地下水取样设备

随着地下水监测技术的不断发展，国内外研制出了适应不同地下水监测井类型、采样目的及要求的多种类型地下水采样设备。根据设备设计结构和采样原理，大致可分为取样筒式采样器、惯性式采样器、气体驱动式采样器和潜水电泵式采样器。　　1、取样筒式采样器　　取样筒式采样器由一绳索与采样筒组成。根据取样筒取样原理、制作材料，采样筒分为多种类型：(1)在采样筒上安装阀体控制地下水样品的采取，(2)通过液压及取样筒下放速度控制进行地下水样品采取，(3)筒体可采用不锈钢、PVC等多种材料制作，也可直接采用聚乙烯袋替代。采样时通过绳索将采样筒从井口下放至地下水采样层位，采样筒采取目标深度地下水试样，实现地下水采样。该采样器原理简单、制作方便、成本低，且受监测井井径、采样深度影响较小，由于采样器每次只能进行单筒采样，当采样深度较大及井径较小时采样效率较低。　　2、惯性式采样器　　惯性式采样器由采样管与惯性泵泵头组成。惯性泵泵头内设计有单向进水装置，安装在采样管底部，放入到地下水监测井中指定采样深度，采样管上部露出井口，徒手或者采用机械快速下压提拉采样管，在惯性力作用下快速下压时地下水进入采样管中，提拉时单向阀关闭，使采样管中地下水样品液面逐渐上升至采样管上端口流出。该类采样器外径小，可应用于小口径地下水监测井，采样深度可达到90m。　　3、气体驱动式采样器　　气体驱动式采样器由气体驱动管、采样管及泵体组成，根据泵体结构设计可分为有气囊泵、U形管采样器等。高压气体经过气体驱动管进入泵体中，驱动地下水进入采样管，然后将高压气体释放，地下水在地层压力作用下进入泵体，如此循环，地下水样品从采样管中返出地面，实现地下水采样。该类采样器结构较复杂，但适用范围广，采样深度可从十几米至几千米，除了极小井径的地下水监测井，可适用于大部分地下水监测井，并且采样效率较高。　　4、潜水电泵式采样器　　潜水电泵式采样器是将潜水电泵下入至采样层位，通过潜水电泵将地下水样品输送至地面实现采样操作，采样效率很高，但受电线及潜水电泵制作工艺限制，采样器要求井径较大、采样深度相对较浅。

table width="624" cellspacing="0" cellpadding="0" border="1" align="center"tbodytr style=" height:25px" class="firstRow"td style="border: 1px solid windowtext padding: 0px 7px " width="132" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"成果名称/span/p/tdtd colspan="3" style="border-color: windowtext windowtext windowtext currentcolor border-style: solid solid solid none border-width: 1px 1px 1px medium border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " valign="bottom" width="491" height="25"p style="text-align:center line-height:150%"strongspan style=" line-height:150% font-family:宋体"地下水采样器/span/strong/p/td/trtr style=" height:25px"td style="border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width="132" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"单位名称/span/p/tdtd colspan="3" style="border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width="491" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"北京市水科学技术研究院/span/p/td/trtr style=" height:25px"td style="border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width="132" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"联系人/span/p/tdtd style="border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width="168" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"金桂琴/span/p/tdtd style="border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width="161" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"联系邮箱/span/p/tdtd