土壤流体取样监测装置和土壤流体取样监测方法与流程

1.本发明涉及土壤监测技术领域，具体涉及一种土壤流体取样监测装置和土壤流体取样监测方法。


背景技术：

2.地表浅部地层中存在着rn、hg、h2、n2o、nh3、co2、ch4等多种气体与地下水，不同的土壤环境其气体与地下水的离子主要成分与占比也有显著不同，了解浅层流体中各物质的组分比例对研究土壤环境有显著作用，大气中co2、nh4、n2o等温室气体浓度增加是导致全球变暖的因素之一，监测土壤环境中的co2、ch4等气体的含量与浅部地层地下水内ph、ca2+、fe2+、fe3+、co32-等离子的含量，对了解浅部地层土壤等环境中地下流体成分的组成和运移途径。了解浅部流体成分最有效的方法就是对地下水与土壤气等流体进行取样，相关技术中，浅部地层流体取样方法主要通过各种取样器现场取样后于实验室分析，因现场直接监测仪器价格较高，难以长时间大规模在现场直接进行流体成分分析，无法有效对监测区现场的地下水、土壤气等地下流体进行实时监测。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种土壤流体取样监测装置和土壤流体取样监测方法。
4.本发明实施例的土壤流体取样监测装置，包括：
5.泵体，所述泵体的出口可喷出流体；
6.取样容器；
7.多个取样组件，每个所述取样组件包括取样管和进样传感器，多个所述取样管在水平方向上间隔排布，每个所述取样管具有第一进口和第一出口，所述第一进口和所述第一出口位于地面上方，所述泵体的出口与多个所述取样管中每一者的所述第一进口连通，多个所述取样管中每一者的所述第一出口与所述取样容器连通，每个所述取样管具有向下弯曲的折弯部，所述折弯部在所述取样管的延伸方向上位于所述第一进口和所述第一出口之间，所述折弯部位于土壤中，所述折弯部的管壁上设有取样口以便土壤中的流体样品进入所述取样管内，所述进样传感器位于所述取样管外侧且邻近所述取样口，所述进样传感器用于监测进入所述取样口的所述流体样品的温度、压力、ph值、溶解氧含量和电导率中的至少一者。
8.因此，根据本发明实施例的土壤流体取样监测装置具有便于大规模取样、可实时监测和取样有效性高的优点。
9.在一些实施例中，多个所述取样管依次串联形成取样管组，沿从所述泵体出口进入所述取样管组中的流体的流动方向，所述取样管组中最上游的所述取样管的第一进口与所述泵体的出口相连，所述取样管组中最下游的所述取样管的第一出口与所述取样容器相连，所述取样管组中相连两个所述取样管中位于上游的一者的所述第一出口与所述取样管
组中相连两个所述取样管中位于下游的一者的所述第一进口相连。
10.在一些实施例中，所述取样组件包括
11.第一管，所述第一管与所述第一进口相连，所述取样管的所述第一进口通过所述第一管与所述泵体的出口连通；
12.第二管，所述第二管与所述第一出口相连，所述取样管的所述第一出口通过所述第二管与所述取样容器连通；
13.第一阀，所述第一阀设在所述第一管上以便启闭所述第一管；
14.第二阀，所述第二阀设在所述第二管上以便启闭所述第二管。
15.在一些实施例中，所述取样组件还包括第三阀，所述第三阀为单向阀，所述第三阀的出口与所述取样口连通。
16.在一些实施例中，所述取样组件还包括过滤器，所述过滤器用于过滤所述流体样品中的固体颗粒，所述过滤器设在所述第三阀的进口处。
17.在一些实施例中，所述取样组件还包括泄压管，所述泄压管具有第一泄压进口、第二泄压进口和泄压出口，所述第一泄压进口与所述第一进口连通，所述第二泄压进口与所述第二泄压进口连通，所述泄压管上设有用于启闭所述第一泄压进口的第四阀和用于启闭所述第二泄压的第五阀。
18.在一些实施例中，所述泄压出口处设有阻尼装置。
19.在一些实施例中，相邻两个所述取样管之间的距离大于等于10m。
20.本发明还提出一种土壤流体取样监测方法，包括上述的土壤流体取样监测装置，所述土壤流体取样监测方法包括以下步骤：
21.s1、将多个取样组件在水平方向方向上进行排布，将取样管的折弯部设在土壤中的预设位置，将泵体的出口与所述取样管的第一进口连通，将所述取样管的第一出口与取样容器连通，将进样传感器设在土壤中邻近所述取样管的所述折弯部的取样口的位置处以便所述进样传感器可监测进入所述取样口的所述流体样品的温度、压力、ph值、溶解氧含量和电导率中的至少一者；
22.s2、利用所述泵体向第一进口通入气体，以便将所述取样管内的所述流体样品可被进入所述取样管内的气体推向所述取样容器内；
23.s3、分析所述进样传感器的数据和进入所述取样容器内的所述流体样品，以便判断所述进样传感器所在的区域是否为异常区域。
