专利名称：一种多级监测井气压泵取样系统装置及其方法
技术领域：
本发明涉及地下水污染监测技术，尤其涉及一种多级监测井气压泵取样系统装置及其方法。
背景技术：
目前，国内外的地下水监测井形式有丛式监测井、巢式监测井、多通道管监测井和多级监测井，监测井的发展方向向着一井多层监测和小直径的方向发展。现在国内采地下水样的装置多采用取样桶和惯性泵，国外多采用气囊泵、真空泵(水位在8米以上时使用)和蠕动泵采集地下水样品。如何在小直径的监测井采取高质量水 样品无疑气囊泵是较好的采样工具。但加工小于IOmm直径的气囊泵有一定难度，现在国内没有此类产品，国外虽有8mm直径的气囊泵，但价格非常昂贵，且取样繁琐，多有不便。基于以上原因，限制了我国多级地下水监测井的发展，亟待找到一种好的方式方法来解决这个问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种多级监测井气压泵取样系统装置，其能够方便、快捷的提取到具有成分代表性的水样品。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案
一种多级监测井气压泵取样系统装置，该装置布控于一口钻凿的多级地下水监测井中，该井的深度穿过若干含水层段；
各相邻含水层段之间相互密闭隔离；
在成井后的各监测层位置井管局部段安装进水窗口短节总成，包括开进水窗口，各进水窗口的进水口与一气压泵的进水管接头相连通，这些气压泵的送气口和出水口分别经由送气管和出水管连通到地表，在各气压泵的进水及出水的管路中分别设有止逆阀；
在地表上至少设有一组供气单元，该供气单元由一气源与空气调节器连接组合构成，工作时段的空气调节器的出口与需要取样的送风口即时连接。所述的监测层设置在每一个含水层段，或选取其中部分的含水层段分别作为监测层；在每一个监测层至少设一监测点，若设有两个以上的监测点时，各监测点设在不同高度点上。所述的多级地下水监测井为小直径钻井，其钻井井管的直径为能够包容所有与监测点气压泵连接用的送气管和出水管。所述多级监测井气压泵取样系统装置中，所述的气源采用空压机或气瓶。本发明的另一目的是提供一种多级监测井气压泵取样方法，其具有很高的实用性和先进性。为实现上述目的，本发明采取以下设计方案
一种多级监测井气压泵取样方法，其特征在于方法步骤如下1)首先钻凿一口多级地下水监测井，该钻凿井的深度穿过若干层含水段；
2)选取监测层及确立监测点，并成井；
3)将监测点处相邻层的地下水之间密闭隔开；
4)在各监测层对应各监测点位置的井管段安装进水窗口短节总成，包括开设进水窗口，将各进水窗口的进水口与一气压泵的进水管接头相连通，这些气压泵的送气口和出水口分别由输送管连通到地表；
5)在地表上设有至少一组供气单元，该供气单元由一气源与空气调节器连接组合构
成；
6)将空气调节器与需要取样监测点的送风口连接，通过气源和空气调节器向气压泵内充压、泄压，反复变换，直至使得地下水通过该监测点的出水输送管提出地表。 所述多级监测井气压泵取样方法中，确立监测点的具体方法是监测点选取在该监测层中透水性好的地段；对于层厚且污染重的监测层设立两个以上的监测点，各监测点位于不同高位置。所述多级监测井气压泵取样方法中，将监测点处相邻层的地下水之间密闭隔开的具体方法是根据成井井管壁与待密闭隔离点位置处钻凿井井壁间的间隔设计并预制一对膨胀橡胶套，先根据待密封监测点所在监测层的取水厚度要求调整好两个膨胀橡胶套上下之间的距离，将调整好的一对膨胀橡胶套下到钻凿井中待密封监测点位置处，其遇水后自然膨胀而将该监测点相邻层的地下水之间密闭隔开。所述多级监测井气压泵取样方法中，取样监测层的水位越深，取样监测点到水位的距离越大，由气源和空气调节器向气压泵内的充压越大。所述多级监测井气压泵取样方法中，取样监测点到水位的距离越大，所述气源和空气调节器向气压泵内充压时间与泄压时间的比值越大。本发明多级监测井气压泵采样技术是国内首创，弥补了现有多级监测井取样工艺的不足，简化了取样装置的结构。与国外多级监测井取样工艺相比具有很大的优越性，尤其是采样成本约是国外采样成本的百分之一。本发明的优点是
1.利用一口小直径的监测井既可以进行多层地下水的监测和同层不同高度地下水监测，简单、实用、成本低廉，极具有中国特色；
2.采样时的每层地下水只用唯一的送风管和唯一的出水管，且送风管和出水管比较细，这样可以减少井水的置换时间，能够方便、快捷的提取到具有成分代表性和高度代表性的水样品；
3.待测点的水样品真实位置准确，能够采集到含有挥发性有机物的水样品，适合中国国情，具有很高的实用性和先进性。


图I为本发明多级监测井的成井及内置取样系统部分的示意图。图2为本发明多级监测井气压泵取样系统装置构成原理示意图。图3为本发明气压泵的结构示意图。图4是本发明气压泵的工作原理示意图(状态一)。
图5是本发明气压泵的工作原理示意图(状态二)。图6是本发明气压泵的工作原理示意图(状态三)。图7是本发明气压泵的工作原理示意图(状态四)。下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明。图I中1.监测井，2.密闭装置，3.成井，4.气压泵，43.进水管，5.出水管，6.
