[发明专利]一种排水管道原状沉积物采样器及其采样方法

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种排水管道原状沉积物采样器及其采样方法。

背景技术

近年来，城市内涝日益受到关注，尤其是极端天气的增多，城市内涝事件更为频繁发生。而这与排水管道淤积造成管道容积及输水能力下降具有重要关系。此外，据研究调查发现，排水管道沉积物是雨天溢流污染的主要来源，在合流制溢流产生的污染物总量中，约80％污染负荷来自排水管道内沉积物，这对河道生态系统产生了极大的威胁。因此，开展排水管道沉积物的相关研究对于发挥排水管道自身功能以及削减和控制城市排水系统溢流具有十分重要的意义。

据研究发现，在不同沉积深度中，排水管道沉积物的特性表征差异较大。对此，有研究者将其分为底层粗颗粒沉积物(Gross Bed Sediment，GBS)、有机层(Organic Layer，OL)和生物膜(Biofilm)三大类。这三类沉积物在沉积物物理特性(颗粒粒径、含水率、VS含量)、污染物赋存量(总脂肪烃(TAH)含量、多环芳烃(PAHs)含量、重金属含量)以及抗水力冲刷特性等各方面都差异较大。但是相关报道还不全面、系统，且基本来自于国外研究者。这主要受限于排水管道原状沉积物的采样方法与能力。在国内排水系统中，除在检查井中设置了一定的检修、活动空间外，中间管段部分没有预留任何空间，因此，要在管段中采集原状的、未受扰动的沉积物十分困难。

对此，考虑到原状沉积物采样研究的必要性以及现实采集的困难性，提出一种排水管道原状沉积物的采样器是十分必要且具有重要意义的。目前，有关排水管道原状沉积物采样器的发明专利和实用新型较少，较多的是应用于河道原状沉积物采集的采样器。

在专利号为CN1182380的发明专利中公开了一种无边界扰动的机械手持式沉积物采样器。它包括由手持杆、上端盖、刀筒、插筒组成的刀筒部件和由衬筒盖、金属滤网、挡圈、衬筒、梅花瓣组成的衬筒部件，衬筒装在刀筒内。机械手夹持住T型手持杆，将采样器竖直插入海底沉积物中。在插下过程中，筒内海水通过金属滤网和排水孔向上排出，当沉积物顶到衬筒盖会带动衬筒向上运动。当衬筒盖碰到上部锁紧螺母时，衬筒下部梅花瓣脱离插筒，合拢切断沉积物，并实现封口，完成采样动作。它是一套专门供ROV和载入深潜器在深海利用机械手进行沉积物采样的无源采样装置。该装置体积小、重量轻、操作简单，便于机器手在海底点小范围内采样，并能够保持样品无扰动，层序保真。

在专利号为CN101561366的发明专利中公开了一种涉及静水压力驱动的沉积物保压采样器。它包括冲击部件、配流部件、驱动部件、取样筒部件。冲击部件包括冲击筒、导向套和冲击活塞缸；配流部件包括支撑筒和配流阀；驱动部件包括驱动活塞缸和驱动活塞；取样筒部件包括导向筒、保压筒、取样管和补压软管。冲击筒、支撑筒、冲击活塞缸、导向筒、保压筒、取样管同轴设置。本发明充分利用巨大的海水静水压力能，以类似“振动打桩”的形式贯入沉积物取样，并能将这种能量用于后续的样品保压。

在专利号为CN201335783的实用新型专利中公开了一种重力式沉积物柱状采样器。它提供一种适于对湖泊或近岸浅水水域水下沉积物进行柱状采样，不仅能与船载绞车相结合进行机械操作，而且能在小船或机动舢舨上在绳索的帮助下进行人工操作，方便快捷的重力式沉积物柱状采样器。设有采样管、施重主体、支架和推进活塞。采样管设有管身和设于管身前端的螺纹套，管身和螺纹套无缝隙连接；施重主体内为圆柱形中空，施重主体上刻有与螺纹套镶嵌的螺纹，在施重主体上口部设有用于在水动力条件下开启或闭合的阀门；支架设在施重主体顶部，通过缆绳可与绞车或其它动力装置相连，推进活塞设于管身内，用于切割样品时推动沉积物沿采样管向上移动。

以上公开的三种在沉积物采样器上的创新均能在各自对应的水下环境中进行沉积物的采样，但是，都面临以下的问题：

相比于海底或河底沉积物，排水管道沉积物在沉积物厚度、密度、密实度、均匀度等方面存在很大差异。相比较而言，排水管道沉积物的厚度较小，松软且密实度不高，因而按照上述发明专利或实用新型，难以实现对排水管道沉积物进行保真采样。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种排水管道原状沉积物采样器及其采样方法，能够实现排水管道沉积物保真采样，从而为研究排水管道沉积物的特性提供支撑。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：