24.在一些实施例中，在所述步骤s1中，将多个所述取样管串联形成取样管组，沿从所述泵体出口进入所述取样管组中的流体的流动方向，所述取样管组中最上游的所述取样管的第一进口与所述泵体的出口相连，所述取样管组中最下游的所述取样管的第一出口与所述取样容器相连，所述取样管组中相连两个所述取样管中位于上游的一者的所述第一出口与所述取样管组中相连两个所述取样管中位于下游的一者的所述第一进口相连；
25.在所述步骤s3中，判断出所述取样管组中的部分所述取样管所在区域为所述异常区域，将对所述异常区域取样的所述取样管从所述取样管组中断开，对所述取样管组再次取样，单独使用取样装置对所述异常区域进行取样。
附图说明
26.图1是根据本发明实施例的土壤流体取样监测装置示意图。
27.图2是根据本发明实施例的取样管的分布俯视图。
28.附图标记：
29.土壤流体取样监测装置100；
30.泵体1；
31.取样容器2；
32.取样管3，第一进口31，第一出口32，折弯部33，取样口34；
33.进样传感器4；
34.第一管51，第二管52，第一阀53，第二阀54；
35.第三阀6；
36.过滤器7；
37.泄压管8，第一泄压进口81，第二泄压进口82，泄压出口83，第四阀84，第五阀85，阻尼装置86。
具体实施方式
38.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
39.下面参考附图描述本发明实施例的土壤流体取样监测装置100。如图1和图2所示，根据本发明实施例的土壤流体取样监测装置100包括泵体1，取样容器2和多个取样组件。
40.泵体1的出口可喷出流体。每个取样组件包括取样管3和进样传感器4，多个取样管3在水平方向上间隔排布，每个取样管3具有第一进口31和第一出口32，第一进口31和第一出口32位于地面上方。泵体1的出口与多个取样管3中每一者的第一进口31连通，多个取样管3中每一者的第一出口32与取样容器2连通。每个取样管3具有向下弯曲的折弯部33，折弯部33在取样管3的延伸方向上位于第一进口31和第一出口32之间，折弯部33位于土壤中，折弯部33的管壁上设有取样口34以便土壤中的流体样品进入取样管3内。进样传感器4位于取样管3外侧且邻近取样口34，进样传感器4用于监测进入取样口34的流体样品的温度、压力、ph值、溶解氧含量和电导率中的至少一者。
41.根据本发明实施例的土壤流体取样监测装置100通过将取样管3的折弯部33和进样传感器4设置在土壤中，且用于监测进入取样口34的流体样品的温度、压力、ph值、溶解氧含量和电导率中的至少一者的进样传感器4邻近取样口34。从而可使得每个取样组件中的进样传感器4可监测土壤中的流入取样管3内的流体样品的温度、压力、ph值、溶解氧含量和电导率中的至少一者的数据，从而可根据进样传感器4的数据判断取样管3所在的区域是否为异常区域。
42.取样组件为多个，多个取样组件的取样管3的第一进口31均与泵体1的出口连通。由此，在泵体1的出口喷出流体(高压气体)时，可将每个取样组件中的取样管3中的流体样品推移至取样容器2中，以便工作人员可对进入取样容器2中的流体样品进行检测、分析，并和进样传感器4配合以便判断多个取样管3所取样的区域是否存在异常区域。泵体1和取样组件配合可一次对多个区域进行取样，且在一次取样后，待土壤中的流体再次进入取样管3
后，泵体1喷出流体后可再次进行取样。从而使得根据土壤流体取样监测装置100可大规模多次(长时间)进行取样，以便提高取样的效率并可实时监测土壤中的流体。对流体样品分析并与每个取样组件中的进样传感器4配合可使得土壤流体取样监测装置100易于发现异常区域，然后对异常区域进行单独取样，从而提高土壤流体取样监测装置100取样的有效性。
43.因此，根据本发明实施例的土壤流体取样监测装置100具有便于大规模取样、可实时监测和取样有效性高的优点。
44.根据本发明实施例的土壤流体取样监测装置100包括泵体1，取样容器2和多个取样组件。每个取样组件包括取样管3和进样传感器4。
45.如图1所示，泵体1的出口可喷出流体。具体地，泵体1可喷出液体或气体。例如，泵体1为空气压缩泵，可压缩气体至4mpa通入取样管3中，以便驱动取样管3中的样品进入取样容器2中。取样容器2为至少部分由透光材料制成的取样瓶、取样袋等容器以便可监测取样管3输送至取样容器2中的流体样品，通过对取样容器2内流体样品进一步分析可了解流体样品液体与气体含量成分与百分比、监测浅部地层内的状态与流体参数。
