Lấy mẩu nước trong đất

Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

MỤC LỤC

Contents
1.

Giới thiệu.................................................................................................................2

2.

Chiến lược lấy mẫu đất............................................................................................3

3.

Phương pháp lấy mẫu đất cổ điển............................................................................4

4.

Lấy mẫu đất nông nghiệp.........................................................................................7

5.

Lấy mẫu vùng nước cạn cho việc mô tả đặc tính ơ nhiễm........................................9

6.

Dụng cụ lấy mẫu....................................................................................................11
6.1. Thiết bị lấy mẫu bằng tay.................................................................................11

6.2. Thiết bị lấy mẫu số lượng lớn...........................................................................12
6.2.1.

Khoan.....................................................................................................12

6.2.2.

Trục vít hoặc mũi khoan xoắn ốc............................................................13

6.2.3.

Những máy khoan thùng hay piton........................................................14

6.2.4.

Ống.........................................................................................................15

6.3. Cơ đất và thiết bị lấy mẫu tầng nước cạn:.........................................................17
6.3.1.

Máy khoan điện cầm tay:........................................................................18

6.3.2.

Mũi khoan rắn.........................................................................................18

6.3.3.

Mũi khoan rỗng......................................................................................19

6.3.4.

Khoan âm................................................................................................21

6.3.5.

Lấy mẫu bằng cách đẩy trực tiếp( direct push )......................................22

6.4. Bảo quản mẫu đất.............................................................................................23
7.

Mẫu đất chứa nước.................................................................................................24
7.1. Lấy mẫu đất so với lấy mẫu nước trong đất......................................................25
7.2. Lấy mẫu nước trong lỗ rỗng (khí cụ hút lysimeters):........................................26
7.2.1.

Nguyên tắc hoạt động............................................................................27

7.2.2.

Vật liệu và các yếu tố chọn áp suất bọt khí:............................................28

7.2.3.

Các loại vật lấy mẫu:..............................................................................30

7.2.4.

Phương pháp cài đặt vật lấy mẫu:...........................................................33

7.3. Vật lấy mẫu có chứa nước bão hịa...................................................................35
7.4. Lấy mẫu nước trong lỗ rỗng so với lấy mẫu đất:..............................................35
1


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

7.5. Bảo quản và lưu trữ mẫu nước trong lỗ rỗng....................................................36
8.

Quản lý chất lượng nước........................................................................................36
8.1. Chăm sóc thiết bị..............................................................................................36
8.2. Hồ sơ ghi chép về mẫu:....................................................................................37

Trả lời câu hỏi…………………………………………………………………………..38
Tài liệu tham khảo……………………………………………………………………...42

2


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

1.

Giới thiệu
Tầng nước cạn, cũng gọi là vùng khơng bão hịa, là phần giữa mặt đất và vùng

nước ngầm hoặc vùng bão hòa. Ở đây lượng ẩm chưa đạt mức bão hịa, hơi ẩm có áp
suất nhỏ hơn áp suất khí quyển. Nếu tầng khơng bão hịa chứa nước, nước chứa trong
đó được gọi là độ ẩm của đất.
Môi trường đất bao gồm thực vật (rễ), động vật và vi sinh vật cư trú tại các lỗ
rỗng trong đất và bám vào các vật liệu địa chất. Các lỗ rỗng của môi trường này cũng
chứa nước với các khống chất hịa tan,khơng khí giàu CO2 và lượng nhỏ các khí khác.
Nước và khí duy trì sự sống của thực vật, động vật và vi sinh vật.
Khi nước thấm tới đáy tầng nước cạn thì thành phần hịa tan (chất dinh dưỡng và
các chất ơ nhiễm) có thể làm ơ nhiễm nước ngầm. Mơi trường này là không đồng nhất
tại các khu vực khác nhau. Đây là thách thức đối với các nhà khoa học môi trường khi
lấy mẫu đất. Các hoạt động của con người làm tăng cường sự phức tạp của môi trường
đất. Những hoạt động của con người có thể làm thay đổi bản chất thật sự của mơi
trường đất . Ví dụ, nhiều hoạt động nơng nghiệp thường xun thay đổi tính chất vật lý,
hóa học, và sinh học thiên nhiên của đất. Các việc san lấp có thể cắt ngang và pha trộn
nhiều tầng đất, loại đất và loại bỏ tất cả các loài thực vật. Đồng thời việc canh tác có thể
làm đồng nhất 0.5m đất tính từ bề mặt xuống. Trong khi đó, đơi khi sự biến đổi về cấu
tạo địa chất lại thay đổi chỉ với một khoảng cách nhỏ.
Nội dung chính được trình bày trong chương này là phương pháp và thiết bị cần
thiết để thu thập và lưu giữ mẫu đất, tầng nước cạn và khí trong đất. Mục đích: phục vụ
cho việc khảo sát đất, đánh giá khả năng sản xuất nông nghiệp, giám sát tầng nước cạn
để xác định mức độ ơ nhiễm.
Vì sự khác biệt giũa vùng đất và tầng nước cạn (tầng khơng bão hịa) là khơng
nhiều nên phương pháp và thiết bị là dùng chung cho cả hai môi trường.

3


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

2.

