电动深水采样器的研制与应用

毛予捷　肖翔群

摘 要：本文设计了一种电动深水采样器，有效地解决了当前深水采样器无法定点取水导致取水质量不好等问题。经实践验证可知，该种电动深水采样器取样效果良好。目前，该电动深水采样器已用于小浪底库区调查监测采样。

关键词：电动深水采样器;防水电磁阀;盛水筒;采样绳

中图分类号：TV149.3文献标识码：A文章编号：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

随着水资源开发利用强度加大和利用速度不断加快，人们的生态环境意识日益增强，国内外对水环境问题的重视程度也不断提升。目前，国内在环境保护及项目环境评价相关工作中均将水环境作为重点。作为水环境评价指标的水质要素是衡量水域破坏程度和饮用水是否健康的重要指标，准确的水质指标能为环保提供可靠的依据。水样采集是进行水环境评价的一项重要环节;它不是简单地进行水样收集，因为供分析的水样要有代表性，能准确反映水质参数的浓度和指标。

生化需氧量（BOD）、氮、磷等诸多水质要素无法通过在线监测获得，必须进行定点水样采集，然后通过室内水质分析获得[1]。目前，深水采样设备多用于海洋，而用于海洋的深水采样设备由于自重大，其操作一般需要借助大型船舶，因此无法适用于无大型船舶的山区河道型深水库等狭窄水域的深水采样。目前，一些山区河道型水库采用的小型深水采样设备多为手动采样器，这种采样器存在下降深度有限、水深定位精度低、采样准确性差及操作不便等问题，且大部分手动采样器每次采样都要将采样器投入目标水体然后提出水面，尤其不能实现多点持续采样。此外，传统的深水采样大都采用手拉采样绳向水底取水，由于需要深水采样，因此盛水筒上附加的配重较重，人拉着费时费力，而且当前深水采样器盛水筒的底部都装有单向阀，顶部有出水口，出水口上转动连接有盖板，当此盛水筒向下沉时，单向阀被底部水顶开，向盛水筒内进水，同时盛水筒内的水把其顶部的盖板顶开，向外出水，边下边取水，取水的过程是一个动态的过程，其无法进行定点取水，严重影响了深水采集的质量。

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，设计和研制了电动深水采样器，有效解决了当前的深水采样器无法定深取水导致取水质量不好等问题。该采样器已获国家知识产权局实用新型专利，专利号为ZL 2014 2 0150224.6。

1 结构组成

电动深水采样器包括密封的盛水筒和连接在盛水筒上的采样绳。其特征是盛水筒的两端分别连通有1个水管，水管上装有2个球阀，2球阀之间的水管上装有防水电磁阀，盛水筒外缘面上装有水深检测探头和温度检测探头;采样绳连接有电葫芦型收线盘。防水电磁阀、水深检测探头和温度检测探头分别经导线连接在控制器上，控制器上连接有显示屏。

2 工作原理

采用电动深水采样器取样时，先关闭盛水筒A端（为了方便描述，将一侧的水管端命名为A端，將另一端命名为B端）的2个球阀和防水电磁阀;然后将盛水筒B端2个球阀和电磁阀打开并将其水管连接在真空泵上，对盛水筒进行抽真空，抽完真空后关闭此水管上的2个球阀和防水电磁阀;之后将A端的水管连接氮气罐，打开A端的2个球阀和防水电磁阀对盛水筒进行充氮气，再关闭A端防水电磁阀和2个球阀，再从B端进行抽真空，反复几次，直到盛水筒内的氧气完全排出，且最终根据所需采集的水深压力，将盛水筒内的氮气压力和所需采集的水深压力差保持在2～3个大气压，这样有利于到深水时防水电磁阀的开闭。充氮气完毕后，将两端水管上的球阀全部打开，保持防水电磁阀闭合，将盛水筒放置到水中，同时下放采样绳，经水深检测探头检测盛水筒下降的深度，直到显示屏上显示的盛水筒下降到所需的深度时，停止放采样绳。此时打开两端的防水电磁阀，然后深层水灌入盛水筒内，之后再关闭两端的防水电磁阀，经采样绳将盛水筒提起，完成深水采集，温度检测探头可以检测水体温度。

3 性能特点

该电动深水采样器可用于江河、湖泊等深水水域以及水库的深水采样，使深水水样的水环境研究更加精确，其突出的特点为：①采样器上装有水深检测探头，性能稳定，能准确到达取水层位;②采样器上装有温度检测探头，可检测水底温度;③收线盘上装有电子显示屏，可直接显示水深和水温;④盛水筒内的压力和所需采集水深的压力差保持到2～3个大气压，可使深层水自动灌入盛水筒内;⑤盛水筒内充有氮气，可将氧气完全排出，检测BDO等因子时更加准确;⑥盛水筒为不锈钢材质，密封性好，不污染水质，能真实取出具有代表性的水样;⑦收线盘为电动，并配单钢丝绳上下提动盛水筒，操作简单，使用方便。

4 应用情况

为测试电动深水采样器的取样效果，于2012年冬季分别采用电动深水采样器和传统采样器（桶式深水采样器）对黄河小浪底库区的坝前及八里胡同口水质监测断面进行定深取样，选取代表因子氨氮进行实验室化验分析，分析结果见表1。

从表1可看出，采用传统的深水采样器取样，不同水深的氨氮较为接近;而采用电动深水采样器取样，随着水深的增加，氨氮浓度也逐渐增大，显示出明显的分层现象。

由于取样效果良好，电动深水采样器已用于小浪底库区调查监测采样。

5 结语

自行设计和研制的电动深水采样器适用于江河、湖泊、水库等深水水域的定深采样，具有操作简单、密封性好、实用性强等特点，可以准确采集预定深度的水样，且水样可原位直接进入盛水筒中，能准确反映不同水深水质的真实情况，从而有效解决现深水采样器无法定深取水的技术难题。

参考文献：

[1]薛田良.深水水文自动采样方法与控制系统研究[D].武汉：华中农业大学，2013.

收稿日期：2020-04-02

基金项目：水利部公益性行业科研专项（2011011006）。

作者简介：毛予捷（1972—），女，大专，工程师，研究方向：水质分析与水资源保护。