地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置的制作方法

本实用新型涉及地下水采集技术领域，具体涉及一种地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置。

背景技术：
地下水，是贮存于包气带以下地层空隙，包括岩石孔隙、裂隙和溶洞之中的水。地下水是地球上最主要、分布最为广泛的水资源之一。全世界超过15亿的人主要依靠地下水作为饮用水。2008年，我国总供水量5910亿m3，其中，地下水源供水量占18.3％。我国有400多个城市开采地下水，华北、西北地区城市利用地下水比例分别高达72％和66％，地下水往往是部分城市和农村唯一的供水水源。地下水是我国经济和社会发展以及人民生活所必需的、不可替代的重要资源。近20年来，在我国人口较为密集、人类活动干扰大、工农业生产发达的平原地区，由于工业废水和生活污水的排放，大面积、超量化肥和农药的使用，垃圾场的淋滤和地下油罐的渗漏等原因，地下水正遭受着越来越严重的污染。据全国118座大城市浅层地下水的调查，97.5％的城市受到不同程度的污染，其中40％的城市受到严重污染。在全国水资源调查评价的197万km2平原区浅层地下水中，Ⅰ类和Ⅱ类水质区的面积仅为总流域面积的4.98％，Ⅲ类面积为35.53％，Ⅳ、Ⅴ类面积高达59.49％。太湖、辽河、海河、淮河等流域地下水污染最为严重，劣于Ⅲ类水质的水质区面积占各相应流域面积的91.49％，84.55％，76.40％和67.78％。地下水污染所导致的水质型缺水已成为国民经济和社会发展的重要制约因素。因此，地下水保护手段、污染治理方法等方面的研究是当前亟待解决的课题。小型地下水渗流物理模型是利用隔水材料及含水介质构建的能够模拟地下水在含水层中运动及水质演变的模型，是研究地下水水流运动及溶质运移规律及污染治方法的主要手段之一。溶质的浓度是表征其在模型中运移规律的重要指标。为获得溶质浓度，常利用吸管、虹吸、蠕动泵等方式先将水样从渗流模型中取出，再放入指定的容器中保存或检测。取样过程中，部分水样可能会滞留在取样管路中，在下一次采样时与新样品混合在一起，导致新样品浓度不准确。并且对于含有挥发性溶质的水样，现有水样采集技术密封性较差，溶质易挥发泄露，导致样品浓度不准确。

技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置，用以解决现有取样浓度不准确的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置，所述装置包括模拟监测井、采样针和真空采样管，所述模拟监测井和采样针均密封连接于渗流模型的模拟隔水层上；所述采样针包括水样采集管、针座和瓶塞穿刺针，所述水样采集管和瓶塞穿刺针均安装在针座上，所述针座固定在模拟隔水层上；所述真空采样管包括试管、盖子和密封塞，所述瓶塞穿刺针刺破密封塞插入真空采样管内，采样针的水样采集管在模拟监测井的内部。本实用新型采用的渗流模型的模拟隔水层是渗流模型的常见组成部分，是用于模拟地下环境中不透水土体或岩层的隔水板，在阻隔水流的同时，也起到密封的作用。上述地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置中，所述模拟监测井包括监测井管和过滤器，所述监测井管管身上开有竖向开缝，便于水流流动，在模拟真实监测井的同时，也起到了避免干扰地下水渗流场的目的；所述过滤器紧密缠绕在监测井管管身上的滤网，并且缠绕的范围大于开缝的范围，监测井管的一端具有连接端，用于与模拟隔水层连接；所述过滤器能够防止含水介质中的细微颗粒或水中细小杂质堵塞监测井管管身上的渗流缝隙。渗流模型中填充的含水介质会产生侧向压力，模拟监测井抵挡住侧向压力，防止置于其中的水样采集管因受到侧向压力而损坏。