自然生态环境良性发展，地下水保护至关重要。

地下水监测作为地下水环境保护最基础工作之一，是地下水资源评价的重要数据来源。我国地下水环境监测工作是随着经济社会发展和地下水开发利用需求变化逐步开展起来。我国地下水监测工作经过多年发展，建立了国家、省、地三级地下水监测网络，对重要监测区域实现了基本覆盖，并启动了新一轮的国土资源大调查。地下水监测要求逐渐从传统的地下水资源量评价转为侧重地下水水质与地下环境承载力综合评价。也就是说，地下水监测指标除原有的地下水位、水温、水量，更注重地下水水质。然而，我国地质调查工作中现使用的地下水监测设备普遍功能单一，设备集成能力低，无法满足对地下水水资源进行实时水质监测的需求。此外，2015年新发布的1:50000水文地质调查规范(DZ/T 0282-2015)指出：“多层含水层分布区，对主要含水层宜分别进行监测控制，有条件情况下应设置分层监测井”。而我国一孔多层地下水监测技术多依靠国外进口或跟随式研发，急需研发具有自主知识产权的地下水分层监测技术。

因此，本项目拟研发具有自主知识产权的低成本、高效实用、高集成性的地下水环境三维分层监测系统，以满足国内对环境与地质资源领域高质量监测的需求，更好地服务于国土资源调查中地下水环境资源评价与保护工作。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种适用于多个含水层的地下水分层监测井。本实用新型所提供的适用于多个含水层的地下水分层监测井可以低成本、高效实用地实现多个地下水含水层的一孔多层监测，以满足国内对地下水水质原位高精度长时间序列监测和一孔多层监测两方面的技术需求，更好地服务于地下水环境资源评价与保护工作。

本实用新型所提供的技术方案如下：

一种适用于多个含水层的地下水分层监测井，包括：

一孔多层井筒框架；

从所述一孔多层井筒框架内部进行取样的一孔多层取样子系统；

以及，对所述一孔多层取样子系统的取样信息进行监测的一孔多层监测子系统。

基于上述技术方案，搭载在一孔多层井筒框架上的一孔多层取样子系统可以从不同深度取样，并通过一孔多层监测子系统对取样进行监测。

具体的，所述一孔多层井筒框架包括自上而下依次连接设置的多节取水管段，相邻的两节取水管段的管内空间通过连接部隔断，相邻的两节取水管段的管外部空间通过注浆封隔器和井壁隔断，所述注浆封隔器设置有灌浆装置。注浆封隔器，或又为灌浆封隔器。

上述技术方案中，相邻的两个含水层之间可通过设置注浆封隔器进行地层封隔，以切断其水力联系，保证上下两个含水层监测的独立性。

进一步的，所述灌浆装置包括依次连通设置的手动泵、中继容器、节流阀和注浆导管，所述注浆导管连通所述注浆封隔器。

进一步的，在所述中继容器和所述节流阀之间的连通管路上设置有压力表；

进一步的，所述手动泵、所述中继容器和所述节流阀均设置在地表上，所述注浆导管贯穿所述井盖并连通所述注浆封隔。

进一步的，所述灌浆装置输送到所述注浆封隔器的浆液为水溶胀胶。

上述技术方案中，中继容器充填遇水膨胀止水的化学浆液，采用手动泵加压，通过注浆导管注入至指定位置的注浆封隔器，从而实现指定位置的地层封隔。

具体的，所述一孔多层井筒框架包括自上而下依次连接的多节第一取水管段和与最下方的所述第一取水管段连接的第二取水管段，其中：

所述第一取水管段包括自上而下依次连接的第一井筒、第一连接部、第一射孔段和第二连接部，最上方的所述第一井筒的上端开口设置有井盖，所述第一井筒与所述第一射孔段通过所述第一连接部隔断；

