地下水采样与调查成套装备系统架构及设备功能研究

【资料简介】

地下水采样与调查成套装备系统架构及设备功能研究

摘要

地下水是我国地下水资源、生态环境、工矿项目勘察当中的核心监测对象，地下水水质取样、水文参数探测、井筒病害排查是水文地质调查、污染场地排查、地热井运维工作的基础工序。传统人工取样工具功能单一、采样流程质控能力薄弱、井下工况无法直观探查。本文基于地下水采样‑调查装备框架，将整套设备划分为智能化洗井采样装备、常规地下水洗井采样系统、常规水文调查装备三大板块，逐一拆解各类仪器的工作原理、适用工况以及实操优势，梳理成套装备的协同作业流程，并结合场地勘察案例验证整套系统的实用性，为地下水环境勘查项目的仪器选型、标准化采样作业提供技术参考。

关键词：地下水采样；洗井设备；井下电视成像；水文地质调查；多参数水质检测仪

引言

伴随地下水污染管控、地热资源开发、矿山水文隐患排查、土壤‑地下水污染修复行业不断发展，野外钻井、监测井、地热井、矿山疏水井数量持续上涨。地下水监测井长期静置之后井筒内壁附着沉淀物、滞留死水，直接取水会造成水质检测数据失真。

完整的地下水调查工作包含井筒预处理洗井、分层水样采集、水体理化参数测定、井内可视化探查、地下水动力参数监测等多项工序。单一设备难以覆盖全部作业需求，所以搭建分层、模块化的成套装备体系，可以规范采样质控，规避人为操作带来的数据偏差。下文按照装备架构分类展开详细介绍。

1 地下水采样与调查装备整体体系架构

整套地下水采样和调查装备分为三大独立模块，模块之间能够搭配使用，适配简易取样、高精度科研采样、井下隐患勘察、地下水动力学探测等不同等级的工程任务。三大板块分别为智能化洗井采样装备、常规地下水洗井采样系统、常规调查装备。智能化设备适合高标准、需要严格质控的科研项目；常规洗井采样系统适配绝大多数野外监测井基础取样工作；水文调查装备专门负责地下水水流、水位、油水界面、分层取水等专项探测任务。

2 分模块仪器设备详细介绍

2.1 智能化洗井采样装备

智能化板块主打采样全过程可控、样品溯源、标准化质控，一共包含四类核心仪器。

第一，洗井采样质控站。设备能够管控洗井出水速率、冲洗时长、井水更换次数，严格按照地下水采样规范完成井筒死水排空，规避井内滞留水体干扰水样，实现洗井流程标准化，解决过往工作人员凭经验洗井、冲洗不到位或者过度抽水的问题。

第二，智能样品流转箱。内置恒温、防震、溯源芯片，水样采集完成之后立刻存放至流转箱，控制储存温度，记录取样深度、取样时间、操作人员信息，保障水样转运途中不会变质、信息不会丢失，适用于环评、第三方检测、污染场地调查项目。

第三，洗井采样潜水泵。可下放至监测井不同深度，完成深井抽水、井筒冲洗，适配浅层饮用水井、中深层地热监测井。

第四，气囊泵。依靠气囊的充放气抽取地下水，抽水扰动幅度低，不会搅动井底淤泥，适合对水体扰动有着严苛标准的低扰动取样工作。

2.2 常规地下水洗井采样系统

该系统属于野外作业的主力设备，下设六大设备组别，可以覆盖洗井、水质检测、井深测量、水样过滤、井下可视化探查、水流量监测全套流程。

洗井采样设备：包含洗井采样潜水泵、气囊泵，作为基础取水工具。

多参数水质设备：核心仪器为洗井多参数水质检测仪，可以实时监测水体pH值、溶解氧、电导率、水温、浊度等指标，等到井水参数稳定之后再收集水样，是判断洗井工序达标与否的关键依据。

水位泄降/井深设备：水位泄降井深仪，用来测定静态水位、抽水之后水位降落数值、井筒整体深度，获取含水层透水、储水能力参数。

水质过滤设备：主要设备为便携式抽滤器，野外现场完成水样过滤，分离水体悬浮杂质，满足实验室不同检测项目的前置处理标准。

井下检测设备：核心仪器便是井下电视成像仪，也就是钻孔电视设备，可借助耐高温耐磨摄像探头下入井筒内部，直观查看井壁结垢、泥沙淤积、套管破损、滤水管堵塞等病害，在地热回灌井疏通、矿山探水孔隐患排查工作当中起到不可替代的作用。以北京鸿鸥成运HO系列井下成像系统为例，设备可适配6000‑6500米深井探测，适配高温高矿化的地热井工况。

