一种用于河道污染物输移模拟的三维取样方法技术

一种用于河道污染物输移模拟的三维取样方法，其特征在于进行污染物输移现场模拟试验时，双体船先于污染团到达测试断面，待污染团接近测试断面时，调整双体船位置，使污染团位于两艘船之间不受扰动，然后采用多点取样器提取该断面不同水深、不同起点距的水样，以测出河道污染物浓度的三维分布。本发明专利技术提出的三维取样方法，实现了对多个采样点同时、快速取样，保证了所取水样的代表性和真实性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境水利工程研究的
，涉及。采用该取样方法及所设计的取样装置，能够沿着污染团的输移路径同时采取监测断面上不同水深、不同起点距处的水样，继而形成河道污染物浓度三维分布图。
技术介绍
近年来突发性水污染事件频发，进行河流中污染物扩散规律研究显得尤为重要。污染物扩散现场试验是通过在上游释放示踪剂，并对下游采集的水样进行分析，通过水样的数据结果来确定不同污染物的扩散规律。在河道污染物输移过程中，由于受到的自然因素影响十分复杂，所以获得的结果往往是多种因素引起的综合性结果。目前在污染物输移的研究方面，室内模型试验及数学模型计算都存在着一定的局限性(顾佩玉，严履.水环境研究和水质模型概述.交通环保，1988，Z1:13-20)。因此，为了研究河流中污染物质的混合、输移、转化在时间和空间上分布、变化的规律，进行污染物输移的现场试验是十分必要的。在污染物输移的现场试验中，既要实现水样的定点采取，同时还要使所取的样品具有真实性，这就要求取样装置能满足安全、易操作、取样时间短、取样位置精确、对河水流场扰动尽可能小等多方面要求。同时，要想使水样数据客观地反映出水体的水质变化规律，除了要求水质分析方法要有足够的精密度、准确度和灵敏度外，还要求所采取的水样要有足够的代表性。然而，目前绝大部分的水质监测在取样时仍无法实现多点水样的同时采取(周慰祖.水质监测取样方法的探讨.水文，1984，01:50-54)。水质现场监测过程中还存在所取的断面偏少，监测手段过于单一，信息流通量不够等问题(白光明，兴安，朝鲁门.黄河水质监测的分析方法研究.北方环境，2013，01:124-126)，无法保证所取水样的真实性和代表性。现场试验通常是在真实河道上实施取样方案，在取样过程中，往往是通过搭建水上取样系统来实现水样的采取。取样系统一般包括水上操作平台和所配备的各种监测仪器。目前常用的取样系统有单充气船取样系统、双缆线取样系统、双管道取样系统等，但由于试验技术的限制，在取样过程中难以达到取样过程中各个要求间的有效统一。如单充气船取样系统在取样过程中，试验人员通过船桨划船到达取样点，而船桨会扰动流态，破坏流场，使所取样品不具代表性；双缆线取样系统和双管道取样系统虽然避免了在取样过程中对水体的扰动，但其试验装置复杂、建设成本高、建设周期长、可移动性差，从而降低了取样、监测的效率。尤其应该注意的是，污染物的输移试验需要监测不同断面上多位置处水样的水质参数。这要求对同一断面不同起点距和水深处水样采取所用的时间间隔必须足够短，这样监测的结果才能代表该断面同一时间污染物的分布情况。目前国内外最普遍的水质取样方法就是吊桶打水取样，由于这种方法有很大的随机性，因此在大多数情况下，尤其在污水非稳定排放情况下，所取到的水样往往缺乏代表性和真实性，得到的分析数据与真实情况有一定差距(陈耀章，张家芳，庄捷，许栋.S — 700自动水质取样器的研制.石油化工环境保护，1995，01:8-11+60)。同时，目前绝大多数采样系统所配备的取样装置一般为单点取水，取样器在取样过程中，每取样一次后，都需清洗取样器，然后才能进行下一个取样，取水效率低。