一种地下水巢束式分层监测井系统
技术领域
本发明涉及地下水监测
技术领域
，具体涉及一种地下水巢束式分层监测井系统。背景技术
地下水监测井技术是地下水污染调查及保护的基础，目前，一孔多层监测井技术在欧美等发达国家得到了普遍应用，已开发的单孔多层监测井技术有巢式监测井、连续多通道监测井、Waterloo监测井及Westbay监测井等。然而我国仍以单井或一组不同深度的群井监测为主，多层监测井技术还处于应用开发阶段，尚未得到大规模推广。
巢式监测井指在一个钻孔中由深至浅逐个安装两个及以上不同长度的井管，使每个井管单独监测一个目标含水层。巢式井在实施过程中会遇到如下问题：(1)由于各级监测管需逐次安装至钻孔内，成井时间长，监测管多次触碰扰动井壁，易造成井壁坍塌；(2)监测管间易出现拌阻、缠绕等现象，影响井管正常下入安装；(3)分层止水困难。止水材料很难将各监测管之间的间隙完全充填，使各监测层位间地下水通过管间的间隙进行连通，导致监测结果失真。
连续多通道监测井采用连续方式挤出包含2-7个通道的高密度聚乙烯管，过滤器部件和封隔器在现场加工，下管后采用交互回填滤料和止水材料的方法成井。在实际操作中存在以下问题：(1)各级通道中封隔器下部密封的空气使监测管产生非常大的浮力，使监测管难以下放安装，需给井管施加额外压力，易造成井管弯曲变形，使监测层位偏移；(2)监测管通道口较小，封隔器不易精确安装定位，且安装牢固性差。如采用膨胀性材料，易造成其他通道变小；(3)洗井及采样困难，需要专用设备；(4)各封隔器下部通道无实际用途，造成材料浪费。(5)井管无法实现重复利用。
Waterloo监测井与Westbay监测井由于仪器设备昂贵，操作步骤复杂，质控程序繁琐，不能适应我国国情，在我国的应用案例极少。
国内关于多层监测井技术的创新多是基于巢式井及连续多通道监测井的改进。
例如，现有技术中公开号CN110671053A公开了一种地下水分层采样监测井的建井方法，通过设置套管对地面以下2个含水层地下水进行分离，并采用浇筑混凝土、投入黄泥土等多重止水措施，完成2个含水层彻底隔离止水。该技术仅能监测2个含水层，监测效率低，并且两个监测层位需要依次分别进行施工，待上部监测层成井施工完成后，在上部监测层井管内下放套管，然后在套管内部进行下部监测层位的钻探、下管及止水作业，施工强度大，同时，不锈钢套管的设置增加了施工成本。
中国专利文献CN111425186A公开了一种浅层地下水小口径集束式监测井及其成井方法，包括外管和监测井管，数个监测井管均插设在外管的内腔中，并在每个监测井管上套设有内管扶正器，同时，通过内管扶正器对监测井管进行固定。虽然，此方法将各监测管捆绑成集束式，一起下入外管内，避免了多次下管施工。但由于在监测井管的外部套设了外管，因此，需要在外管内部和外部分别进行分层止水，增加了止水施工难度及工作量。同时，内管扶正器的设置容易对止水材料的下落造成影响，并无法解决各监测管之间止水困难的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的分层监测井的建造成本高、施工效率低，施工难度大，且成井质量差的缺陷，从而提供一种地下水巢束式分层监测井系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种地下水巢束式分层监测井系统，包括多个监测管，多个所述监测管的端部位于同一表面，且多个所述监测管的长度不同，每个所述监测管的底部对应相应的含水层；定位管，沿所述定位管的周向设有多个凹陷部，所述凹陷部的个数与所述监测管的个数相对应，所述凹陷部适于所述监测管的嵌入。
可选的，所述凹陷部沿所述定位管的周向均匀分布。
可选的，所述凹陷部覆盖所述监测管的周长的二分之一。
可选的，所述监测管和定位管的底部设有过滤结构，所述过滤结构的长度与所述含水层的厚度相同。
可选的，所述过滤结构包括：过滤孔，成型在所述监测管和定位管底部；过滤网，设于所述过滤孔外部，用于过滤进入所述监测管和定位管内的地下水。
可选的，沿所述监测管和定位管的轴向方向间隔设有紧固件，所述紧固件用于紧固多个所述监测管和定位管。
可选的，所述监测管和定位管均为聚氯乙烯材料制作而成。
