電動(dòng)深水采樣器的研制與應(yīng)用

毛予捷　肖翔群

摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種電動(dòng)深水采樣器，有效地解決了當(dāng)前深水采樣器無(wú)法定點(diǎn)取水導(dǎo)致取水質(zhì)量不好等問(wèn)題。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證可知，該種電動(dòng)深水采樣器取樣效果良好。目前，該電動(dòng)深水采樣器已用于小浪底庫(kù)區(qū)調(diào)查監(jiān)測(cè)采樣。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)深水采樣器;防水電磁閥;盛水筒;采樣繩

中圖分類(lèi)號(hào)：TV149.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）13-0068-02

Development and Application of the Electric Deep-water Sampler

MAO Yujie XIAO Xiangqun

（Yellow River Resources Science Research Institute，Zhengzhou Henan 450004）

Abstract： In this paper， an electric deep-water sampler was designed， which can effectively solve the problem that the current deep-water sampler can not get water at a fixed point， resulting in poor water quality. It can be seen from practice that the sampling effect of this kind of electric deep water sampler is good. At present， the electric deep-water sampler has been used in Xiaolangdi Reservoir area.

Keywords： electric deep water sampler;waterproof solenoid valve;water receiver;sampling rope

隨著水資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度加大和利用速度不斷加快，人們的生態(tài)環(huán)境意識(shí)日益增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)外對(duì)水環(huán)境問(wèn)題的重視程度也不斷提升。目前，國(guó)內(nèi)在環(huán)境保護(hù)及項(xiàng)目環(huán)境評(píng)價(jià)相關(guān)工作中均將水環(huán)境作為重點(diǎn)。作為水環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的水質(zhì)要素是衡量水域破壞程度和飲用水是否健康的重要指標(biāo)，準(zhǔn)確的水質(zhì)指標(biāo)能為環(huán)保提供可靠的依據(jù)。水樣采集是進(jìn)行水環(huán)境評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié);它不是簡(jiǎn)單地進(jìn)行水樣收集，因?yàn)楣┓治龅乃畼右写硇裕軠?zhǔn)確反映水質(zhì)參數(shù)的濃度和指標(biāo)。

生化需氧量（BOD）、氮、磷等諸多水質(zhì)要素?zé)o法通過(guò)在線監(jiān)測(cè)獲得，必須進(jìn)行定點(diǎn)水樣采集，然后通過(guò)室內(nèi)水質(zhì)分析獲得[1]。目前，深水采樣設(shè)備多用于海洋，而用于海洋的深水采樣設(shè)備由于自重大，其操作一般需要借助大型船舶，因此無(wú)法適用于無(wú)大型船舶的山區(qū)河道型深水庫(kù)等狹窄水域的深水采樣。目前，一些山區(qū)河道型水庫(kù)采用的小型深水采樣設(shè)備多為手動(dòng)采樣器，這種采樣器存在下降深度有限、水深定位精度低、采樣準(zhǔn)確性差及操作不便等問(wèn)題，且大部分手動(dòng)采樣器每次采樣都要將采樣器投入目標(biāo)水體然后提出水面，尤其不能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)持續(xù)采樣。此外，傳統(tǒng)的深水采樣大都采用手拉采樣繩向水底取水，由于需要深水采樣，因此盛水筒上附加的配重較重，人拉著費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且當(dāng)前深水采樣器盛水筒的底部都裝有單向閥，頂部有出水口，出水口上轉(zhuǎn)動(dòng)連接有蓋板，當(dāng)此盛水筒向下沉?xí)r，單向閥被底部水頂開(kāi)，向盛水筒內(nèi)進(jìn)水，同時(shí)盛水筒內(nèi)的水把其頂部的蓋板頂開(kāi)，向外出水，邊下邊取水，取水的過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，其無(wú)法進(jìn)行定點(diǎn)取水，嚴(yán)重影響了深水采集的質(zhì)量。

針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，設(shè)計(jì)和研制了電動(dòng)深水采樣器，有效解決了當(dāng)前的深水采樣器無(wú)法定深取水導(dǎo)致取水質(zhì)量不好等問(wèn)題。該采樣器已獲國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專(zhuān)利，專(zhuān)利號(hào)為ZL 2014 2 0150224.6。

1 結(jié)構(gòu)組成

電動(dòng)深水采樣器包括密封的盛水筒和連接在盛水筒上的采樣繩。其特征是盛水筒的兩端分別連通有1個(gè)水管，水管上裝有2個(gè)球閥，2球閥之間的水管上裝有防水電磁閥，盛水筒外緣面上裝有水深檢測(cè)探頭和溫度檢測(cè)探頭;采樣繩連接有電葫蘆型收線盤(pán)。防水電磁閥、水深檢測(cè)探頭和溫度檢測(cè)探頭分別經(jīng)導(dǎo)線連接在控制器上，控制器上連接有顯示屏。

