一种具备液压调节功能的多功能地下水工作井

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一种具备液压调节功能的多功能地下水工作井\n技术领域\n[0001] 本发明涉及地下水环境监测和污染治理的修复工艺设备。\n背景技术\n[0002] 我国地下水的比较严重，特别是浅层地下水的污染尤为突出。地下水污染场地的\n调查、污染的控制与修复等工作仍是我国面临的挑战，开展地下水污染场地的研究工作具\n有重要的意义。虽然，我国东北和华北部分地区己开展典型地下水污染场地的调查及污染\n机制研究，但是针对地下水采样调查的方法并不成熟，地下水污染修复技术的应用实例为\n数不多。\n[0003] 传统的地下水采样监测井，在含水层中污染物浓度分布不均或有NAPL\n(nonaqueous phase liquid，非水相)存在的情形下，无法实现精准的定深采样，客观反应\n污染程度；地下水原位修复技术中常用的注入井（可注入回灌地下水或药剂），同样存在着\n注入深度无法精确把握的问题。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种具备液压调节功能的多功能地下水工作井，精准的实\n现地下水调查工作中的定深采样、地下水污染原位修复工作中的药剂注入以及地下水监测\n工作中的多精度采样等工作要求，提供一种一井多功能的工艺设备。\n[0005] 改进的多功能地下水工作井是将地下水调查工作中的定深采样、地下水污染原位\n修复工作中的药剂注入以及地下水监测工作中的多精度采样等工作内容汇聚于一体的一\n种创新工艺设备。它是由彼此独立的内井和外井组成的套井，通过内井上部井体与地面以\n上的液压传动装置相连，控制整个内井的伸缩程度。根据不同的工作目的，调整中部设有均\n匀筛孔的不可伸缩井体在含水层中的工作部位，以实现定深采样或注药等多功能。\n[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：\n[0007] 一种具备液压调节功能的多功能地下水工作井，其特征在于，外井管内套装有内\n井管，外井管的井体在地下水含水层水位以下设有均匀筛孔，内井管的上沿和下沿分别与\n外井管相连以固定，内井管分为上部、中部和下部三个部分，上部和下部均为伸缩式液压\n缸，均通过内井管的上沿与地面以上的液压传动装置相连，所述中部为设有均匀筛孔的花\n管。\n[0008] 所述的具备液压调节功能的多功能地下水工作井，其中，外井管的井体安装在地\n下水隔水底板以下一段距离，距离根据内井管的行程确定，使内井管下部井管全部压缩后\n的上沿与地下水含水层的隔水底板相平。\n[0009] 所述的具备液压调节功能的多功能地下水工作井，其中，地面以上的液压传动装\n置为能够根据实际工作需要调节内井管伸缩程度的液压传动装置，从而控制工作井的工作\n水位。\n[0010] 所述的具备液压调节功能的多功能地下水工作井，其中，内井管中部的花管的内\n径为100 mm，上部和下部从花管向外每个套管依次增加20 mm的井径，套管之间具有油封，\n以避免内井伸缩过程地下水的渗入，油封宽度为20 mm。\n[0011] 所述的具备液压调节功能的多功能地下水工作井，其中，内井管的上部和下部的\n具体行程数量根据地下水含水层的厚度而定，行程的数量决定了工作井外井管的直径大\n小。\n[0012] 所述的具备液压调节功能的多功能地下水工作井，其中，所述行程为0.5 m，行程\n数量的计算方法如下：\n[0013] 地下水第一层含水层为厚度H，\n[0014] S＝H/λ＝H/0.5＝N⋯⋯C；\n[0015] 当C＝0时，M＝N，H’＝0.5，H＝N *0.5；\n[0016] 当C≠0时，M＝N＋1，H’＝C ，H＝（M－1）*0.5＋C；\n[0017] 其中：\n[0018] H——地下水第一层含水层厚度，单位：米；\n[0019] λ——行程，取为0.5米；\n[0020] S——辅数，无量纲；\n[0021] N——商数，取值为从1开始的自然数，无量纲；\n[0022] C——余数，无量纲；\n[0023] M——行程总数，即井体套管部分的总套管数，无量纲，其中：上部和下部的套管数\n相同，各为M；\n[0024] H’——井体中部筛孔长度，单位：米。\n[0025] 本工作井的最大优点是通过地面以上的液压传动装置控制内井中部在含水层中\n所处的位置，实现定深工作的目的。相比于传统的地下水监测井或药剂投放井，此工作井只\n需调整内井的伸缩程度，便可更精准的控制作业位置，日常维护简单，没有复杂的地下组件\n和移动部件。