style="border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width="162" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"156116588@qq.com/span/p/td/trtr style=" height:25px"td style="border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width="132" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"成果成熟度/span/p/tdtd colspan="3" style="border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width="491" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"□正在研发 □已有样机 □通过小试 □通过中试 √可以量产/span/p/td/trtr style=" height:25px"td style="border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width="132" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"合作方式/span/p/tdtd colspan="3" style="border-color: currentcolor windowtext windowtext currentcolor border-style: none solid solid none border-width: medium 1px 1px medium padding: 0px 7px " width="491" height="25"p style="line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"□技术转让 □技术入股 √合作开发 □其他/span/p/td/trtr style=" height:304px"td colspan="4" style="border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width="624" height="304"p style="line-height:150%"strongspan style=" line-height:150% font-family: 宋体"成果简介：/span/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/83a0c3da-34fd-42d3-a181-2258f8b30000.jpg" title="16.jpg" style="width: 400px height: 301px " width="400" vspace="0" hspace="0" height="301" border="0"//pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"本设备历经近十年的技术攻关和持续研发，突破了输水管线和电缆线缠绕技术瓶颈，研发了地下水取样和地下水水位同步测量技术，开发了人工控制模块，设计集成运输构架，解决了取样器容易前翻问题，实现了全自动、自定深、大样量、全地形的地下水样品采集和地下水水位监测。目前，已研制出第四代产品。/span/pp style="line-height:150%"strongspan style=" line-height:150% font-family: 宋体"主要技术指标：/span/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201803/insimg/c69e93ab-6d0b-44d6-981b-e76dd26bf7ca.jpg" title="002.jpg"//pp style="line-height:150%"strongspan style=" line-height:150% font-family: 宋体"技术特点：/span/strong/pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"本设备采用模块化设计，高度集成各系统功能。包括结构支架系统、控制和操作系统、电力传导系统、机械传动系统、绕线（管）系统、滑轮系统、提水系统、发电机等。通过外带小型发电机或附近的电源电力供给后，调节调速装置将电机的速度调至合适范围，把潜水泵送至指定液面。其后，潜水泵抽水经输水系统将水样输送至地面取样器中；同时，输水系统中的标尺和水位报警探头可以明确告知水泵所处位置，实现取样和水位监测同步。 /span/pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"1/spanspan style=" line-height:150% font-family:宋体"、控制与操作系统：由电源总开关、电机调速器、水泵上升下降调节器、水泵开关、水位信号等组成。