模拟监测井不仅用于模拟实际的监测井，同时起到保护水样采集管的作用。优选地，上述地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置中，所述监测井管的外径为8mm、内径为6mm；所述竖向开缝的缝宽为1mm、长为20mm，所述监测井管管身与模拟隔水层的连接端长5mm。上述地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置中，水样采集管是置于模拟监测井中吸取水质样品的细管，瓶塞穿刺针是用于刺破真空采样管密封橡胶，将水质样品输送到真空采样管中。上述地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置中，所述水样采集管的管身上有小孔，孔径为0.5mm，便于水流流动，以达到减少水样采集管中滞留水样的目的。上述地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置中，所述瓶塞穿刺针外部包裹自密封橡胶套，可以实现多次采集而不发生泄露，从而避免了挥发性溶质的挥发泄露。瓶塞穿刺针采用较细的内径，以达到减少其中滞留水样的目的。优选地，所述密封塞的材质为聚四氟乙烯，以使保证水样中的溶质不与密封塞发生化学反应，所述密封塞与试管间的配合要紧密，密封塞自身的气密性好。所述试管的材质为玻璃，优选为优质硅硼玻璃，管外径13mm，内径11m，所选用的玻璃试管需要进行酸洗、碱洗和内部进行硅化处理，使其具有良好的化学惰性。所述盖子是套在密封塞外面的塑料件，盖子中间留有供采样针穿刺的开口，盖子要确保有利于真空采样管的抽真空过程和封口过程，便于手工或机械将试管打开时不使内部的水样溅出，并且不能使沾染水样的瓶口和塞子接触到操作者的手和开启设备，更不能将玻璃试管管口弄破。其中，真空采样管是吸取水质样品的压力来源，也是水质样品的保存容器。本实用新型的取样方法十分便捷，只需将真空采样管盖子的密封塞按压于瓶塞穿刺针上即可。由于真空采样管内存在负压，瓶塞穿刺针刺破其密封塞后，在负压的作用下，水质样品经由水样采集管被吸入采样管内。取得样品后，拔除真空采样管，密封塞仍呈密闭状态，水样就封存在真空采样管中。优选地，所述模拟隔水层上、下面上分别开设用于安装采样针、模拟监测井的圆孔A和圆孔B，圆孔A和圆孔B相互贯通并且圆心相重合。更优选地，用于安装采样针的圆孔孔径为5mm，用于安装模拟监测井的圆孔孔径为8mm。本实用新型方法具有如下优点：本水质样品真空采集装置结构简单、便于操作，具有滞留水样少，实现多次采集而无溶质挥发泄露的优点。附图说明图1是本实用新型真空采集装置工作方式示意图；图2是本实用新型模拟监测井的结构示意图；图3是本实用新型采样针的结构示意图；图4是本实用新型真空采样管的结构示意图；图5是本实用新型装置安装示意图；图中，1-模拟监测井，2-采样针，3-真空采样管，4-模拟隔水层，11-监测井管，12-过滤器13-竖向开缝，14-连接端，21-水样采集管，22-针座，23-瓶塞穿刺针，24-自密封橡胶套，31-试管，32-盖子，33-密封塞，41-圆孔A，42-圆孔B，211-小孔。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。一种地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置，如图1所示，所述装置包括模拟监测井1、采样针2和真空采样管3，所述模拟监测井和采样针均密封连接于渗流模型的模拟隔水层4上。如图2所示，所述模拟监测井1包括监测井管11和过滤器12，所述监测井管11管身上开有竖向开缝13，便于水流流动，在模拟真实监测井的同时，也起到了避免干扰地下水渗流场的目的；所述过滤器12由直径为0.1mm的铜丝或不锈钢丝紧密缠绕在监测井管11管身上的滤网，并且缠绕的范围大于竖向开缝的范围，监测井管11的一端具有连接端14，用于与模拟隔水层4连接；所述过滤器12能够防止含水介质中的细微颗粒或水中细小杂质堵塞监测井管11管身上的渗流缝隙。