可选的，所述监测管与定位管内均设有取样器。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的地下水巢束式分层监测井系统，包括多个监测管，多个所述监测管的端部位于同一表面，且多个所述监测管的长度不同，每个所述监测管的底部对应相应的含水层；定位管，沿所述定位管的周向设有多个凹陷部，所述凹陷部的个数与所述监测管的个数相对应，所述凹陷部适于所述监测管的嵌入。
通过将监测管分别嵌入沿定位管的周向方向设置的凹陷部内，从而通过定位管对监测管进行定位，由于定位管的设置，避免了相邻的两个监测管之间存在间隙，避免出现监测管间垂直串水的情况。同时，将多个监测管设置成不同长度，每个监测管对应含水层，从而可以每个监测管对相应的含水层进行监测。该监测管和定位管之间紧密连接成束式井管，并且整体插入至钻孔内，保证了监测管和定位管的整体强度，进而保证了各监测管与定位管间的止水效果，提高了监测井的整体强度和使用寿命。由于该监测井只需要一次钻孔，则可以使每个监测管和定位管分别对应多个含水层进行监测，工艺简单，提高了施工效率及成井质量，减少了钻孔施工的数量，节约了建造和管理成本，便于大规模应用推广。
2.本发明提供的地下水巢束式分层监测井系统，所述凹陷部沿所述定位管的周向均匀分布，便于凹陷部的设置，保证了设置在凹陷部内监测管安装的稳定性，同时保证了监测管与定位管在钻孔内分布的均匀性。
3.本发明提供的地下水巢束式分层监测井系统，所述监测管和定位管均为聚氯乙烯材料制作而成，监测管和定位管的材料一致性可以使监测管与定位管紧密连接，避免监测管间因止水效果差而产生垂直串水的现象。
4.本发明提供的地下水巢束式分层监测井系统，沿所述监测管和定位管的轴向方向间隔设有紧固件，所述紧固件用于紧固多个所述监测管和定位管；可以利用紧固件将监测管与定位管固定组合为一个整体，然后再共同插入至钻孔内，保证了各个监测管和定位管的整体性和紧密性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明
具体实施方式
或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的地下水巢束式分层监测井系统的结构示意图；
图2为图1的俯视图。
1-监测管；2-定位管；3-凹陷部；4-过滤结构；5-紧固件；6-钻孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1和图2所示，本发明实施例提供的一种地下水巢束式分层监测井系统，包括多个监测管1，多个所述监测管1的端部位于同一表面，且多个所述监测管1的长度不同，每个所述监测管1的底部对应相应的含水层；定位管2，沿所述定位管2的周向设有多个凹陷部3，所述凹陷部3的个数与所述监测管1的个数相对应，所述凹陷部3适于所述监测管1的嵌入。
通过将监测管1分别嵌入沿定位管2的周向方向设置的凹陷部3内，从而通过定位管2对监测管1进行定位，由于定位管2的设置，也避免了相邻的两个监测管1之间存在间隙，还保证了相邻的两个监测管1为独立的个体，避免出现垂直串水的情况。同时，将多个监测管1设置成不同长度，每个监测管1对应含水层，从而可以监测管1分别对相应的含水层进行监测。该监测管1和定位管2之间紧密连接成束式井管，并且整体插入至钻孔6内，保证了监测管1和定位管2的整体强度，进而保证了各监测管1与定位管2间的止水效果，提高了监测井的整体强度和使用寿命。由于该监测井只需要一次性成孔，则可以使每个监测管1分别对应多个含水层进行监测，工艺简单，提高了施工效率及成井质量，减少了钻孔施工的数量，节约了建造和管理成本，便于大规模应用推广。
进一步地，由于监测管1的个数为四个，四个所述监测管1的截面呈阶梯设置，凹陷部3与监测管1的个数一一对应，因此，凹陷部3的个数也为四个。四个监测管1中的每一个监测管1与定位管2分别对应着地下的含水层，从而利用监测管1与定位管2分别对每个含水层进行监测。并且所述凹陷部3沿所述定位管2的周向均匀分布，从而便于凹陷部3的设置，同时也保证了设置在凹陷部3内监测管1安装的稳定性。