Chiến lược lấy mẫu đất
Đơn vị đất: Trong khoa học đất cổ điển thì một đơn vị đất hay một pedon được
định nghĩa là “ một khối lượng nhỏ nhất của đất mà cịn có thể được gọi là đất” (Brady
& Weil, 1996). Định nghĩa này có ý nghĩa đặc biệt là để phân loại đất phải dựa vào
người quan sát từ thể tích của đất có thể thay đổi 1-10 m2 trong diện tích bề mặt và 1-3
m theo chiều sâu (xem hình 7.1)

Hình 7.1: Lớp đất lấy từ điểm lấy mẫu trong vùng lấy mẫu. Đặc điểm địa hình và thảm
thực vật có thể cho thấy (bên ngồi) tính khơng đồng nhất nhiều của đất. Cảnh quan
đất và những polypedon và tổ chức của tầng đất đã xác định tính khơng đồng nhất ít
của đất vàmơi trường đất ở quy mơ trung bình. (Trích từ Brady và Weil, năm 1996,
hình 3.1,. và Pepper et al.,năm 1996, hình. 2.3.)
4


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Tuy nhiên, một định nghĩa chung chung hơn là theo dõi thường xuyên thông qua
môi trường đất. Điều này trên thực tế có thể dựa vào định nghĩa của quy mô đất được
thảo luận ở phần sau. Phương pháp giám sát môi trường đất hiện đại thường không xem
xét phân loại đất cổ điển đến phương án tối ưu hóa lấy mẫu. Trong phần tiếp theo chúng
tôi thảo luận về lấy mẫu đất cổ điển để phục vụ cho việc phân loại đất.
Một đơn vị đất đồng nhất có thể được định nghĩa là một diện tích đất mà có các
tính chất vật lý tương tự nhau – một pedon. Vì vậy, một đơn vị đất có thể được coi như
là một khối lượng đất khơng có các cấu hình phân biệt, một đơn vị đất có thể được định

nghĩa là một khối lượng đất khơng đổi, và khơng có sự thay đổi về các đặc tính như kết
cấu, màu sắc, mật độ, độ ẩm và hàm lượng chất hữu cơ. Định nghĩa này về đơn vị đất
được sử dụng trong phần còn lại của chương này.
Nếu có những thay đổi khác xảy ra trong một đơn vị đất trong một hoặc các tính
chất được liệt kê ở trên, thì nó sẽ lại được chia thành các đơn vị nhỏ hơn. Như vậy, quá
trình phân chia môi trường đất tiếp tục bằng cách định nghĩa một đơn vị khác của đất
theo đơn vị mới này.
Các nhà khoa học đất nhận ra rằng các đơn vị đất ở xa nhau đang bị đồng nhất
hóa tạo thành đất trung gian. Điều này là rất quan trọng trong việc quản lý sự biến đổi
của đất nông nghiệp, xử lý đất sau phát thải và cải tạo đất đã bị ô nhiễm.
Trên thực tế các đơn vị đất trung gian phải được chia nhỏ ra để thuận tiện cho
việc lấy mẫu và phân tích mẫu.
3.

Phương pháp lấy mẫu đất cổ điển
Ban Bảo Tồn Đất của Bộ Nông Nghiêp Mỹ đã phát triển phương pháp khảo sát
đất, phương pháp này có nguồn gốc từ khoa học đất cổ điển đặc biệt là về nguồn gốc
đất, thổ nhưỡng và hình thái đất. Hình thái đất bao gồm việc phân tích sự hình thành
đất, cấu trúc và những tính chất tương tự. Để biết về hình thái đất địi hỏi phải quan sát
trực tiếp kết hợp với phân tích trong phịng thí nghiệm.
Ví dụ việc quan sát thực địa bao gồm các phép đo được trình bày trong bảng 7.1

5


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

BẢNG 7,1: Các phép đo trong quá trình quan sát thực địa:

Tầng đất khảo sát : O, A, E, B, C
Màu chủ yếu: đỏ, đen, xám, xanh liên quan đến độ ẩm, và thành phần hóa học của đất
Những vết lốm đốm trên đất: phân phối màu theo kích cỡ và độ tương phản
Kết cấu, kích thước hạt phân phối: sỏi, cát, bùn đất sét (ước tính lĩnh vực) độ xốp,
Mật độ nén: khoảng trống
Cơ cấu tổ chức: Dạng dải từ rời(hạt đơn)đến khối (lăng trụ)
Chế độ ẩm: bão hịa (bảng vị trínước), khơng bão hịa(Thời gian)
Thốt nước: tốc độ thấm nước
Một cách khác để phân loại thơng tin đất đó là từ kết quả phân tích mẫu trong
phịng thí nghiệm được thể hiện trong bảng 7.2
BẢNG 7,2: Các phép đo định lượng từ Phòng thí nghiệm từ việc phân tích mẫu:

Phân phối kích thước hạt: theo phần trăm cát, bùn, và đất sét
Độ dẫn thủy lực (dẫn nước): bão hịa, khơng bão hịa
Độ pH bão hòa và độ dẫn điện: từ nước bão hòa
Carbon hữu cơ và nitơ hữu cơ: các chất hữu cơ
Khả năng trao đổi cation: nền bão hòa, tỷ lệ natri trao đổi.
Đối với phân loại đất cổ điển thì địi hỏi phải có kinh nghiệm trong việc quan sát
thực địa. Người giám sát phải được chứng nhận và có nhiều năm kinh nghiệm trong
việc giám sát khảo sát và phân loại đất.
Mục đích của việc lập bản đồ đất khơng phải là để xác định chính xác các khu
vực hoặc khối lượng đất với những đặc tính của chúng mà là để xác định vị trí của loại
đất (đơn vị cụ

loại đất của Mỹ) trong bản đồ đất (xem hình 7.2). Hầu hết ban bảo tồn

và khảo sát đất USDA (xem chương 5) gồm các nhà khoa học được đào tạo hầu như chỉ
từ quan sát thực địa về địa hình và hình thái đất.

