本發(fā)明屬于水文地質(zhì)領(lǐng)域，特別涉及一種連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的裝置及方法，該裝置可用于連續(xù)獲取鉆孔地下水面以下不同深度的原位水樣。

背景技術(shù)：

進(jìn)行研究區(qū)水文地質(zhì)條件分析時(shí)，有時(shí)需從研究區(qū)鉆孔的不同深度獲取原位水樣，進(jìn)行水化學(xué)以及同位素等的分析。以往的鉆孔取水裝置需要不斷重復(fù)下放和提升取水裝置的操作，才能獲得鉆孔不同深度的水樣。此外，以往取水裝置通常獲取的是鉆孔內(nèi)的混合水。如何避免重復(fù)提放取水裝置且連續(xù)獲取不同深度的原位水樣，依然沒有簡(jiǎn)單高效的裝置，因此，需要進(jìn)一步研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的裝置及方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的裝置，包括氣壓控制系統(tǒng)、管道輸送系統(tǒng)和升降控制系統(tǒng)，所述氣壓控制系統(tǒng)包括氣壓泵和與氣壓泵相連通的輸氣管，所述管道輸送系統(tǒng)包括栓塞輸氣管、取水輸氣管和輸水管，所述輸水管的末端設(shè)有接水容器，所述輸氣管上設(shè)有氣壓表、加壓閥和釋壓閥，所述升降控制系統(tǒng)包括絞車、計(jì)數(shù)器和鋼絲繩，還包括進(jìn)水控制系統(tǒng)和栓塞隔離系統(tǒng)，所述進(jìn)水控制系統(tǒng)包括儲(chǔ)水圓筒，所述儲(chǔ)水圓筒通過鋼絲繩與所述絞車連接，所述鋼絲繩繞過所述計(jì)數(shù)器，所述儲(chǔ)水圓筒中設(shè)有隔板，所述隔板將儲(chǔ)水圓筒分為上儲(chǔ)水圓筒和下儲(chǔ)水圓筒，所述下儲(chǔ)水圓筒通過取水輸氣管與所述輸氣管連通，所述上儲(chǔ)水圓筒與所述輸水管連通，下儲(chǔ)水圓筒的筒壁上設(shè)有進(jìn)水閥一，所述隔板上設(shè)有進(jìn)水閥二，所述栓塞隔離系統(tǒng)包括套設(shè)在上儲(chǔ)水圓筒上部的上氣壓栓塞和套設(shè)在下儲(chǔ)水圓筒下部的下氣壓栓塞，所述上氣壓栓塞與下氣壓栓塞通過連通管連通，所述下氣壓栓塞上設(shè)有栓塞進(jìn)水閥，所述上氣壓栓塞通過栓塞輸氣管與所述輸氣管連通，所述取水輸氣管上設(shè)有取水輸氣控制閥，所述栓塞輸氣管上設(shè)有氣壓栓塞加壓閥。