所述第二取水管段包括自上而下依次连接的第二井筒、第三连接部、第二射孔段和底座，所述第二井筒与所述第二射孔段通过所述第三连接部隔断。

上述技术方案实现了第一取水管段和第二取水管段的结构设置。

具体的，所述一孔多层取样子系统包括：

氮气瓶；

与所述氮气瓶连通的减压阀；

分别与所述减压阀连通的若干第一储流容器，各所述第一储流容器连通设置有第一取样瓶，在所述减压阀和所述第一储流容器之间的连通导管上依次连通设置有第一液相单向阀和第一过滤器，所述第一储流容器的数量与所述第一井筒的数量相等且一一对应设置在各所述第一井筒内，所述第一过滤器的数量与所述第一射孔段的数量相等且一一对应设置在各所述第一射孔段内；

与所述减压阀连通的第二储流容器，所述第二储流容器连通设置有第二取样瓶，在所述减压阀和所述第二储流容器之间的连通导管上依次连通设置有第二液相单向阀和第二过滤器，所述第二储流容器设置在所述第二井筒内，所述第二过滤器设置在所述第二射孔段内。

具体的，所述氮气瓶、所述减压阀、各所述第一取样瓶和所述第二取样瓶均设置在地表上，所述减压阀通过贯穿所述井盖的导管连通各所述第一储流容器的所述第二储流容器，所述第一储流容器通过贯穿所述井盖的导管连通所述第一取样瓶，所述第二储流容器通过贯穿所述井盖的导管连通所述第二取样瓶。

基于上述技术方案，可以基于U形管原理获取多个含水层的高精度地下水样品。

具体的，所述一孔多层监测子系统包括监测数据接收端、电连接所述监测数据接收端的数据采集卡、电连接所述数据采集卡的信号线缆、分别电连接所述信号线缆的若干第一传感器群组合和电连接所述数据采集卡的第二传感器群组，其中，所述第一传感器群组的数量与所述第一井筒的数量相等且一一对应设置在各所述第一射孔段内，所述第二传感器群组设置在所述第二射孔段内，所述数据采集卡、各所述第一传感器群组和所述第二传感器群组分别电连接有供电电源。所述监测数据接收端和所述数据采集卡均设置在地表上，所述数据采集卡通过贯穿所述井盖的所述信号线缆电连接各所述第一传感器群组和所述第二传感器群组。

具体的，所述第一传感器群组包括压力传感器、温度传感器、电导率传感器、地下水流速流向监测探头、pH探头、DO探头或TDS探头中的任意一种或多种；所述第二传感器群组包括压力传感器、温度传感器、电导率传感器、地下水流速流向监测探头、pH探头、DO探头或TDS探头等中的任意一种或多种。

基于上述技术方案，在井下各含水层指定监测位置分别设置第一传感器群组和第二传感器群组，通过信号线缆将井下各传感器连接至井头地面处的数据采集卡和供电电源，并选择性实现数据远程传输，至监测数据接收端，进而实现针对多个含水层的多参数井下实时自动化监测。

本实用新型的有益效果：

本实用新型所提供的适用于多个含水层的地下水分层监测井可以低成本、高效实用地实现多个地下水含水层的一孔多层监测，以满足国内对地下水水质原位高精度长时间序列监测和一孔多层监测两方面的技术需求。以期替代水文地质环境地质调查中仅针对单一含水层、水质监测功能偏弱且高成本的旧式监测井，进而为地下水监测、水资源环境评价与保护工作提供新技术新设备支撑。

1)本实用新型基于自主研发的一孔多层监测技术框架、U形管取样技术、化学注浆封隔技术，集成自动化智能化传感监测组群技术，打造的地下水三维监测平台代表了未来地下水监测技术的发展方向；

