一种同步分析潜流带物化性质的原位监测装置及使用方法与流程

本发明涉及一种同步分析潜流带物化性质的原位监测装置及其使用方法，属于水环境原位监测领域。

背景技术：

潜流带是河流地表水与地下水动态交互混合的过渡地带，潜流交换频繁，物质循环活跃，是河流中颗粒物和溶质交换、新陈代谢和储存的主要场所，被誉为河流“肝脏”，在河流生态系统平衡与稳定过程中发挥着不可或缺的作用。目前，河流潜流区已成为了国内外研究的热点区域。

河流地表水和地下水所处环境迥异，潜流带物化性质往往呈现梯度变化(溶解性气体浓度，温度、ph、盐度、营养盐等)特征，推动着生物地球化学反应进行。例如，河流地表水溶解氧浓度较高，地下水体溶解氧相对较低，而潜流带溶解氧的梯度变化产生了有氧和厌氧交错区，进而影响氮功能微生物丰度和活性，促进硝化-反硝化、厌氧氨氧化脱氮，调控河流营养盐结构。因此，掌握潜流带物理化学性质对于该领域开展相关研究具有重要意义。

目前，潜流带物理化学性质的测定主要是在监测井完成。监测井是指用钻孔法完成的监测地下水水位、水温、水质变化情况的专用井，其施工方法和常规水井相似，完井后在井中放置监测仪器，并定时采取水样进行分析测试。但是，在监测井钻取过程中，潜流带容易发生不可逆破坏，垂向异质性大大降低，严重影响了相关研究的进展。

技术实现要素：

发明目的：本发明目的在于提供一种用于同步分析潜流带物化性质的原位监测装置及使用方法，实现对潜流带物理与化学性质同步、非破坏性监测。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种同步分析潜流带物化性质的原位监测装置，包括一长方体状主体，所述主体下端具有便于插入潜流带的尖部，内部沿高度方向分布有若干间隙水被动采样室，前后表面分别开设有与所述间隙水被动采样室连通的采样口；所述采样口外覆盖有渗析膜，所述主体前后表面外分别固定有将所述渗析膜压实的格栅板，所述格栅板上设有与所述采样口位置和形状一致的通孔；所述主体在每个间隙水被动采样室上方位置设有若干传感器固定槽，在至少一侧面设线槽；所述传感器固定槽内嵌有监测传感器，所述监测传感器的感应探头伸入所述间隙水被动采样室，信号线经过线槽与数据处理模块连接；所述数据处理模块和各监测传感器由蓄电池模块供电，所述数据处理模块和蓄电池模块位于所述主体内顶部。

作为优选，所述监测传感器为氨氮传感器、硝氮传感器、溶解氧传感器、水温传感器、电导率传感器、氧化还原电位传感器和ph传感器中的一种或多种。

作为优选，所述装置还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述数据处理模块连接，用于将数据处理模块采集到的监测传感器测量数据实时或定期传输给上位机。

