一种防止地下水交叉污染的地下水监测装置及其监测方法与流程

本发明涉及水文地质调查勘察的技术领域，尤其是涉及一种防止地下水交叉污染的地下水监测装置及其监测方法。

背景技术：

目前，工业迅速发展的同时带来了地下水污染。对地下水的污染物监测是环境监测领域的重要工作内容，同时也为场地风险评估和土壤修复提供了指导。

现有的地下水监测一般采用分层抽水及取样试验的方法,在同一个钻孔中对不同深度的含水层施工成不同孔径段的钻孔,利用止水管材分台阶进行止水处理。

在进行钻孔钻探取样工作的过程中，往往是上部的污染随着钻孔钻进的循环介质和钻孔环状间隙通道下移到钻孔深处，污染其他未污染的地层或孔段，造成了地下水交叉污染，导致污染范围增大，污染深度加深，污染程度增大，给调查、评估、监测、治理和修复增加很大难度。

地下水交叉污染还直接导致地下水污染的调查精准性降低，不能精确评估水土污染源、污染途径、污染特点和污染程度以及污染范围。同时，地下水交叉污染对后续的污染修复和治理增加了太多不确定性，导致修复效率降低，修复时间延长，修复成本增加，甚至难以有效开展修复工作。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：地下水的钻孔钻探取样过程中容易发生交叉污染，导致污染情况恶化，同时，给调查、评估、监测、治理和修复工作增加了难度。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的是提供一种防止地下水交叉污染的地下水监测装置，其能实现在减少地下水交叉污染的同时在同一孔径钻孔中不同深度段的含水层进行分层抽水及取样，使得取样时地下水污染情况不易恶化，同时降低了地下水调查、评估、监测、治理和修复工作的难度。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种防止地下水交叉污染的地下水监测装置，包括监测管和间隔开设在监测管上的渗水口，所述监测管包括取水部和止水部，所述渗水口位于所述取水部上，所述取水部的内部沿所述监测管的高度方向间隔形成空腔，所述止水部呈环形且包裹固定在所述取水部的侧面，所述取水部在两侧对应各个空腔的上端位置均转动连接有水平设置的螺杆，所述螺杆上均螺纹连接有挡块，所述螺杆和所述挡块分别位于所述止水部内，所述止水部的侧面在正对挡块的位置均开设有供所述挡块穿出的出口，监测前，所述监测管位于钻孔内，当所述挡块滑动至所述螺杆远离所述取水部的一端时，所述挡块从所述出口露出并挤压钻孔的内壁。

通过采用上述技术方案，监测前，监测管位于钻孔内，驱动螺杆转动，螺杆带动挡块滑动至螺杆远离取水部的一端时从止水部的出口露出并挤压钻孔的内壁，以将取水部各空腔内对应的相邻深度段含水层隔开，使得钻孔中相邻深度段的含水层因挡块相对隔离，同时，钻孔中各不同深度段的含水层通过渗水口进入取水部内，实现在减少地下水交叉污染的同时在同一孔径钻孔中不同深度段的含水层进行分层抽水及取样的目的，使得地下水污染情况不易恶化，同时降低了地下水调查、评估、监测、治理和修复工作的难度。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述挡块从所述出口露出的一面粘贴有遇水膨胀止水条。

通过采用上述技术方案，遇水膨胀止水条的成分为橡胶，其具有遇水膨胀的性能，在遇水后产生2-3倍的膨胀变形，并充满接缝的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生巨大的接触压力，彻底防止渗漏，进而使得钻孔中相邻深度段的含水层的隔离效果更好。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述监测管的顶部固定有滑板，所述滑板上转动连接有转盘，所述螺杆和所述转盘之间设置有用于传动位于所述取水部同一侧的所述螺杆同步转动的传动机构。

通过采用上述技术方案，转动转盘，转盘驱动传动机构传动，使得位于取水部同一侧的螺杆同步转动，带动挡块同步运动，操作方便。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述传动机构包括链轮、链条和双锥齿轮，所述链轮有若干且分别位于所述螺杆上和所述双锥齿轮上，所述链条绕接在位于所述取水部同一侧的所述链轮之间，所述双锥齿轮设置在所述转盘和所述链轮之间。