送气管，7.岩层剖面。 图2中1.监测井井管，2.监测井孔壁，3.进水管，4.气压泵，5.进水窗口，6.封闭物，7.静止水位，8.出水管，9.送风管，10.调节器，11.气源。图3中4.气压泵，41.泵体，42.送风口，43.进水管，44.进水口单向阀，45.出水管，46.出水口单向阀。图4至图7中1.监测井井管，2.进水管，3.进水口单向阀，4.出水口单向阀，
5.送风管的水面行程距离，6.地下水静止水位，7.出水管，8.送风管，9.空气调节器，
10.气源。
具体实施例方式本发明提供了一种地下水多级监测井气压泵取样技术(包括系统装置及取样的方法)，该种技术可以在一个监测井中监测数层或数十层具有某一高度特性的地下水。如图I所示实施例，首先要完成多级监测井气压泵取样系统装置的设置先钻凿一口深度穿过多层含水段7 (或者说井深超过水位若干米)的多级地下水监测井1，选取监测层及确立监测点，并利用成井技术建立成井3，将监测点处相邻层的地下水之间用密闭装置2隔开，本实施例中是根据成井井管壁与待密闭隔离点位置处钻凿井井壁间的间隔设计并预制一对膨胀橡胶套，利用膨胀橡胶遇水膨胀的特性来很好的实现顺畅安设及良好密闭的功能；亦可采用其他手段来实现密闭。在需要监测的位置安装进水窗口短节总成，所述的进水窗口短节总成包括开设进水窗口，并在进水窗口外面安装过滤器，如包裹过滤网，优选的采用两层不锈钢过滤网。进水窗口的井管外面上下两端附近安装封闭装置，进水窗口的井管里面(进水口)与一气压泵4的进水管43相连，气压泵的送气口和出水口分别由送气管6和出水管5(可以是细小塑料管)连接通到地表。进水窗口短节总成实际是井管的一部分，连接在需要监测的深度位置，其安装的数量由需要监测的层数及每层中的监测点个数所决定，图I所示实施例中设立了3个监测点，故安装3个进水窗口短节总成。为帮助理解，图2示出了本发明多级监测井气压泵取样系统装置一具体实施例的构成原理示意图，包括监测井井管I、监测井孔壁2、进水管3、气压泵4、进水窗口 5、封闭物
6、静止水位7、出水管8、送风管9、调节器10和气源11。所述的气压泵4的结构构成可参见图3，由泵体41、送风口 42、出水管45、出水口单向阀46、进水管43和进水口单向阀44组成。泵体所处的位置在进水窗口的里面，泵体的送风口通过小直径塑料管连接到地表，泵体的出水管内安装止逆阀(出水口单向阀46)也连接到地表，止逆阀的作用是防止出水口的水倒流。泵体的进水口安装止逆阀(进水口单向阀44)与进水窗口相连，实际上是与含水层相同，止逆阀的作用是允许地层的水进入泵体，相反则不通。
所述的气源可以是空压机或装满一定压力空气的气瓶。本发明在选择监测层及监测点时可以按如下原则确立监测点选取在透水性好的地段(如沙层地段，尽量避开粘性土地段)；对于层厚且污染重的监测层可以多设监测点，不同的监测点位于不同高位置(如在该层段的上、下，或上、中、下位置)。采用本发明技术的一大特性，是钻凿的监测井直径可以根据监测点数量的需要而设计大小，对于监测点数量不很多时，监测井直径可钻凿得较小(如图I所示的实施例，监测井直径55 80mm即可满足要求)，以可以正常布控及输送所有出水管和送风管为满足的前提。根据各监测点所在位置的不同，由气源和空气调节器向气压泵内充压的时间及大小亦可以不同取样监测层的水位越深，取样监测点到水位的距离越大，由气源和空气调节器向气压泵内的充压越大；取样监测点到水位的距离越大，由气源和空气调节器向气压泵内的充压时间与泄压时间的比值也相对越大。需要取样时将地表的气源与空气调节器连接，空气调节器的出口与送风口连接，·达到提取样品的目的。本发明多级监测井气压泵采样技术的工作过程及气压泵工作原理是在完成了多级监测井气压泵取样系统装置的设置后，气源10和空气调节器9没有工作时的初始状态可参见图4，地下水在压力作用下通过进水管2打开进水口单向阀3进入泵体，一路进入送风管8，使得送风管8里面的水面基本是自然水位6，另外一路打开出水口单向阀4进入出水管7，出水管里面的水位也基本是自然水位6。当气源10和空气调节器9工作后，送风管8里面的风压增大压缩送风管8里的水面使其打开出水口单向阀4进入出水管，使得出水管