6

Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Hình 7.2: Phương pháp lấy mẫu đất được sử dụng để phân định ranh giới đất từ A E. Các điểm lấy mẫu theo dạng lưới (hình trên) có nhiều tốn kém và bỏ qua tính năng
địa hình. Lát cắt lấy mẫu (hình dưới) sử dụng các thơng tin bản đồ đất để tìm ranh
giới, giảm chi phí lấy mẫu. (Trích từ Brady và Weil, năm 1996, hình. 19,6.)
Thiết bị phân loại đất
Các thiết bị được liệt kê trong hộp 7.1 có thể sử dụng để kiểm tra và thu thập
mẫu đất. Danh sách đầy đủ được trình bày trong sổ tay Cẩm Nang Nơng Nghiệp của
Ban Khảo Sát Đất - Mỹ. Một danh sách hoàn chỉnh hơn về các thiết bị, bản đồ, và
hướng dẫn được cung cấp trong một bảng hướng dẫn thực tế của Boulding (1994) hoặc
Manual Agricultural Handbook 18 (1993) của Ban Khảo sát đất thuộc Dịch vụ Bảo tồn
U.S. Phân loại đất theo cảnh quan thường sử dụng ô lưới hoặc mơ hình ngang. Xác
minh tính chất của đất thơng qua việc lấy và kiểm tra mẫu (sử dụng khoan tay – xem
hình 7.2).
Việc phân loại đất cũng có thể dựa vào kết quả phân tích hóa học và vật lý của
mẫu đất trong phịng thí nghiệm.
Phân loại đất cũng có thể dựa vào việc xem phẫu diện đất. Phương pháp này mặc
dù tốn kém và rắc rối xong lại có kết quả rất trực quan.

7


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Việc phân loại đất cịn có thể dựa vào đặc điểm địa hình, phân bố thảm thực vật
và cái mốc cho thấy kết quả phân định là hình chụp từ vệ tinh.
HỘP 7,1
Các thiết bị cần thiết cho việc lấy mẫu đất và tầng nước cạn:
- Khoan (tay, cơ khí), giàn khoan Shovel, xẻng, hộp cơng cụ cơ khí
- Biểu đồ: hình thái đất và phân loại đất, màu đất theo Munsell, phân loại và kết cấu
khoáng sản.
- Chai: dung dịch acid HCl (theo tiêu chuẩn 10), nước oxy hóa, trao đổi ion
- Ghi chép : ghi sổ, máy ảnh, bút không thấm nước
- Bản đồ: khảo sát đất, địa hình, địa chất
- Hình dạng, kiểu: phẫu diện đất, kiểu lỗ khoan , mẫu nhãn
- La bàn, hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cầm tay
- Giấy hoặc túi xách nhựa thu mẫu đất, dụng cụ khoan đất dạng tay áo.
- Dụng cụ lưu trữ mẫu (lạnh)
4.

Lấy mẫu đất nông nghiệp
Ngành nông nghiệp quản lý rất chặt chẽ những tính chất của hệ thống đất đã
được xác định rõ và những thay đổi bởi sự tác động của con người để phục vụ việc duy
trì sản xuất lương thực. Những thay đổi như cày, thường xuyên bón phân, phun thuốc
trừ sâu và tưới nước.
Theo dõi tình trạng đất nơng nghiệp chủ yếu là để thực hiện đánh giá khả năng
sản xuất của đất. Đôi khi lấy mẫu đất để xác định lượng hóa chất trong đất, tính chất vật
lý như độ mặn, độ thấm nước,chất hữu cơ… Những đặc tính của đất có thể thay đổi theo
thời gian bởi việc sử dụng phân bón lâu dài, chất thải và biện pháp canh tác.
Theo nguyên tắc, trên một diện tích là 4 ha thì việc lấy mẫu (đơn hay hỗn hợp)
cần lấy sâu xuống 30 cm (dùng khoan pitton hoặc thuổng). Những thay đổi về địa hình
cũng cần được chú ý. Số lượng mẫu lớn cũng cần chú ý để tiết kiện chi phí phân tích.

