一種具備液壓調節功能的多功能地下水工作井的製作方法

2023-10-11 17:05:19

本發明涉及地下水環境監測和汙染治理的修復工藝設備。

背景技術：

我國地下水的比較嚴重，特別是淺層地下水的汙染尤為突出。地下水汙染場地的調查、汙染的控制與修復等工作仍是我國面臨的挑戰，開展地下水汙染場地的研究工作具有重要的意義。雖然，我國東北和華北部分地區己開展典型地下水汙染場地的調查及汙染機制研究，但是針對地下水採樣調查的方法並不成熟，地下水汙染修復技術的應用實例為數不多。

傳統的地下水採樣監測井，在含水層中汙染物濃度分布不均或有NAPL(nonaqueous phase liquid，非水相)存在的情形下，無法實現精準的定深採樣，客觀反應汙染程度；地下水原位修復技術中常用的注入井(可注入回灌地下水或藥劑)，同樣存在著注入深度無法精確把握的問題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，精準的實現地下水調查工作中的定深採樣、地下水汙染原位修復工作中的藥劑注入以及地下水監測工作中的多精度採樣等工作要求，提供一種一井多功能的工藝設備。

改進的多功能地下水工作井是將地下水調查工作中的定深採樣、地下水汙染原位修復工作中的藥劑注入以及地下水監測工作中的多精度採樣等工作內容匯聚於一體的一種創新工藝設備。它是由彼此獨立的內井和外井組成的套井，通過內井上部井體與地面以上的液壓傳動裝置相連，控制整個內井的伸縮程度。根據不同的工作目的，調整中部設有均勻篩孔的不可伸縮井體在含水層中的工作部位，以實現定深採樣或注藥等多功能。

為實現上述目的，本發明採用的技術方案是：

一種具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，其特徵在於，外井管內套裝有內井管，外井管的井體在地下水含水層水位以下設有均勻篩孔，內井管的上沿和下沿分別與外井管相連以固定，內井管分為上部、中部和下部三個部分，上部和下部均為伸縮式液壓缸，均通過內井管的上沿與地面以上的液壓傳動裝置相連，所述中部為設有均勻篩孔的花管。

所述的具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，其中，外井管的井體安裝在地下水隔水底板以下一段距離，距離根據內井管的行程確定，使內井管下部井管全部壓縮後的上沿與地下水含水層的隔水底板相平。

所述的具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，其中，地面以上的液壓傳動裝置為能夠根據實際工作需要調節內井管伸縮程度的液壓傳動裝置，從而控制工作井的工作水位。

所述的具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，其中，內井管中部的花管的內徑為100mm，上部和下部從花管向外每個套管依次增加20mm的井徑，套管之間具有油封，以避免內井伸縮過程地下水的滲入，油封寬度為20mm。

所述的具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，其中，內井管的上部和下部的具體行程數量根據地下水含水層的厚度而定，行程的數量決定了工作井外井的直徑大小。

所述的具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，其中，所述行程為0.5m，行程數量的計算方法如下：

地下水第一層含水層為厚度H，

S＝H/λ＝H/0.5＝N……C；

當C＝0時，M＝N，H』＝0.5，H＝N*0.5；

當C≠0時，M＝N+1，H』＝C，H＝(M－1)*0.5+C；

其中：

H——地下水第一層含水層厚度，單位：米；

S——輔數，無量綱；

N——商數，取值為從1開始的自然數，無量綱；

C——餘數，無量綱；

M——行程總數，即井體套管部分的總套管數，無量綱，其中：上部和下部的套管數相同，各為M；

H』——井體中部篩孔長度，單位：米。

本工作井的最大優點是通過地面以上的液壓傳動裝置控制內井中部在含水層中所處的位置，實現定深工作的目的。相比於傳統的地下水監測井或藥劑投放井，此工作井只需調整內井的伸縮程度，便可更精準的控制作業位置，日常維護簡單，沒有複雜的地下組件和移動部件。

