一种用于近岸及河口沉积层孔隙水的监测仪器及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海上监测仪器领域，尤其涉及用于近岸、河口沉积层孔隙水监测仪器及监测方法。
【背景技术】
[0002]近岸及河口沉积层是物质交换频繁区域，动力机制复杂，而其物质组分变化过程对于研宄近岸及河口物质输运机制具有重要意义。在已有的研宄中，大部分学者们对近岸及河口物质组分的输运研宄并没有考虑沉积层孔隙水中物质组分的变化过程，因此，本发明就是用于研宄近岸及河口的沉积层孔隙水物质组分的输运过程。
[0003]孔隙水物质组分的测定方法众多，常采用离心、挤压、原位采集的方法进行孔隙水的采集和测定，基本以先采集、后检测的方法进行。其中离心和挤压的方法需要对沉积物样品进行孔隙水分离，离心法提取沉积物孔隙水方法复杂，工作量大，并且会造成样品水样的污染，采样信息滞后，不能进行持续采样监测；而原位采集方法则是不破坏沉积物结构被动采集间隙水的方法，主要有基于渗透平衡原理的原位渗析膜采样器(Pe印er)、基于负压原理的抽吸技术与Rhizon技术、基于分子扩散原理的薄膜扩散平衡方法等，原位采集方法不会造成样品水样污染，操作简易，但是需要采样时间长，Peeper采样器和薄膜扩散平衡方法的孔隙水采样需要至少I天的时间进行分子、离子平衡。
[0004]1、Peeper 采样器
多腔室渗析式采样器(Peeper)是1976年美国哥伦比亚大学Ray Hesslein博士发明的沉积物孔隙水采样器，由有机玻璃制作而成，主体由一系列装满去离子水的小空腔组成，小空腔外套有微米级孔径的渗析薄膜，通过薄膜两侧水体达到可溶离子和分子平衡进行采集。
[0005]Peeper采样器被广泛用于湖泊、河流的孔隙水采集。王建军等使用Peeper对太湖孔隙水金属离子进行采集。李宝等使用Peeper采集滇池福保湾内底泥孔隙水氮磷营养盐。但是传统的Pe印er采样器空间分辨率低、平衡时间长(20天以上)。丁士明等为减小空腔尺寸，将Peeper采样器改装成由三块板体组成，在每块板体上沿垂向有间隔排列的孔洞，将三块板体叠合，孔洞小的板体置于外侧，三块板体的孔洞一一对应；在三块板体的两叠合面之间设置覆盖全部孔洞的渗透膜，两渗透膜与中间一块板体的孔洞构成采样小室，每个采样小室的容积100-300 μ L，将三块板体及两片渗透膜固定成一体；改进后的Peeper采样器能将平衡时间缩短到24h。
[0006]基于渗透平衡原理的Peeper采样器有如下缺点:采样时间长，不能够快速并且持续地对孔隙水进行采集，尤其不能有效地响应波浪、潮汐等短周期作用因子对孔隙水的影响。
[0007]2、用于河流或湖泊沉积物孔隙水采样的采样器
该采样器是北京建工环境修复有限责任公司提出的专利，是基于采样器内外水面压力差的原理对孔隙水进行采集。该采样器由锥头、多段采样管、不锈钢筛网、T型手柄构成。采样管下端和锥头固接，采样管上端设有内螺纹口，采样管的下部设有筛网区；筛网区内设有线切割缝，其缝宽为0.2_，并在其外壁包覆不锈钢筛网，用于孔隙水进入取样器；T型手柄的下端与采样管的上端插接。该采样器进行采样时，用T型手柄将采样管向下压入底泥中进行采样，达到采样深度后，将取样管伸入延长杆中，通过使用蠕动泵，将采样器里面的孔隙水抽到水面上进行收集。该采样器可以利用延长杆进行河流或湖泊底泥不同深度孔隙水的采集，能够有效进行孔隙水原位采集分析，设备简单，操作方便。
