技術領域

本發(fā)明涉及環(huán)境監(jiān)測采樣器技術領域，具體而言，涉及一種可以用于淺水河道或湖泊等水體環(huán)境中的淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置及方法。

背景技術：

沉積物監(jiān)測是水體環(huán)境調查和科學研究中一項重要組成部分，對于研究水體中各種污染物的遷移轉化規(guī)律以及對底棲生物生態(tài)的影響具有重要意義。沉積物采樣裝置是水體環(huán)境監(jiān)測中必不可少的工具之一，目前我國公知的沉積物采樣裝置主要為抓斗式沉積物采樣裝置和柱狀沉積物采樣裝置。

抓斗式沉積物采樣裝置結構簡單、操作方便，但其依靠人為拋投并借助采樣裝置自身重量使其插入沉積物，難以控制深度，且對表層沉積物樣品擾動大、密閉性差，導致樣品流失、變質等問題，并不能反映真實的表層沉積物狀況。

柱狀沉積物采樣裝置通過垂直插入沉積物中獲取柱狀沉積物樣品，目前使用的柱狀沉積物采樣裝置有重力采樣裝置、振動活塞采樣裝置和重力活塞采樣裝置，這些采樣裝置大多結構復雜，體積較大且笨重，操作不便，價格昂貴。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術不足，提供一種淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置及方法，本發(fā)明能夠更有效且對沉積物無擾動的采樣，且能精確控制采樣沉積物厚度，同時操作簡單、造價低廉、操作方便，采樣過程對沉積物擾動較小，采得的樣品能反映沉積物真實情況。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置，其特征在于，包括：中空的采樣管、設置在采樣管內的活塞桿以及設置于桿柄活塞桿下端的活塞；所述采樣管與所述活塞滑動嵌合；所述活塞與水體接觸端安裝有一層濾水蓋；所述濾水蓋上開有過水孔；活塞桿為中空的桿體，所述中空的桿體下端為開口并且穿過所述活塞與所述濾水蓋連接；中空的桿體的下端的桿體內設有止回瓣，中空的桿體的上端與排水軟管連通。

進一步的，所述采樣管和所述活塞桿為硬質材料。

進一步的，所述硬質材料為不銹鋼。

進一步的，所述采樣管與沉積物接觸端為楔形卡扣形狀，以利于在采樣沉積物后沉積物保持在所述采樣管內。

進一步的，所述采樣管標有刻度；所述活塞桿表面也標有刻度，所述活塞桿表面的刻度在所述活塞推至采樣管接觸沉積物端的最下端時，與所述采樣管的刻度保持一致。

進一步的，所述活塞桿包括兩根中空的桿體，兩根中空的桿體的上端與把柄形成“π”型連接并與排水軟管連通。

進一步的，所述兩根中空的桿體于把柄中合至一根，形成排水軟管。

進一步的，所述活塞采用橡膠材料；所述濾水蓋上的過水孔的孔徑為1~2mm。

進一步的，所述中空的桿體與所述活塞采樣固定或者可拆卸連接。

進一步的，所述活塞桿下端設有螺紋段，所述濾水蓋與所述活塞套設在所述螺紋段上，通過螺母兩端固定。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采取的另一種技術方案為：

淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：將上述的淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置中的活塞桿拉至上端最高處，并將淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置垂直緩緩放置至采樣水域中；

步驟二：當所述采樣管接觸至沉積物表面時，記下所述采樣管空氣與水體接觸處外表面刻度L mm，根據需要采取沉積物的表層厚度a mm，將所述采樣管緩緩插入，當所述采樣管空氣與水體接觸處外表面刻度顯示至(L+a) mm時，停止插入；

步驟三：緩緩將所述活塞桿推向與沉積物接觸端，當所述活塞桿與所述采樣管上部重合處刻度顯示為L mm時，停止推入；

步驟四：將淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置整體緩緩拿出，在氮氣氛圍下，將所述活塞桿推至最下端，再將采集的沉積物保存。

本發(fā)明根據淺水沉積物采樣的實際需求，開發(fā)了一種適合于淺水水體沉積物無擾動、操作方便的柱狀采樣裝置及采樣方法，其有益效果是：

1、采用止回瓣排水結構，將沉積物上的上覆水排出，減少水層對沉積物的壓力，使活塞下儲存沉積物區(qū)域形成負壓，能夠使沉積物隨采樣裝置一同脫離水體。采樣過程中對表層沉積物無擾動，多孔濾水蓋的設計能有效提高排水效率和防止軟管堵塞；

