新型水样‑底泥联合采样器的制作方法

本实用新型涉及一种水环境工程领域的野外调查实验取样装置，尤其涉及适用于湿地、河流、湖泊等各种水体环境的一种新型柱状水样、底泥两用取样器及其采样方法。

背景技术：

水环境是自然环境不可分割的一部分，对人类的生存发展具有不可替代的重大意义。人类活动产生的大量废弃物排放进入江、河、湖等水体环境，污染物质超过了水体的环境容量和自净能力，使水质恶化，水环境破坏，造成了水污染、富营养化、淡水资源进一步短缺等严重后果。人们也开始加强对水环境的科学研究、开发、利用和保护，比如开展水环境监测、水污染防治等。

上述这些工作都需要在大量野外调查取样的基础上进行，取样主要包括采集水样和底泥，因而对简单实用、方便高效的水样和底泥采样器需求很大。与此同时，水样、底泥样品采集的精确程度决定了之后的样品分析结果、科学研究成果的正确性等一系列问题，所以对水样、底泥采集器又有较高的要求。比如需要精确采集不同位置深度的水样和泥样；浅部底泥含水分较多，流动性大，易受干扰而改变原有的性质状态，深部底泥呈塑性，压密和胶结程度较高，可以支撑浅部底泥，因此应用柱状底泥取样器时，不管取浅部底泥，还是深部底泥，取样深度达到较硬的塑性底泥时才能取得较好的底泥样品；但是底泥取样深度大，不易断裂，自然断裂时取决于底泥的结构，断裂位置不可控，底泥的这些性质也对采样器设计提出了较大挑战。

在目前的野外采样过程中，一般都需要专门采集水样和底泥的两套装置，携带不便。柱状底泥采样器与其它传统锥状、抓斗式底泥采样器相比，具有取样深度大、取样连续完整、底泥样品能分层和扰动程度相对较小等显著优势。但是在现实操作中也存在一系列缺陷，比如：为保证强度，底泥采样器整体为圆柱状，但仅底部用于采取底泥，造成了上部材料的浪费；有的柱状底泥采样器没有底泥的截断装置，仅依靠采样筒上部密封产生的气密性使底泥自然断裂，这造成了取样的不确定性，而有较好效果的底泥截断装置都普遍做工、操作复杂，造价高；柱状底泥采样管采集样品较为容易，可将底泥从采样管取出时就比较麻烦、且扰动较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的水样、底泥采样中过程存在的困难及水样、底泥采样器存在的缺陷，提供一种新型水样-底泥联合采样器，其构造简单，操作方便，对底泥样品扰动小、完整连续，能取到不同层位、深度的水样和泥样，具有保存样品的功能。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：

一种新型水样-底泥联合采样器，包括连接管，连接管上端面上固定有取样控制手柄，下端与取水样管上端活动连接，取水样管下端与过渡管上端连接，过渡管下端与取泥样管上端连接；

取水样管中通过横向设置的若干挡板分成多个独立的密闭隔间，每个密闭隔间的一侧的上下端分别设置有与密闭隔间内部相通的进水孔和出水孔，每个密闭隔间内与进水孔相对应区域均设置有气囊，气囊通过充气管与外部气源连通；

取泥样管上端侧面上设置有出水孔，底部活动连接有截断装置；

过渡管的上下端面上且位于取水样管和取泥样管的外部的位置上分别开设有若干与过渡管内部相通的排水孔；

连接管、取水样管中贯穿有密封操作杆，密封操作杆上端穿过取样控制手柄与处于连接管上部的密封控制手柄固定连接，中部穿过取水样管中的挡板，下端通过密封操作片与位于过渡管中的密封活塞活动连接；且当密封控制手柄向下移动到最低位时，密封操作杆推动密封活塞恰好能够将取泥样管上端密封。

所述取样控制手柄上部横向设置有与密封控制手柄外形一致的手柄凹槽，当按下密封控制手柄时，密封控制手柄卡入取样控制手柄的手柄凹槽中组合成一个完整的圆柱状手柄；取样控制手柄中间位置设置有一纵向的供密封操作杆穿过的手柄通孔。

所述连接管直径与取水样管直径相同，上部与取样控制手柄焊接，下部侧面上设置有受力凸头，并通过内螺纹与取水样管螺纹连接。

所述取水样管和取泥样管均采用透明的有机玻璃材质，外表面上均设置有刻度，取水样管和取泥样管外表面均设置有加强片；密封操作杆穿过挡板的通孔中设置有橡胶带，使挡板与密封操作杆紧密接触，阻止水和空气跨挡板运动。

所述过渡管两端通过螺纹分别与取水样管和取泥样管，过渡管直径大于取水样管和取泥样管的直径，过渡管内底部有过渡隔板，过渡隔板中心位置设置有与密封活塞相匹配的中心通孔。

