3.1 脱气装置第1次改造
根据尕海井地下水位较高,水流量比较大的情况,脱气装置采用5 mm钢板,按规格(长40 cm,高30 cm)焊接成长方体脱气箱,在箱子底部用同样的厚度钢板焊接一个Λ形状三角物,并在距离进水管的出水口约18 cm处打洞,这样做的目的是让水从出水口流出后直接撞击三角物产生第一次气泡,水流通过三角形状物上的小洞,撞击箱体底部形成二次撞击,产生第二次气泡。为了增加撞击的力度,将进水管换成32 mm,加大水流量,并在箱底排水处安装了3个排水管(一个25 mm、两个32 mm),根据现场情况进行排水调节(图3)。在现场试验时,将排水管主阀门全部打开,不再人为控制流量,在取样口流量的大小对水氡观测值会产生一定影响,流量大观测值高,流量小观测值低(邵永新等,2006)。脱气装置安装完成后,现场测量氡值为50 Bq/L,通过几天的观察发现数值开始逐步下降。下降的原因为脱气装置体积过大,使得观测值变化滞后,不能较好地反映气氡的快速变化(苏永刚等,2005)。该装置本身脱气量较少且不稳定; 排水管内存在空隙,脱出的气体可随流水排出。
图3 第1次改造脱气装置
Fig.3 Degassing device of the first refitment
3.2 脱气装置第2次改造
2013年9月6日对脱气装置进行第2次改造,取掉了箱子底部的三角形物,让水直接撞击水面,产生气泡进行观测,安装完成后,现场进行了取数,数值为22 Bq/L,比第一次改造完的数值要低将近30 Bq/L。因脱气箱体积较大,观测值会滞后,所以需等待几天,在等待期间观察数据变化情况,发现数据一直缓慢下降。通过这2次的改造,发现数据都是呈缓慢下降趋势,判断可能是脱气装置体积过大,于是我们进行了第3次改造。
3.3 脱气装置第3次改造
2013年9月28日至10月6日对脱气装置进行了第3次改造,此处需说明的是在2013年9月26日因仪器供电出现故障,对仪器进行了重启造成了数据突跳变化; 2013年9月30日将井孔主排水管道阀门全部打开,改变了脱气装置进水管流量忽大忽小的问题,并将进水管改为20 mm。之前的2次改造将进水管改为32 mm,目的是加大出水量,水氡测值的高低取决于氡气从水样里脱出的多少,水样中脱出氡气的多少又取决于氡在水样中的溶解度,水样中的溶解度又取决于所取水样的温度(张文男等,2014)。脱气装置内部通过撞击产生大量的气泡,加大出水口,水的流量增大,降低了水的流速,而且主管道的主阀门全部打开,水自然流出,这样做实际上减少了水流的冲击力度。
流量是影响气体变化的重要因素,但流量与气体含量之间的数量关系较复杂,没有明显的统计规律(刘快胜,魏青珂,1991)。将排水管改成2个(分别为25、32 mm),并增加一个U型管,使箱体内水面保持稳定,排水管的位置从箱体的中间换到边上,让流进箱体的水直接撞击水面,产生气泡。改变箱子成高度为35 cm,直径17 cm的圆柱体,外型更为美观(图4)。此次改造完后,所测氡值非常稳定,最高氡值43.5 Bq/L,最低氡值37.7 Bq/L,日变化幅度5.8 Bq/L,但在11月1日季度检查结束后,氡值下降至34 Bq/L左右,分析其原因是与闪烁室密封不好有关。持续至12月20日,因天气较冷出气口产生少量冰渣使通气管
图4 第3次改造脱气装置
Fig.4 Degassing device of the third refitment
受阻导致氡值持续下降,2013年12月26日,对气氡仪器进行标定(
图6)。
3.4 脱气装置第4次改造
从2014年1月1日开始对气氡仪进行第4次改造。因为仪器标定结束后,氡值下降至2.2 Bq/L,该时间段正是尕海地区一年中最冷的时候,温度在-20 ℃以下。检查仪器出气口、过滤球,发现有部分水汽存在,于是清除出气口冰渣,更换过滤球,发现氡值仍为2.2 Bq/L。需要说明的是第四次改造前,经过试验,把箱体高度由35 cm缩短为30 cm,数据下降可能与此有关。考虑到水流不稳定,在脱气装置上加装储水罐以保持进水流量稳定(唐光伟等,2007),但效果并不好。
对仪器进行全面检查,初步认定气氡仪闪烁室故障导致,原因是仪器长时间在室内进行标定,标定完成后直接安装,尕海井温度低于-20 ℃,由热变冷导致仪器内部出现水蒸汽(张新基等,1993)导致数据过低。参考相关文献后,将出气口至进气口的气管距离缩小(由2.3 m缩为1.2 m),使主机尽量靠近脱气装置(邱鹏成等,2007),主机比脱气装置的高度稍高,但不能太高,将主机高度向下调节,使出气口气管呈小幅度上升至仪器进气口。脱气装置底部加U型管,经多次试验发现高度为9 cm最为合适,箱体直径27 cm,高度30 cm(图5)。改装完成后,所测量氡值在58.9~62.4 Bq/L之间变化,2014年2月4~6日,因为季度检查结果很差,连续3次进行季度检查,季度检查后发现氡值大幅上升,这和之前的仪器做完季度检查后数据有下降或上升的变化一致,其原因还是与氡
图5 第4次改造脱气装置
Fig.5 Degassing device of the fourth refitment
探测装置内部闪烁室密封不好有关,因此2014年4月11日对氡探测装置进行了更换,之后的数据曲线都保持稳定,目前氡值保持在65.5~70.5 Bq/L,数值稳定,日变形态稳定,没有大幅度的突跳变化,改造达到预期目的(
图6)。
通过一系列的改造,笔者认为,气氡观测的井口装置主要由脱气—集气装置和缓冲器组成,脱气—集气装置是气氡仪获得真实、稳定、可靠数据的关键环节,缓冲器是保证仪器连续正常工作的关键环节(任佳等,2006)。
图6 改造和改造完成后气氡数据整点值变化曲线
(2013-08-01~2014-07-29)
Fig.6 Curve of hour value data of gas radon of refitment and after refitment from Aug.1,2013 to Jul.29,2014