8

Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Hình7.3: Lấy mẫu ngẫu nhiên dùng để thu thập các mẫu đất từ đất nông nghiệp. Một vị
trí lựa chọn ngẫu nhiên bắt đầu từ vị trí xác định địa mẫu tiếp theo, dựa trên sự lựa
chọn ngẫu nhiên. (Trích từ Klute, A.[1986] Phương pháp phân tích đất: Phần1Physical and Mineralogical Methods, xuất bản lần thứ 2 của Hội Nông học Mỹ, Khoa
hội Mỹ. Madison, WI)
Thủ tục này được chấp nhận nếu mỗi mẫu góp phần cùng một số lượng đất cho
mẫu cuối cùng, và chỉ khi ước tính các nồng độ trung bình là cần thiết mà khơng có liên
quan đến biến đổi về không gian. Tất cả các mẫu được lấy với cùng chương trình lấy
mẫu ngẫu nhiên đơn giản (hình 7.3). Khoảng cách giữa các vị trí lấy mẫu phải được lựa
chọn trước. Khi ra hiện trường có thể sử dụng thước hoặc bước chân để đo. Ngồi ra,
một vùng có thể được chia thành các ô lưới nhỏ hơn để tạo điều kiện thuận lợi cho việc
xác định vị trí lấy mẫu. Mẫu được chọn ngẫu nhiên tại một vị trí bất kỳ trong ô. Tuy
nhiên, với thiết bị định vị tồn cầu GPS thì ơ lưới có thể khơng cần thiết sử dụng để xác
định vị trí lấy mẫu (hình 2.5B).

Hình 2.5 (B) Có hệ thống lưới để lấy mẫu (điểm ảnh) và lấy mẫu ngẫu nhiên
trong mỗi khối lưới (x).
9


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Khi một vùng đất được dự đốn trước là có sự thay đổi phụ thuộc vào khơng gian

thì một mơ hình lấy mẫu theo dạng ô lưới có thể được sử dụng. Mạng lưới đó có thể
chia vùng đất thành nhiều hình vng hoặc hình tam giác (hình 2.5 B) và các mẫu đất
được lấy từ vị trí các nút hoặc trong ơ. Số lượng các ô bằng số lượng mẫu cấn lấy.
Phương pháp này cung cấp một bộ mẫu có tọa độ X,Y nên có thể sử dụng để phát triển
bản đồ đường đồng mức bằng phương pháp địa thống kê (xem chương 3).
Việc sử dụng thông tin về kết cấu đất là rất quan trọng trong nơng nghiệp để tối
ưu hóa lượng phân bón và nước tưới.
Thiết bị lấy mẫu đất nơng nghiệp
Các thiết bị lấy mẫu đất nông nghiệp được tổng hợp trong hộp 7.1.
Mẫu đất khơng bão hịa để phân tích khả năng sản xuất cần được lấy bằng khoan
pitton và giữ ở nhiệt độ phòng.
Để giảm thiểu sự hoạt động của vi sinh vật trong mẫu đất cần sử dụng khơng khí
khơ (1-3 ngày). Sau khi sấy, mẫu nên được lưu trữ trong túi nhựa kín. Làm khơ và niêm
phong mẫu đất có thể được lưu trữ vơ thời hạn. Khi sấy khơ, đất mùn trung bình độ ẩm
khơng nên nhiều hơn 5%.
Nếu muốn phân tích vi sinh vật thì mẫu không được sấy, mẫu phải được niêm
phong và bảo quản ở 40C cho đến khi phân tích (xem Chương 20 để biết chi tiết về lấy
mẫu đất để phân tích vi sinh vật).
5.

Lấy mẫu vùng nước cạn cho việc mơ tả đặc tính ơ nhiễm
Trong 25 năm qua, nhiều phương pháp đặc biệt đối với việc thu thập mẫu được
đề ra, sau việc cần thiết phải định lượng ô nhiễm của tầng nước cạn. Việc xử lý và bố trí
chất thải cơng nghiệp và chất thải đơ thị, việc đổ hóa chất khơng được kiểm sốt, sự
lắng động khí quyển, và rối loạn vật lý (khai thác mỏ, khai hoang) làm tăng thêm kích
thước mẫu được lấy so với phương pháp truyền thống. Theo đó, phương pháp thống kê
để xác định số lượng mẫu là cần thiết để đáp ứng tiêu chuẩn ô nhiễm và làm sạch môi
trường, cũng như các chi phí kiểm tra liên quan đến việc lấy mẫu đất và phân tích. Tuy
nhiên, việc lấy mẫu đất vẫn đòi hỏi một sự kết hợp của hệ thống lấy mẫuvà lấy mẫu
ngẫu nhiên và kiến thức về đặc tính của mẫu đất, cũng như lịch sử của nó.

10


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Trong một số trường hợp, các nguồn gây ô nhiễm cũng được đề cập đến với mục
tiêu là để mô tả mức độ ô nhiễm. Trong trường hợp này, việc lấy mẫu có mật độ lớn
nhất tại nguồn ô nhiễm và giảm khi đi xa hơn (Hình 7.4).