/span/pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"2/spanspan style=" line-height:150% font-family:宋体"、电力传导系统：本设备运行是依靠发电机发电或外接电源作为动力。水泵的供电是通过电刷和摩擦板共同来完成，电机供电则通过电机开关控制直接供电。/span/pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"3/spanspan style=" line-height:150% font-family:宋体"、机械传动系统：通过涡轮减速机控制速度，并传递给水管绕管器，绕管器中标为中轴，一端连接减速机，一端连接链条轮盘，链盘通过链条将动力传给电缆绕线器的一端链轮，从而带动绕线器盘动电缆。/span/pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"4/spanspan style=" line-height:150% font-family:宋体"、缠绕系统：分为绕线系统和绕管系统，均由电机提供动力，缠绕系统主要是由轮盘和中轴组成，提过动力转动轮盘实现线管的缠绕，再通过定滑轮来实现线和管的上下运动，采用分线器解决线管缠绕问题。/span/p/td/trtr style=" height:75px"td colspan="4" style="border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width="624" height="75"p style="line-height:150%"strongspan style=" line-height:150% font-family: 宋体"应用前景：/span/strong/pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"根据我国行政区划，县级及以上的行政区域达到3000多个，县级及以上的行政区域的水务、环保、国土等部门对地下水资源和地下水环境负有一定职责，存在对产品的需求。此外，国内的部分大专院校、科研机构等对地下水环境研究也存在采样设备需求。另据调查发现，目前国内还未发现同类设备。据此初步估算，国内每年需求量2000台左右，每台按7.5万元计，每年市场需求金额约1.5亿。/span/p/td/trtr style=" height:37px"td colspan="4" style="border-color: currentcolor windowtext windowtext border-style: none solid solid border-width: medium 1px 1px border-image: none 100% / 1 / 0 stretch padding: 0px 7px " width="624" height="37"p style="line-height:150%"strongspan style=" line-height:150% font-family: 宋体"知识产权及项目获奖情况：/span/strong/pp style="text-indent:28px line-height:150%"span style=" line-height:150% font-family:宋体"本仪器获得实用性新型专利2项（多功能全自动地下水水样采集装置，ZL201620834516.0；便携式自动升降地下水动态采样器，ZL201020574275.3），外观设计专利1项（地下水取样机，ZL201730071804.5），荣获北京市科学技术委员会、北京市发展和改革委员会以及北京市经济和信息化委员会等6部门联合颁发的北京市新技术新产品（证书）1项。/span/p/td/tr/tbody/tablepbr//p

3月22日，又是一年世界水日。　　地下水污染问题让每一个中国人揪心。而在华北平原，地下水是居民饮用水的大部分来源，但其污染问题早就受到各方面的关注。如今，有调查显示，在华北平原众多取样点中，大约一半的水样被严重污染，污染物包括了无机盐、有机难降解物以及重金属。　　所以，华北平原地下水污染问题几乎成为全中国地下水污染的标本。如何解决这一问题，已经成为中国环境问题的当务之急。　　3月8日，环保部公布，《华北平原地下水污染防治工作方案》(下称《方案》)已经得到国务院批复。14日，环保部部长周生贤公开表示“我们有一个治理规划，并向国务院作了汇报”。《方案》是2011年《全国地下水污染防治规划(2011-2020年)》出台以来，环保部给地下水污染开出的第二次“处方”，也是专门为华北地下水治污开出的“第一处方”。　　那么，这份华北平原地下水的“第一处方”是如何出台的?它是否将真的对治理华北平原地下水污染有效?科学家、政府和企业家还有哪些担忧?　　《中国科学报》记者带着这些问题，探访了多位业内专家。　　