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编辑：中冶有色技术网
来源：广东省有色矿山地质灾害防治中心
权利要求
1.倾斜式地下水采样方法，包括在需要进行地下水环境调查的区域设定采样区域及采样深度；根据所述采样区域和所述采样深度在需要进行地下水环境调查的区域设定钻孔点，利用钻机从所述钻孔点钻设，形成倾斜式采样井；其特征在于，进行水采样前，还包括以下步骤，在所述倾斜式采样井内的预设采样深度的下方位置均放置栓塞,分别使所述栓塞膨胀并与所述倾斜式采样井的井壁紧密接触；
安装地下水取样器，分别对位于两个栓塞之间的水样本和最上层位置的栓塞以上的水样本进行采样检测。
2.根据权利要求1所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，设定的采样深度至少有一个且位于待取水样的水位以下1.0m之内。
3.根据权利要求1所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，当待取水样的水位小于预设水位值时，设定的采样深度为两个且分别位于待取水样的水位以下1.0m之内和待取水样的水位以下3/4位置处。
4.根据权利要求1所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，当待取水样的水位大于预设水位值时，设定的采样深度为三个且分别位于待取水样的水位以下1.0m之内、待取水样的水位以下1/2位置处和待取水样的水位以下3/4位置处。
5.根据权利要求1所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，利用钻机从钻孔点钻设施工前，先根据采样深度和钻孔点，结合需要进行地下水环境调查的区域实际情况，设定所述钻机的倾斜角度并固定所述钻机的位置，控制所述钻机按预设行进轨迹行进。
6.根据权利要求5所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，利用钻机从钻孔点钻设施工时，实时监测所述钻机的钻头的行进轨迹。
7.根据权利要求6所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，当所述钻机的钻头的行进方向与预设行进轨迹方向不符时，调整所述钻机的钻头的行进方向，直至所述钻机的钻头的行进方向符合预设行进轨迹方向。
8.根据权利要求6所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，当所述钻机的钻头的行进深度与预设行进轨迹的深度不符时，调整所述钻机的钻头的行进深度，直至所述钻机的钻头的行进深度符合预设行进轨迹深度。
9.根据权利要求1所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，利用钻机从钻孔点钻设施工、形成倾斜式采样井后，先测量井内的静水位。
10.根据权利要求9所述的倾斜式地下水采样方法，其特征在于，测量井内的静水位前，对所述倾斜式采样井进行洗井操作。
说明书
技术领域
本发明涉及地下水采样技术领域，尤其是涉及倾斜式地下水采样方法。
背景技术
地下水与含水介质长期接触，携带了大量信息，所以人们常常出于各种目的采集地下水样本品进行分析，以获取有用信息。
目前，地下水的采样大多是采用钻孔构建地下水采样井的方法。钻孔一般是采样钻机在场地垂直地面钻入或推入一定深度，然后置入井管，在井壁与井管之间填充石英砂及膨润土进行过滤及封堵，洗净后再在地下水井中采集地下水样本品。抽水时，首先流出的是井管内部的存水，随后是筛管外滤料层中的存水，最后才是从其导通的含水层中流出来的新鲜地下水样本品。这种方法构建的地下水采样井都是垂直于地面的。
而对于需要知道一些特殊物体如建筑物、构筑物、填埋场、河流、湖泊、古迹保护区、重要设施等的底部地下水环境状况，却无法或不能从上部进行钻孔建井时，需要采用倾斜式地下水采样。
现有的倾斜式地下水采样方法在进行分层采样时，一般是利用止水管材对各层的采样区域进行止水处理后再分层取样，扩孔费用高，需要施工人员具有良好的施工处理经验，否则止水效果差,很难获得不同含水层准确的水质信息。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：现有的倾斜式地下水采样方法在进行分层采样时操作难度大，难以保证测量的准确性。
发明内容
本发明目的是提供一种倾斜式地下水采样方法，具有提高测量结果准确性的特点。