46.如图2所示，多个取样管3在水平方向上间隔排布。具体地，相邻两个取样管3之间的距离大于等于10m。由此，可提高取样效率。例如，多个取样管3成矩阵排列，多个取样管3成3排、3列设置。
47.每个取样管3具有第一进口31和第一出口32，第一进口31和第一出口32位于地面上方。泵体1的出口与多个取样管3中每一者的第一进口31连通，多个取样管3中每一者的第一出口32与取样容器2连通。每个取样管3具有向下弯曲的折弯部33，折弯部33在取样管3的延伸方向上位于第一进口31和第一出口32之间。具体地，取样管3为u型管，取样管3的顶部的两个进口(第一进口31和第一出口32)位于地面上，取样管3的折弯部33(远离两个进口的一侧)位于土壤中，取样管3底部的折弯部33的管壁(底部)上设有取样口34，以便土壤中的流体样品进入取样管3内。流体样品取样管3内后，泵体1可压缩空气驱动取样管3中的样品进入取样容器2中。
48.进样传感器4位于取样管3外侧且邻近取样口34，进样传感器4用于监测进入取样口34的流体样品的温度、压力、ph值、溶解氧含量和电导率中的至少一者。具体地，进样传感器4包括温度传感器、压力传感器、ph值传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、光电传感器和光纤传感器中的至少一者，以便进样传感器4可监测流体样品并获得取样管3的取样口34处的流体样品的所需信息。
49.在一些实施例中，多个取样管3依次串联形成取样管组。沿从泵体1出口进入取样管组中的流体的流动方向，取样管组中最上游的取样管3的第一进口31与泵体1的出口相连，取样管组中最下游的取样管3的第一出口32与取样容器2相连，取样管组中相连两个取样管3中位于上游的一者的第一出口32与取样管组中相连两个取样管3中位于下游的一者的第一进口31相连。具体地，多个取样管3依次串联可使得多个取样管通过串联的方式连通，由此，可将取样管组最上游(最前端)的取样管3的第一进口31与泵体1的出口相连，将取样管组中最下游的取样管3的第一出口32与取样容器2相连后。泵体1的高压气体依次穿过串联的取样管3并经取样管3中的流体样品推移至取样容器2内，从而一次完成多个取样管3的取样。
50.其中，“最上游”、“最下游”“上游”和“下游”是根据从泵体1出口进入取样管组中的流体的流动方向确定的，最上游指的是从泵体1的流体最先进入的取样管3所在的位置，上游指的是泵体1的流体先进入的取样管3所在的位置，下游指的是从泵体1的流体后进入的取样管3所在的位置，最下游指的是从泵体1的流体最后进入的取样管3所在的位置。
51.例如，多个取样管3沿左右方向依次串联形成取样管组，最上游的取样管3为最左侧的取样管3。则最左侧的取样管3的第一进口31与泵体1的出口相连，取样管组中右侧的取样管3的第一出口32与取样容器2相连，取样管组中相连两个取样管3中位于左侧的一者的第一出口32与取样管组中相连两个取样管3中位于右侧的一者的第一进口31相连。左右方向如图1中的箭头所示。
52.如图1所示，在一些实施例中，取样组件包括第一管51、第二管52、第一阀53和第二阀54。第一管51与第一进口31相连，取样管3的第一进口31通过第一管51与泵体1的出口连通。第二管52与第一出口32相连，取样管3的第一出口32通过第二管52与取样容器2连通。每个取样组件的第一管51可直接与泵体1出口相连；或者，多个取样管3串联，每个取样组件的第一管51与相应的(另外的)取样组件的第二管52相连。第一管51和第二管52使用耐压的防腐蚀的材料(如316l不锈钢)制作，其管径为1/16英寸。
53.第一阀53设在第一管51上以便启闭第一管51，第二阀54设在第二管52上以便启闭第二管52。由此，在需要流体样品进入取样管3时，可关闭第一阀53和第二阀54，以便防止其他流体进入取样管3。在需要排除流体样品时。可打开第一阀53和第二阀54，以便泵体1喷出的高压气体可从第一进口31进入取样管3内，并将流体样品从第一出口32流动至取样容器2内。。第一阀53和第二阀54为球阀或针阀。
54.在一些实施例中，取样组件还包括第三阀6和过滤器7。
55.第三阀6为单向阀，第三阀6的出口与取样口34连通，从而可防止取样管3中的流体样品和泵体1的发出高压气体从取样口34流出。过滤器7用于过滤流体样品中的固体颗粒，过滤器7设在第三阀6的进口处。具体地，过滤器7包括包覆第三阀6进口的过滤网，以防止土壤中的固体颗粒阻塞第三阀6的进口(取样口34)。取样传感器4位于第三阀6和过滤器7之间，从而可减少取样传感器7收到的固体颗粒的影响。例如，第三阀6设在取样口34下方，第三阀6的流通方向为从下至上