2)能单井实现多个地下水含水层监测，是基于U形管原理的新型一孔多层地下水环境监测技术；

3)监测数据精度高、代表性强，较传统监测井能更真实地揭示地下水信息参数；

4)成本极具竞争力，以最小数量的钻孔构建地下流体三维监测网络，在达到监测目的的前提下有效减少了钻孔进尺，从而降低了综合监测成本；

5)功能上实现了对水质与水量多指标多参数进行全方位、高质量、长时间序列原位监测。能实现三维长期监测与污染源追踪调查；能较精确刻画三维空间的元素运移与污染源追踪；

6)系统集成能力强，融合了自动化智能化的传感组群，与各井下监测手段融合性好，构建了地下水一体化监测平台。

附图说明

图1是本实用新型所提供的适用于多个含水层的地下水分层监测井的结构示意图。

附图1中，各标号所代表的结构列表如下：

1.1、井盖，1.2a、第一井筒，1.2b、第二井筒，1.3a、第一射孔段，1.3b、第二射孔段，1.4a、第一连接部，1.4b、第二连接部1.4b、第三连接部，1.5、注浆封隔器，1.6、注浆导管，1.7、底座，1.8、节流阀，1.9、压力表，1.10、中继容器，1.11、手动泵；2.1、氮气瓶，2.2、减压阀，2.3、井壁2.4a、第一储流容器，2.4b、第二储流容器，2.5a、第一液相单向阀，2.5b、第二液相单向阀，2.6a、第一过滤器，2.6b、第二过滤器，2.7a、第一取样瓶，2.7b、第二取样瓶；3.1a、第一传感器群组，3.1b、第二传感器群组，3.2、信号线缆，3.3、数据采集卡，3.4、供电电源，3.5、监测数据接收端。

具体实施方式

以下对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在一个具体实施方式中，如图1所示，适用于多个含水层的地下水分层监测井包括：一孔多层井筒框架；从一孔多层井筒框架内部进行取样的一孔多层取样子系统；以及，对一孔多层取样子系统的取样信息进行监测的一孔多层监测子系统。框架和各子系统功能在于，一孔多层井筒框架提供监测井的基本框架，并提供地层封隔，为一孔多层取样子系统和一孔多层监测子系统提供基本的监测框架和物理空间。一孔多层取样子系统设置在一孔多层井筒框架内，基于U形管原理实现分层的高精度地下水取样功能；一孔多层监测系统设置在一孔多层井筒框架子系统内，针对各监测指标集成技术成熟的传感器群，从而实现分层的地下水原位自动监测功能

一孔多层井筒框架包括自上而下依次连接设置的两节取水管段，相邻的两节取水管段的管内空间通过连接部隔断，相邻的两节取水管段的管外部空间通过注浆封隔器1.5和井壁2.3隔断，注浆封隔器1.5设置有灌浆装置。注浆封隔器，或又为灌浆封隔器。注浆封隔器1.5的浆液为水溶胀胶。其核心功能在于，提供井下分层监测框架，并实现地层封隔。

一孔多层井筒框架包括自上而下依次连接的一节第一取水管段和与第一取水管段连接的第二取水管段。第一取水管段包括自上而下依次连接的第一井筒1.2a、第一连接部1.4a、第一射孔段1.3a和第二连接部1.4b，最上方的第一井筒1.2a的上端开口设置有井盖1.1，第一井筒1.2a与第一射孔段1.3a通过第一连接部1.4a隔断；第二取水管段包括自上而下依次连接的第二井筒1.2b、第三连接部1.4c、第二射孔段1.3b和底座1.7，第二井筒1.2b与第二射孔段1.3b通过第三连接部1.4c隔断。

灌浆装置包括依次连通设置的手动泵1.11、中继容器1.10、节流阀1.8和注浆导管1.6，注浆导管1.6连通注浆封隔器1.5。在中继容器1.10和节流阀1.8之间的连通管路上设置有压力表1.9。

手动泵1.11、中继容器1.10和节流阀1.8均设置在地表上，注浆导管1.6贯穿井盖1.1并连通注浆封隔。

各部件连接处通过胶水处理实现防水，并采用螺钉链接实现承力。其中，第一射孔段1.3a针对第一个地下水含水层，第二射孔段1.3b针对第二个地下水含水层，从而实现多个含水层的地下水监测。

在含水层之间需设置地层封隔，以切断其水力联系，保证上下两个含水层监测的独立性。实现地层封隔的具体实施方式在于，中继容器1.10充填遇水膨胀止水的化学浆液，采用手动泵1.11加压，通过注浆导管1.6注入至指定位置的注浆封隔器1.5，从而实现指定位置的地层封隔。其技术特征还在于，通过设置压力表1.9实现中继容器1.10注浆压力的稳定与可控；通过设置止回阀1.8防止中继容器1.10的化学浆液逆向回流。