\n[0026] 具体来说：\n[0027] 1.地下水工作井的结构原理简单，在实际工程应用前可在地上预制完成，制造过\n程简单，使用寿命长；\n[0028] 2.地下水工作井的功能调节无需其它地下复杂组件和移动辅助设备，工程施工简\n便，可操作性强，成本低廉；\n[0029] 3.本发明适用于不同要求的地下水研究工作，如：地下水环境的定深采样调查工\n作、污染地下水的原位修复与治理工作、地下水长期监测自然衰减等工作；\n[0030] 4.本发明适用于不同污染物类型的地下水污染场地：不仅可以应用于挥发性有机\n污染场地，如有机氯化物、卤代烃、石油类污染物及其主要污染组分苯、甲苯、乙苯和二甲苯\n等，还可以应用于半挥发性的有机污染物和无机污染物的污染场地，甚至适用于放射性污\n染和挥发性有机污染物的复合性污染场地；\n[0031] 5.本工艺设备的地上液压传动装置仅需简单日常维护，即可达到长期使用的要\n求，提高了工艺设备的运行管理效率；\n[0032] 6.本工艺设备，相对于其它工艺设备而言，施工简单，功能丰富，定位精准，工作效\n率高；\n[0033] 7.工作井使用过程中，内井的中部井体直接调节至需要开展工作的地下水含水层\n水位，准确实现采样或注药等目的，同时，地上液压传动装置的调节可实现在不同深度含水\n层工作的要求，在开展地下水污染场地原位修复和治理工作时，可大大提高修复效率。\n[0034] 8.本工艺设备对地下环境的扰动较小，适用条件受约束小。\n附图说明\n[0035] 图1‑1、图1‑1a、图1‑1b、图1‑1c是实例1工作井的整体效果及其不同位置的放大详\n情图；\n[0036] 图1‑2a、图1‑2b、图1‑2c、图1‑2d是实例1工作井在不同行程处的工作示意图；\n[0037] 图2‑1、图2‑1a、图2‑1b、图2‑1c是实例2工作井的整体效果及其不同位置的放大详\n情图；\n[0038] 图2‑2a、图2‑2b、图2‑2c、图2‑2d、图2‑2e是实例2工作井在不同行程处的工作示意\n图；\n[0039] 图3‑1、图3‑1a、图3‑1b、图3‑1c是实例3工作井的整体效果及其不同位置的放大详\n情图；\n[0040] 图3‑2a、图3‑2b、图3‑2c、图3‑2d、图3‑2e是实例3工作井在不同行程处的工作示意\n图；\n[0041] 图4‑1、图4‑1a、图4‑1b、图4‑1c是实例4工作井的整体效果及其不同位置的放大详\n情图；\n[0042] 图4‑2a、图4‑2b、图4‑2c、图4‑2d是实例4工作井在不同行程处的工作示意图；\n[0043] 图5是本发明提供的具备液压调节功能的多功能地下水工作井的结构示意图。\n[0044] 附图标记说明：外井管1；内井管2；上沿3；下沿4；液压传动装置5；花管6；油封7；地\n面8；井盖81；包气带91；含水层92；隔水层93；固定装置10；地下水位线11。\n具体实施方式\n[0045] 如图5所示，本发明提供一种具备液压调节功能的多功能地下水工作井，是由彼此\n独立的内井管2和外井管1组成的套井，内井管2与外井管1之间的间隔空隙设为2 cm，其中：\n[0046] 外井管1全部井体在竖直方向上设有均匀筛孔；\n[0047] 内井管2分为上部、中部和下部三个部分，其中上部和下部为伸缩式液压缸，中部\n为设有均匀筛孔的花管6，是不可伸缩井体。内井管2的三个部分均为PVC管材，所述上部和\n下部均通过内井管的上沿与地面8以上的液压传动装置5相连；所述上部和所述下部的伸缩\n式液压缸的长度称为“行程（λ）”，行程的具体长度可根据不同工作需要自行设计，如：0.5 \nm、1.0 m或1.5 m等。例如，所述上部和下部的具体行程数量可根据含水层的厚度而定，行程\n的阶梯数量决定了工作井的外井管1的直径大小。所述上部、中部和下部之间设有油封7，以\n避免内井管2伸缩过程地下水的渗入。内井管2的上部的最外侧套管上沿3与外井管1相连以\n固定，内井管2下部最外侧套管的下沿4与外井管1相连以固定，并安装在第一层含水隔板以\n下，以保证伸缩空间。以内井管2分段行程为0.5 m为例，行程数量具体计算方法如下：\n[0048] 地下水第一层含水层厚度H (m)，\n[0049] S＝H/λ＝H/0.5＝N⋯⋯C；\n[0050] 当C＝0时，M＝N，H’＝0.5 (m)，H＝N *0.5 (m)；\n[0051] 当C≠0时，M＝N＋1，H’＝C (m) ，H＝（M－1）*0.5＋C (m)。