作為優(yōu)選，所述進(jìn)水閥一、進(jìn)水閥二和栓塞進(jìn)水閥均為單向閥。

作為優(yōu)選，所述上氣壓栓塞的上下兩端和下氣壓栓塞的上下兩端均設(shè)有擋片。

作為優(yōu)選，所述栓塞輸氣管、取水輸氣管、輸水管以及上氣壓栓塞和下氣壓栓塞均由橡膠材料制成。

作為優(yōu)選，所述上儲(chǔ)水圓筒和下儲(chǔ)水圓筒的體積相等。

作為優(yōu)選，所述氣壓栓塞橡膠材料制成。

作為優(yōu)選，所述輸氣管與栓塞輸氣管通過栓塞輸氣管連接頭相連；所述輸氣管與取水輸氣管通過取水輸氣管連接頭相連。

作為優(yōu)選，所述取水輸氣管與下儲(chǔ)水圓筒通過下儲(chǔ)水圓筒連接頭相連；所述上儲(chǔ)水圓筒與輸水管通過上儲(chǔ)水圓筒連接頭相連。

使用上述裝置連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的取水方法包括以下步驟：

（a）從研究區(qū)選擇需進(jìn)行原位取水的鉆孔；

（b）在地面組裝鉆孔取水裝置：

（c）打開栓塞加壓閥、打開釋壓閥、打開取水輸氣管控制閥、關(guān)閉加壓閥，將栓塞隔離系統(tǒng)和進(jìn)水控制系統(tǒng)通過鋼絲繩整體緩慢下放至鉆孔水面以下，根據(jù)計(jì)數(shù)器的讀數(shù)控制下放深度，當(dāng)下儲(chǔ)水圓筒上的進(jìn)水閥到達(dá)指定取水深度后，鎖定絞車；

（d）關(guān)閉取水輸氣管控制閥和釋壓閥；緩慢打開加壓閥，氣壓泵開始給上氣壓栓塞和下氣壓栓塞充氣，使其體積增大；持續(xù)加壓過程中，注意氣壓表的讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)急劇增大時(shí)，關(guān)閉加壓閥和栓塞加壓閥；

（e）打開取水輸氣管控制閥，緩慢打開加壓閥，氣壓泵開始給取水輸氣管充氣加壓；此時(shí)，進(jìn)水閥一自動(dòng)關(guān)閉；進(jìn)水閥二自動(dòng)打開；下儲(chǔ)水圓筒內(nèi)的水經(jīng)由進(jìn)水閥二進(jìn)入上儲(chǔ)水圓筒中；上儲(chǔ)水圓筒中的水則不斷進(jìn)入輸水管中，并最終從輸水管的出水口溢流至接水容器中；持續(xù)加壓的過程中，當(dāng)出水口出現(xiàn)同時(shí)噴氣和噴水現(xiàn)象時(shí)，記下氣壓表的讀數(shù)，此讀數(shù)為該取水深度的峰值氣壓；

（f）關(guān)閉加壓閥，緩慢打開釋壓閥，取水輸氣管中氣壓隨之緩慢降低；進(jìn)水閥二自動(dòng)關(guān)閉；進(jìn)水閥一自動(dòng)打開；鉆孔中的水經(jīng)由進(jìn)水閥進(jìn)入下儲(chǔ)水圓筒中；此后，下儲(chǔ)水圓筒內(nèi)的水壓開始逐漸增加，直至與鉆孔內(nèi)的水壓相同，進(jìn)水閥一自動(dòng)關(guān)閉；取水輸氣管中的水面恢復(fù)至與鉆孔地下水面齊平；關(guān)閉釋壓閥；

（g）重復(fù)步驟（e）~（f）實(shí)現(xiàn)在指定深度連續(xù)取水；當(dāng)接水容器中水的體積超過栓塞隔離段鉆孔體積后，倒掉接水容器中的水，將原位水樣灌進(jìn)取樣瓶中以進(jìn)行后續(xù)分析工作；

（h）打開栓塞加壓閥，上氣壓栓塞和下氣壓栓塞的氣囊體積縮小，解鎖絞車；重復(fù)步驟（c）~（g），可以連續(xù)獲取鉆孔水面以下不同深度的原位水樣；

（i）鉆孔原位水樣采集工作結(jié)束，解鎖絞車，通過鋼絲繩將取水裝置從鉆孔內(nèi)提升至地面；拆分鉆孔取水裝置：整裝該鉆連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的裝置，移至下一個(gè)鉆孔處。

作為優(yōu)選，在步驟（e）~（g）的連續(xù)取水過程中，氣壓表讀數(shù)不能超過峰值氣壓。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提供了一種連續(xù)取水裝置，能夠在一次下放和提升取水裝置的條件下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)獲取鉆孔地下水面以下不同深度的水樣，且具有制造成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和容易操作等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明中設(shè)置了栓塞隔離系統(tǒng)，在取水的過程中，栓塞隔離系統(tǒng)能夠?qū)⒅付ㄉ疃鹊乃c外部的水隔離，避免了取水時(shí)其他深度的水流向指定深度，保證取到的水樣為指定深度的水，確保了分析研究的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖

附圖標(biāo)記列表：

其中， 1-氣壓泵；2-氣壓表；3-加壓閥；4-釋壓閥；5-輸氣管；6-取水輸氣管控制閥；7-栓塞加壓閥；8-栓塞輸氣管連接頭；9-栓塞輸氣管；10-上氣壓栓塞；11-下氣壓栓塞；12-擋片； 14-絞車；15-計(jì)數(shù)器；16-鋼絲繩；17-鋼絲繩連接頭；18-取水輸氣管連接頭；19-取水輸氣管；20-下儲(chǔ)水圓筒連接頭；21-儲(chǔ)水圓筒；22-隔板；23-上儲(chǔ)水圓筒；24-下儲(chǔ)水圓筒；25-栓塞進(jìn)水閥；26-進(jìn)水閥一；27-進(jìn)水閥二； 28-上儲(chǔ)水圓筒連接頭；29-輸水管； 30-接水容器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

如圖1所示，一種連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的裝置，包括氣壓控制系統(tǒng)、管道輸送系統(tǒng)和升降控制系統(tǒng)，氣壓輸送系統(tǒng)包括氣壓泵1和與氣壓泵1相連通的輸氣管5，管道輸送系統(tǒng)包括栓塞輸氣管9、取水輸氣管19和輸水管29，輸水管29的末端設(shè)有接水容器30，輸氣管5上設(shè)有氣壓表2、加壓閥3和釋壓閥4，升降控制系統(tǒng)包括絞車14、計(jì)數(shù)器15和鋼絲繩16，還包括進(jìn)水控制系統(tǒng)和栓塞隔離系統(tǒng)，進(jìn)水控制系統(tǒng)包括儲(chǔ)水圓筒21，儲(chǔ)水圓筒21上端通過鋼絲繩連接頭17連接鋼絲繩16，鋼絲繩16繞過計(jì)數(shù)器15，另一端與絞車14連接；儲(chǔ)水圓筒21中設(shè)有隔板22，隔板22將儲(chǔ)水圓筒21分為上儲(chǔ)水圓筒23和下儲(chǔ)水圓筒24，下儲(chǔ)水圓筒24通過取水輸氣管19與輸氣管5連通，上儲(chǔ)水圓筒23與輸水管29連通，下儲(chǔ)水圓筒24的筒壁上設(shè)有進(jìn)水閥一26，隔板22上設(shè)有進(jìn)水閥二27，栓塞隔離系統(tǒng)包括套設(shè)在上儲(chǔ)水圓筒23上部的上氣壓栓塞10和套設(shè)在下儲(chǔ)水圓筒24下部的下氣壓栓塞11，上氣壓栓塞10與下氣壓栓塞11通過連通管連通，下氣壓栓塞11上設(shè)有栓塞進(jìn)水閥25，上氣壓栓塞10通過栓塞輸氣管9與輸氣管5連通，取水輸氣管19上設(shè)有取水輸氣管控制閥6，栓塞輸氣管9上設(shè)有氣壓栓塞加壓閥7。

本實(shí)施例中的進(jìn)水閥一26、進(jìn)水閥二27和栓塞進(jìn)水閥25均為單向閥。隔板22位于儲(chǔ)水圓筒21的中部，使得上儲(chǔ)水圓筒23和下儲(chǔ)水圓筒24的體積相等。

上氣壓栓塞10的上下兩端以及下氣壓栓塞11的上下兩端均設(shè)有擋片12。擋片12起到固定上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11位置的作用。栓塞輸氣管9、取水輸氣管19、輸水管29以及上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11均由柔韌性及耐壓強(qiáng)度高的橡膠材料制成。

輸氣管5與栓塞輸氣管9通過栓塞輸氣管連接頭8相連；輸氣管5與取水輸氣管19通過取水輸氣管連接頭18相連。取水輸氣管19與下儲(chǔ)水圓筒24通過下儲(chǔ)水圓筒24連接頭20相連；上儲(chǔ)水圓筒23與輸水管29通過上儲(chǔ)水圓筒連接頭28相連。