高分项目这样炼成　　“首次”查清华北平原地下水“有机污染”状况，为全国地下水污染调查评价工作起到了重要的技术支撑和示范作用　　记者注意到，就在环保部《方案》获批前两个月，中国地质科学院水文地质环境地质研究所公布了“华北平原地下水污染调查评价”项目的评审结果。　　评审结果中提到，该项目“首次”查清华北平原地下水“有机污染”状况，为全国地下水污染调查评价工作起到了重要的技术支撑和示范作用，总体达到“国际先进水平”，最终“以94分的优秀成绩”通过评审。　　中国工程院院士、中国地质科学院研究员卢耀如是项目评审专家之一。接受《中国科学报》记者采访时，卢耀如透露，《方案》正是基于这个高分项目的一些成果而制定的。　　作为一名水文地质专家，卢耀如经常参与科研项目评审，而获得如此高分的项目他也很少遇到。卢耀如说：“这个项目之所以得高分，是因为其在研究问题重要性的指标上得分非常高。”　　中国对地下水问题的关注由来已久，上世纪80年代初的“六五”期间，我国设立了若干国家科技攻关项目，其中第38项便是“华北平原地下水污染评价”。　　卢耀如告诉《中国科学报》记者：“那时候水质监测标准相对低一些，地下水更突出的问题是硬水、水位下降、地面沉降这些问题。”涉及水质污染的指标只有“三氮”：硝酸盐——氮、亚硝酸盐——氮以及铵氮。　　随后，华北平原发展了钢铁、化工企业，加之农业生产中的农药使用，研究者和管理者才开始看重水质污染。　　如今，究竟华北地下水污染到了什么程度?有哪些污染物已经进入地下水环境?这些问题仍是个谜。　　2006年，中国地质调查局在国土资源大调查项目的资助下，首次在华北平原开展系统的地下水调查。调查的具体工作由地科院水文地质环境地质研究所(简称水环所)承担。　　根据地调局对水环工作的记载，2006年3月，项目启动之初，中国地质调查局便和清华大学联合举办了“地下水污染调查评价培训班”。在为期四天的培训里，河北、天津、北京、山东等省市属地调院、地质环境监测总站的业务骨干学习了这一项目有关地下水污染调查评价的技术。　　4月，水环所成立了项目综合组，常务办公人员6人，设组长和副组长。综合组经过协商后，将该项目划分为11个工作项目，并确定了2006年该项目的工作重点是在供水水源地进行地下水污染调查，以及一系列的野外取样工作规范。　　项目负责人、水环所副所长张兆吉在采访中告诉《中国科学报》记者，希望这个项目发展起来的技术标准能推广到全国。　　2009年，该项目已经完成了1比25万区域地下水污染调查15万平方千米。结果发现，所有采样点中，不用任何处理直接可以饮用的地下水(即I到III类)占36%，经适当处理可以饮用的地下水(IV类)占24%，另有39%的地下水(V类)需经专门处理后才可利用。项目还建设了有机污染物的实时质量监控管理系统，研发了中国特色的地下水样品采集设备，并最终入选中国地质学会2009年度十大地质科技进展。　　2010年，该项目还实施过一次规模较大的野外验收。当时，专家组历时10天，沿唐山、天津、北京、河北、河南、山东的野外抽查路线，检查了各取样点的采样记录，确定质量符合要求。同年，地下水污染数据库建立。　　这个项目还带动了一系列对华北平原地下水污染的研究。例如，2009年，水环所承担了我国第一个地下水“973”计划项目“华北平原地下水演变机制与调控”，由水环所所长石建省担任首席科学家。据悉，项目的起止年限为2010年至2014年，共5年，总经费4500万元，其中国家“973”专项经费3000万元，自筹经费1500万元。　　立项之初，卢耀如作为顾问，多次参加了学术研讨会。“这也是为了配合国土部更好地进行调查。”他说。　　这个高分项目便这样按部就班地开展了。　　从大科学走向大政策　　在历时6年的华北平原地下水污染治理科学研究项目基础上，环保部通过《华北平原地下水污染防治工作方案》　　2011年10月，项目接近尾声。正在这时，发生了一个插曲。一名记者联系到张兆吉和石建省，对该项目的调查结果进行了采访，报道指出了最终调查结果“因涉及敏感问题不能公开”，一度将项目组置于颇为尴尬的境地。　　一时间，这篇报道在各大网络媒体上大量转载，引起公众的巨大反响。其中不乏批评的声音，舆论指责科学研究不能向公众保密，相关管理部门也批评他们未经允许就披露尚未完成的研究结果。作为项目负责人的张兆吉曾向同行倒过苦水，“感到有些委屈”。　　不过，调查项目的继续进行并没有因此受到影响。如今，张兆吉和同事们将已经完成的调查结果以学术论文的形式发表在2012年9月的《吉林大学学报》上。这个插曲反而让调查项目的重要性更引人关注。　　按照惯例，一些科研项目在研究过程当中，科研者便会将阶段成果以咨询报告的形式递交给决策部门，以推动在科学研究中发现的问题变成具体措施，进而在现实中得到解决。有的甚至还有可能向国家高层领导递交介绍研究重要性和成果的内参。　　卢耀如透露，这次调查也不例外。“研究人员给国务院写了报告，强调地下水污染的严重性，希望能从国家层面重视起来。”他说。据卢耀如了解，除了调查中发现的污染日趋严重外，报告中还涉及今年春节前后向地下含水层打排污井的传言。　　2012年初，国务院总理的温家宝在沸沸扬扬的舆论声中看到这份报告。很快，总理的批示下来了，提到由国土资源部、水利部、住房城乡建设部和环保部来共同解决华北平原地下水污染的问题。　　“最后加了一句，由环保部牵头。”卢耀如说。　　这时，华北平原地下水污染治理这项历时6年的科学研究项目彻底从实验室走了出来。　　去年3至4月间，得到温家宝总理批示后，环保部开始着手进一步的政策制定。