本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种倾斜式地下水采样方法，包括在需要进行地下水环境调查的区域设定采样区域及采样深度；根据所述采样区域和所述采样深度在需要进行地下水环境调查的区域设定钻孔点，利用钻机从所述钻孔点钻设，形成倾斜式采样井；其特征在于，进行水采样前，还包括以下步骤，在所述倾斜式采样井内的预设采样深度的下方位置均放置栓塞,分别使所述栓塞膨胀并与所述倾斜式采样井的井壁紧密接触；
安装地下水取样器，分别对位于两个栓塞之间的水样本和最上层位置的栓塞以上的水样本进行采样检测。
通过采用上述技术方案，在需要进行地下水环境调查的区域设定采样区域、采样深度及钻孔点，利用钻机从钻孔点钻设，形成倾斜式采样井，以实现倾斜式地下水采样，解决无法或不能从上部进行钻孔建井的问题；将栓塞分别放置在倾斜式采样井内的预设采样深度的下方位置,分别使栓塞膨胀并与倾斜式采样井的井壁紧密接触，使得栓塞产生止水作用，同时，倾斜式采样井内预设采样深度区域内的水样被膨胀的栓塞分隔，减少了同一钻孔的不同深度的水样之间因扰动等相互影响而降低了不同深度的水样的检测结果的准确性；安装地下水取样器，分别对位于两个栓塞之间的水样本和最上层位置的栓塞以上的水样本进行采样检测，实现在同一孔径钻孔中不同深度水样的抽水取样，不同采样深度的水样的水质信息更具代表性、更准确，提高了测量结果的准确性。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：设定的采样深度至少有一个且位于待取水样的水位以下1.0m之内。
通过采用上述技术方案，位于待取水样的水位以下1.0m之内的水样杂质较少，使得采取的水样本更具代表性，检测结果更准确。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：当待取水样的水位小于预设水位值时，设定的采样深度为两个且分别位于待取水样的水位以下1.0m之内和待取水样的水位以下3/4位置处。
通过采用上述技术方案，根据待取水样的水位，设置采样点的数量和采样点的位置，以更全面地检测水样的水质情况，同时，水样更具代表性，使得采取的水样本更具代表性，检测结果更准确。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：当待取水样的水位大于预设水位值时，设定的采样深度为三个且分别位于待取水样的水位以下1.0m之内、待取水样的水位以下1/2位置处和待取水样的水位以下3/4位置处。
通过采用上述技术方案，根据待取水样的水位，设置采样点的数量和采样点的位置，以更全面地检测水样的水质情况，同时，水样更具代表性，使得采取的水样本更具代表性，检测结果更准确。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：利用钻机从钻孔点钻设施工前，先根据采样深度和钻孔点，结合需要进行地下水环境调查的区域实际情况，设定所述钻机的倾斜角度并固定所述钻机的位置，控制所述钻机按预设行进轨迹行进。
通过采用上述技术方案，根据采样深度和钻孔点，结合需要进行地下水环境调查的区域实际情况，设定钻机的倾斜角度并固定钻机的位置，有利于钻机更准确地对需要进行地下水环境调查的区域的钻孔建井采样；控制钻机按预设行进轨迹行进，使钻机的钻孔建井位置更符合采样要求，利于地下水采样。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：利用钻机从钻孔点钻设施工时，实时监测所述钻机的钻头的行进轨迹。
通过采用上述技术方案，利用钻机从钻孔点钻设施工时，实时监测钻机的钻头的行进轨迹，以实时了解钻机的行进轨迹，进而在发现错误时及时进行纠偏。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：当所述钻机的钻头的行进方向与预设行进轨迹方向不符时，调整所述钻机的钻头的行进方向，直至所述钻机的钻头的行进方向符合预设行进轨迹方向。
通过采用上述技术方案，当钻机的钻头的行进方向与预设行进轨迹方向不符时，调整钻机的钻头的行进方向，使得钻机的钻头的行进方向符合预设行进轨迹方向，使钻机的钻孔建井位置更符合采样要求，利于地下水采样。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：当所述钻机的钻头的行进深度与预设行进轨迹的深度不符时，调整所述钻机的钻头的行进深度，直至所述钻机的钻头的行进深度符合预设行进轨迹深度。
通过采用上述技术方案，当钻机的钻头的行进深度与预设行进轨迹的深度不符时，调整钻机的钻头的行进深度，使得钻机的钻头的行进深度符合预设行进轨迹深度，使钻机的钻孔建井位置更符合采样要求，利于地下水采样。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：利用钻机从钻孔点钻设施工、形成倾斜式采样井后，先测量井内的静水位。