Hình7.4: Ơ lưới và mơ hình giả định hướng lấy mẫu đất một điểm ô nhiễm của
nguồn thải (thăm dị). Lưu ý rằng có thể lấy mẫu theo hướng vận chuyển tiềm năng của
ô nhiễm (vận chuyển qua khơng khí và nước). Chấm điểm lấy mẫu đại diện.
Lấy mẫu hệ thống có thể được thực hiện theo các cách khác nhau, được xác định
bởi các địa hình và gió. Trong một trường hợp khác, các nguồn ơ nhiễm là không biết,
và mục tiêu là để xác định vị trí các nguồn. Lấy mẫu theo hệ thống theo đường kẻ ơ
được sử dụng để xác định vị trí gây ô nhiễm - "điểm nóng". Trong trường hợp như vậy,
cần phải thực hiện phương pháp thống kê để xác định kích thước ơ lưới, xem xét khu
vực này và xác suất xảy ra các điểm nóng (xem chương 3). Đối với các ứng dụng nông
nghiệp, phẫu diện đất được sử dụng để hỗ trợ việc lấy mẫu. Phẫu diện đất điển hình là
đào sâu xuống dưới bề mặt 0-3 m, tùy thuộc vào số lượng và độ dày của từng phẫu diện.
Đối với đặc tính của chất gây ơ nhiễm, mục đích của việc lấy mẫu đất để xác định độ
sâu của chất ô nhiễm trong đất, phẫu diện đất có thể hoặc khơng thể hữu ích. Thơng
thường, một chú ý quan trọng hơn là chiều sâu của mực nước ngầm. Do đó việc lấy
mẫu trên tồn bộ mơi trường đất bao gồm tầng nước cạn.

11

Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

6.

Dụng cụ lấy mẫu
Lấy mẫu đất được chia thành các nhóm lấy mẫu vận hành bằng tay và bằng điện
(Dorrance 1995). Các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn lấy mẫu trong hai hạng mục
này bao gồm yêu cầu lấy mẫu sâu, điều kiện đất đai (ví dụ sự hiện diện của chất nitrat ,
sỏi lớp), mẫu mô, điều kiện độ ẩm, khả năng tiếp cận vị trí đó, chi phí, và nhân viên lấy
mẫu. Lấy mẫu thủ công chủ yếu được sử dụng để lấy mẫu bề mặt (ví dụ, độ sâu nhỏ hơn
5m tùy theo điều kiện). Máy móc thiết bị điện phù hợp hơn để lấy mẫu các vùng sâu của
vùng nước cạn hoặc trong điều kiện khơng thích hợp cho lấy mẫu bằng tay. Để biết
thêm chi tiết về lấy mẫu được mô tả trong chương này, xem Dorrance et al. (1995).
6.1.

Thiết bị lấy mẫu bằng tay

Thiêt bị lấy mẫu vận hành bằng tay phổ biến nhất được thể hiện trong Bảng 7.3.
BẢNG7.3: Thiết bị lấy mẫu bằng tay
1. Lấy mẫu hàng loạt: Máy xúc, muỗng
2. Loại khoan lấy mẫu:
Khoan loại đinh vít
Khoan lỗ trụ
Khoan pitton thường hoặc đa năng
Khoan cát
Khoan bùn
Khoan Hà Lan

3. Loại ống lấy mẫu:
Ống lấy mẫu đất rỗng
Ống Veihmeyer
Ống lấy mẫu thành mỏng (ống Shelby)
Máng lấy mẫu (Split-barreldrivesamplers)
Máy khoan mẫu có tuyến khoan (Ring-linedbarrelsamplers)
Dụng cụ lấy mẫu có van đẩy (Pistonsamplers)
Dụng cụ Maccauley ( Maccauley sampler)

12


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

6.2.

Thiết bị lấy mẫu số lượng lớn

Cơng cụ đơn giản để có được mẫu đất bao gồm thìa bằng thép khơng rỉ, muỗng
dài cán, xẻng, bay, và dao trộn. Thép không gỉ để đảm bảo rằng những thiết bị lấy mẫu
sẽ trơ đối với các chất gây ơ nhiễm điển hình. Các thiết bị này cũng được sử dụng để lấy
mẫu đất từ rãnh đào. Các mẫu được lưu trữ trong các thùng chứa thích hợp. Các mẫu sẽ
được để ngồi khơng khí để các thành phần dễ bay hơi (VOC) bay đi. Bởi vì VOCs bị
xáo trộn trong mẫu nên những mẫu có khối lượng không phù hợp để nghiên cứu địa kĩ
thuật.
6.2.1.

Khoan

Nhiều môi trường đất đã phát triển phẫu diện (những tầng A và B) với độ sâu ít khi
vượt quá 2m. Mẫu đất ở rìa ngồi có thể được lấy với thiết bị cầm tay tương tự như
trong thiết kế đượcthể hiện trong hình 7.5.

Hình 7.5
A: Bên trái, máy khoan đất điều khiển bằng tay,cho thấy đầu khoan, một thanh
mở rộng, và một tay cầm. Bên phải, các chi tiết trên đầu khoan cho thấy đầu cứng cắt,
thùng, chốt cố định mẫu, và chân để gắn vào thanh mở rộng. Thiết kế này minh họa cho
phép chèn một máng lót nhựa thay thế và nắp đậy cho bộ thu thập và lưu giữ nguyên
vẹn của một mẫu thích hợp cho các nghiên cứu địa kỹ thuật. Đầu khoan thay thế có thể
tùy thuộc vào điều kiện đất.
B, Khoan cát. Dụng cụ lấy mẫu được thiết kế cho sử dụng trong đất rất khơ, đất
cát. Các lưỡi khoan khít nhau để nó có thể giữ mẫu cát khơ.
C, khoan bùn. Đầu này có khe hở để loại bỏ dễ dàng nước trong bùn. mũi khoan
tương tự như mũi khoan thông thường nhưng khoảng cách xa hơn.