所述密封操作杆为中空结构，充气管穿过中空结构与气囊相连；密封操作杆底部焊接有密封操作片，密封操作片为梯形，上宽下窄，密封活塞上部设置有与密封操作片相匹配的操作片凹槽，密封操作片插入操作片凹槽中与密封活塞连接。

所述密封活塞呈上下两级台阶状，上部直径大于下部直径，密封活塞半部分与过渡板中心通孔相匹配，能对取泥样管顶端密封。

所述截断装置为不锈钢材质，包括截断钢丝、卡簧和插入端；所述插入端呈筒状，为泥样的纵向截断装置，插入端内直径与取泥样管的外直径相同，插入端上部有内、外螺丝，通过内螺纹与取泥样管底部外螺纹相连，插入端的下部外表面为锥面；

卡簧是外槽式卡簧，其卡在插入端上半部分的内部，且能上下移动；

截断钢丝为泥样的横向截断装置，长度与取泥样管的内径相同，截断钢丝的两端分别设置有一个圆珠，两个圆珠分别固定在取泥样管底部内侧面的相对的两个钢丝凹槽中。

所述取泥样管由两段C型管嵌套组成的圆筒，其底部内侧面设置有相对的两个钢丝凹槽。

所述插入端外部通过螺纹连接有一密封底座，采样完毕后，能够对采泥样管底端密封。

本实用新型是在继承了传统柱状底泥采样器取样深度大、底泥样品连续完整等优点的基础上，提供一种新型柱状水样、底泥两用取样器。

本实用新型的有益效果是：

一是该取样器能够一器两用，既能采集水样又能采集底泥样品，取泥样管既可作取样管又可作存样管，受力凸头既可承受外力又可根据其与水面相对位置判断取样器是否达到目标深度，使其功能齐全、携带操作简单方便、成本更加经济实惠；

二是能精确采集浅水、深水等不同水体环境的不同深度目标层位的水样；

三是简单有效的截断装置，对底泥样品的扰动更小，完整连续；

四是取泥样管由两个c型管嵌套而成，取出底泥样品更加简单方便；

五是卡簧的设计可以防止底泥样品脱落。

附图说明

图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的取样控制手柄和密封控制手柄结构示意图；

图3为本实用新型的密封操作片俯视图；

图4为本实用新型的密封活塞结构示意图；

图5为本实用新型的过渡管结构示意图；

图6为本实用新型的取泥样管结构示意图；

图7为本实用新型的截断钢丝结构示意图；

图8为本实用新型的插入端结构示意图；

图9a-图9e为本实用新型的取水样过程示意图；

其中：1.取样控制手柄、11.手柄凹槽、12.手柄通孔；2.截断装置、21截断钢丝、22.插入端、23.锥面、24.卡簧；31.密封控制手柄、32.密封操作杆、33.密封操作片、34密封活塞、35.操作片凹槽、36.充气管、37.气囊、38.密封底座；40.刻度、41.取泥样管、42.接口、43.钢丝凹槽、44.取水样管、45.进水孔、46.出水孔、47.橡胶带、48.挡板、49.加强片；51.连接管、52.受力凸头、53.过渡管、54.中心通孔、55.过渡管隔板、56.排水孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1至图8、图9a-图9e所示，新型柱状水样、底泥两用取样器包括取样控制手柄1、截断装置2、密封装置、取样管和连接装置。

截断装置2包括截断钢丝21、卡簧24和插入端22。

密封装置包括从上至下依次连接的密封控制手柄31、密封操作杆32、密封操作片33、密封活塞34、充气管36、气囊37和底部的密封底座38；

取样管外表面有出水孔46，并标有刻度40，包括上部取水样管44和下部取泥样管41；

连接装置包括上部连接管51和下部过渡管53。

如图1、图2所示，取样控制手柄1为空心不锈钢管，直径50mm，包括直径25mm的手柄凹槽11和直径15mm的手柄通孔12，手柄凹槽11为圆柱状与密封控制手柄31相适应，当按下密封控制手柄31时，取样控制手柄1和密封控制手柄31可以组合成一个完整的圆柱状手柄，使双手柄的新型柱状水样、底泥两用取样器更容易操作。

如图1、图7、图8所示，截断装置2为不锈钢材质，插入端22为底泥的纵向截断装置，内直径与取泥样管41的外直径相同，上部有内、外螺丝，下部外表面为锥面23，采样过程中，减小了底泥对取样管的阻力，对底泥的扰动更小，能够获取较大深度的底泥；由弹簧钢65锰及调质钢40铬加工而成的外槽式卡簧24，卡簧24具有较高的强度和弹性，取样时卡簧24上移张开，取样完毕上提取样管，若底泥样品从取泥样管41脱落，则会带动卡簧24下移收缩，进而卡住底部底泥，阻止底泥掉落。