通过采用上述技术方案，采样前先测量井内的静水位，通过获取水位信息作为水样本分析的参照信息，有利于更准确地进行水样本分析。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：测量井内的静水位前，对所述倾斜式采样井进行洗井操作。
通过采用上述技术方案，洗井的目的在于清除地下水中的泥沙或混浊物，确保采集的水样本具有代表性，采样分析结果更准确。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.一种倾斜式地下水采样方法实现了在同一孔径钻孔中不同深度的含水层的分层抽水取样，施工难度降低且止水效果好，提高了测量结果的准确性；
2.设置合理的采样深度使得采取的水样本更具代表性，检测结果更准确；
3.设定钻机的倾斜角度并固定钻机的位置，有利于钻机更准确地对需要进行地下水环境调查的区域的钻孔建井采样；
4.控制钻机按预设行进轨迹行进，使钻机的钻孔建井位置更符合采样要求，利于地下水采样；同时，实时监测钻机的钻头的行进轨迹，以实时了解钻机的行进轨迹，进而在发现错误时及时进行纠偏；
5.采样前先测量井内的静水位，通过获取水位信息作为水样本分析的参照信息，有利于更准确地进行水样本分析；
6.洗井操作清除了地下水中的泥沙或混浊物，确保采集的水样本具有代表性，采样分析结果更准确。
附图说明
图1是本发明其中一实施例的一种倾斜式地下水采样方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
本发明实施例提供一种倾斜式地下水采样方法，包括在需要进行地下水环境调查的区域设定采样区域及采样深度；根据采样区域和采样深度在需要进行地下水环境调查的区域设定钻孔点，利用钻机从钻孔点钻设，形成倾斜式采样井。
本发明实施例中，进行地下水采样前，还包括将栓塞分别放置在倾斜式采样井内的预设采样深度的下方位置,使栓塞膨胀并与倾斜式采样井的井壁紧密接触；安装地下水取样器，分别对位于两个栓塞之间的水样本或最上层位置的栓塞以上的水样本进行采样检测。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合说明书附图对本发明实施例作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种倾斜式地下水采样方法，方法的主要流程描述如下。
如图1所示：
对于需要知道一些特殊物体底部地下水环境状况时，如建筑物、构筑物、填埋场、河流、湖泊、古迹保护区、重要设施等，采用倾斜式地下水分层采样。
首先，对需要进行地下水环境调查的区域划分平面网格，根据区域面积的大小按矩阵形式设定网格的数量。本实施例中，当区域面积为100km²，网格的数量为10*10。完成网格设定后，以中心网格为圆心，以预设数值为半径，沿圆周方向间隔设置预设数量取样点。本实施例中，10*10的网格，以5米为预设半径，预设数量取样点数量为8个。取样点随需要进行地下水环境调查的区域面积的增加而增加。需要进行地下水环境调查的区域面积每增加15km²，预设数量取样点数量增加1个。所有取样点连接围合形成的区域和以采样点为圆心、预设数值为半径形成的圆面积区域设定为采样区域。取样点位于采样区域内。
设定的采样深度至少有一个且位于待取水样的水位以下1.0m之内。当待取水样的水位小于预设水位值时，设定的采样深度为两个且分别位于待取水样的水位以下1.0m之内和待取水样的水位以下3/4位置处。当待取水样的水位大于预设水位值时，设定的采样深度为三个且分别位于待取水样的水位以下1.0m之内、待取水样的水位以下1/2位置处和待取水样的水位以下3/4位置处。本实施例中，预设水位值可以为20m。
待取水样取样时，至少分别对一个连续水文年的枯、平、丰水期的地下水位、水质各监测一次。
在采样区域内的取样点所在位置的附近区域设定钻孔点，再结合采样深度大小和需要进行地下水环境调查的区域实际情况，设定钻机的倾斜角度并固定钻机的位置，控制钻机按预设行进轨迹行进，进行钻孔点向预设采样深度点进行倾斜式采样井的施工。本实施例中，倾斜角度可以为30°。
在利用钻机从钻孔点钻设施工时，实时监测钻机的钻头的行进轨迹。当钻机的钻头的行进方向与预设行进轨迹方向不符时，调整钻机的钻头的行进方向，直至钻机的钻头的行进方向符合预设行进轨迹方向。当钻机的钻头的行进深度小于预设行进轨迹的深度时，调整钻机的钻头的行进深度，直至钻机的钻头的行进深度符合预设行进轨迹深度。
具体地，当需要调整钻机的钻头行进轨迹方向或行进深度时，通过监控仪观察导向钻头的朝向。通过旋转、推进钻杆，控制钻杆往上行进、在地下向左、向右及向 下方向行进。