作为可替换的实施方式，凹陷部3沿所述定位管2的周向呈不均匀分布，具体的可以根据实际情况自行设定。
作为可替换的实施方式，所述的监测管1的个数为三个，三个监测管1的截面呈阶梯设置，即三个监测管1的过滤结构4对应着三个含水层，凹陷部3的个数也为三个。具体监测管1的个数根据实际情况自行设定。
在本实施例中，凹陷部3为弧形凹槽，所述监测管1的投影为圆形，即监测管1为圆管，从而保证了监测管1与定位管2上的凹陷部3的紧密连接。
作为可替换的实施方式，所述监测管1的投影也可以为异形，同时，定位管2上的凹陷部3也为异形，从而保证监测管1与定位管2上的凹陷部3的紧密连接。
作为可替换的实施方式，所述监测管1的投影也可以为方形，同时，定位管2上的凹陷部3也为方形，从而保证监测管1与定位上的凹陷部3的紧密连接。
更进一步地，所述凹陷部3覆盖所述监测管1的周长的二分之一，保证凹陷部3和监测管1的外壁紧密贴合，起到了管间止水的作用，避免出现垂直串水的情况。
请继续参阅图1所示，由于监测管1和定位管2的底部与含水层直接接触，可以在所述监测管1和定位管2的底部设有过滤结构4。并且，所述过滤结构4的长度与所述含水层的厚度相同；在本实施例中，所述过滤结构4包括过滤孔和过滤网；其中，过滤孔成型在所述监测管1和定位管2底部，过滤网设于所述过滤孔外部，用于过滤进入所述监测管1和定位管2内的地下水，从而保证采样的地下水的洁净度。
过滤孔的个数可以根据实际情况自行设定，过滤孔的孔径也是可以保证地下水顺利进入至监测管1和定位管2内即可，然后利用过滤网对地下水进行过滤，从而保证地下水的洁净，避免出现浑浊。在各个监测管1和定位管2内均设有取样器，则可以利用监测管1和定位管2内的取样器对地下水进行取样。
在本实施例中，所述监测管1与定位管2均为聚氯乙烯材料制作而成，因此，可以充分的填充监测管1与定位管2之间的间隙，避免各监测管1与定位管2之间垂直串水。在连接监测管1和定位管2时，首先在凹陷部3的表面内刷环保胶，然后再将监测管1嵌入至凹陷部3内，其他的监测管1也是以此方式进行连接，直至完成所有监测管1的固定。具体地，聚氯乙烯材料为PVC-U材料。PVC-U材料制作而成的监测管1与定位管2具有质量轻，便于搬运、施工，同时具有优异的耐酸碱、耐腐蚀性的优点，从而增加了监测管1与定位管2的使用寿命。
在地面进行监测管1与定位管2连接时，将定位管2沿水平方向放置，以四个监测管1为例：从监测管1顶部开始朝向监测管1的底部方向设置，定位管2的设置长度至最深的地下水监测层位底部。
还可以沿所述监测管1和定位管2的轴向方向间隔设有紧固件5，所述紧固件5用于紧固多个所述监测管1和定位管2；在本实施例中，紧固件5为紧束箍件，即抱箍。每隔0.5m-3m布置一圈紧固件5，从而将监测管1与定位管2固定组合为一个整体，然后在共同插入至钻孔6内。其中，紧固件5的设置个数可以根据监测层位的深度自行设定。
具体的成井方法为：首先进行钻探成孔，即在监测点位进行钻孔6取芯，确定地层情况及各监测层位的起止深度，需要保证所述钻探成孔的直径比巢束式井管的最大截面大10cm～20cm，即留有安装余量，便于多个监测管1和定位管2插入至钻孔6内，同时保证回填的滤料及止水材料的厚度。其次对监测管1和定位管2进行设计，根据各监测层位的起止深度，确定各监测管1和定位管2的长度及过滤结构4的位置。然后在定位管2的凹陷部3中内刷环保胶，依次在各凹陷部3中安装不同深度监测管1，各个监测管1顶部对齐，底部分别对应不同的监测层位，即含水层；最后通过紧固件5将各个监测管1与定位管2固定组合为统一整体，然后在各个监测管1和定位管2滤水管部分外侧包裹一层过滤网。将各监测管1与定位管2组合成束式井管后，整体下入监测井孔内，并对各监测管1和定位管2从下至上进行分层填砾与止水。最后，对各个监测管1和定位管2依次进行洗井作业，待抽出地下水由浑浊变清澈后，则洗井完成。洗井完成后，在各个监测管1和定位管2的管腔中下放取样器，则开始对各层地下水进行取样监测。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
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