一种上浮式管状沉积物和上覆水采集装置
技术领域
本发明涉及生态环境
技术领域
，具体涉及一种上浮式管状沉积物和上覆水采集装置。背景技术
目前，湖泊、水库及河流等水体富营养化已经成为全世界共同关注的生态环境问题，氮、磷等生源要素的过量输入被认为是引发水体富营养化的关键。作为水生态系统的重要组成部分，沉积物不仅长期积累着地表径流携带的营养物，在一定情况下(温度、水文以及氧化还原环境)，这些营养物还会通过沉积物-水界面再次释放到上覆水体，构成内源污染风险。沉积物-水界面的营养物释放虽然已经得到了相当的重视，但因缺乏高效、便捷的水下采集装置，难以大量获取无扰动且层序分明的柱状沉积物样品，增加了此类生态环境监测难度。现有的沉积物和上覆水采集装置，采用活塞式、抓斗式、重力插杆式或者依托电气化的采样动力平台。然而，上述装置均存在下列缺陷：一、活塞式采样器利用样品管内外压强差采集沉积物，采集过程中不仅需要向下按压采集管，还需向上抽动活塞芯杆，且仅适用于浅水1～5m的环境；二、抓斗式采样器只能采集混合状表层沉积物在0～15cm之间，无法保证沉积物的原状采集，也同样无法采集同点位的上覆水；三、插杆式采样器需操作人员手持并保持与水面垂直，待采样器依靠自重插入沉积物后，拖拽出水面，整个采样过程要消耗大量体能，还需封闭采样管上端，防止拖拽过程中的样品剥落；四、所有依靠重力下沉的采样器在落水时，均容易造成装置倾斜，降低采样成功率；五、在某些沉积物厚度较深、质地较硬的水域，操作人员的体能难以承受更高的采样器配重，这大大限制了更深层样品的获取；六、依托船只的电气化的采样装置，虽然能克服上述部分缺陷节省人力，但造价昂贵体积庞大，需要配备充足电力的母船。
发明内容
本发明为了解决现有装置仅用于浅水，无法保证沉积物的原状采集，也同样无法采集同点位的上覆水，消耗大量体能，样品易剥落，容易造成装置倾斜，降低采样成功率的问题，提供了一种上浮式管状沉积物和上覆水采集装置，解决该问题的具体技术方案如下：
本发明的一种上浮式管状沉积物和上覆水采集装置，它由手柄、环形配重悬浮气囊、负重盘、多孔弹性夹、采样管、支撑杆、缓冲弹簧柱、螺丝旋钮、压缩CO2气瓶、配重、触发装置、输气管和环形上浮气囊组成，手柄设置在装置的上部，手柄的下端通过螺旋接口与支撑杆连接，支撑杆的下端与负重盘的上表面圆心处连接，环形配重悬浮气囊和环形上浮气囊设在负重盘上方，负重盘的下端面圆心处设有瓶口朝下的压缩CO2气瓶，触发装置设于压缩CO2气瓶瓶口正下方，并通过输气管与环形上浮气囊连通，缓冲弹簧柱上设有上、下两组多孔弹性夹，缓冲弹簧柱的上端均匀设在负重盘圆周的小孔上，缓冲弹簧柱7的下端与下组的多孔弹性夹连接，多根采样管设在两组多孔弹性夹内，多孔弹性夹由螺丝旋钮紧固，配重置于负重盘与支撑杆上；
所述的采样管的上端设有排水盖，下端设有拱形弹片。
本发明的一种上浮式管状沉积物和上覆水采集装置的优点在于：一、可在悬浮的装置上装载配重，降低手持整个装置造成的体力消耗，同时也可避免装置在落水时造成的装置倾斜，增加采样成功率；二、通过气囊回收样品，进一步减少人力拖拽造成的体力消耗；三、同步采集多组沉积物-上覆水样品，满足试验重复需求；四、进一步减少脱落损耗；五、装置操作便捷，造价低廉。本发明广泛适用于不同水域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图，图2是采样管上端排水盖的结构示意图，图3是采样管下端拱形弹片的结构示意图，图4是多孔弹性夹横截面的结构示意图,图5是图1中装置中触发装置11下沉时的局部放大图，图6是图1中装置中触发装置11上浮时的局部放大图，图7是图1中环形配重环的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图4描述本实施方式。