而要实现多个水样的同时采取，往往是通过增加人力进行多人操作的方法来实现的(白光明，兴安，朝鲁门.黄河水质监测的分析方法研究.北方环境，2013，01:124-126)。此外，传统取样装置体积较大，在取样过程中，仪器要放入水下，这可能会对取样位置处的流场产生较大的扰动。本申请者设计的三维取样方法，能够适应不同河道环境的水样采取工作。该方法通过对取样装置的控制，实现跟随污染团的路径行驶，有助于更好地观测污染物的输移规律。本专利技术设计的三维取样方法需要应用相应的取样装置，该取样装置的操作平台由双体船与木板搭建连接，两双体船之间的设备不与水体直接接触，而双体船的位置则由试验人员通过固定在河岸的工字轮收、放缆绳来进行控制，有效地避免了船体在移动过程中对水体的扰动。同时设计的三维取样装置配备了自行研制的多点取样器，该装置取样器操作简单，没入水体体积小，能够同时满足安全、易操作、对河水流场小扰动等多方面的要求，并实现了对多个采样点同时、快速取样，减小了取样过程中的先后误差，保证了所取水样的代表性和真实性。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供。本专利技术的技术方案如下:在实施该取样方法前，首先根据河道走势以及取样点的位置选取合适的控制点，并在选取的控制点位置布置用于缆绳收放的工字轮。每艘充气船尾部都连有一根缆绳，通过该缆绳与岸上的工字轮相连。工字轮固定在河流两岸的上下游，试验人员通过转动工字轮收缩或释放缆绳来控制双体船的位置，在不需要改变双体船位置时，将工字轮固定即可。然后利用实现本专利技术方法的取样装置进行取样。该取样装置主要包括双体船取样平台和多点取样器。双体船取样平台主要由充气船和承重板两部分构成。承重板两端各搭接在充气船上，并通过螺栓连接。承重板的中间部分连接有小号承重板，与承重板搭接成井字形。小号承重板上通过焊接的T型支架固定可遥控的自动升降系统。自动升降系统上设有升降杆、提拉杆以及固定多点取样器的固定凹槽，其动力则由放置于一侧的蓄电池提供。自动升降系统上装载多个多点取样器，并且可以单独控制固定后的每一个多点取样器。承重板与充气船之间添加海绵垫板、钢架和减压板，添加的各层之间通过螺栓进行固定连接，以使双体船均衡受力。钢架的头部与端部均通过焊接的竖向铁板固定在双体船上，防止双体船上的承重部分与双体船发生错动。钢架上还焊有铁垫板，铁垫板朝下放在减压板上。通过垫层的施加，将承重板的重量均匀的分布在双体船上，使其受力稳定。同时双体船取样平台还装载流速仪、样品瓶、收纳箱等试验器材。取样时，到达取样断面后，应先确保取样装置和该取样断面对齐，再控制自动升降系统将对应的多点取样器降低到取样高度，操作多点取样器即可。多点取样器主要包括固定装置、收集装置、控制装置和动力装置4部分。固定装置由横向支架、盖板和竖向支架三部分组成，其中横向支架与盖板均为长木块同心打孔制成，同时横向支架与盖板之间还设有多个螺栓孔，便于两者固定。在横向支架的左右两侧分别设有竖向支架，并用螺丝进行固定。横向支架的北侧还设有一个方形滑槽，作为方形滑块的滑道。收集装置包括多个大容量注射器，各注射器通过横向支架与盖板进行固定，在试验取样前，每个注射器都已充分清洗。控制装置由固定扣、方形滑块、刻度柱、胶管和夹子构成，横向支架的方形滑槽内设有可以滑动的方形滑块，方形滑块可以在方形滑槽内任意移动，并由固定扣对其位置进行固定。方形滑块与刻度柱的顶端相连，刻度柱由空心铝杆制成。每一个注射器的前端都与胶管相连，胶管的尾部都固定一个夹子，夹子主要用于将胶管固定于刻度柱上。试验取样时，通过移动方形滑块的位置来调节取样位置的起点距，通过移动夹子在刻度柱的位置来确定取样位置的水深。