13


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

D, Khoan thường. Khoan này để lấy mẫu trong điều kiện đất thường.
E, Máy bào. Máy này làm sạch và làm phẳng ở đáy trước lỗ khoan. Nó loại bỏ
những bụi bẩn cịn lại trong lỗ khoan bởi máy khoan khác.
F, Khoan Hà Lan. Khoan này dùng tốt cho đất quá ướt, lún bùn và đất có thớ bắt
nguồn từ khu vực đầm lầy. Nó được rèn bởi thép có lượng carbon nguyên chất cao và có
đường kính trong chỉ là 3 inch.

G, khoan trục vít. Loại máy khoan trục vít có nhiệm vụ đặc biệt được dùng để lấy
mẫu nhỏ. (Từ Ben Meadows Company, một bộ phận của Lab Safety Supply, Inc)
Có một số loại mũi khoan và ống được thiết kế để lấy mẫu theo kết cấu nhiều
loại đất và điều kiện độ ẩm (xem hình 7.5). Mũi khoan lấy mẫu khơng ngăn được sự lây
nhiễm chéo phẫu diện đất và không được khuyến khích để lấy mẫu đất để theo dõi phân
tích hóa học. Ngồi ra, tính tồn vẹn khơng thể được duy trì bởi vì trong hầu hết trường
hợp, các mẫu đất phải được lấy ra bằng cách tháo vỏ bên ngồi.
6.2.2.

Trục vít hoặc mũi khoan xoắn ốc.

Những mũi khoan này cũng tương tự như những mũi khoan gỗ (hình 7,6) được
sửa đổi để gắn vào thanh và loại cán chữ T (Dorrance và cộng sự năm 1995.). Một
khoan xoắn ốc thương mại bao gồm một dải thép xoắn dài 25 cm. Những thiết bị lấy
mẫu phù hợp để sử dụng trong điều kiện ẩm ướt, đất gắn kết, sỏi mịn rời rạc. Nó thường
được dùng để khoan thơng qua các lớp rất dày đặc của đất. Bởi vì các mẫu tiếp xúc với
khí quyển, nên chúng khơng thích hợp cho phân tích các hợp chất VOC. Những loại
mũi khoan vít thường có đường kính từ 1 in (2,5 cm) đến 2 in (5 cm), làm việc tốt nhất
trong đất sét, và được thiết kế để thu thập một lượng nhỏ của đất.

14


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Hình7.6: Ví dụ ống Veihmeyer. JMC dẫn sử dụng thăm dị lịng đất, búa đóng, ống
nhựa thẳng lấy mẫu có thể được loại bỏ và đậy nắp để giảm thiểu ô nhiễm mẫu. Tùy
chọn búa và phần mở rộng cho phép lấy mẫu hướng dẫn độ sâu dưới 1 m, tùy thuộc

vàoloại đất và điều kiện độ ẩm.
6.2.3.

Những máy khoan thùng hay piton

Thiết kế cơ bản của một khoan pittong bao gồm một cạnh sắc để cắt, một ống
ngắn hoặc pitton trong đó các mẫu đất được giữ lại, và hai ống chân (xem hình 7.5 và
7.6). Những mũi khoan pitton thường lấy các mẫu với lượng lớn hơn những loại khoan
vít. Một số thiết kế cho phép chèn bằng nhựa, đồng, thép không gỉ,
polytetrafluoroethylene (PTFE), hoặc lót bằng nhơm (xem hình 7.5). Đầu khoan được
gắn thêm vào một thanh nữa và một cán chữ T (xem hình 7.5). Thanh mở rộng bổ sung
được thêm vào khi cần thiết. Khoan có các đường kính khác nhau để lấy mẫu. Khoan
pitton thay đổi đường kính từ khoảng 2 in (5 cm) đến 4 in (10 cm); phổ biến nhất là loại
có đường kính 3,5 in (8,9 cm). Sự thay đổi phù hợp cho việc lấy mẫu có cát, bùn, hoặc
đá (xem hình 7.5) và thu đến 1 kg đất. Những cửa van thường được cài đặt trên mũi để
tránh mất mát mẫu rất khô hoặc mẫu lỏng.
15


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

6.2.4.

Ống

Lấy mẫu đất bằng ống (Hình 7.6) là một phương pháp thay thế các thiết bị thu
thập mẫu khác do bị giới hạn bởi sự nhiễm bẩn và duy trì tính tồn vẹn lõi. Ống lấy mẫu
đất thường có đường kính nhỏ hơn và chiều dài thân lớn hơn khoan pitton. Các thành

phần cơ bản của ống lấy mẫu bao gồm một đầu cứng để cắt, thân có hình ống, và cuối là
ren (đinh ốc ). Trong một số thiết kế, thanh mở rộng được bắt vít vào thân ống để đạt
tổng chiều sâu lấy mẫu. Các ống được xây dựng bằng thép cứng, và một số đơn vị được
mạ chrome. Ống lấy mẫu cho phép chèn lót thép cứng và lưu trữ được một lõi đất cịn
ngun vẹn. Lớp lót có thể tháo ra được để mẫu không bị ảnh hưởng. Điều này làm
giảm việc phải xử lý mẫu và giảm thiểu mẫu nhiễm bẩn. Bởi vì những ống lấy mẫu có
đường kính ít khi vượt quá 2 in (5 cm), chúng có thể được đưa vào đất bằng tay, với
một bộ chuyển đổi hỗ trợ chân, hoặc với một búa trượt. Ống lấy mẫu được trang bị một
búa trượt có thể được điều khiển vài mét vào trong lòng đất, tùy thuộc vào kết cấu đất.
Lót nhựa trong suốt rất hữu ích choviệc thu thập các mẫu đất để phân tích vết hóa học
và cho việc ghi chép lại và tách kết cấu đất. Tuy nhiên, việc lấy mẫu đất bằng ống có
một vấn đề: chúng có thể nén mặt nghiêng trong đất có kết cấu nặng. Trong đất kết cấu
nhẹ các thiết bị này thường xuyên lấy mẫu loại trừ hoặc thay vật liệu đất thô.