截断钢丝21为泥样的横向截断装置，长度与取泥样管41的直径相同，两侧圆珠直径为2mm，截断钢丝21直径1mm，到达目标深度时，取样控制手柄1带动截断钢丝21转动180°以上，即可轻松截断底泥样品。

如图1、图3、图4所示，密封底座38通过内螺纹与插入端22的外螺纹进行螺接，采样完毕后，对采泥样管41底端进行密封；充气管36通过中空的密封操作杆连接到气囊，气囊靠近挡板，为环状；通过充气管36充气后，环形气囊37膨胀，能封住进水孔45，在未达到目标水深时，水不能进入到取水样管44，到达目的深度后，对气囊放气，水通过进水孔45进入取水样管44的密闭隔间，然后对气囊再次充气封住进水孔45，防止所取水样流出，气囊封堵的是进水孔，出水孔是螺丝封堵。

密封操作杆32直径15mm，可根据实际取样情况多段螺接，穿过手柄通孔12与密封控制手柄31焊接，下部与密封操作片33同样焊接；

密封操作片33为梯形，上宽下窄，操作片凹槽35形状与其相匹配，通过操作片凹槽35与密封活塞34活动相连，密封活塞34为两级圆柱体，下部直径17mm，上部直径30mm，取泥样过程中，到达泥样目标深度后，下压密封控制手柄31到底，推动密封活塞34对取泥样管41顶端进行密封；泥样采取完成，取样器在水中上提的这段时间内取泥样管41底部没有进行密封，但是由于取泥样管41顶部密封活塞34产生的气密性，以及卡簧24能防止底泥样品脱落，都保证了在水中上提取样器时底泥不会掉落，在取泥样管41底部快离开水面时，用密封底座38螺接插入端22对取泥样管41底部进行密封；取样器离开水体后，上提密封控制手柄31，使密封操作片33与密封活塞34分离，而密封活塞34可继续保持密封作用，卸下取水样管44及其以上装置，取泥样管41即可作为存样管，能保持底泥样品的密封性和完整性。

如图1、图6、图9a-图9e所示，取水样管44和取泥样管41均为透明的有机玻璃材质，外表面标有刻度40，可以按要求获取相应深度的水样和底泥样品，内直径50～100mm，厚4mm，并通过加强片49来增加强度，橡胶带47使挡板48与密封操作杆32紧密接触，阻止水和空气跨挡板48运动，挡板48将取水样管44分成数个密闭隔间，每个封闭隔间一侧都开有进水孔45和出水孔46，气囊37通过充放气控制进水孔45是否进水，以此精确获取目标深度水样，采样完成后，打开出水孔46的螺丝放水即可获取水样，一次采样过程中，多个隔间可以采取同一深度水样，也可采取不同深度水样，取水样管44每段长50cm，可根据实际取样水深进行多段螺接，为完整的圆柱状；

如图6所示，取泥样管41底部开有两个固定截断钢丝的钢丝凹槽43，为两段c型管，长40～60cm，嵌套为圆柱状，底泥取样完毕后，将插入端22、过渡管53等装置拆卸下来，即可打开取泥样管41，直接获取底泥样品，减小了对底泥的二次扰动。

如图1、图8所示，连接管51长1m，直径与取样管相同，上部与取样控制手柄1焊接，下部有受力凸头52，并通过内螺纹与取水样管44螺接；

过渡管53螺接取水样管44和取泥样管41，腔体直径比取样管宽50mm，中心通孔54直径为15mm，位于过渡管隔板55的中心位置，密封活塞34塞住中心通孔54，进行密封，取水样管44被挡板48隔成密闭空间，只有通过气囊37放气，目标深度的水样才能经由进水孔55进入取水样管44，取样器下放过程中，多余的空气和水只能通过中心通孔54从取泥样管41进入到过渡管53，再由过渡管53上、下边缘开有的排水孔56排出。排水孔只排取泥样管进入到过渡管多余的空气和水，取水样管只有目标深度水样才能从进水孔进入，然后从出水孔取出来。不采水样时取水样管的进水孔和出水孔是开着的，水随意进出。

如图1所示，受力凸头52为实心不锈钢材质，与连接管51焊接，外直径比连接管直径宽150mm，当取样器凭借自身重力和取样控制手柄1施加的力仍不能到达目标深度时，可对受力凸头52施加额外的力，并且可以通过受力凸头52与水面的相对位置来判断是否到达目标深度。

如图1、图2、图4、图5所示，密封操作杆32与连接管51、取水样管44的长度相适应，当上部取样控制手柄1和密封控制手柄31可以组合成一个完整的圆柱状手柄时，下部密封活塞34也正好完全密封中心通孔54，可以使用胶带或绳子固定住取样控制手柄1和密封控制手柄31，从而保持密封活塞34的密封性能。