具體來說：

1.地下水工作井的結構原理簡單，在實際工程應用前可在地上預製完成，製造過程簡單，使用壽命長；

2.地下水工作井的功能調節無需其它地下複雜組件和移動輔助設備，工程施工簡便，可操作性強，成本低廉；

3.本發明適用於不同要求的地下水研究工作，如：地下水環境的定深採樣調查工作、汙染地下水的原位修復與治理工作、地下水長期監測自然衰減等工作；

4.本發明適用於不同汙染物類型的地下水汙染場地：不僅可以應用於揮發性有機汙染場地，如有機氯化物、滷代烴、石油類汙染物及其主要汙染組分苯、甲苯、乙苯和二甲苯等，還可以應用於半揮發性的有機汙染物和無機汙染物的汙染場地，甚至適用於放射性汙染和揮發性有機汙染物的複合性汙染場地；

5.本工藝設備的地上液壓傳動裝置僅需簡單日常維護，即可達到長期使用的要求，提高了工藝設備的運行管理效率；

6.本工藝設備，相對於其它工藝設備而言，施工簡單，功能豐富，定位精準，工作效率高；

7.工作井使用過程中，內井的中部井體直接調節至需要開展工作的地下水含水層水位，準確實現採樣或注藥等目的，同時，地上液壓傳動裝置的調節可實現在不同深度含水層工作的要求，在開展地下水汙染場地原位修復和治理工作時，可大大提高修復效率。

8.本工藝設備對地下環境的擾動較小，適用條件受約束小。

附圖說明

圖1-1、圖1-1a、圖1-1b、圖1-1c是實例1工作井的整體效果及其不同位置的放大詳情圖；

圖1-2a、圖1-2b、圖1-2c、圖1-2d是實例1工作井在不同行程處的工作示意圖；

圖2-1、圖2-1a、圖2-1b、圖2-1c是實例2工作井的整體效果及其不同位置的放大詳情圖；

圖2-2a、圖2-2b、圖2-2c、圖2-2d、圖2-2e是實例2工作井在不同行程處的工作示意圖；

圖3-1、圖3-1a、圖3-1b、圖3-1c是實例3工作井的整體效果及其不同位置的放大詳情圖；

圖3-2a、圖3-2b、圖3-2c、圖3-2d、圖3-2e是實例3工作井在不同行程處的工作示意圖；

圖4-1、圖4-1a、圖4-1b、圖4-1c是實例4工作井的整體效果及其不同位置的放大詳情圖；

圖4-2a、圖4-2b、圖4-2c、圖4-2d是實例4工作井在不同行程處的工作示意圖；

圖5是本發明提供的具備液壓調節功能的多功能地下水工作井的結構示意圖。

附圖標記說明：外井管1；內井管2；上沿3；下沿4；液壓傳動裝置5；花管6；油封7；地面8；井蓋81；包氣帶91；含水層92；隔水層93；固定裝置10；地下水位線11。

具體實施方式

如圖5所示，本發明提供一種具備液壓調節功能的多功能地下水工作井，是由彼此獨立的內井管2和外井管1組成的套井，內井管2與外井管1之間的間隔空隙設為2cm，其中：

外井管1全部井體在豎直方向上設有均勻篩孔；

內井管2分為上部、中部和下部三個部分，其中上部和下部為伸縮式液壓缸，中部為設有均勻篩孔的花管6，是不可伸縮井體。內井管2的三個部分均為PVC管材，所述上部和下部均通過內井管的上沿與地面8以上的液壓傳動裝置5相連；所述上部和所述下部的伸縮式液壓缸的長度稱為「行程(λ)」，行程的具體長度可根據不同工作需要自行設計，如：0.5m、1.0m或1.5m等。例如，所述上部和下部的具體行程數量可根據含水層的厚度而定，行程的階梯數量決定了工作井外井的直徑大小。所述上部、中部和下部之間設有油封7，以避免內井管2伸縮過程地下水的滲入。內井管2的上部的最外側套管上沿3與外井管1 相連以固定，內井管2下部最外側套管的下沿4與外井管1相連以固定，並安裝在第一層含水隔板以下，以保證伸縮空間。以內井管2分段行程為0.5m為例，行程數量具體計算方法如下：