7的水位上升一个行程SI，此时进水口单向阀2是关闭的以防止泵体的水倒流入含水层；如图5所示。当空气调节器9泄压时送风管8里面的空气压力减小，地层的水又会打开进水口单向阀2进入到泵体，使得送风管8里面的水面上升一个行程S，即复原到原来的位置，而此时出水口单向阀4是关闭的，防止出水管的水倒流回地层，如图6所示。当空气调节器9再增压时送风管8里面的空气压力使得出水管7的水位再上升一个行程S2，如此反复将地层的水提出地表，如图7所示。上述各实施例可在不脱离本发明的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本发明申请专利的保护范围。
权利要求
1.一种多级监测井气压泵取样系统装置，该装置布控于一口钻凿的多级地下水监测井中，该井的深度穿过若干含水层段，其特征在于 各相邻含水层段之间相互密闭隔离； 在成井后的各监测层位置井管局部段安装进水窗口短节总成，包括开进水窗口，各进水窗口的进水口与一气压泵的进水管接头相连通，这些气压泵的送气口和出水口分别经由送气管和出水管连通到地表，在各气压泵的进水及出水的管路中分别设有止逆阀； 在地表上至少设有一组供气单元，该供气单元由一气源与空气调节器连接组合构成，工作时段的空气调节器的出口与需要取样的送风口即时连接。
2.根据权利要求I所述的多级监测井气压泵取样系统装置，其特征在于所述的监测层设置在每一个含水层段，或选取其中部分的含水层段分别作为监测层；在每一个监测层至少设一监测点，若设有两个以上的监测点时，各监测点设在不同高度点上。
3.根据权利要求I所述的多级监测井气压泵取样系统装置，其特征在于所述的多级地下水监测井为小直径钻井，其钻井井管的直径为能够包容所有与监测点气压泵连接用的送气管和出水管。
4.根据权利要求I所述的多级监测井气压泵取样系统装置，其特征在于所述的气源采用空压机或气瓶。
5.一种多级监测井气压泵取样方法，其特征在于方法步骤如下 1)首先钻凿一口多级地下水监测井，该钻凿井的深度穿过若干层含水段； 2)选取监测层及确立监测点，并成井； 3)将监测点处相邻层的地下水之间密闭隔开； 4)在各监测层对应各监测点位置的井管段安装进水窗口短节总成，包括开设进水窗口，将各进水窗口的进水口与一气压泵的进水管接头相连通，这些气压泵的送气口和出水口分别由输送管连通到地表； 5)在地表上设有至少一组供气单元，该供气单元由一气源与空气调节器连接组合构成； 6)将空气调节器与需要取样监测点的送风口连接，通过气源和空气调节器向气压泵内充压、泄压，反复变换，直至使得地下水通过该监测点的出水输送管提出地表。
6.根据权利要求5所述的多级监测井气压泵取样方法，其特征在于所述确立监测点的具体方法是监测点选取在该监测层中透水性好的地段；对于层厚且污染重的监测层设立两个以上的监测点，各监测点位于不同高位置。
7.根据权利要求5所述的多级监测井气压泵取样方法，其特征在于所述将监测点处相邻层的地下水之间密闭隔开的具体方法是根据成井井管壁与待密闭隔离点位置处钻凿井井壁间的间隔设计并预制一对膨胀橡胶套；先根据待密封监测点所在监测层的取水厚度要求调整好两个膨胀橡胶套上下之间的距离，将调整好的一对膨胀橡胶套下到钻凿井中待密封监测点位置处，其遇水后自然膨胀而将该监测点相邻层的地下水之间密闭隔开。
8.根据权利要求5所述的多级监测井气压泵取样方法，其特征在于取样监测层的水位越深，取样监测点到水位的距离越大，由气源和空气调节器向气压泵内的充压压力越大。
9.根据权利要求5所述的多级监测井气压泵取样方法，其特征在于取样监测点到水位的距离越大，所述气源和空气调节器向气压泵内充压时间与泄压时间的比值越大。
全文摘要
本发明公开了一种多级监测井气压泵取样系统装置，该装置布控于一口钻凿的多级地下水监测井中，该井的深度穿过若干含水层段；各相邻含水层段之间相互密闭隔离；在成井后的各监测层位置井管局部段安装进水窗口短节总成，包括开进水窗口，各进水窗口的进水口与一气压泵的进水管接头相连通，这些气压泵的送气口和出水口分别经由送气管和出水管连通到地表，在各气压泵的进水及出水的管路中分别设有止逆阀；在地表上至少设有一组供气单元，该供气单元由一气源与空气调节器连接组合构成，工作时段的空气调节器的出口与需要取样的送风口即时连接。其能够方便、快捷的提取到具有成分代表性的水样品，简单、实用且成本低廉。
文档编号G01N1/14GK102749223SQ20121025269
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月20日 优先权日2012年7月20日
发明者叶成明, 王建增, 蔡五田 申请人:中国地质调查局水文地质环境地质调查中心