本实施方式由手柄1、环形配重悬浮气囊2-1、环形上浮气囊2-2、负重盘3、多孔弹性夹4、采样管5、支撑杆6、缓冲弹簧柱7、螺丝旋钮8、压缩CO2气瓶9、配重10、触发装置11和输气管12组成，手柄1设置在装置的上部，手柄1的下端通过螺旋接口与支撑杆6连接，支撑杆6的下端与负重盘3的上表面圆心处连接，环形配重悬浮气囊2-1和环形上浮气囊2-2设在负重盘上方，负重盘3的下端面圆心处设有瓶口朝下的压缩CO2气瓶9，触发装置11设于压缩CO2气瓶9瓶口正下方，并通过输气管12与环形上浮气囊2-2连通，缓冲弹簧柱7上设有上、下两组多孔弹性夹4，缓冲弹簧柱7的上端均匀设在负重盘3圆周的小孔上活动相连，保证弹簧7的缓冲和触发功能；缓冲弹簧柱7的下端与下组的多孔弹性夹4连接，多根采样管5设在两组多孔弹性夹内4，多孔弹性夹4由螺丝旋钮紧固，配重10置于负重盘3与支撑杆6上；
所述的采样管5的上端设有排水盖5-1，下端设有拱形弹片5-2。
装置上浮时拱形弹片5-2可防止采集样品的脱落。
具体实施方式二：结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的触发装置11为直径1mm的钢制气针头，压缩CO2气瓶9瓶口为钳口盖(橡胶头和铝盖)
具体实施方式三：结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的手柄1和支撑杆6分别采用橡胶和不锈钢材料。
具体实施方式四：结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的环形配重悬浮气囊2和环形上浮气囊13的外径60cm、内径20cm和高为20cm。
具体实施方式五：结合图1、图4描述本实施方式。本实施方式所述的多孔弹性夹4为不锈钢材质，宽3cm。
具体实施方式六：结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的采样管5采用硬材质PVC，内径4cm、外径4.2cm、长80cm。
具体实施方式七：结合图1、图3描述本实施方式。本实施方式所述的拱形弹片5-2采用塑料片。
具体实施方式八：结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的螺丝旋钮8为不锈钢材质，直径0.6cm。
具体实施方式十：结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的配重10块分别采用内径为2.6cm的环形15kg、10kg、5kg、3kg的不锈钢块。
工作原理：
首先将装置的环形配重悬浮气囊2经输气管由气泵充入气体，双手把持手柄1将装置垂直缓慢放置水中，整体采样装置会在环形配重悬浮气囊2的浮力作用下，垂直漂浮于准备采样的水域，将手柄1旋转拧开安装固定环形配重10于负重盘3和支撑杆6上(根据自身采样深度或深层沉积物质地，适当增减负重盘3上的配重10)，将手柄1恢复原位完成配重,将输气管与环形配重悬浮气囊2-1脱开，排空环形配重悬浮气囊2-1内的气体，在重力作用下整个装置会迅速垂直坠入水底，采样管5插入沉积物进行沉积物和上覆水的采集，采样管5插入沉积物时配重10的压力下使得缓冲弹簧柱7压缩将负重盘3的下端与采样管5之间的触发装置11触发(即触发装置11的钢制气针11-1刺穿压缩CO2气瓶9的瓶口)，压缩CO2气瓶9内的CO2通过输气管12迅速将环形上浮气囊2-2内充满气体，在环形上浮气囊2-2浮力的作用下，装置将浮出水面，拆卸下配重10，将装置垂直拖出采样水域，将采样管5拆卸下来，并在两端安装堵头(防止上覆水的倾洒或孔隙水的下渗)，完成三组沉积物和上覆水的采样。
本发明的优选实施方式的描述，并非限定了本发明的范围，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各类变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
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