地下水第一層含水層厚度H(m)，

S＝H/λ＝H/0.5＝N……C；

當C＝0時，M＝N，H』＝0.5(m)，H＝N*0.5(m)；

當C≠0時，M＝N+1，H』＝C(m)，H＝(M－1)*0.5+C(m)。

其中：

H——地下水第一層含水層厚度，單位：米(m)；

S——輔數，無量綱；

N——商數，取值為從1開始的自然數，無量綱；

C——餘數，無量綱。

M——行程總數，即井體套管部分的總套管數，無量綱(上部和下部套管數相同，各為M)；

H』——井體中部篩孔長度，單位：米(m)。

實例1：地下水含水層厚度為2.0m時工作井的設計及應用實踐。

環境條件：地下水埋深為2.3m，第一層含水層厚度H為2.0m。

工作內容：每間隔0.5m，採取地下水水樣進行分析監測工作。

由於工作要求每間隔0.5m進行一個點位的地下水採樣工作，故將行程(λ)的長度設計為0.5m，第一層含水層厚度H為2.0m，行程數量具體計算方法如下：

S＝H/λ＝2.0/0.5＝4……0；

C＝0，M＝N＝4，H』＝0.5(m)，H＝4*0.5(m)；

因此，工作井的內井管2上部和下部行程數量各為4個，井體全部伸展後的剖面圖，如圖1-1、圖1-1a、圖1-1b、圖1-1c所示。地下水水位以下0.5m、1.0m、1.5m和2.0m的採樣位置，具體如圖1-2a、圖1-2b、圖1-2c、圖1-2d所示。

實例2：地下水含水層厚度為2.5m時工作井的設計及應用實踐。

環境條件：地下水埋深為3.2m，第一層含水層厚度H為2.5m。

工作內容：每間隔0.5m，開展地下水原位化學氧化定深添加藥劑的修復工作。

由於工作要求每間隔0.5m進行一個點位的藥劑添加工作，故將行程(λ)的長度設計為0.5m，第一層含水層厚度H為2.5m，行程數量具體計算方法如下：

S＝H/λ＝2.5/0.5＝5……0；

C＝0，M＝N＝5，H』＝0.5(m)，H＝5*0.5(m)；

因此，工作井的內井管2上部和下部行程數量各為5個，井體全部伸展後的剖面圖，如圖2-1、圖2-1a、圖2-1b、圖2-1c所示。地下水水位以下0.5m、1.0m、1.5m、2.0m和2.5m的藥劑添加位置，具體如圖2-2a、圖2-2b、圖2-2c、圖2-2d、圖2-2e所示。

實例3：地下水含水層厚度為2.8m時工作井的設計及應用實踐。

環境條件：地下水埋深為1.5m，第一層含水層厚度H為2.8m。

工作內容：每間隔0.5m，採取地下水水樣進行分析監測工作。

由於工作要求每間隔0.5m進行一個點位的地下水採樣工作，故將行程(λ)的長度設計為0.5m，第一層含水層厚度H為2.8m，行程數量具體計算方法如下：

S＝H/λ＝2.8/0.5＝5……0.3；

C＝0.3，M＝N+1＝6，H』＝0.3(m)，H＝5*0.5+0.3(m)；

因此，工作井的內井管2上部和下部行程數量各為6個，井體全部伸展後的剖面圖，如圖3-1、圖3-1a、圖3-1b、圖3-1c所示。地下水水位以下0.5m、1.0m、1.5m、2.0m和2.5m的採樣位置，具體如圖3-2a、圖3-2b、圖3-2c、圖3-2d、圖3-2e所示。

實例4：地下水含水層厚度為4.5m時工作井的設計及應用實踐

環境條件：地下水埋深為2.0m，第一層含水層厚度H為4.5m。

工作內容：每間隔1.0m，開展地下水原位化學氧化定深添加藥劑的修復工作。

由於工作要求每間隔1.0m進行一個點位的藥劑添加工作，故將行程(λ)的長度設計為1.0m，第一層含水層厚度H為4.5m，行程數量具體計算方法如下：

S＝H/λ＝4.5/1.0＝4……0.5；

C＝0.5，M＝4+1＝5，H』＝0.5(m)，H＝4*1.0+0.5(m)；

因此，工作井的內井管2上部和下部行程數量各為5個，井體全部伸展後的剖面圖，如圖4-1、圖4-1a、圖4-1b、圖4-1c所示。地下水水位以下1.0m、2.0m、3.0m和4.0m的採樣位置，具體如圖4-2a、圖4-2b、圖4-2c、圖4-2d所示。