通过采用上述技术方案，转盘转动，带动双锥齿轮转动，双锥齿轮带动与其固定的链轮转动，链轮带动绕接在其上的链条传动，链条依次带动其上的链轮转动，链轮再带动与其固定的螺杆转动，以实现位于取水部同一侧的螺杆同步转动的目的。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述滑板上方设置有安装架，所述滑板沿所述安装架的高度方向滑动连接于所述安装架上，所述安装架上设置有驱动所述滑板滑动的滑动机构，所述滑板上设置有驱动所述监测管转动的转动机构。

通过采用上述技术方案，滑动机构驱动滑板沿安装架的高度方向滑动，带动固定在滑板上的监测管沿待取水样靠近，同时，转动机构驱动监测管转动，使得监测管螺旋向待取水样靠近，钻开待取水样所在的土层，无需额外配带工具，操作方便。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述挡块从所述出口露出的一面呈弧形，位于所述取水部两侧的挡块同时露出时形成环形围绕在所述监测管的侧面。

通过采用上述技术方案，挡块呈弧形且位于取水部两侧的挡块同时露出时形成环形围绕在监测管的侧面，以尽可能多地填充监测管与钻孔之间的间隙，使得钻孔中相邻深度段的含水层的隔离效果更好。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述取水部空腔内的封闭空间在底面均安装有用于监测水质的传感器，所述传感器的输出端电性连接有微控制器，所述微控制器串口连接有后台，所述后台接收所述微控制器的传输信号并将监测结果显示于所述后台上。

通过采用上述技术方案，取水部采集到水样后，传感器获取水样的水质情况并转换为电信号，经微控制器传输至后台并将监测结果显示出来，有利于后台工作人员远程获取水样的监测结果以及时采取措施，操作方便。

本发明的第二个目的是提供一种防止地下水交叉污染的地下水装置的监测方法，其能实现在减少地下水交叉污染的同时在同一孔径钻孔中不同深度段的含水层进行分层抽水及取样，使得取样时地下水污染情况不易恶化，同时降低了地下水调查、评估、监测、治理和修复工作的难度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种防止地下水交叉污染的地下水装置的监测方法，包括以下步骤，

将所述安装架架设在待取水样的上方位置，启动所述滑动机构和所述转动机构，驱动所述滑板滑动至所述安装架底部位置的同时驱动所述监测管转动形成钻孔；

监测前，转动所述转盘，带动所述传动机构传动，使得螺杆同步转动，带动所述挡块滑动至所述螺杆远离所述取水部的一端且从所述出口露出并挤压钻孔的内壁；

当钻孔内有水且浸泡所述遇水膨胀止水条时，所述遇水膨胀止水条膨胀以填充所述挡块和钻孔之间的间隙位置；

水从所述渗水口分别进入所述取水部的各个空腔内，所述传感器获取水的水质情况信息并转换为电信号，经所述微控制器传输至所述后台内，并在所述后台上显示监测结果。

通过采用上述技术方案，滑动机构和转动机构驱动滑板滑动至安装架底部位置的同时带动监测管螺旋向下转动形成钻孔，使得监测管位于钻孔内；转动转盘，转盘带动传动机构传动，使得位于取水部同一侧的螺杆同步转动，带动挡块滑动至螺杆远离取水部的一端且从出口露出并挤压钻孔的内壁，使得钻孔中相邻深度段的含水层相对隔离；当钻孔内有水时，遇水膨胀止水条膨胀、填充挡块和钻孔之间的间隙位置，使得钻孔中相邻深度段含水层的隔离效果更好；钻孔内的水从渗水口分别进入取水部空腔内的各个封闭空间内，实现在减少地下水交叉污染的同时在同一孔径钻孔中不同深度段的含水层进行分层抽水及取样的目的，使得取样时地下水污染情况不易恶化，同时降低了地下水调查、评估、监测、治理和修复工作的难度；取水部内的传感器获取水样的水质情况并转换为电信号，经微控制器传输至后台并将监测结果显示出来，有利于后台工作人员远程获取水样的监测结果以及时采取措施，操作方便。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1.钻孔中相邻深度段的含水层相对隔离，同时，钻孔中各不同深度段的含水层通过渗水口进入取水部内，实现在减少地下水交叉污染的同时，在同一孔径钻孔中不同深度段的含水层，进行分层抽水及取样的目的；