\n[0052] 其中：\n[0053] H——地下水第一层含水层厚度，单位：米 (m)；\n[0054] S——辅数，无量纲；\n[0055] N——商数，取值为从1开始的自然数，无量纲；\n[0056] C——余数，无量纲。\n[0057] M——行程总数，即井体套管部分的总套管数，无量纲（上部和下部套管数相同，各\n为M）；\n[0058] H’——井体中部筛孔长度，单位：米 (m)。\n[0059] 实例1：地下水含水层厚度为2.0 m时工作井的设计及应用实践。\n[0060] 环境条件：地下水埋深为2.3 m，第一层含水层厚度H为2.0 m。\n[0061] 工作内容：每间隔0.5 m，采取地下水水样进行分析监测工作。\n[0062] 由于工作要求每间隔0.5 m进行一个点位的地下水采样工作，故将行程（λ）的长度\n设计为0.5 m，第一层含水层厚度H为2.0 m，行程数量具体计算方法如下：\n[0063] S＝H/λ＝2.0/0.5＝4⋯⋯0；\n[0064] C＝0，M＝N＝4，H’＝0.5 (m)，H＝4 *0.5 (m)；\n[0065] 因此，工作井的内井管2上部和下部行程数量各为4个，井体全部伸展后的剖面图，\n如图1‑1、图1‑1a、图1‑1b、图1‑1c所示。地下水水位以下0.5 m、1.0 m、1.5 m和2.0 m的采样\n位置，具体如图1‑2a、图1‑2b、图1‑2c、图1‑2d所示。\n[0066] 实例2：地下水含水层厚度为2.5 m时工作井的设计及应用实践。\n[0067] 环境条件：地下水埋深为3.2 m，第一层含水层厚度H为2.5 m。\n[0068] 工作内容：每间隔0.5 m，开展地下水原位化学氧化定深添加药剂的修复工作。\n[0069] 由于工作要求每间隔0.5 m进行一个点位的药剂添加工作，故将行程（λ）的长度设\n计为0.5 m，第一层含水层厚度H为2.5 m，行程数量具体计算方法如下：\n[0070] S＝H/λ＝2.5/0.5＝5⋯⋯0；\n[0071] C＝0，M＝N＝5，H’＝0.5 (m)，H＝5 *0.5 (m)；\n[0072] 因此，工作井的内井管2上部和下部行程数量各为5个，井体全部伸展后的剖面图，\n如图2‑1、图2‑1a、图2‑1b、图2‑1c所示。地下水水位以下0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m和2.5 m\n的药剂添加位置，具体如图2‑2a、图2‑2b、图2‑2c、图2‑2d、图2‑2e所示。\n[0073] 实例3：地下水含水层厚度为2.8 m时工作井的设计及应用实践。\n[0074] 环境条件：地下水埋深为1.5 m，第一层含水层厚度H为2.8 m。\n[0075] 工作内容：每间隔0.5 m，采取地下水水样进行分析监测工作。\n[0076] 由于工作要求每间隔0.5 m进行一个点位的地下水采样工作，故将行程（λ）的长度\n设计为0.5 m，第一层含水层厚度H为2.8 m，行程数量具体计算方法如下：\n[0077] S＝H/λ＝2.8/0.5＝5⋯⋯0.3；\n[0078] C＝0.3，M＝N+1＝6，H’＝0.3 (m)，H＝5 *0.5+0.3 (m)；\n[0079] 因此，工作井的内井管2上部和下部行程数量各为6个，井体全部伸展后的剖面图，\n如图3‑1、图3‑1a、图3‑1b、图3‑1c所示。地下水水位以下0.5 m、1.0 m、1.5 m、2.0 m和2.5 m\n的采样位置，具体如图3‑2a、图3‑2b、图3‑2c、图3‑2d、图3‑2e所示。\n[0080] 实例4：地下水含水层厚度为4.5 m时工作井的设计及应用实践\n[0081] 环境条件：地下水埋深为2.0 m，第一层含水层厚度H为4.5 m。\n[0082] 工作内容：每间隔1.0 m，开展地下水原位化学氧化定深添加药剂的修复工作。\n[0083] 由于工作要求每间隔1.0 m进行一个点位的药剂添加工作，故将行程（λ）的长度设\n计为1.0 m，第一层含水层厚度H为4.5 m，行程数量具体计算方法如下：\n[0084] S＝H/λ＝4.5/1.0＝4⋯⋯0.5；\n[0085] C＝0.5，M＝4+1＝5，H’＝0.5 (m)，H＝4*1.0+0.5 (m)；\n[0086] 因此，工作井的内井管2上部和下部行程数量各为5个，井体全部伸展后的剖面图，\n如图4‑1、图4‑1a、图4‑1b、图4‑1c所示。地下水水位以下1.0 m、2.0 m、3.0 m和4.0 m的采样\n位置，具体如图4‑2a、图4‑2b、图4‑2c、图4‑2d所示。