電動深水采樣器的研制與應用

毛予捷　肖翔群

摘 要：本文設計了一種電動深水采樣器，有效地解決了當前深水采樣器無法定點取水導致取水質量不好等問題。經實踐驗證可知，該種電動深水采樣器取樣效果良好。目前，該電動深水采樣器已用于小浪底庫區(qū)調查監(jiān)測采樣。

關鍵詞：電動深水采樣器;防水電磁閥;盛水筒;采樣繩

中圖分類號：TV149.3文獻標識碼：A文章編號：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

隨著水資源開發(fā)利用強度加大和利用速度不斷加快，人們的生態(tài)環(huán)境意識日益增強，國內外對水環(huán)境問題的重視程度也不斷提升。目前，國內在環(huán)境保護及項目環(huán)境評價相關工作中均將水環(huán)境作為重點。作為水環(huán)境評價指標的水質要素是衡量水域破壞程度和飲用水是否健康的重要指標，準確的水質指標能為環(huán)保提供可靠的依據(jù)。水樣采集是進行水環(huán)境評價的一項重要環(huán)節(jié);它不是簡單地進行水樣收集，因為供分析的水樣要有代表性，能準確反映水質參數(shù)的濃度和指標。

生化需氧量（BOD）、氮、磷等諸多水質要素無法通過在線監(jiān)測獲得，必須進行定點水樣采集，然后通過室內水質分析獲得[1]。目前，深水采樣設備多用于海洋，而用于海洋的深水采樣設備由于自重大，其操作一般需要借助大型船舶，因此無法適用于無大型船舶的山區(qū)河道型深水庫等狹窄水域的深水采樣。目前，一些山區(qū)河道型水庫采用的小型深水采樣設備多為手動采樣器，這種采樣器存在下降深度有限、水深定位精度低、采樣準確性差及操作不便等問題，且大部分手動采樣器每次采樣都要將采樣器投入目標水體然后提出水面，尤其不能實現(xiàn)多點持續(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，人拉著費時費力，而且當前深水采樣器盛水筒的底部都裝有單向閥，頂部有出水口，出水口上轉動連接有蓋板，當此盛水筒向下沉時，單向閥被底部水頂開，向盛水筒內進水，同時盛水筒內的水把其頂部的蓋板頂開，向外出水，邊下邊取水，取水的過程是一個動態(tài)的過程，其無法進行定點取水，嚴重影響了深水采集的質量。

針對上述情況，為克服現(xiàn)有技術之缺陷，設計和研制了電動深水采樣器，有效解決了當前的深水采樣器無法定深取水導致取水質量不好等問題。該采樣器已獲國家知識產權局實用新型專利，專利號為ZL 2014 2 0150224.6。

1 結構組成

電動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個水管，水管上裝有2個球閥，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探頭和溫度檢測探頭;采樣繩連接有電葫蘆型收線盤。防水電磁閥、水深檢測探頭和溫度檢測探頭分別經導線連接在控制器上，控制器上連接有顯示屏。

2 工作原理

采用電動深水采樣器取樣時，先關閉盛水筒A端（為了方便描述，將一側的水管端命名為A端，將另一端命名為B端）的2個球閥和防水電磁閥;然后將盛水筒B端2個球閥和電磁閥打開并將其水管連接在真空泵上，對盛水筒進行抽真空，抽完真空后關閉此水管上的2個球閥和防水電磁閥;之后將A端的水管連接氮氣罐，打開A端的2個球閥和防水電磁閥對盛水筒進行充氮氣，再關閉A端防水電磁閥和2個球閥，再從B端進行抽真空，反復幾次，直到盛水筒內的氧氣完全排出，且最終根據(jù)所需采集的水深壓力，將盛水筒內的氮氣壓力和所需采集的水深壓力差保持在2～3個大氣壓，這樣有利于到深水時防水電磁閥的開閉。充氮氣完畢后，將兩端水管上的球閥全部打開，保持防水電磁閥閉合，將盛水筒放置到水中，同時下放采樣繩，經水深檢測探頭檢測盛水筒下降的深度，直到顯示屏上顯示的盛水筒下降到所需的深度時，停止放采樣繩。此時打開兩端的防水電磁閥，然后深層水灌入盛水筒內，之后再關閉兩端的防水電磁閥，經采樣繩將盛水筒提起，完成深水采集，溫度檢測探頭可以檢測水體溫度。

3 性能特點

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

4 應用情況

為測試電動深水采樣器的取樣效果，于2012年冬季分別采用電動深水采樣器和傳統(tǒng)采樣器（桶式深水采樣器）對黃河小浪底庫區(qū)的壩前及八里胡同口水質監(jiān)測斷面進行定深取樣，選取代表因子氨氮進行實驗室化驗分析，分析結果見表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，電動深水采樣器已用于小浪底庫區(qū)調查監(jiān)測采樣。

5 結語

自行設計和研制的電動深水采樣器適用于江河、湖泊、水庫等深水水域的定深采樣，具有操作簡單、密封性好、實用性強等特點，可以準確采集預定深度的水樣，且水樣可原位直接進入盛水筒中，能準確反映不同水深水質的真實情況，從而有效解決現(xiàn)深水采樣器無法定深取水的技術難題。

參考文獻：

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

收稿日期：2020-04-02

基金項目：水利部公益性行業(yè)科研專項（2011011006）。

作者簡介：毛予捷（1972—），女，大專，工程師，研究方向：水質分析與水資源保護。