2012年10月，环保部通过《华北平原地下水污染防治工作方案(2012-2020年)》。方案估计，国家为此将投入200亿元专项资金。　　该方案最终获得国务院批复，正式成为华北平原地下水治污“第一处方”。《方案》提出两个目标，即2015年初步建立华北平原地下水质量和污染源监测网、摸清华北平原地下水污染情况，2020年全面监控华北平原地下水环境质量和污染源状况、开展地下水污染修复示范。　　今年3月8日，环保部网站公布了这一消息。《方案》提出了三个工作任务：一是加强地下水环境监测，建立华北平原地下水质量监测网 二是保障地下水饮用水源安全，严格地下水饮用水源环境执法，分类防治超标的地下水饮用水源 三是强化重点污染源和重点区域污染防治，加大对重点污染源废水排放和堆放场地污染物渗漏等防治力度，积极推进重金属、有机物和氨氮、硝酸盐氮和亚硝酸盐氮等污染较严重区域的地下水污染综合防治。　　此外，《方案》还要求，进一步完善地下水法规制度体系，健全投融资机制和经济政策，加大相关科技研发力度，强化企业和地方防治责任。　　无疑，正是环保部该方案的出台，华北地下水“第一处方”从“大科学”真正走向了“大政策”。　　避免“多头管理”　　地下水管理涉及机构多，但权力机构责任不明。各部门应进一步明确责任，将地下水污染防治工作标准化、程序化　　谈到《方案》的评价，接受采访的专家纷纷表示没有阅读全文。即使作为国家环境咨询委员会成员的卢耀如，至今也没有见到该方案的全文。　　“从目前来看，这份方案只是提出了非常初步的期望，接下来还有很多工作要做。”卢耀如说，“部门之间怎么协作、重要的防治地点对不对、怎么样投入、哪些力量介入，这些问题现在都不清楚。”　　记者了解到，《方案》编制由环保部污防司饮用水处处长石效卷主持，环保部环境规划院副院长吴舜泽是主要编制人。记者随后向环保部提出采访《方案》编制者申请，截至发稿日，尚未得到回复。《方案》编写的过程如同一个“黑箱”。　　专家们试图就现有的只言片语对这份“第一处方”初步轮廓进行解读。　　首先，《方案》由“环保部牵头”，并由国土部、水利部、住建部共同编制，意味着未来的污染防治责任也由这几个部门共同承担。　　一直以来，我国对地下水污染问题的管理饱受诟病。对此，中科院地理科学与资源研究所研究员宋献方称：“业内有句话，叫‘环保不下水、水利不上岸’。”在宋献方看来，目前，我国地下水的管理涉及城建、地质、水利、环保等多个部门。　　“各个部门都有自己的调查监测系统和标准，信息资料也都分别分布在这些部门中。”宋献方告诉《中国科学报》记者：“涉及机构多，但权力机构责任不明。”　　宋献方建议，如果能使各个部门进一步明确责任，将地下水污染防治工作标准化、程序化会更有利于这项工作。他还指出：“环境问题是一个系统问题，正如地下水问题必须与地表水结合起来看，因此，由环保部门统领，各部门的通力合作也是解决这一问题的良药。”　　卢耀如也认为：“《方案》计划建设的监测网，如果光靠环保部重新建立一个新的监测网，既浪费又达不到长期积累数据的目的，这就需要利用现有的监测点和数据资料。”　　卢耀如强调：“2015年目标的实现，主要取决于这方面的工作。”　　另外，现有技术下，有机污染物仍然靠人工取样、化学分析的方式进行检测，实时在线监测尚未实现。宋献方认为：“2015年要实现监测网，我们还要加大传感器的开发力度。”　　总之，业内专家一致认可这一点，环保部出台的这份方案仅仅为未来防治地下水污染的蓝图勾画了一个粗略的轮廓，但释放了政府决心从国家层面推动这项工作的信号。　　改变政府“一肩挑”　　地下水修复费用昂贵，市场规模被业内专家看好。吸引民间资金的进入，无疑是我国环保事业未来发展的趋势　　无论《方案》细则如何，市场往往对来自国家层面的信号格外敏感。伊尔姆环境资源管理咨询(上海)有限公司首席顾问彭勇告诉《中国科学报》记者：“尽管没有参与制定《方案》，但作为相关行业的一员，仍然非常关注和期待。”　　彭勇所在的公司业务范围是环保咨询。他说：“未来当地下水防治措施实施相对成熟时，环保咨询行业将会更深入地参与进去。”　　卢耀如回忆，当“华北平原地下水污染调查评价”刚刚提出要重点调查有机污染时，澳大利亚一家专门做有机分析的公司马上就看到了商机。　　“2006年前后，那家公司派人在上海开了个培训班，把专家请到中国来，仪器也搬来了，我们后来用的仪器和技术就是从那里引进过来的。”卢耀如说。　　在他看来，光靠政府的力量难以支撑费用如此昂贵的地下水调查乃至修复。 “搞分析和监测的企业在良好的机制下就能进来，从打井、监测到化验都可以让企业来做。”卢耀如建议。　　中投顾问产业研究中心环保行业研究员盘雨宏告诉《中国科学报》记者：“水质监测、污染处理、相关设备制造等产业都将受到国家政策的影响，其中水质监测是整个产业链条的关键环节，影响着下游处理环节的发展趋势。”　　而我国地下水污染治理产业还处于萌芽状态，重点污染城市仍然缺乏高效完善的水质监测系统。据悉，“十二五”期间，国家将投入27亿元用于建立水质监测系统，尤其对饮用水水源、化工厂、工业园等污染较大的区域进行重点布局。　　因此，盘雨宏认为，建立水质监测系统是污染处理产业扩张市场的首要步骤，预计该环节将是未来几年的重要内容。涉足监测设备制造及技术引进、合作的企业前景将被看好。　　未来，在更长一段时间内，考虑到地下水修复费用更为昂贵，市场规模便更受到业内专家的看好。业内人士认为，吸引民间资金的进入，改变当前政府“一肩挑”的现状无疑是我国环保事业未来发展的趋势。