专利名称：底泥与上覆水采集设备及其操作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于湖泊、水库的大型底泥采样设备，尤其涉及一种浮式深水柱状底泥与上覆水采集设备，还涉及这种采集设备的操作方法。
背景技术：
底泥指水体沉积物，通常是粘土、泥沙、有机质及各种矿物质的混合物。河流、水库中的底泥大都来源于地面，是地表水和雨水携带地面泥土进入水体而形成，所以一般底泥中含有大量有机质和各类矿物质，这些物质在水体底部,经过复杂的物理、化学及生物作用，不断分解转化，并在一定条件下向水体释放各类有毒有害物质，因而成为湖泊、水库污染的重要源头之一。近年来，关于水体内源污染的研究日渐深入，已经是水污染治理的一个重要方面。底泥作为水体内源污染物的载体，是内源污染物研究的关键之所在。因此水体中底泥的采集分析就显得尤为重要。在底泥的采集过程中，要最大限度保证底泥样品的完整和真实，最大程度避免对底泥样品的扰动。现有的底泥采样装置主要分为两类:一类是抓斗式采样器；另一类是钻取式又称圆筒式采样器。抓斗式采样器的工作原理是通过抓取的方式将底泥存入抓斗。这类的采样器对底泥采集厚度有限，一般为15cm以内的表层底泥；采样时破坏了底泥的分层结构，泥样为混合泥样；取样过程中泥样容易流失；无法在取得泥样的同时采集上覆水。钻取式又称筒式采样器，其工作原理是通过外力作用于取样器，使得采样器垂直插入底泥中，从而底泥得以在采样器中保存。这类取样器的采样深度有限，限制了其使用范围；样品不便保存；无法同时采集底泥上覆水。本
发明内容
本发明的目的在于提供一种底泥采集设备，解决现有技术存在的采集底泥时对底泥样品扰动大及无法在取得底泥的同时采集上覆水的问题。本发明的另一个目的在于提供上述采集设备的操作方法。本发明的目的是这样实现的，底泥与上覆水采集设备，包括承载平台和设置在承载平台上的取样装置、动力装置；取样装置通过卷扬机与动力装置连接；取样装置包括支架、主钢缆和钻机，支架位于承载平台之上，主钢缆连接卷扬机且从支架顶端竖直垂下，主钢缆下端依次连接连接杆、花式钻杆、钻筒及钻头，钻筒内部装有取样筒。本发明的特点还在于:连接杆为多节，依次连接。承载平台上还设有保护钢缆，钻筒与保护钢缆连接。花式钻杆杆壁上有均匀分布的排水孔，两端通过螺纹与连接杆和钻筒连接。取样筒为白色PVC管，其外径略小于钻筒内径，并配有密封盖。还包括打孔器和取水瓶，取水瓶为透明聚乙烯瓶。本发明的第 二个目的是这样实现的，上述采集设备的操作方法，
通过动力装置、卷扬机带动主钢缆，将连接杆、花式钻杆、钻筒及钻头垂直放入水中，然后通过钻机将钻筒下钻至适当深度，通过取样筒取样，最后，再通过动力装置、卷扬机带动主钢缆提升连接杆，直到钻筒提升至承载平台以上。具体操作步骤如下:(I)将承载平台拖至采样点，放下四个铁锚(3)，锚定承载平台；(2)启动动力装置和卷扬机，通过主钢缆将连接杆、花式钻杆、钻筒及钻头垂直放入水中，若还需连接第二节连接杆，只需将主钢缆(12)和首节连接杆(8)分离，将主钢缆
(12)与第二节连接杆一端连接，第二节连接杆另一端与首节连接杆(8)相连，依次连接，直到钻筒(10)接触底泥；(3)卸掉主钢缆(12)，将钻机(6)与尾节连接杆(8)相连，启动钻机(6)，直至钻筒下钻至适当深度；(4)分离钻机(6)与连接杆(8)，将主钢缆(12)与连接杆连接，逐级提升并拆卸连接杆(8)，直到钻筒(10)提升至承载平台作业面以上，缓慢下落钻筒(10)，将钻头(11) 一端轻放于承载平台之上，保持钻筒(11)直立；(5)取下钻头(11)，启动卷扬机(5)缓慢提升钻筒(10)，取样筒(13)逐渐与钻筒
(10)分离；待取样 筒(13)完全从钻筒(10)中抽出，在取样筒(13)外壁标记底泥上表面所在位置，静置取样筒(13)30min，然后用打孔器(18)在标记点以上2_3mm处打孔，待有水流出时用取样瓶(17)收集上覆水。(6)上覆水收集完成之后，从标记处分离底泥上表面以上取样筒部分，用密封盖