渗流模型中填充的含水介质会产生侧向压力，模拟监测井1抵挡住侧向压力，防止置于其中的水样采集管因受到侧向压力而损坏。模拟监测井不仅用于模拟实际的监测井，同时起到保护水样采集管的作用。在实际应用时，监测井管长度和过滤器长度由具体渗流实验的要求确定。优选地，所述监测井管11的外径为8mm、内径为6mm；所述竖向开缝13的缝宽为1mm、长为20mm，所述监测井管11管身与模拟隔水层4的连接端14长5mm。并且，如图3所示，所述采样针2包括水样采集管21、针座22和瓶塞穿刺针23，所述水样采集管21和瓶塞穿刺针23均安装在针座22上，所述针座22固定在模拟隔水层4上。水样采集管是置于模拟监测井中吸取水质样品的细管，瓶塞穿刺针23是用于刺破真空采样管3的密封橡胶，将水质样品输送到真空采样管中。水样采集管可由不锈钢管、玻璃管和聚四氟乙烯管制作，管外径2.0mm、内径1.8mm，所述水样采集管21的管身上有多个小孔211，每个孔的孔径为0.5mm，便于水流流动，以达到减少水样采集管中滞留水样的目的。优选地，所述瓶塞穿刺针23外部包裹自密封橡胶套24，可以实现多次采集而不发生泄露，从而避免了挥发性溶质的挥发泄露。瓶塞穿刺针采用较细的内径，以达到减少其中滞留水样的目的。瓶塞穿刺针内径0.36mm，可通过缩短穿刺针长度，或减小其内径的方式进一步减少滞留水样体积。水样采集管和瓶塞穿刺针均安装在针座上，再通过针座将采样针固定在模拟隔水层上。并且，如图4所示，上述地下水渗流模型中水质样品的真空采集装置中，所述真空采样管3包括试管31、盖子32和密封塞33。优选地，所述密封塞的材质为聚四氟乙烯，以使保证水样中的溶质不与密封塞发生化学反应，所述密封塞与试管间的配合要紧密，密封塞自身的气密性好。所述试管的材质为玻璃，优选为优质硅硼玻璃，管外径13mm，内径11m，所选用的玻璃试管需要进行酸洗、碱洗和内部进行硅化处理，使其具有良好的化学惰性。所述盖子是套在密封塞外面的塑料件，盖子中间留有供采样针穿刺的开口，盖子要确保有利于真空采样管的抽真空过程和封口过程，便于手工或机械将试管打开时不使内部的水样溅出，并且不能使沾染水样的瓶口和塞子接触到操作者的手和开启设备，更不能将玻璃试管管口弄破。其中，真空采样管是吸取水质样品的压力来源，也是水质样品的保存容器。本实用新型的取样方法十分便捷，只需将真空采样管盖子的密封塞按压于瓶塞穿刺针上即可。优选地，为将模拟监测井和采样针密封连接于模拟隔水层上，需要在模拟隔水层上分别开设用于安装采样针、模拟监测井的孔径为5mm的圆孔A41和孔径为8mm的圆孔B42，圆孔A41和圆孔B42相互贯通并且圆心相重合。具体使用时，对模拟监测井和采样针进行安装，具体为(如图5所示)：首先安装模拟监测井，将聚四氟乙烯密封圈置于安装模拟监测井的圆孔B处，再将模拟监测井连接端放入密封圈内，并用力将其压入对应的圆孔B中。在按压的过程中密封圈发生变形，并填充开孔与井管间空隙，从而达到封密的目的。安装模拟监测井之后，再安装采样针，先将聚四氟乙烯密封圈置于安装采样针的圆孔A处，再将采样针针座放入密封圈内，并用力将采样针压入对应的圆孔A中，在按压的过程中密封圈发生变形，并填充开孔与针座间空隙，从而达到封密的目的。模拟监测井和采样针的安装完毕后，小型地下水渗流物理模型中水质样品的真空采集装置即组装完成，在具体使用时，只需将真空采样管盖子的密封塞按压于瓶塞穿刺针上即可。由于真空采样管内存在负压，瓶塞穿刺针刺破其密封塞后，在负压的作用下，水质样品经由水样采集管被吸入采样管内。取得样品后，拔除真空采样管，密封塞仍呈密闭状态，水样就封存在真空采样管中。虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。