使用上述裝置連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的取水方法包括以下步驟：

（a）從研究區(qū)選擇需進(jìn)行原位取水的鉆孔；

（b）在地面組裝鉆孔取水裝置：將鋼絲繩16從絞車14上拉出，繞過計(jì)數(shù)器15，緊接著通過鋼絲繩連接頭17與上儲(chǔ)水圓筒23相連；將所述氣壓控制系統(tǒng)的輸氣管5通過栓塞輸氣管連接頭8與栓塞輸氣管9相連；將輸氣管5通過取水輸氣管連接頭18與取水輸氣管19相連；通過下儲(chǔ)水圓筒24連接頭20將取水輸氣管19與下儲(chǔ)水圓筒24相連；通過上儲(chǔ)水圓筒連接頭28將上儲(chǔ)水圓筒23與輸水管29相連；將輸水管29的出水口置于接水容器30中

（c）打開栓塞加壓閥7、打開釋壓閥4、打開取水輸氣管控制閥6、關(guān)閉加壓閥3，使所有管道內(nèi)的氣壓都等于大氣壓。將栓塞隔離系統(tǒng)和進(jìn)水控制系統(tǒng)通過鋼絲繩16整體緩慢下放至鉆孔水面以下，根據(jù)計(jì)數(shù)器15的讀數(shù)控制下放深度。當(dāng)下儲(chǔ)水圓筒24上的進(jìn)水閥一26到達(dá)指定取水深度后，鎖定絞車14。在下放裝置過程中，進(jìn)水閥一26和栓塞進(jìn)水閥25的外部水壓大于內(nèi)部水（氣）壓，進(jìn)水閥一26和栓塞進(jìn)水閥25自動(dòng)打開，因此鉆孔中的水不斷經(jīng)由進(jìn)水閥一26和栓塞進(jìn)水閥25分別進(jìn)入下儲(chǔ)水圓筒24和下氣壓栓塞11中；下儲(chǔ)水圓筒24被灌滿水后，在壓力作用下上儲(chǔ)水圓筒23底部的進(jìn)水閥二27自動(dòng)，水不斷經(jīng)由進(jìn)水閥二27進(jìn)入上儲(chǔ)水圓筒23中；待上儲(chǔ)水圓筒23被灌滿后，水開始進(jìn)入輸水管29和取水輸氣管19中；下氣壓栓塞11被灌滿水后，水經(jīng)由連通管進(jìn)入上氣壓栓塞10中；當(dāng)上氣壓栓塞10被灌滿水后，水開始進(jìn)入栓塞輸氣管9中；當(dāng)取水裝置到達(dá)指定取水深度后，栓塞輸氣管9、輸水管29和取水輸氣管19中的水面與鉆孔內(nèi)的地下水面持平；取水裝置處于壓力平衡狀態(tài)，栓塞進(jìn)水閥25、進(jìn)水閥一26和進(jìn)水閥二27自動(dòng)關(guān)閉；

（d）關(guān)閉取水輸氣管控制閥6和釋壓閥4；緩慢打開加壓閥3，氣壓泵1開始給上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11充氣，使其體積增大；利用擋片12將上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11固定在預(yù)設(shè)位置；上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11通過連通管相連，保證壓強(qiáng)同步變化；持續(xù)加壓過程中，注意氣壓表2的讀數(shù)，當(dāng)讀數(shù)急劇增大時(shí)，上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11已經(jīng)延伸至鉆孔孔壁，且緊密接觸；關(guān)閉加壓閥3和栓塞加壓閥7；