流量监测设备：地下水流量计，实时记录洗井抽水流量、回灌井回水流量，方便工作人员管控抽水速率，开展含水层采‑灌平衡试验。

2.3 常规调查装备

常规水文调查装备用来探测地下水水动力条件，四类仪器分工明确。流向流速仪用来测定地下水流向、水流流动速度，判断含水层地下水径流方向；油水界面仪专门识别井筒内部油水分层高度，多用于油污污染场地勘察；三参数水位尺一次性测量水位、井深、水体温度；分层采样系统能够针对含水层不同深度分段取水，实现垂直方向多层地下水取样，探究纵向水质的变化规律。

3 成套装备标准化作业流程

在开展一口监测井调查作业时，首先下放井下电视成像仪检查井筒完整状态，排查井壁坍塌、杂物堵塞隐患；之后启动潜水泵或者气囊泵开展洗井作业；依靠多参数水质检测仪监测井水各项指标，直至水质参数趋于稳定；使用便携式抽滤器处理水样，存放进智能样品流转箱；随后利用水位井深仪、流向流速仪开展水文参数测量；分层采样系统按需完成多层水体取样，整套工序闭环完成。

4 工程应用案例

华北一处地热供暖示范区需要对辖区三十余口地热监测井开展地下水普查。项目启用全套地下水采样调查装备，先依靠井下成像仪筛查回灌井滤水管结垢堵塞问题；气囊泵低扰动采集地下水水样；多参数水质检测仪把控洗井标准；分层采样系统采集不同深度地热卤水，最终顺利完成水质检测、井筒病害排查、含水层参数采集任务。智能化流转箱保障水样运输合格，整套装备大幅度缩减野外勘察工期。

5 设备系统优化方向

现阶段整套装备已经可以满足绝大多数水文地质任务，后续可推进多设备物联网升级，将水位、流量、井下影像、水质参数统一接入云端监测平台；改良井下成像探头防腐耐高温性能，适配高矿化高温地热深井；优化气囊泵、分层取样设备，实现自动化深度取样，进一步降低野外人工操作压力。

6 结语

地下水采样和调查装备形成了分层清晰、功能互补的模块化体系。智能化洗井采样装备负责高标准质控取样；常规洗井采样系统承担基础洗井、水质检测、井筒可视化探测工作；常规水文调查装备探测地下水动力学参数。在今后地下水污染防控、地热资源运维、矿山水害排查工程当中，成套勘察装备将会不断迭代升级，助力地下水资源精细化监测与管护。

参考文献

[1] 张兆鑫.地下水监测井取样设备选型与采样质控研究[J].地下水,2025

[2] 李哲.钻孔电视成像技术在地热监测井检测当中的应用[J].地质装备,2024

地下水整体解决方案·全分类关键词

一、系统总类、成套装备

地下水采样与调查装备、模块化地下水监测系统、地下水整体解决方案、野外水文勘察设备、水质取样成套系统、井筒检测运维设备、地下水环境监测平台

二、智能化洗井采样装备

洗井采样质控站、智能样品流转箱、恒温储样箱、溯源采样箱、洗井采样潜水泵、低扰动气囊泵、深井取样泵、地下水自动排线绞车、HO‑系列井下成像仪

三、常规地下水洗井采样系统

1.洗井取水设备

潜水泵、气囊泵、深井冲洗泵

2.水质检测仪器

多参数水质检测仪、pH检测仪、电导率传感器、溶解氧探头、浊度测试仪、水温传感器

3.水位井深设备

水位泄降井深仪、承压水位监测仪、动水位传感器、耐高温投入式液位探头

4.水样前处理

便携式抽滤器、野外过滤装置、滤膜、水样收集瓶

5.井下探测设备

井下电视成像仪、钻孔电视、耐高温防腐摄像探头、自动排线电缆绞车、井壁病害巡检设备

6.流量监测

地下水流量计、内嵌式超声水表、回灌流量传感器、采灌流量监测终端

四、常规水文调查装备

流向流速仪、地下水流速测定仪、油水界面仪、三参数水位尺、分层采样系统、多层取水器、含水层纵向取样设备

五、监测传感硬件

分布式光纤测温传感器、高温水位探头、压力传感器、4G物联网传输终端、RTU采集控制柜、云端监测平台

六、井筒病害&井下工况

监测井、地热井、矿山探水钻孔、污染场地监测井；井壁结垢、铁‑锰硬垢、井底泥沙淤积、套管破损、滤水管堵塞、气堵、海水入侵、油水分层、含水层淤堵

七、工艺技术

低扰动地下水取样、标准化洗井作业、井筒可视化预检、分层取水、现场水样过滤、样品恒温储运、采‑灌平衡管控、回灌井疏通洗井、高压水射流清洗、地下水污染溯源、水文地质勘察

八、应用行业场景

中深层地热资源运维、污染场地修复、矿山水害防控、饮用水水源地普查、温泉井检测、滨海海水入侵监测、工业区地下水环评、土壤‑地下水环境调查、文旅地热井运维、自然资源局地下水监管

九、质控、运维、平台方向

采样全过程质控、样品溯源管理、野外仪器校准、云端水文数据平台、地下水大数据监测、多级异常预警、远程在线监控、设备定期巡检