2、采樣管和活塞桿上表面均標有刻度，可以采取不同厚度的表層沉積物，且能有效控制活塞最終推進位置，使得沉積物和上覆水無擾動分開；

3、采樣管與沉積物接觸端采用楔形卡扣設計，楔形有益于采樣裝置插入沉積物?？墼谘b有沉積物采樣裝置取出水體時，和活塞形成的負壓同時保持沉積物附著在采樣管中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結構示意圖。

圖2是本發(fā)明中活塞桿及活塞結構示意圖。

圖3是圖1中A處的局部放大結構示意圖（采樣管與沉積物接觸端剖面圖）。

圖4是圖2中B處的局部放大結構示意圖（活塞桿內置軟管匯合圖）。

圖5是圖2中C處的局部放大結構示意圖。

圖6是本發(fā)明中活塞下端的濾水蓋的結構示意圖。

圖1至圖6中，1-采樣管，2活塞桿，3-排水軟管，4-活塞，5-止回瓣，6-螺母，7濾水蓋。

具體實施方式

結合以下具體實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。實施本發(fā)明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之處，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內容。

實施例1

本發(fā)明中淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置是通過止回瓣排水而防止進水的無擾動柱狀采樣器，通過活塞形成負壓和楔形卡扣附著，使得沉積物樣品能隨采樣裝置一同取出，完成整個采樣過程。

本淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置，包括：中空的采樣管1、設置在采樣管1內的活塞桿2以及設置于桿柄活塞桿2下端的活塞4；所述采樣管1與所述活塞4滑動嵌合；所述活塞4與水體接觸端安裝有一層濾水蓋7；所述濾水蓋7上開有多個小面積的過水孔；活塞桿2為中空的桿體，所述中空的桿體下端為開口并且穿過所述活塞4與所述濾水蓋7連接；中空的桿體的下端的桿體內設有止回瓣5，中空的桿體的上端與排水軟管連通。

進一步的，所述采樣管1和所述活塞桿2為硬質材料。所述硬質材料為不銹鋼。所述采樣管1與沉積物接觸端為楔形卡扣形狀，以利于在采樣沉積物后沉積物保持在所述采樣管1內。所述采樣管1標有刻度；所述活塞桿2表面也標有刻度，所述活塞桿2表面的刻度在所述活塞4推至采樣管1接觸沉積物端的最下端時，與所述采樣管1的刻度保持一致。所述活塞桿2包括兩根中空的桿體，兩根中空的桿體的上端與把柄形成“π”型連接并與排水軟管連通。所述兩根中空的桿體于活塞的把柄中合至一根，形成排水軟管3。所述活塞4采用橡膠材料；所述濾水蓋7上的過水孔的孔徑為1~2mm。所述中空的桿體與所述活塞4采樣固定或者可拆卸連接。所述活塞桿2下端設有螺紋段，所述濾水蓋7與所述活塞4套設在所述螺紋段上，通過螺母6兩端固定。

如圖1、圖2、圖4和圖5所示，本實施例1中，淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置，包括采樣管1，以及內嵌在采樣管1中的活塞桿2，以及安置在中空活塞桿2中的排水軟管3和止回瓣5，排水軟管3和止回瓣5連接于活塞4一端，活塞4另一端加有濾水蓋7。本實施例1中所提出的采樣裝置中采樣管1由不銹鋼制成，活塞桿2由PVC制成，活塞4采用橡膠制成，止回瓣5采用硅膠制成。本實施例1中所提出的采樣裝置中采樣管1的A區(qū)域設計為楔形卡扣形狀，利于在采樣沉積物后沉積物保持在采樣管1內。本實施例1中所提出的采樣裝置中采樣管1和活塞桿2可根據采樣水域的水體深度設計長度，并在采樣管1和活塞桿2外表面從接觸沉積物端開始標有刻度，且保持一致，這能夠精確采集沉積物的厚度。本實施例1中所提出的采樣裝置中活塞桿2使用兩根中空活塞桿，并與一根中空活塞柄形成“π”型連接，使得內通的排水軟管3在中空活塞柄中連接排水。本實施例1中所提出的采樣裝置中活塞4與采樣管1滑動嵌合，活塞桿2穿過活塞4和濾水蓋7，用螺母6進行固定，濾水蓋7上方可預留一定空間作為排出的上覆水積水地，上覆水通過中空活塞桿中的止回瓣5與沉積物分離，且有效防止上覆水由于重力作用回流。