（e）打開取水輸氣管控制閥6，緩慢打開加壓閥3，氣壓泵1開始給取水輸氣管19充氣加壓；取水輸氣管19氣壓增大導(dǎo)致了進(jìn)水閥一26內(nèi)部水壓大于外部鉆孔水壓，進(jìn)水閥一26自動(dòng)關(guān)閉；此時(shí)，進(jìn)水閥二27下部水壓大于上部水壓，進(jìn)水閥二27自動(dòng)打開；下儲(chǔ)水圓筒24內(nèi)的水經(jīng)由進(jìn)水閥二27進(jìn)入上儲(chǔ)水圓筒23中；上儲(chǔ)水圓筒23中的水則不斷進(jìn)入輸水管29中；取水輸氣管19中的氣壓不斷增大使得取水輸氣管19內(nèi)的水面不斷下降，而輸水管29中的水面不斷上升；并最終從輸水管29的出水口溢流至接水容器30中；持續(xù)加壓的過程中，時(shí)刻注意氣壓表2的讀數(shù)，以及輸水管29出水口的狀態(tài)，當(dāng)出水口出現(xiàn)同時(shí)噴氣和噴水現(xiàn)象時(shí)，記下氣壓表2的讀數(shù)，此讀數(shù)為該取水深度的峰值氣壓，超過峰值氣壓后幾乎不會(huì)有水溢流出來。峰值氣壓出現(xiàn)是因?yàn)槿∷敋夤?9中的水面低于進(jìn)水閥二27的位置，此時(shí)氣體直接進(jìn)入了兩個(gè)儲(chǔ)水圓筒21中，由于空氣密度小于水的密度，進(jìn)入圓筒的氣體會(huì)首先被排出而水則不會(huì)排出；

（f）關(guān)閉加壓閥3，緩慢打開釋壓閥4，取水輸氣管19中氣壓隨之緩慢降低；進(jìn)水閥二27下部水壓低于上部水壓，進(jìn)水閥二27自動(dòng)關(guān)閉；進(jìn)水閥一26外側(cè)鉆孔水壓高于進(jìn)水閥一26內(nèi)側(cè)下儲(chǔ)水圓筒24水壓，進(jìn)水閥一26自動(dòng)打開；鉆孔中的水經(jīng)由進(jìn)水閥一26進(jìn)入下儲(chǔ)水圓筒24中；此后，下儲(chǔ)水圓筒24內(nèi)的水壓開始逐漸增加，直至與鉆孔內(nèi)的水壓相同，進(jìn)水閥一26兩側(cè)沒有壓力差而自動(dòng)關(guān)閉；取水輸氣管19中的水面恢復(fù)至與鉆孔地下水面齊平；關(guān)閉釋壓閥4。自此，在指定深度完成一次輸送水樣；

（g）由于在用上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11隔離取水試段之前，所取的水仍是鉆孔中的混合水，因此需要在隔離段連續(xù)取水，從而將混合水替換掉以保證獲取原位地層中的水；重復(fù)步驟（e）-（f）實(shí)現(xiàn)在指定深度連續(xù)取水；連續(xù)取水過程中，氣壓表2讀數(shù)不能超過峰值氣壓；當(dāng)接水容器30中水的體積超過栓塞隔離段鉆孔體積后，從輸水管29出水口排出的水可以認(rèn)為是原位水樣，原隔離段的混合水基本被替換掉了；此后，倒掉接水容器30中的水，將原位水樣灌進(jìn)取樣瓶中以進(jìn)行后續(xù)分析工作。自此，在指定深度完成原位取樣工作；

（h）打開栓塞加壓閥7，上氣壓栓塞10和下氣壓栓塞11的氣囊體積縮小，解鎖絞車14；重復(fù)步驟（c）~（g），可以連續(xù)獲取鉆孔水面以下不同深度的原位水樣；

（i）鉆孔原位水樣采集工作結(jié)束，解鎖絞車14，通過鋼絲繩16將取水裝置從鉆孔內(nèi)提升至地面；拆分鉆孔取水裝置：將鋼絲繩16與上儲(chǔ)水圓筒23分離；將輸氣管5與取水輸氣管19分離；輸氣管5與栓塞輸氣管9分離；將輸水管29與上儲(chǔ)水圓筒23分離；將取水輸氣管19與下儲(chǔ)水圓筒24分離；將儲(chǔ)水圓筒21中的水從上圓筒接頭處倒出，將取水輸氣管19和輸水管29中的水排出；將氣壓栓塞中的水通過栓塞進(jìn)水閥25排出；整裝該鉆連續(xù)獲取鉆孔原位水樣的裝置，移至下一個(gè)鉆孔處。

本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。