作为优选，所述间隙水被动采样室体积为45-80ml。

作为优选，所述渗析膜为生物惰性膜，孔径为0.45μm。

作为优选，所述采样口宽3-4cm，高3-4cm，同一间隙水被动采样室的相邻采样口间隔2-5cm。

作为优选，所述数据处理模块和蓄电池模块封装在防水密封盒内，防水密封盒上的连线孔涂有防水胶。

作为优选，所述格栅板四周通过不锈钢螺丝与所述主体固定将所述渗析膜压实。

作为优选，所述主体为有机玻璃材质，下部为楔形。

一种同步分析潜流带物化性质的原位监测装置的使用方法，包括：

(1)接通原位监测装置电源，将原位监测装置垂直插入潜流区；

(2)原位监测装置的数据处理模块自动采集各监测传感器测量数据并存储所采集的数据；

(3)监测完毕后取出装置。

有益效果：本发明提供一种用于同步分析潜流带物化性质的原位监测装置，内置多个监测传感器，可实现对潜流带物理与化学性质同步、非破坏性监测。与现有技术相比，具有如下优点：1、通过在同一主体上设置相互隔离的位于不同高度的间隙水被动采样室，能够同时采集和监测不同深度的水质，且相互之间不会产生干扰，保证了测量的准确性。2、每个采样室配置多个监测传感器，可实现多个物化性质的原位监测，免去了间隙水样品的转移和存放等流程，实时性和真实性得以保证。3、通过合理布局采样室与采样口的位置，覆以渗析膜并加格栅板压实，采样室能与周围沉积物环境保持实时动态平衡，且装置可靠牢固，可以长时间使用。4、使用本发明装置进行监测时，无需钻孔施工，直接将装置插入潜流区即可实现不同深度不同指标的监测，使用极为方便。

附图说明

图1为本发明实施例装置的外观示意图。

图2为本发明实施例装置的格栅板示意图。

图3为本发明实施例装置的剖面图。

图4为本发明实施例装置的侧面图。

图中，1-格栅板，2-不锈钢螺丝，3-线槽，4-传感器固定槽，5-数据处理模块，6-蓄电池模块，7-无线通信模块，8-间隙水被动采样室。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步详细的说明。

如图1-4所示，本发明实施例公开的一种用于同步分析潜流带物化性质的原位监测装置，该装置由格栅板1，不锈钢螺丝2，线槽3，传感器固定槽4、数据处理模块5，蓄电池模块6，无线通信模块7，间隙水被动采样室8等组成。装置主体为长方体状，可由有机玻璃材质制成，下部为楔形，便于插入潜流带，内部沿高度方向分布若干间隙水被动采样室8，适用于不同深度的监测，采样室体积为45-80ml能够满足常见指标的检测，采样室与主体前后表面的采样口连通，每个采样室可开多个采样口，采样口宽3-4cm，高3-4cm，同一采样室相邻采样口间隔2-5cm，可以根据具体装置的尺寸进行调整。采样口外覆渗析膜，渗析膜可采用生物惰性膜，孔径为0.45μm，使得采样室能够与周围沉积物通透。通过格栅板1将渗析膜压实在主体前后表面外，格栅板1通孔的位置和形状设置与采样口一致，不妨碍渗析，格栅板1压紧后通过四周的不锈钢螺丝2固定在主体上。

在每个间隙水被动采样室8上方位置设有若干传感器固定槽4，在主体侧面开设线槽3，各监测传感器嵌入在传感器固定槽4内，感应探头伸入间隙水被动采样室8，监测传感器的信号线经过线槽3与数据处理模块5连接，将监测的数据传输到数据处理模块5。数据处理模块5与无线通信模块7相连，由无线通信模块7将数据处理模块5采集到的监测传感器测量数据实时或定期传输给上位机。数据处理模块5、无线通信模块7和各监测传感器由蓄电池模块6(可采用微型蓄电池，配电压转换电路为各电模块供电)供电运行。数据处理模块5、无线通信模块7和蓄电池模块6放置在主体内的顶部，为了实现防水密封，可以将数据处理模块5、无线通信模块7和蓄电池模块6封装在防水密封盒内，防水密封盒上的连线孔涂上防水胶。

监测传感器可选择氨氮传感器、硝氮传感器、溶解氧传感器、水温传感器、电导率传感器、氧化还原电位传感器和ph传感器中的一种或多种，根据实际监测需求进行合理配备。

使用本发明实施例公开的一种同步分析潜流带物化性质的原位监测装置，在测定潜流区物理与化学性质时，首先，接通装置电源，将本装置完全垂直插入潜流区(插入后潜流区沉积物间隙水可通过渗析膜进入采样室，30-60分钟后采样室与沉积物环境保持实时动态平衡)。然后，原位监测装置的数据处理模块可发送指令，促使各监测传感器依次开始工作，自动采集并存储传感器数据(在前30-60分钟期间数据处理模块可以等待至采样平衡后再进行监测)；若装置使用时日较长，可以根据研究需求，通过无线通信模块定期或实时将监测数据传输给上位机。最后，监测任务完成时取出装置即可。不会对潜流带造成不可逆的破坏。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。