一种便携式深水分层电动采水装置及其采水方法

本发明涉及一种便携式深水分层电动采水装置及其采水方法，属于水质检测技术领域。

背景技术：

河湖（水库）水体水质特征随水深增加，往往表现出明显的垂直变化，对水体表层、上层、中层、下层进行分层采样与水质检测和评价，是河湖（水库）水环境质量评价与水体治理修复的重要内容。在进行河湖（水库）水体采样时，常用取样方法是瓶式采水器采样和真空泵抽水采样。瓶式采水器采样法是通过绳索下放取样瓶，同时观察绳索标记来估算采样深度。但是由于绳索上的标记容易磨损且绳索在水中的分布可能并非是一条垂直线，使得测量的深度与实际存在较大偏差，影响水质检测结果。如在具有坡度的水坝体壁旁进行采样，绳索的刻度将会大于真实的深度，不能反映出真实的水体水质分层情况。同时瓶式采水器采水体积受限，且采集过程中可能出现不同水深水样掺混现象，可控制距离短，采样过程中人力耗费大。而真空泵抽水取样受到气压限制，当水深超过10米时，由于真空泵达到大气压，水样不能正常抽取采集。另有大型机械采水装置和起重机省力采水装置，前者多用于海洋采样，其成本昂贵、结构复杂、便携性差、硬件要求非常高，不适用于河湖（水库）水体采样，后者吊起速度较慢，效率低，会导致水温与原位有差异。

此外，目前对于河湖（水库）水体样品采集大多以米为单位，而现有采水器在垂向上覆盖的水层较薄，水深垂向代表性性不够，因此需要一种更好的采水装置。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种便携式深水分层电动采水装置，该采水装置利用水压力计算得出具体水深，使得采水分层更精准，且通过潜水泵采水更加省力，不受采水器体积限制，同时可以延长离岸采水距离，减少水体岸边扰动效应。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种便携式深水分层电动采水装置，在岸上或船舶上设有延长装置，延长装置的一端设有卷管装置，另一端固定连接定滑轮；在卷管装置的左右两侧分别缠绕水管和承重钢丝绳，承重钢丝绳绕过定滑轮连接进水装置的外壳连接，水管一端绕过定滑轮与进水装置的出水口连接，水管另一端连接集水装置。

所述的进水装置由潜水泵实现抽水功能，在潜水泵的底部为进水口，进水口上扣合基座，基座上设有水质传感器；基座上连接采水范围控制器，采水范围控制器由若干个竖直排列的矩形口管路组成，在矩形口处设有滤网，在矩形口管路的末尾设有进水口阀门；潜水泵的顶部设有出水口，出水口通过法兰盘连接水管，法兰盘上设有吊耳，承重钢丝绳与吊耳连接。

所述的卷管装置支架一侧设有led显示屏、潜水泵开关和电源，潜水泵开关与潜水泵连接，led显示屏与水质传感器通过数据线连接，且电源为潜水泵和led显示屏提供电能。

所述的延长装置由若干根直径依次增大的管身组成，在管身的侧壁共同连接伸缩装置；伸缩装置采用菱形铰接结构，并通过若干个铰接点与管身连接，在最端部的桶身上设有固定扣，并将伸缩装置端部伸出的定位把手定位。