当形成倾斜式采样井后，对倾斜式采样井进行洗井操作。洗井的目的在于清除地下水中的泥沙或混浊物，确保采集的水样本具有代表性，采样分析结果更准确。
洗井工具的选择取决于采样井的内径、采样深度、井内水的体积、采样井可接近的难易程度等。本实施例中，洗井工具可以为真空泵。洗井工具的材质选择需要考虑能引起地下水产生化学和物理变化的各种因素。本实施例中，真空泵的材质可以为不锈钢。
洗井时，抽出的水量至少为倾斜式采样井体积的3倍。
洗井时需要定时检测抽出水样本的温度、PH和电导率等水文指标，以用于判断洗井操作是否达到要求。同时，温度、PH和电导率等水文指标参数对地下水质具有重要的指示作用，也可以作为新鲜地下水稳定流出的标志信号，使得获取的水样本更具有代表性，检测结果更准确。
当连续测量预设次数的温度值、PH值和电导率值后，而且各温度值稳定在±0.2摄氏度，各PH值稳定在±0.1，各电导率值稳定在±3%，可以认为洗井操作符合要求。本实施例中，预设次数可以三次。
洗井操作达到预设时间后再进行水样本采样。本实施例中，洗井操作2小时后进行水样本采样。
采样前，先测量采样井内的静水位，水位信息是地下水工作的核心信息，通过获取水位信息作为水样本分析的参照信息，有利于更准确地进行水样本分析。
待井内的静水位测量完毕后，在倾斜式采样井内的各个预设采样深度的下方位置均放置栓塞,分别使栓塞充高压氮气膨胀，直至栓塞与倾斜式采样井的井壁紧密接触，以产生止水作用，同时，倾斜式采样井被膨胀的栓塞分隔成若干段。
安装地下水取样器，分别对位于两个栓塞之间的水样本和最上层位置的栓塞以上的水样本进行采样检测，实现在同一孔径钻孔中不同采样深度的水样进行抽水取样，有利于分层取样。本实施例中，利用自记水位仪进行水位测定，利用抽水泵可以将水样抽取到地表进行水化学参数测定和样品采集。
本实施例的实施原理为：
在需要进行地下水环境调查的区域设定取样点、采样深度，在采样区域内的取样点所在位置的附近区域设定钻孔点，再结合采样深度大小和需要进行地下水环境调查的区域实际情况，设定钻机的倾斜角度，选定钻机停放位置并固定钻机的位置，控制钻机按预设行进轨迹行进，进行钻孔点向预设采样深度点进行倾斜式采样井的施工。
具体地，使钻机的停放区域比较平坦坚实，将移动式钻机驶入停放地点，桅杆朝向钻进方向，伸出支撑架固定钻机。
调整桅杆底部液压支架，将桅杆与水平地面之间形成预设的倾斜角度，并将桅杆滑出至地面。在钻杆上旋入导向钻头，将钻杆固定在夹持装置上，并将后端连接到动力组件上。开动动力组件的马达旋转钻杆推进。
当一根钻杆钻进到地下之后，连接下一根钻杆，钻杆逐级螺接，钻杆的连接或分离通过卸扣板实现。
每进一杆，都要实时监控钻头的位置及深度。当钻机的钻头的行进方向或行进深度与预设行进轨迹方向不符时，调整钻机的钻头的行进方向或行进深度，直至钻机的钻头的行进方向或行进深度符合预设行进轨迹。
当钻机的钻头到达预设采样深度位置时，使钻杆反向旋转稍微退出一定距离，完成倾斜式采样井的施工。
再对倾斜式采样井进行洗井操作，启动抽水装置，利用钻杆将钻孔中的泥浆抽出，然后静置，再反复抽水，直至抽水的水样本中连续测量三次的温度值、PH值和电导率值分别稳定在±0.2摄氏度、±0.1和±3%，可以认为洗井操作符合要求。
洗井操作2小时后进行水样本采样。
采样前先对倾斜式采样井内的静水位进行测量并记录。
然后回抽钻杆，将钻杆全部提出，将最后一根钻杆上的钻头卸掉、安装栓塞。
在倾斜式采样井内的各个预设采样深度的下方位置均放置栓塞,分别使栓塞充高压氮气膨胀，直至各个栓塞与倾斜式采样井的井壁紧密接触。
再回抽钻杆，在最后一根钻杆上安装地下水取样器，推入到预设采集深度位置，对位于两个栓塞之间的水样本或最上层位置的栓塞以上的水样本进行采样检测。此时，可利用自记水位仪进行两个栓塞之间的水样本或最上层位置的栓塞以上的水样本的水位测定并记录。
待该水样本抽取完毕，逐根抽回钻杆，卸掉地下水取样器，重新安装新的地下水取样器，重复上述操作，将地下水取样器推入到下一预设采集深度位置，对位于两个栓塞之间的水样本或最上层位置的栓塞以上的水样本进行采样检测，直至完成各个预设采集深度的水采样。
依次取出各个地下水取样器内的取水管，并转移到采样瓶中保存，完成地下水采样。
进而一种倾斜式地下水采样方法实现了在同一孔径钻孔中不同采样深度的抽水取样，止水效果好，不同采样深度的水样的水质信息更具代表性、更准确，提高了测量结果的准确性，减少了同一钻孔的不同深度的水样之间因扰动等而相互影响导致的检测结果不准确问题。
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2024年10月17日 ~ 19日 