2.遇水膨胀止水条遇水膨胀，使得钻孔中相邻深度段的含水层的隔离效果更好；

3.传动机构使得位于取水部同一侧的螺杆同步转动，带动滑块同步运动，操作方便；

4.滑动机构和转动机构驱动监测管螺旋向待取水样靠近，钻开待取水样所在的土层，无需额外配带工具，操作方便；

5.挡块呈弧形且位于取水部两侧的挡块同时露出时形成环形围绕在监测管的侧面，以尽可能多地填充监测管与钻孔之间的间隙，挡块对含水层的隔离效果更好；

6.取水部内的传感器获取水样的水质情况并转换为电信号，经微控制器传输至后台并将监测结果显示出来，有利于后台工作人员远程获取水样的监测结果以及时采取措施，操作方便。

附图说明

图1是一种防止地下水交叉污染的地下水监测装置的结构示意图；

图2是监测管、滑板和安装块的位置关系示意图；

图3是监测管、滑板和安装块的剖视图；

图4是图3中a部分的局部放大示意图；

图5是一种防止地下水交叉污染的地下水监测装置的监测方法的流程示意图。

图中，1、安装架；2、插片；3、滑板；4、滑槽；5、监测管；51、取水部；511、空腔；512、渗水口；52、止水部；6、电机；7、电缸；8、螺杆；9、挡块；11、导向槽；12、遇水膨胀止水条；14、转盘；15、第一锥齿轮；16、第二锥齿轮；17、链轮；18、链条；19、传感器；20、安装块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种防止地下水交叉污染的地下水监测装置，包括安装架1和滑动连接于安装架1上的监测管5，监测管5朝向待开挖土层的一端呈尖端设置，安装架1呈倒“u”型且安装架1的底部沿水平方向向外延伸，安装架1的底面在两端位置分别固定有竖直设置的插片2，以用于在使用时加强安装架1与待开挖土层之间的连接。

安装架1的内顶部固定安装有竖直设置的电缸7，电缸7的输出轴固定有滑板3，安装架1的内侧壁在对应电缸7输出轴运动区域内均开设有滑槽4，两个滑槽4对称设置且两个滑槽4的槽口相对。

电缸7组成滑动机构，以用于驱动滑板3沿安装架1的高度方向滑动。

参照图1和图2，滑板3的两端分别滑动连接于两个滑槽4上且与滑槽4滑移嵌设。

滑板3的底部安装固定有安装块20，监测管5设置在安装块20的下方，安装块20内固定安装有竖直设置的电机6(见图3或图4)，电机6的输出轴与监测管5远离尖端设置端的一端固定。

电机6组成转动机构，以用于驱动监测管5转动。

监测管5上间隔开设有渗水口512。

参照图2和图3，监测管5包括取水部51和止水部52，取水部51的内部沿监测管5的高度方向形成间隔的空腔511，止水部52呈环形且包裹固定在取水部51的侧面位置，取水部51在两侧对应各个空腔511的上端位置均转动连接有水平设置的螺杆8，螺杆8分别对应各个空腔511两侧的上方位置，位于取水部51同一侧的螺杆8间隔设置，螺杆8上均螺纹连接有挡块9，挡块9和螺杆8位于止水部52内，止水部52内开设有引导挡块9沿螺杆8的长度方向滑动的导向槽11(见图4)，止水部52的侧面在对应挡块9的位置均开设有出口(图中未示出)。

挡块9从出口露出的一面呈弧形，当位于取水部51两侧同一高度位置的两块挡块9移动至螺杆8远离取水部51的一端时，两块挡块9从出口位置部分露出且形成带缺口的环形，围绕在监测管5的侧面。

参照图3，取水部51的各个空腔511内在底面均安装有用于监测水质的传感器19，本实施例中，传感器19为法国ponsetripod数字式多参数水质传感器19。传感器19的输出端电性连接有微控制器，微控制器的型号为stm32f407，微控制器串口连接有后台，后台接收微控制器的传输信号并将监测结果显示于后台上。