實施例2

本淺水表層沉積物無擾動的的采樣方法，包括以下步驟：

步驟一：將權利要求實施例1中所述的淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置中的活塞桿2拉至上端最高處，并將淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置垂直緩緩放置至采樣水域中；

步驟二：當所述采樣管1接觸至沉積物表面時，記下所述采樣管1空氣與水體接觸處外表面刻度L mm，根據需要采取沉積物的表層厚度a mm，將所述采樣管1緩緩插入，當所述采樣管1空氣與水體接觸處外表面刻度顯示至(L+a) mm時，停止插入；

步驟三：緩緩將所述活塞桿2推向與沉積物接觸端，當所述活塞桿2與所述采樣管1上部重合處刻度顯示為L mm時，停止推入；

步驟四：將淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置整體緩緩拿出，在氮氣氛圍下，將所述活塞桿2推至最下端，再將采集的沉積物保存。

使用本淺水表層沉積物無擾動的柱狀采樣裝置前應檢查所述活塞4與所述采樣管1之間的滑動嵌合性，以及各部位之間的連接是否穩(wěn)固；

實施例3

本實施例3中采用本淺水表層沉積物柱狀采樣裝置及方法，對實驗室使用柱狀有機玻璃裝置模擬黑臭河道的沉積物進行取樣實驗。

本實施例3中，模擬黑臭河道的柱狀有機玻璃裝置內徑為0.14 m，高為1.00 m，底泥鋪有0.05 m細沙，從黑臭河道采回的沉積物厚度為0.3 m，上覆水高度為0.6 m，本次沉積物取表層5 cm的沉積物。

首先，根據模擬黑臭河道深度，制備1 m的采樣管1和1.2 m的活塞桿2。安裝并調試采樣裝置，確保采樣裝置穩(wěn)固以及活塞桿2能在采樣管1中正常滑動嵌合。

接著將活塞桿2拉至最高處，再將采樣裝置緩緩并確保垂直放入模擬河道中。當采樣管1外表面的液面顯示刻度為0.6 m時，表面采樣管1底端以及接觸沉積物。此時，緩緩將采樣管1用力插入沉積物，當采樣管1外表面的液面顯示刻度為0.65 m時，停止插入。

隨后將活塞桿2緩緩推入水中，推入的過程中可以將排水軟管3接入另備容器中，可減少對模擬河道的干擾。當活塞桿2在采用管1最高端處刻度為0.6 m時，停止推入。

最后，取出采樣裝置。將采樣管1含有沉積物樣品一端放入保存樣品容器中，并將活塞桿2推入至底，再將采集的沉積物放置保存。

實施例4

本實施例4中采用本淺水表層沉積物柱狀采樣裝置及方法，對某淺水型黑臭河道的沉積物進行取樣實驗。

本實施例中，采樣水域水深1.5 m，沉積物厚度大于0.5 m，水流速度緩慢，本次沉積物取表層5 cm的沉積物。

首先，根據黑臭河道深度，制備2 m的采樣管1和2.2 m的活塞桿2。安裝并調試采樣裝置，確保采樣裝置穩(wěn)固以及活塞桿2能在采樣管1中正?；瑒忧逗稀?/p>

接著將活塞桿2拉至最高處，再將采樣裝置緩緩并確保垂直放入河道中。當采樣管1外表面的液面顯示刻度為1.5 m時，表面采樣管1底端以及接觸沉積物。此時，緩緩將采樣管1用力插入沉積物，當采樣管1外表面的液面顯示刻度為1.55 m時，停止插入。

隨后將活塞桿2緩緩推入水中，當活塞桿2在采用管1最高端處刻度為1.5 m時，停止推入。

最后，取出采樣裝置。將采樣管1含有沉積物樣品一端放入保存樣品容器中，并將活塞桿2推入至底，再將采集的沉積物放置保存。

本發(fā)明的保護內容不局限于以上技術方案，在不背離發(fā)明構思的精神和范圍下，本領域技術人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權利要求書為保護范圍。