这样便实现了多点取样器在取样断面上任意位置处水样的采取。动力装置主要由摇把、转动轴和轴承3部分构成。位于横向支架左右两侧的竖向支架顶端用螺栓固定两个立式轴承。用顶丝将转动轴固定于两个轴承之间。转动轴的一端与摇把连接，并用顶丝固定。在转动轴上，根据注射器的位置与其数量选取喉卡的固定位置，每个喉卡固定1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于河道污染物输移模拟的三维取样方法，其特征包括如下步骤：该三维取样方法使用的三维取样装置结构如下：由双体船取样平台和多点取样器组成，所述的双体船取样平台主要由充气船和承重板两部分构成；承重板两端各搭接在充气船上，并通过螺栓连接；承重板与充气船之间添加海绵垫板、钢架和减压板，添加的各层之间通过螺栓进行固定连接；钢架的头部与端部均通过焊接的竖向铁板固定在双体船上；钢架上焊有铁垫板，铁垫板朝下放在减压板上；承重板的中间部分连接有小号承重板，与承重板搭接成井字形；小号承重板上通过焊接的T型支架固定可遥控的自动升降系统；自动升降系统上设有升降杆、提拉杆以及固定多点取样器的固定凹槽，其动力由放置于一侧的蓄电池提供；自动升降系统上装载多个多点取样器；多点取样器主要由固定装置、收集装置、控制装置和动力装置4部分构成；固定装置由横向支架、盖板和竖向支架三部分组成，其中横向支架与盖板均为长木块同心打孔制成，同时横向支架与盖板之间还设有多个螺栓孔；在横向支架的左右两侧分别设有竖向支架，并用螺丝进行固定；横向支架的北侧还设有一个方形滑槽，作为方形滑块的滑道；收集装置包括多个大容量注射器，各注射器通过横向支架与盖板进行固定；控制装置由固定扣、方形滑块、刻度柱、胶管和夹子构成，动力装置主要由摇把、转动轴和轴承3部分构成；位于横向支架左右两侧的竖向支架顶端用螺栓固定两个立式轴承；用顶丝将转动轴固定于两个轴承之间；转动轴的一端与摇把连接，并用顶丝固定；在转动轴上根据注射器的位置与其数量选取喉卡的固定位置，每个喉卡固定1根钢丝吊线，钢丝吊线的另一端连接一个弹簧勾；用弹簧勾与注射器尾部的圆环相连；使用上述装置进行河道污染物输移模拟的三维取样，步骤如下：1)根据河道走势以及取样点的位置选取控制点，在控制点位置布置用于缆绳收放的工字轮；2)在双体船取样平台上对所有多点取样器进行调试，通过移动方形滑块与刻度柱的位置调节取样位置的起点距；通过移动夹子在刻度柱的位置确定取样位置的深度；并将调试好的多点取样器按照取水断面次序进行编号，并依次固定于自动升降系统的固定凹槽内；然后在河流中施放示踪剂后，指挥岸上的工字轮控制人员通过缆绳使充气船先于污染团到达某控制断面；3)当污染团临近该断面时，调整双体船的位置，使污染团位于两艘充气船之间、不受干扰；并使取样装置与该取样断面对齐；然后再用流速仪测定该断面流速、水温、水深等水温参数，并用遥控自动升降系统将对应的多点取样器降低到取样高度，旋转多点取样器的摇把转动轴，该转动轴再带动其上固定的钢丝吊线，同时对取样器上多个位置处抽取水样；多点取样器在取样前不进入水体，在取样时仅连接有胶管的刻度柱没入水体；4)水样采集完毕后，通过自动升降系统将多点取样器抬升至原有高度；同时，指挥岸上工字轮控制人员同步收、放缆绳，使双体船追逐污染团顺水行进至下一断面，重复上述水文测量和水样采取过程；5)待所有取样断面取样结束后，将各多点取样器于各断面所采取的水样进行统一标号、收集。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，宋国栋，王瑞奇，武正诚，徐向舟，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21