16


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Hình7.7:(A) ống Shelby, bao gồm một mảnh duy nhất, ống đo kim loại dạng mỏng với
một điểm được làm nhọn. Đầu nối ống lấy mẫu để thanh mở rộng cho lấy thủ công
hoặc dùng năng lượng. Van bi thải khơng khí ra trong q trình lấy mẫu. Sau cùng là
đậy nắp lại sau khi lấy mẫu, và ống được lưu trữ trong một tủ làm lạnh để phân tích
trong phịng thí nghiệm .
(B) Muỗnglấy mẫu chia thành rãnh.
Ống lấy mẫu thông thường bao gồm ống mở hướng vào mặt đất lấy mẫu, ống
Veihmeyer (xemhình7.6), ống lấy mẫu thành mỏng (ốngShelby) (Hình 7.7A), muỗng
rãnh (Hình 7.7B) , piston lấy mẫu. Một số ống cũng có thể được sử dụng với thiết bị

điện. Các loại thiết bị chuyên ngành lấy mẫu đất chỉ làm việc trong đất hữu cơ mềm
hoặc bão hòa. Các thiết bị lấy mẫu khác và thiết bị lấy mẫu tương thích cho lấy mẫu
trong đất than bùn và ngay cả đất đông lạnh (lớp băng vĩnh cửu) được thảo luận bởi
Carter (1993) (Hộp 7,2và 7,3).

17


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

Hộp7.2: Thuận lợi trong việc lấy mẫu thủ cơng
1. Ngược lại với các máy móc lấy mẫu, khơng có vận động lớn và các u cầu về thực
nghiệm (tức là, kỹ thuật viên đi đến các địa điểm lấy mẫu và có thể bắt đầu lấy mẫu gần
như ngay lập tức).
2. Các mẫu có thể được thực hiện tại các vị trí khơng dễ dàng để sử dụng các thiết bị
điện (ví dụ như sườn đồi).
3. Thiết bị cầm tay có thể an tồn hơn so với máy móc vận hành lấy mẫu (ví dụ, khơng
có bộ phận chuyển động). Tuy nhiên, ln ln có nguy cơ chấn thươngcơ bắp hoặc tổn
thương lưng đối với kỹ thuật viên khi thu hồi các công cụ và mẫu từ hố.
4. Các thiết bị cầm tay không tạo ra nhiều ma sát nhiệt so với lấy mẫu do máy móc. Do
đó việc mất liên kết của các thành phần dễ bay hơi giảm.
5. Chi phí lấy mẫu thủ cơng nói chung thấp hơn nhiều so với lấy mẫu bằng máy móc.

Hộp 7.3: Nhược điểm của việc lấy mẫu thủ công:
1. Lấy mẫu thường giới hạn độ sâu nông.
2. Thu thập các mẫu ngun vẹn hoặc hồn thành có thể khó khăn hoặc khơng thể đối
với đất thơ.
3. Mẫu thu được bởi khoan pitton và mũi khoan ốc vít khơng thích hợp để quan sát địa

kỹ thuật. Sử dụng loại ống lấy mẫu hoặc mũi khoan có lớp lót làm giảm vấn đề này.
6.3. Cơ đất và thiết bị lấy mẫu tầng nước cạn:
Việc lấy mẫu thủ công được mô tả trong phần trước chỉ phù hợp khi độ sâu tương
đối nơng và bao gồm nơi đó có điều kiện thuận lợi để khoan. Nếu không, thiết bị điều
khiển điện là cần thiết. Các đơn vị được mô tả bao gồm mũi khoan điện cầm tay, mũi
khoan rắn, mũi khoan rỗng, khoan âm, và các tàu thăm dò đẩy đất trực tiếp. Những
phương pháp này được ưu tiên hơn các phương pháp khoan thường được sử dụng để cài
đặt các giếng cung cấp nước, chẳng hạn như công cụ cáp và các đơn vị quay, bởi vì chất
lỏng khoan nói chung là khơng cần thiết. Để biết chi tiết thêm về các vật lấy mẫu xem
Lewis và Wilson (1995).

18


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

6.3.1.