所述的在延长装置的外壳端部通过转轴连接挡板，挡板沿转轴旋转为竖直状态时，挡板与卷管装置把手配合顶紧。

所述的集水装置由接水阀和收集瓶组成，接水阀与水管末端连接，收集瓶位于接水阀的正下方。

采用上述采水装置进行分层采水的方法，包括以下步骤：

1）提前设定采水的宽度，并打开对应宽度的进水口阀门；

2）将伸缩装置端部的固定扣与定位把手连接扣合，使延长装置的长度被锁定；

3）启动延长装置，使变形的伸缩装置伸长，并带动定滑轮伸到待采水的水面上方；

4）摇动卷管装置把手，将承重钢丝绳端部连接的进水装置送入水中，同时水管也跟随钢丝绳同步延长进入水中；

5）通过水质传感器测算出潜水泵入水的深度，并从led显示屏显示出来，当到达指定位置，钢丝绳停止，并将卷管装置挡板旋转90度，锁定卷管装置；

6）启动潜水泵，进水口阀门对应位置的水通过进水口和潜水泵后从水管排出，岸上设置收集瓶，完成指定位置的水样采集。

该便携式深水分层电动采水装置采用延长装置进行远距离采水，通过承重钢丝绳吊装，通过水管进行水的运输，并利用进水装置的移动位置，控制采水区域，保证采水精度。

进水装置采用竖直的排列的矩形口管路，根据采样要求可以开启或关闭对应数量的进水口阀门，保证采水宽度，进水口设有滤网，可以滤除水中杂质。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）本发明装置的压力传感器可以同时测量原位水深、水温和水样中溶解氧含量，并将数值显示在led屏幕上，相比于传统方法更加直接清晰快捷，同时因为原位测量可使测量结果更加准确；

2）本发明装置有效减小了岸边扰动效应；

3）本发明装置延长管的材质为铝合金，增强了采水装置的便携型，收缩后可以放入小型车辆，适用于移动点位的采样；

4）本发明装置的潜水泵和采水范围控制器为不锈钢材质，具有很强防腐防锈能力，且进水管头可以更换，能够适应在不同水体中进行采样的需求；

5）本发明装置解决了采水器的容量限制，通过潜水泵供水的方式进行采水，且可以控制采水区域的范围，能够满足多样化的采样要求；

6）本发明装置解决了采水器在垂向上覆盖的水层较薄，水深垂向代表性性不够的问题，设计了垂直六口进水管头，根据采样要求可以采集垂向上覆盖不同水深的水样，同时进水口设有滤网，可以滤除水中杂质；

7）本发明装置使用伸缩杠杆进行伸长，通过定滑轮卡住潜水泵受力进行收回，这样使得伸缩结构简单，降低成本，同时减轻伸缩结构重量；

8）本发明装置的卷管装置中水管可以进行更换清洁，防止采水后藻类残留在管壁，影响测量结果；

9）本发明装置为模块化设计。卷管装置和定滑轮通过螺丝与延长管进行连接；潜水泵和水管通过法兰盘进行连接；水压传感器通过螺丝和潜水泵连接，当模块部件损坏时可以进行更换。

附图说明

图1为便携式深水分层电动采水装置的结构示意图。

图2为图1的右视图。

图3为进水装置结构示意图。

图4为矩形口管路示意图。

图5为延长装置结构示意图。

图6为延长装置剖视图。

图7为延长装置收缩后的剖视图。

图8为卷管装置示意图。

图9为卷管装置左视图。

图10为卷管装置的右视图。

1、延长装置；1-2、定滑轮；1-3、伸缩装置；1-3-1、限位器；1-3-2、伸缩杠杆；1-3-2-1、定位把手；1-3-2-2、铰接点；1-3-3、固定扣；

2、进水装置；2-1、潜水泵；2-1-1、进水口；2-1-2、出水口；2-1-3、基座；2-1-4、采水范围控制器；2-1-4-1、进水口阀门；2-1-4-2、滤网；2-2、法兰盘；2-3、水质传感器；

3、卷管装置；3-1、卷管装置挡板；3-2、卷管装置把手；3-3、承重钢丝绳；3-4、水管；

4、控制模块；4-1、led显示屏；4-2、潜水泵开关；4-3、电源；

5、集水装置；5-1、收集瓶；5-2、水阀；6、稳定配重。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了研究河湖（水库）水体水质特征随水深的垂直变化规律，需要对河湖（水库）水体进行定深分层取样。现有技术中除了使用大型检测仪器外，一般使用瓶式采水器或真空泵进行采水，用绳子进行深度估计，但是当水深达到几十米时，由于气压限制，真空泵无法将水抽上来，而人工拉动瓶式采水器费时费力，且绳子上的标记在多次使用后会脱落。为了实现精确自动计算采样深度，减少采样人员体力消耗，低成本采样，本发明实施例提供了一种便携式深水分层电动采水装置。

