一种新型地下水检测装置的设想

王豪 马子淇 王杰 周盼盼

一、立项背景和依据

本项目面向我国现有地下水水质监测这一方面内容，致力于为国家现有地下水水质监测系统的简洁化，成本最低化做出探索，引入新型专项地下水水质检测结构，目标是在现有的地下水水质监测设备做出尝试性探索，在完成对地下水水质的不间断监测的同时，尽量减少人力的投入。

二、项目研究内容

通过对国内外测井技术的借鉴和研究以及国内现有地下水监测站的设施调查研究，结合物理学原理和一些化学反应，本项目以建立一个可以对地下水水质进行监测的新型设备为主线，在实验室模拟进行装置测试，以探求装置可行性和工作效率。研究员可直接从反应现象中快速提取地下水主要指标，得到简洁明了的结论。考虑到设备高效性和适用性，我们的设备并不是对地下水的多种水质参数进行全方位的测量，应用时应该有针对性的对当地水文及人文地质状态实行因地制宜的检测，例如：在工业化发达的城市重点放在污染指标上；在沿海地区的重心则放在地下水的盐性上。而在我们的项目装置测试时，主要将重心放在化学或者生物以及地学实验室废弃水上。

三、项目特色及创新点

项目特色：

克服传统地下水监测必须进行取样后不能立即检测的问题，以及一次性取样检测多种成分的监测方法的创新，满足现代社会发展中对于系统化，快速化，高效化的要求，对新型地下水水质监测可行性方法做出积极探索。

创新点：

1.简化传统取样——测试——分析的工作流程。

国内的地下水监测工作起步较晚，相关的监测工作还有些许不足。就水质监测工作而言，目前国内普遍以人力居多，费事费力并且信息传达滞后。我们提出这种新型的地下水水质监测装置，通过减少取样次数，减少实验次数来简化地下水水质监测及分析流程。目的是降低人力成本，提高监测效率。

2.可同时检测水中溶解气体成分和液态水成分

本监测装置可以同时检测地下水中的易挥发物质和难挥发物质，预计达到采用水蒸气检测和液态水质检测同一装置完成的目的。结合物理学，有机化学，无机化学等学科知识，能够有针对性地根据不同需求添加不同底物进行局部检测，或者进行全方位检测。

四、项目实施方案

（一）管道部分——分析已有地下水检测管道情况。

在综合分析了现有国内外各种检测装置的结构特点基础上，考虑到项目中对于自动水质分析的各种需要，我们对简易地下水质检测装置的结构其提出了初步的新的设想与要求。

连续多通道管以其创造性的结构设想和精致的细节设计见长，故此我们有意采用类似的方式。

此结构具有如下优点：

1）围绕一根地下主管道止水容易、可靠，回填方便；2）能够同时监测地下水中的多种成分；3）能够采集不同层次的地下水；4）可现场加工过滤器部件（进水窗口），确保其安装位置准确；5）可随时通过塑料管回收水质电极，方便检修与替换；6）主管道可升降，装置可灵活调度；7）内部由两根管道组成，一根用于采集液态地下水，一根负责采集电解后的气体成分，做到全方位监测水质。

（二）地下环境模拟装置

由于实验室难以模拟地下环境，本项目欲采用模拟箱粗略模拟地下水环境。尺寸可根据实际需求放大或缩小。以此装置来模拟土层，岩层，并设置两到三层地下水层。地下管道部分由模拟箱上方接入，电源由外部提供，并带有小型电动机来调整管道高度。模拟箱带有观察窗，可以部分观察到装置地下工作情况。并且可以根据不同环境要求改变模拟箱内环境，以此来模拟各种不同地区的差异。

五、可行性分析：

（1）简易地下水质检测装置结构可行性论述：我们大量查阅国内外相关地下水水质监测资料，简易地下水质检测装置结构的提出是基于地下轻质油储存库性能检测装置结构基础之上的，该装置由我国中国人民解放军后勤工程学院的多名科学工作者和工程师联合测试研发，并且已经投入运营，具有充足的理论支持与实际考证。并且我们会在后续过程中，对简易地下水质检测装置结构进行建模与模拟实验监测，进一步巩固和完善其结构。

（2）成分检测原理可行性：在检测原理方面，我们并不是探求新的检测方法，而是将传统长耗时，大工作量的水质检测工作换一个环境进行，目的是减少耗时和工作量，提高效率。而检测原理还是依据原有的理化反应原理。就本实验而言，在模拟实验中，我们采取基本的酸碱度检测，钾钙镁含量检测，以及常见酸根碳酸根、硫酸根、氯根等的检测，以及气体如氮，二氧化碳，甲烷等的检测。检测环境为图4所示的反应容器中。检测时只需添加相应反应底物。

注释：《地下轻质油料储存庫火灾模拟实验研究》杜扬 蒋新生 钱海兵 周建中 杨晓凤）

参考文献：

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[3]郑继天，王建增.国外地下水污染调查取样技术综述（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所 河北·保定 071051）

[4]叶成明，李小杰，郑继天，冉德发.国外地下水污染调查监测井技术（1.中国地质大学〈武汉〉，湖北武汉430074； 2.中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所，河北保定071051）

[5]林祚顶.对我国地下水监测工作的分析（江苏省河海大学，江苏南京210098）

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[7]周 磊，王翊虹，林 健，叶 超，董殿伟，郑跃军，万利勤，李文鹏，周仰效.北京平原区地下水水质监测网优化设计（1.北京市地质工程勘察院，北京 100037； 2.中国地质环境监测院，北京 100081；3.荷兰联合国教科文组织水资源学院，荷兰德尔福特）

[8]郑继天，王建增.国外地下水污染调查取样技术综述（中国地质调查局水文地质工程地质技术方法研究所 河北·保定 071051）