如图1、图9a-图9e所示，取水样管44每个封闭隔间都开有进水孔45和出水孔46，气囊37充放气控制进水孔开关，螺丝封堵出水孔46。取水样时，先用螺丝封堵出水孔46，经由进水孔45将取水样管44内空气抽出，达到真空状态后，气囊37充气，封堵进水孔45；当进水孔45达到取样深度时，气囊37放气，进水孔45打开，目标深度水样进入取水样管44；再对气囊37充气，封堵进水孔45，上提取水样管44后，保持取水样管44的垂直状态，对气囊37放气，拧开下部封堵出水孔46的螺丝，即可获取水样。

利用新型柱状水样、底泥两用取样器取样方法，包括以下步骤：

(1)准备工作：首先确定采样目的，比如同时采集水样和泥样抑或单独采集泥样、采集水样；其次，确定采样深度或采样层位；然后运用绳子等测量工具确定不同水体环境的水深；最后，根据水深确定取水样管44和密封操作杆32的段数，除密封底座38外，将取样器各部件依次组装完毕，单独采集水样时，不需要安装过渡管53及其以下部件。

同时采集水样和泥样时，打开过渡管53上下部的排水孔56，气囊37充气，封堵取水样管44和取泥样管41的进水孔45和出水孔46。

单独采集泥样时，打开过渡管53上下部的排水孔56，封堵取泥样管41的出水孔46，不需要封堵取水样管44的进水孔45和出水孔46。

单独采集水样时，气囊37充气，封堵取水样管44的进水孔45和出水孔46。

(2)进行采样：

同时采集水样和泥样时，手握取样控制手柄1，保持与水面的垂直状态，采样器进入水体，多余的空气和水通过中心通孔54进入过渡管53，然后再通过排水孔56流出。

取水样时，根据受力凸头52距水面的距离和取水样管44上的刻度判断是否达到目的深度，当到达目标水深时，保持采样器静止，对气囊37放气，这时进水孔45打开，水样进入取水样管44，取水样完毕后再对气囊37充气，封闭进水孔45。

取底泥样品时，当依靠取样装置自身重力和对取样控制手柄1施力仍不能到达目的深度时，可通过受力凸头52施加更大的力。卡簧24受底泥摩擦影响上移，若底泥样品有从取泥样管41脱落的趋势，则会带动卡簧24下移收缩，进而卡住底部底泥，阻止底泥掉落。插入端22锥面23与截断钢丝21减小了对泥样的扰动，到达目标深度后，转动取样控制手柄180°以上，截断钢丝21将底泥截断，下压密封控制手柄31，密封活塞34封堵住中心通孔54，取样控制手柄1和密封控制手柄31合成一个手柄， 再用绳或胶带固定手柄，即完成对取泥样管41顶端的密封工作，这样既保证密封效果，又方便操作。泥样采取完成后，取样器在水中上提的这段时间内取泥样管41底部没有进行密封，但是由于取泥样管41顶部密封活塞34产生的气密性，以及卡簧24能防止底泥样品脱落，都保证了在水中上提取样器时底泥不会掉落，在取泥样管41底部快离开水体之前时，用密封底座38螺接插入端22对取泥样管41底部进行密封。取样器离开水体后，过渡管53内多余的水通过下部的排水孔56流出。

单独采集泥样时，过程与同时采集水样和泥样时取泥样的操作相同。取样器离开水体后，过渡管53内多余的水通过下部的排水孔56流出。而取水样管44的进水孔45和出水孔46没有进行封堵，水自由进出取水样管44，取泥样时，水进入取水样管44，取泥样完毕，取样器上提离开水体后，水再流出取水样管44。

单独采集水样时，过程与同时采集水样和泥样时取水样的操作相同。

通过透明取样管壁观察取样情况，若采样结果不理想，则重复进行采样。

(3)取出样品：

同时采集水样和泥样时，保持取样器的垂直状态，对气囊37放气，再拧开取水样管44出水孔46的螺丝，即可获取目标深度水样。再卸下取水样管44和密封操作杆32，拔掉密封活塞34，打开取泥样管41上部出水孔46，放掉取泥样管41内底泥样品上部的水，卸下密封底座38，打开嵌套的取泥样管41，即可根据目标深度取泥样。

单独采集泥样时，过程与同时采集水样和泥样时获取泥样的操作相同。

单独采集水样时，过程与同时采集水样和泥样时获取水样的操作相同。

若不拆卸密封底座38和密封活塞34，则取泥样管41可保持良好的密封状态，卸下取水样管44和密封操作杆32后，取泥样管41作为存样管，可将所取泥样直接送实验室进行下一步操作，以取得最精确的分析结果。

(4)后续工作：将装置清洗干净，再依次安装好进行下一次取样工作。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。