2 工作原理

采用電動(dòng)深水采樣器取樣時(shí)，先關(guān)閉盛水筒A端（為了方便描述，將一側(cè)的水管端命名為A端，將另一端命名為B端）的2個(gè)球閥和防水電磁閥;然后將盛水筒B端2個(gè)球閥和電磁閥打開(kāi)并將其水管連接在真空泵上，對(duì)盛水筒進(jìn)行抽真空，抽完真空后關(guān)閉此水管上的2個(gè)球閥和防水電磁閥;之后將A端的水管連接氮?dú)夤?，打開(kāi)A端的2個(gè)球閥和防水電磁閥對(duì)盛水筒進(jìn)行充氮?dú)猓訇P(guān)閉A端防水電磁閥和2個(gè)球閥，再?gòu)腂端進(jìn)行抽真空，反復(fù)幾次，直到盛水筒內(nèi)的氧氣完全排出，且最終根據(jù)所需采集的水深壓力，將盛水筒內(nèi)的氮?dú)鈮毫退璨杉乃顗毫Σ畋３衷?～3個(gè)大氣壓，這樣有利于到深水時(shí)防水電磁閥的開(kāi)閉。充氮?dú)馔戤吅?，將兩端水管上的球閥全部打開(kāi)，保持防水電磁閥閉合，將盛水筒放置到水中，同時(shí)下放采樣繩，經(jīng)水深檢測(cè)探頭檢測(cè)盛水筒下降的深度，直到顯示屏上顯示的盛水筒下降到所需的深度時(shí)，停止放采樣繩。此時(shí)打開(kāi)兩端的防水電磁閥，然后深層水灌入盛水筒內(nèi)，之后再關(guān)閉兩端的防水電磁閥，經(jīng)采樣繩將盛水筒提起，完成深水采集，溫度檢測(cè)探頭可以檢測(cè)水體溫度。

3 性能特點(diǎn)

該電動(dòng)深水采樣器可用于江河、湖泊等深水水域以及水庫(kù)的深水采樣，使深水水樣的水環(huán)境研究更加精確，其突出的特點(diǎn)為：①采樣器上裝有水深檢測(cè)探頭，性能穩(wěn)定，能準(zhǔn)確到達(dá)取水層位;②采樣器上裝有溫度檢測(cè)探頭，可檢測(cè)水底溫度;③收線盤(pán)上裝有電子顯示屏，可直接顯示水深和水溫;④盛水筒內(nèi)的壓力和所需采集水深的壓力差保持到2～3個(gè)大氣壓，可使深層水自動(dòng)灌入盛水筒內(nèi);⑤盛水筒內(nèi)充有氮?dú)?，可將氧氣完全排出，檢測(cè)BDO等因子時(shí)更加準(zhǔn)確;⑥盛水筒為不銹鋼材質(zhì)，密封性好，不污染水質(zhì)，能真實(shí)取出具有代表性的水樣;⑦收線盤(pán)為電動(dòng)，并配單鋼絲繩上下提動(dòng)盛水筒，操作簡(jiǎn)單，使用方便。

4 應(yīng)用情況

為測(cè)試電動(dòng)深水采樣器的取樣效果，于2012年冬季分別采用電動(dòng)深水采樣器和傳統(tǒng)采樣器（桶式深水采樣器）對(duì)黃河小浪底庫(kù)區(qū)的壩前及八里胡同口水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行定深取樣，選取代表因子氨氮進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可看出，采用傳統(tǒng)的深水采樣器取樣，不同水深的氨氮較為接近;而采用電動(dòng)深水采樣器取樣，隨著水深的增加，氨氮濃度也逐漸增大，顯示出明顯的分層現(xiàn)象。

由于取樣效果良好，電動(dòng)深水采樣器已用于小浪底庫(kù)區(qū)調(diào)查監(jiān)測(cè)采樣。

5 結(jié)語(yǔ)

自行設(shè)計(jì)和研制的電動(dòng)深水采樣器適用于江河、湖泊、水庫(kù)等深水水域的定深采樣，具有操作簡(jiǎn)單、密封性好、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，可以準(zhǔn)確采集預(yù)定深度的水樣，且水樣可原位直接進(jìn)入盛水筒中，能準(zhǔn)確反映不同水深水質(zhì)的真實(shí)情況，從而有效解決現(xiàn)深水采樣器無(wú)法定深取水的技術(shù)難題。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛田良.深水水文自動(dòng)采樣方法與控制系統(tǒng)研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

收稿日期：2020-04-02

基金項(xiàng)目：水利部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)（2011011006）。

作者簡(jiǎn)介：毛予捷（1972—），女，大專(zhuān)，工程師，研究方向：水質(zhì)分析與水資源保護(hù)。