一孔多层取样子系统包括：氮气瓶2.1；与氮气瓶2.1连通的减压阀2.2；分别与减压阀2.2连通的第一储流容器2.4a，第一储流容器2.4a连通设置有第一取样瓶2.7a，在减压阀2.2和第一储流容器2.4a之间的连通导管上依次连通设置有第一液相单向阀2.5a和第一过滤器2.6a，第一储流容器2.4a的数量与第一井筒1.2a的数量相等且一一对应设置的设置在第一井筒1.2a内，第一过滤器2.6a的数量与第一射孔段1.3a的数量相等且一一对应设置的设置在各第一射孔段1.3a内；与减压阀2.2连通的第二储流容器2.4b，第二储流容器2.4b连通设置有第二取样瓶2.7b，在减压阀2.2和第二储流容器2.4b之间的连通导管上依次连通设置有第二液相单向阀2.5b和第二过滤器2.6b，第二储流容器2.4b设置在第二井筒1.2b内，第二过滤器2.6b设置在第二射孔段1.3b内。

氮气瓶2.1、减压阀2.2、各第一取样瓶2.7a和第二取样瓶2.7b均设置在地表上，减压阀2.2通过贯穿井盖1.1的导管连通各第一储流容器2.4a的第二储流容器2.4b，第一储流容器2.4a通过贯穿井盖1.1的导管连通第一取样瓶2.7a，第二储流容器2.4b通过贯穿井盖1.1的导管连通第二取样瓶2.7b。

其功能在于基于U形管原理获取多个含水层的高精度地下水样品。其工作原理在于，地下水通过第一射孔段1.3a进入监测井内，并穿过第一过滤器2.6a和第一液相单向阀2.5a进入第一储流容器2.4a。氮气瓶2.1在减压阀2.2的控制下对导管一端加压，第一储流容器2.4a中的地下水样品从导管的另一端流出，进入井口的第一取样瓶2.7a，从而基于U形管原理实现多个含水层的地下水高精度取样。一孔多层监测子系统包括监测数据接收端3.5、电连接监测数据接收端3.5的数据采集卡3.3、电连接数据采集卡3.3的信号线缆3.2、分别电连接信号线缆3.2的若干第一传感器群组3.1a合和电连接数据采集卡3.3的第二传感器群组3.1b，其中，第一传感器群组3.1a的数量与第一井筒1.2a的数量相等且一一对应设置的设置在各第一射孔段1.3a内，第二传感器群组3.1b设置在第二射孔段1.3b内，数据采集卡3.3、各第一传感器群组和第二传感器群组分别电连接有供电电源3.4。监测数据接收端3.5和数据采集卡3.3均设置在地表上，数据采集卡3.3通过贯穿井盖1.1的信号线缆3.2电连接各第一传感器群组3.1a和第二传感器群组3.1b。

第一传感器群组3.1a包括压力传感器、温度传感器、电导率传感器、地下水流速流向监测探头、pH探头、DO探头或TDS探头中的任意一种或多种；第二传感器群组3.1b包括压力传感器、温度传感器、电导率传感器、地下水流速流向监测探头、pH探头、DO探头或TDS探头中的任意一种或多种。

一孔多层监测子系统其功能在于，通过一孔多层井筒框架子系统1设置的多个隔断实现井下多个含水层的原位实时监测。其还特征在于，通过传感器群集成的多个传感器实现对含水层的多参数原位实时监测，包括压力传感器、温度传感器、电导率传感器、地下水流速流向监测探头、pH探头、DO探头、TDS探头等等，此处实施例仅以压力传感器说明。其连接方式在于，井下第一个含水层、第二个含水层的指定监测位置分别设置第一传感器群3.1a和第二传感器群3.1b，通过信号线缆3.2将井下各传感器连接至井头地面处的数据采集卡3.3和24伏供电电源3.4，并选择性实现数据远程传输，至监测数据接收端3.5，进而实现针对多个含水层的多参数井下实时自动化监测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。