56.如图1所示，在一些实施例中，取样组件还包括泄压管8，泄压管8具有第一泄压进口81、第二泄压进口82和泄压出口83。第一泄压进口81与第一进口31连通，第二泄压进口82与第二泄压进口82连通，泄压管8上设有用于启闭第一泄压进口81的第四阀84和用于启闭第二泄压的第五阀85。具体地，在泵体1喷出高压气体时，第四阀84和第五阀85关闭，在流体样品被高压气体带走后，可关闭第一阀53、第二阀54、第四阀84和第五阀85，从而可暂时使得高压气体存储在取样管3内并可使得土壤中的流体样品难以进入取样管3内，即此刻不取样。在(过预设时间后)再次需要取样时，可打开第四阀84和第五阀85，以便取样管3中的高压气体可从第一泄压进口81和第二泄压进口82流入泄压管8中，然后从泄压出口83排向外侧，使得取样管3中的气压降低，进而便于取样管3进行取样。也就是说，通过控制第一阀53、第二阀54、第四阀84和第五阀85可控制取样管3是否取样。泄压管8的管径为1/16英寸
57.在一些实施例中，泄压出口83处设有阻尼装置86。具体地，阻尼装置86位气体阻尼器，可使得泄压管8中的气体缓慢排出，从而可使得第四阀84和第五阀85在打开后的预设时
间(不低于24小时)后取样管3内的气压降低并适于进入流体样品。也就是说，阻尼装置6可控制取样管3排空时间，阻尼装置6可控制进入流体样品进入取样管3的时间，从而控制取样时间。
58.本发明还提出了一种土壤流体取样监测方法，包括据本发明实施例的土壤流体取样监测装置100，据本发明实施例的土壤流体取样监测方法包括以下步骤：
59.s1、将多个取样组件在水平方向方向上进行排布，将取样管3的折弯部33设在土壤中的预设位置。将泵体1的出口与取样管3的第一进口31连通，将取样管3的第一出口32与取样容器2连通，将进样传感器4设在土壤中邻近取样管3的折弯部33的取样口34的位置处以便进样传感器4可监测进入取样口34的流体样品的温度、压力、ph值、溶解氧含量和电导率中的至少一者。
60.具体地，在步骤s1中，将多个取样管3串联形成取样管组，沿从泵体1出口进入取样管组中的流体的流动方向，取样管组中最上游的取样管3的第一进口31与泵体1的出口相连，取样管组中最下游的取样管3的第一出口32与取样容器2相连，取样管组中相连两个取样管3中位于上游的一者的第一出口32与取样管组中相连两个取样管3中位于下游的一者的第一进口31相连。由此，可使得泵体1可一次为多个取样管3进行取样。
61.s2、利用泵体1向第一进口31通入气体，以便将取样管3内的流体样品可被进入取样管3内的气体推向取样容器2内。具体地，利用泵体1向第一进口31通入高压气体。
62.s3、分析进样传感器4的数据和进入取样容器2内的流体样品，以便判断进样传感器4所在的区域是否为异常区域。具体地，可将每个取样组件中的取样管3中的流体样品推移至取样容器2中，以便工作人员可对进入取样容器2中的流体样品进行检测、分析，并和进样传感器4配合以便判断多个取样管3所取样的区域是否存在异常区域。异常区域可以是其他进样传感器4的数值有差异的单个进样传感器4所在的区域。
63.在步骤s3中，判断出取样管组中的部分取样管3所在区域为异常区域，将对异常区域取样的取样管3从取样管组中断开，对(再次连接后的)取样管组再次取样，单独使用取样装置对异常区域进行取样。从而可提高取样的有效性。多个取样管3内的流体样品一次性取样，总体参数一次获取，对异常区域根据数据差异性分次单独取样，确保取样过程中样品代表性，对异常区域的流体样品进一步详细取样和分析，可提高取样的有效性。
64.因此，根据本发明实施例的土壤流体取样监测方法具有便于大规模取样、可实时监测和取样有效性高的优点。
65.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
66.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
67.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等
术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
68.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
69.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
70.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。