如图1和图2所示，一种便携式深水分层电动采水装置，在岸上或船舶上设有延长装置1，延长装置1为三段cnc铝合金管制成的空心延长管，延长装置1的一端设有卷管装置3，另一端固定连接定滑轮1-2；在卷管装置3的左右两侧分别缠绕水管3-4和承重钢丝绳3-3，承重钢丝绳3-3绕过定滑轮1-2连接进水装置2的外壳连接，水管3-4一端绕过定滑轮1-2与进水装置2的出水口连接，水管3-4另一端连接集水装置5，集水装置5由接水阀5-2和收集瓶5-1组成，接水阀5-2与水管3-4末端连接，收集瓶5-1位于接水阀5-2的正下方。

如图3所示，所述的进水装置2由潜水泵2-1实现抽水功能，在潜水泵2-1的底部为进水口2-1-1，进水口2-1-1上扣合基座2-1-3，基座2-1-3上设有水质传感器2-3；基座2-1-3上连接采水范围控制器2-1-4，采水范围控制器2-1-4由若干个竖直排列的矩形口管路组成，在矩形口处设有滤网2-1-4-2，在矩形口管路的末尾设有进水口阀门2-1-4-1，如图4所示；潜水泵2-1的顶部设有出水口2-1-2，出水口2-1-2通过法兰盘2-2连接水管3-4，法兰盘2-2上设有吊耳，承重钢丝绳3-3与吊耳连接。

如图8至图10所示，所述的卷管装置3支架一侧设有led显示屏4-1、潜水泵开关4-2和电源4-3，潜水泵开关4-2与潜水泵2-1连接，led显示屏4-1与水质传感器2-3通过数据线连接，且电源4-3为潜水泵2-1和led显示屏4-1提供电能。当水质传感器2-3进入水体后将水深、水温和溶解氧信号传输到显示屏上，从而得到原位数据。

如图5至图7所示，所述的延长装置1由若干根直径依次增大的管身组成，在管身的侧壁共同连接伸缩装置1-3；伸缩装置采用菱形铰接结构，并通过若干个铰接点1-3-2-2与管身连接，在最端部的桶身上设有固定扣1-3-3，并将伸缩装置1-3端部伸出的定位把手1-3-2-1定位。在延长装置1的外壳端部通过转轴连接挡板3-1，挡板3-1沿转轴旋转为竖直状态时，挡板3-1与卷管装置把手3-2配合顶紧。

采用上述采水装置进行分层采水的方法，包括以下步骤：

1）提前设定采水的宽度，并打开对应宽度的进水口阀门2-1-4-1；

2）将伸缩装置1-3端部的固定扣1-3-3与定位把手1-3-2-1连接扣合，使延长装置1的长度被锁定；

3）启动延长装置1，使变形的伸缩装置1-3伸长，并带动定滑轮1-2伸到待采水的水面上方；

4）摇动卷管装置把手3-2，将承重钢丝绳3-3端部连接的进水装置2送入水中，同时水管3-4也跟随钢丝绳同步延长进入水中；

5）通过水质传感器2-3测算出潜水泵2-1入水的深度，并从led显示屏4-1显示出来，当到达指定位置，钢丝绳停止，并将卷管装置挡板3-1旋转90度，锁定卷管装置3；

6）启动潜水泵2-1，进水口阀门2-1-4-1对应位置的水通过进水口2-1-1和潜水泵2-1后从水管3-4排出，岸上设置收集瓶5-1，完成指定位置的水样采集；

7）收回采水装置的步骤与上述步骤相反。