Máy khoan điện cầm tay:

Các thiết bị này bao gồm một khoan điều chỉnh tốc độ bởi hoặc là một động cơ
làm mát bằng không khí nhỏ hoặc động cơ điện. Chúng có sẵn cho 2 người điều khiển
máy. Điều chỉnh tốc độ nếu yêu cầu. Bộ phận điều chỉnh tốc độ ngoài thị trường có
đường kính từ 2 in (5 cm) đến 12 in (30,5 cm) và độ dài của 30 in (76,2 cm) hoặc 36 in
(91,4 cm). Không quét màu bộ phận điều chỉnh tốc độ để tránh ô nhiễm mẫu. Khi máy
khoan chuyển động vào mặt đất, đất bị cắt được đưa lên bề mặt. Các mẫu được đặt
trong thùng chứa bằng xẻng hoặc bay. Một vấn đề với phương pháp này là mẫu bị xáo
trộn, làm cho nó khó có thể lịên kết với độ sâu cụ thể. Một phương pháp khác để thu hồi

điều chỉnh tốc độ khoan ở độ sâu quan tâm và lái thăm dị (ví dụ, ống Shelby) vào đất
không bị xáo trộn. Máy khoan điện cầm tay điện bị giới hạn độ sâu và các loại đất có
kết cấu rắn rời hoặc cuội sỏi. Nếu ống lấy mẫu không sử dụng được, các mẫu xáo trộn
không hữu ích cho các đặc tính mặt nghiêng đất hoặc các nghiên cứu địa kỹ thuật (ví dụ,
xác định điều kiện lớp). Cấu tạo không ổn định bị mất do tiếp xúc với khơng khí và do
nhiệt phát sinh trong quá trình khoan.
6.3.2.

Mũi khoan rắn

Được đặt trên giàn khoan, các mũi khoan có khả năng lấy mẫu đến độ sâu lớn
hơn các đơn vị vận hành bằng tay. Bộ điều chỉnh tốc độ khoan đơn khoan bao gồm xoắn
ốc bích hàn vào ống thép. Nhiều phần được nối với nhau theo yêu cầu để sản xuất liên
tục. Bộ chuyển đổi vận tốc dưới cùng có một đầu cắt với cacbua thay thế răng. Bộ
chuyển vận tốc thường dài 5 ft. đường kính ngồi có sẵn trong các kích cỡ khác nhau, từ
4 in (10 cm) đến 24 in (61 cm). Bộ chuyển vận tốc mới duy nhất nên được phun cát
trước khi sử dụng để loại bỏ sơn có thể ảnh hưởng với giải pháp phân tích lỗ rỗng đất.
Một hệ thống động cơ đẩy chuyển các phần mũi khoan, và khi cột khoan được quay
hướng vào đất, cắt và giữ lại trên các bộ chuyển đổi. Các mũi khoan sau đó được loại bỏ
khỏi lỗ và mẫu lấy từ đất được giữ lại. Ngoài ra, mẫu được đưa đến bề mặt để thu thập.
Đáng tiếc, với phương pháp này hoặc nó có thể khơng chính xác liên quan đến khả năng
lấy mẫu và độ sâu. Lý do là đất di chuyển lên bộ chuyển đổi không đồng đều khi cột
khoan được nâng cao. Một cách tiếp cận tốt nhất là để loại bỏ các bộ chuyển đổi khoan
ở độ sâu lấy mẫu mong muốn, thấp hơn một ống lấy mẫu (ví dụ, ống Shelby) trong các
lỗ mở, và cho máy chạy mẫu vào đất không bị xáo trộn. Cả hai phương pháp có thể lây

19


Nhóm 4

Soil and vadose zone sampling

nhiễm chéo bằng cách phá sập và tróc thành lỗ khoan khi mũi khoan được loại bỏvà gài
lại. Đây là mối quan tâm đặc biệt khi mục đích chính của việc lấy mẫu là để có được
chiều sâu, cụ thể cấu hình chất gây ơ nhiễm.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến độ sâu tối đa lấy mẫu, bao gồm cả kết cấu đất, độ
ẩm của đất, năng lượng địa nhiệt, và đường kính khoan. Một chiều sâu điển hình trong
điều kiện lý tưởng có tầm hoạt động lên đến 37 m. Độ sâu khoan lớn hơn là đạt được
trong kết cấu đất tốt. Trừ khi lõi lấy mẫu được sử dụng, phương pháp này khơng thích
hợp cho xác định VOCs vì mẫu bay hơi khi được tiếp xúc với khơng khí và do nhiệt
sinh ra bởi quá trình khoan.
6.3.3.

Mũi khoan rỗng

Mũi khoan rỗng tương tự như các bộ chuyển đổi ngoại trừ mũi khoan rắn ở trong
rỗng cho phép thêm các công cụ lấy mẫu vào (Hình 7.8). Một thanh trung tâm với một
đầu dẫn nhỏ được đưa vào bộ chuyển đổi liên tục để giúp thúc đẩy các mũi khoan cắt.
Ngoài ra, một nút loại trực tiếp nằm ở cuối của bộ chuyển đổi thấp nhất để giữ chovật
liệu tốt vào đầu khoan. Chiều dài thông thường của một bộ chuyển đổi khoan là 5 ft (1,5
m). Các đường kính bên trong bộ chuyển đổi thương mại từ 2,5 in (6,3 cm) tới 10,25 in
(26 cm). Các kích thước lỗ tương ứng thực tế nằm trong khoảng từ 6,25 in (15,9 cm)
đến 18 in (45,7 cm). Độ sâu tối đa khoan phụ thuộc vào kết cấu của tầng nước cạn, kích
thước của giàn khoan, và đường kính lỗ

20