(16)封闭取样筒两端，将完整底泥样品保留在取样筒(13)中。本发明具有如下有益效果:1、本发明底泥与上覆水采集设备将底泥样品存储在柱状取样筒内，这可以采集到垂向完整，具有分层结构的柱状底泥。2、本发明底泥与上覆水采集设备避免了对底泥样品的扰动，能最大程度保证样品的原始状态。3、本发明底泥与上覆水采集设备在采集底泥的同时可采集上覆水，一举两得。4、本发明底泥与上覆水采集设备结构简单，组装快捷。5、本发明底泥与上覆水采集设备操作方法，通过主钢缆与连接杆将钻筒垂直下沉至适当深度，故能采集到较大深度的湖泊、水库底泥。6、本发明底泥与上覆水采集设备操作方法简单，对操作人员要求不高，而且节省人力，三人合作即可完成采样工作。
图1为本发明底泥与上覆水采集设备结构示意图；图2为图1俯视图；图3本发明底泥与上覆水采集设备的取样装置结构示意图；图4本发明底泥与上覆水采集设备的操作方法中收集上覆水示意图；图5本发明底泥与上覆水采集设备的操作方法中底泥保存示意图。图中，1.承载平台，2.聚苯乙烯泡沫板，3.铁锚，4.支架，5.卷扬机，6.钻机，7.主钢缆，8.连接杆，9.花式钻杆，10.钻筒，11.钻头，12.保护钢缆，13.取样筒，14.柴油发动机，15.传动装置，16.密封盖，17.取水瓶，18.打孔器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。底泥与上覆水采集设备，包括承载平台1、取样装置和动力装置；取样装置设置在承载平台I中部偏后的位置，动力装置位于承载平台I后部。承载平台I为T型，由钢质脚手架组成矩形框架，内填白色聚苯乙烯泡沫板2构筑而成，承载平台I四角各有铁锚3 —个，用于锚定承载平台I。动力装置包括柴油发动机14和传动装置15。取样装置包括支架4、卷扬机5、钻机6、主钢缆7、连接杆8、花式钻杆9、钻筒10、取样筒13、钻头11、保护钢缆12、密封盖16、取水瓶17和打孔器18 ;支架4位于承载平台I之上，卷扬机5和 钻机6位于支架4下方，主钢缆7与卷扬机5连接且从支架4顶端竖直垂下，主钢缆7下端依次为连接杆8，花式钻杆9、钻筒10及钻头11，钻筒10内部装有取样筒
13。保护钢缆12连接在钻筒10上端，在连接杆8损坏的情况下可通过保护钢缆12提起钻筒10。花式钻杆9杆壁上有均匀分布的排水孔，两端有螺纹与连接杆8和钻筒10连接。取样筒13为白色PVC管，其外径略小于钻筒10内径，以便装入钻筒10。取水瓶17为透明聚乙烯瓶。打孔器18用于在取样筒13壁上打孔，取水瓶17用于取出取样筒13中的上覆水，密封盖16用于封装取样筒13中的底泥样品。具体操作步骤如下:操作步骤如下:(I)将承载平台拖至采样点，放下四个铁锚3，锚定承载平台；(2)将等长取样筒13装入钻筒10内，然后在钻筒10前端安装钻头11 ;启动发动机14和卷扬机5，将主钢缆7与花式钻杆9末端端相连，花式钻杆9首端连接钻筒10 ;并将保护钢缆12连接在钻筒10上端部；操作卷扬机5，将花式钻杆9及与其连接的钻筒10放入水中，用扳手卡住花式钻杆9末端，并将主钢缆12和花式钻杆9分离，之后将主钢缆12与连接杆8 —端连接，连接杆8另一端与花式钻杆9连接；将连接好的连接杆8、花式钻杆9和钻筒10继续沉入水中，若还需连接第二节钻杆，只需将主钢缆(12)和首节连接杆8分离，之后将主钢缆12与第二节钻杆连接，另一端与首节连接杆8相连，依次连接，直到钻筒10接触底泥； (3)卸掉主钢缆12，将钻机6与尾节连接杆8相连，启动钻机6，直至下钻至适当深度；(4)关闭钻机6，分离钻机6与连接杆8，将主钢缆12连接于连接杆上8 ;开启卷扬机5，逐级提升并拆卸连接杆8，直到花式钻杆9和钻筒10提升至承载平台作业面以上，此时缓慢下落钻筒10，将钻头11 一端轻放于承载平台之上，保持钻筒11直立；(5)取下钻头11，之后启动卷扬机5缓慢提升钻筒10，此时取样筒13就会逐渐与钻筒10分离；待取样筒13完全从钻筒10中抽出，在取样筒13外壁标记底泥上表面所在位置，将取样筒13静置30min，然后用打孔器18在标记点以上2_3mm处打孔，待有水流出时用取样瓶17收集上覆水。(13)上覆水收集完成之后，从标记处分离底泥上表面以上取样筒13部分，然后用密封盖16 封闭两端；完整底泥样品就保留在取样筒13中。
权利要求