参照图4，挡块9露出至出口外的一面开设有槽口朝向待开挖土层的钻孔内壁的预留槽(图中未示出)，预留槽内粘贴固定有遇水膨胀止水条12，遇水膨胀止水条12与预留槽拼接配合。

遇水膨胀止水条12为具有遇水膨胀性能的橡胶，遇水膨胀止水条12在遇水后产生2-3倍的膨胀变形，可充满接缝的所有不规则表面、空穴及间隙，同时产生巨大的接触压力，防止渗漏。

滑板3上在对应取水部51两侧的螺杆8的位置均设置有转盘14，转盘14转动连接于滑板3的顶部位置，转盘14的轴心方向均固定有第一锥齿轮15，第一锥齿轮15均垂直啮合有第二锥齿轮16，第二锥齿轮16转动连接在滑板3内，第二锥齿轮16的轴心方向和螺杆8靠近取水部51的一端均固定有链轮17，位于取水部51同一侧的链轮17之间均绕接有链条18。

第一锥齿轮15和第二锥齿轮16组成双锥齿轮，链轮17、链条18和双锥齿轮组成传动机构，以用于传动位于取水部51同一侧的螺杆8同步转动。

参照图5，基于上述防止地下水交叉污染的地下水监测装置的监测方法，包括以下步骤，

将安装架1架设在待取水样的上方位置，启动电缸7和电机6，电缸7驱动滑板3滑动至安装架1底部位置，同时，电机6驱动监测管5转动，开挖土层形成钻孔，此时，监测管5竖直设置于钻孔内；

接着，工作人员转动转盘14，带动与转盘14固定的第一锥齿轮15转动，第一锥齿轮15带动与其啮合的第二锥齿轮16转动，进而带动与第二锥齿轮16固定的链轮17转动，链轮17带动链条18传动，链条18依次带动剩余的链轮17转动，进而使得位于取水部51同一侧的螺杆8同步转动，螺杆8带动其上螺纹连接的挡块9滑动至螺杆8远离取水部51的一端，此时，挡块9从出口部分露出并挤压钻孔的内壁；

当钻孔内有水且浸泡遇水膨胀止水条12时，遇水膨胀止水条12膨胀至填充挡块9和钻孔之间的间隙位置，此时，钻孔内的水被挡块9和遇水膨胀止水条12隔离成若干含水层，本实施例中隔离成四个含水层，使得钻孔中相邻深度段的含水层相对隔离；

钻孔中各不同深度段的含水层经渗水口512分别进入取水部51的空腔511内，达到分层取水样的目的，传感器19获取水的水质情况信息并转换为电信号，经微控制器传输至后台内，并在后台上显示监测结果。

本实施例的有益效果如下：

1、钻孔中相邻深度段的含水层被挡块9相对隔离，同时，钻孔中各不同深度段的含水层通过渗水口512进入取水部51内，进而防止地下水交叉污染的地下水监测装置实现在减少地下水交叉污染的同时，在同一孔径钻孔中不同深度段的含水层，进行分层抽水及取样的目的，使得取样时地下水污染情况不易恶化，同时降低了地下水调查、评估、监测、治理和修复工作的难度；

2、遇水膨胀止水条12遇水膨胀，填充监测管5和钻孔内壁的间隙位置，使得钻孔中相邻深度段的含水层的隔离效果更好；

3、传动机构使得位于取水部51同一侧的螺杆8同步转动，带动其上的挡块9同步运动，操作方便；

4、滑动机构和转动机构驱动监测管5螺旋向下运动，向待取水样靠近，钻开待取水样所在的土层，无需额外配带工具，操作方便；

5、挡块9呈弧形，当位于取水部51两侧同一高度位置的挡块9运动至螺杆8的端部位置时，两块挡块9形成环形、围绕在监测管5的侧面，以尽可能多地填充监测管5与钻孔之间的间隙，挡块9对含水层的隔离效果更好；

6、取水部51各个空腔511内的传感器19获取水样的水质情况并转换为电信号，经微控制器传输至后台并将监测结果显示出来，有利于后台工作人员远程获取水样的监测结果以及时采取措施，操作方便。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。