[0008]基于采样器内外水面压力差原理的现有采样器具有以下缺点:(a)以采样器外河流或者湖泊的水面和采样器内收集孔隙水的水面之间的压力差作为动力，促使孔隙水进入采样器中，再将取样管伸入将采样器中的孔隙水抽到水面上进行采集，对孔隙水采集的控制功能不足；(b)这样的采集方式需要采样器中储蓄一定量的孔隙水，所要采集的沉积层范围大，采样的分层分辨率低；(C)虽然能够对不同深度的孔隙水进行采集，但是从上层到下层沉积层时，容易引起采样初期进入采样器的孔隙水和原有的上层孔隙水混合，降低采样的效率；(d)在波浪等动力因子作用下，河口海域水流往复运动频繁，现有的采样器抗波浪影响能力不足；(e)对孔隙水中组分监测有滞后性。
[0009]针对近岸与河口区域复杂的水动力条件，现有沉积层孔隙水采样和监测仪器具有以下不足:(a)现有孔隙水采样器虽然有蠕动泵的存在，只是用取样管伸入将采样器中的孔隙水抽到水面上进行采集，孔隙水进入采样器主要依赖于采样器内外水面压力差，并且内外水面相差越大，压力差越大，孔隙水进入越快，并不能控制孔隙水进入的速度和时间；
(b)现有孔隙水采样器采集不同深度孔隙水时，分层分辨率低，采集效率低；(C)在水深大的地方进行采样，水压大，不可避免的有海水进入，这在采样前期中测定的准确性会受到影响；(d)现有采样器是通过蠕动泵抽出采样器中孔隙水，在水面以上进行采集和测定，长距离管道的采样输运，会造成孔隙水样品元素组分的衰减与掺杂，影响测定结果，并且测定具有一定滞后性，会影响各要素数据的同步性；(e)河口海床沉积层多为粉砂质粘土、粘土质粉砂、砂质粘土等粒径较小的泥沙和淤泥，单纯用筛网和细切割缝难以将泥沙和淤泥隔绝于采样入口之外；(f)河口水动力环境复杂，特别是波浪的往复作用，会使采样管造成扰动移位，间接造成对沉积物的扰动。因此，现有的孔隙水采样器在构造及采样方法上还不足以满足在河口海域进行孔隙水监测的要求。
【发明内容】
[0010]针对上述技术问题，本发明提供了一种结构简单、操作方便、控制灵活、适应面广的用于近岸、河口沉积层孔隙水监测仪器。
[0011]本发明具体由以下技术方案实现:
一种用于近岸及河口沉积层孔隙水的监测仪器，包括由下而上通过螺纹同轴连接的锥头段、进水腔室管、第一主管、第二主管、变径转接管、延长管、T型手柄，
所述进水腔室管的管壁上对称设置有带过滤层的进水口，所述进水腔室管的内腔中靠近第一主管一侧焊接有一密封隔板，所述隔板上设置有连通进水腔室管的内腔的腔室过水P ；
所述第一主管的内腔中自上而下地固定设置有监测探头和电磁阀，所述电磁阀的入口通过一段第一硅胶管连接腔室过水口，出口通过尺寸转换塑料接口及另一段第一硅胶管连接监测探头的探头进水口，所述监测探头出水口通过依次穿过第一主管、第二主管、延长管、T型手柄的通孔的第二硅胶管连接调速蠕动泵。
[0012]进一步地，所述第一主管内设置有用于固定监测探头和电磁阀的配件安装架，所述配件安装架包括竖直对称设置的横截面为弧形的铁片、依次固定在所述铁片顶端、中间和底部的C形上固定板及中固定板、圆形底盘，所述圆形底盘上设置有用于固定电磁阀的底层螺丝孔及供腔室过水口穿过的底层孔。
[0013]进一步地，所述锥头段包括同轴的实心锥头和阶梯实心圆柱，所述阶梯实心圆柱粗端设置有外螺纹，所述阶梯实心圆柱细端设置有穿杆孔，穿杆孔用来拧紧或者拧开锥头，以防在水压力作用下锥头无法旋开，锥头段上有实心锥头和一个阶梯实心圆柱连为一体，凭借仪器自重，实心锥头使监测仪器更容易插入沉积层中，实心圆柱起到减小进水腔室容积的作用。<