1.底泥与上覆水采集设备，其特征在于，包括承载平台(I)和设置在承载平台(I)上的取样装置、动力装置；取样装置通过卷扬机(5)与动力装置连接；取样装置包括支架(4)、主钢缆(7)和钻机(6)，支架(4)位于承载平台(I)之上，主钢缆(7)连接卷扬机(5)且从支架(4)顶端竖直垂下，主钢缆(7)下端依次连接连接杆(8)、花式钻杆(9)、钻筒(10)及钻头(11)，钻筒(10)内部装有取样筒(13)。
2.如权利要求1所述的底泥与上覆水采集设备，其特征在于，连接杆(8)为多节，依次连接。
3.如权利要求1或2所述的底泥与上覆水采集设备，其特征在于，承载平台(I)上还设有保护钢缆(12 )，钻筒(10 )与保护钢缆(12 )连接。
4.如权利要求3所述的底泥与上覆水采集设备，其特征在于，花式钻杆(9)杆壁上设有均匀分布的排水孔，两端通过螺纹与连接杆(8)和钻筒(10)连接。
5.如权利要求4所述 的底泥与上覆水采集设备，其特征在于，取样筒(13)为白色PVC管，其外径略小于钻筒(10)内径。
6.如权利要求5所述的底泥与上覆水采集设备，其特征在于，还包括打孔器(18)和取水瓶(17)，取水瓶(17)为透明聚乙烯瓶。
7.如权利要求1-6任一项所述的底泥与上覆水采集设备的操作方法，其特征在于，通过动力装置、卷扬机(5 )带动主钢缆(7 )将连接杆(8 )、花式钻杆(9 )、钻筒(10 )及钻头(11)垂直放入水中，然后通过钻机(6)将钻筒(10)下钻至适当深度，取样筒(13)取样后，再通过动力装置、卷扬机(5)带动主钢缆(7)提升连接杆(8)，直到将钻筒(10)提升至承载平台(I)以上。
8.如权利要求7所述的底泥与上覆水采集设备的操作方法，其特征在于，具体操作步骤如下: (I)将承载平台(I)拖至采样点，放下铁锚(3 )，锚定承载平台(I); (2 )启动动力装置和卷扬机(5 )，通过主钢缆(7 )将连接杆(8 )、花式钻杆(9 )、钻筒(10 )及钻头(11)垂直放入水中，若还需连接第二节连接杆(8 )，只需将主钢缆(12 )和首节连接杆(8)分离，将主钢缆(12)与 第二节连接杆一端连接，第二节连接杆另一端与首节连接杆(8)相连，依次连接，直到钻筒(10)接触底泥； (3)卸掉主钢缆(12)，将钻机(6)与尾节连接杆(8)相连，启动钻机(6)，直至钻筒下钻至适当深度； (4)分尚钻机(6)与连接杆(8),将主钢缆(12)与连接杆连接,逐级提升并拆卸连接杆(8)，直到钻筒(10)提升至承载平台作业面以上，缓慢下落钻筒(10)，将钻头(11) 一端轻放于承载平台之上，保持钻筒(11)直立； (5)取下钻头(11)，启动卷扬机(5)缓慢提升钻筒(10)，取样筒(13)逐渐与钻筒(10)分离；待取样筒(13)完全从钻筒(10)中抽出，在取样筒(13)外壁标记底泥上表面所在位置，静置取样筒(13)30min，然后用打孔器(18)在标记点以上2_3mm处打孔，待有水流出时用取样瓶(17)收集上覆水。
(6)上覆水收集完成之后，从标记处分离底泥上表面以上取样筒部分，用密封盖(16)封闭取样筒两端，将完整底泥样品保留在取样筒(13)中。
全文摘要
底泥与上覆水采集设备，包括承载平台和设置在承载平台上的取样装置、动力装置；取样装置通过卷扬机与动力装置连接；取样装置包括支架、主钢缆和钻机，支架位于承载平台之上，主钢缆连接卷扬机且从支架顶端竖直垂下，主钢缆下端依次连接连接杆、花式钻杆、钻筒及钻头，钻筒内部装有取样筒。该采集设备的操作方法为通过动力装置、卷扬机带动主钢缆，将连接杆、花式钻杆、钻筒及钻头垂直放入水中，然后通过钻机将钻筒下钻至适当深度，通过取样筒取样，最后，再通过动力装置、卷扬机带动主钢缆提升连接杆，直到钻筒提升至承载平台以上。本发明可获取垂向完整的柱状底泥样品和上覆水，并予以完整保存。
文档编号G01N1/02GK103234770SQ20131010923
公开日2013年8月7日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者程文, 王敏, 竺维佳, 杨定国, 施练东, 马腾飞, 陈航, 梁亮, 方勇, 韩筱青, 任冰 申请人:西安理工大学, 绍兴市汤浦水库有限公司, 浙江土力工程勘测院