モデル405 水流式システムにおけるサンプリングガイドライン

ライナー内の水位は、坑井内でライナーが確実に密閉されるよう、地層水位の最高点より約10フィート上にある必要があります（最低5フィートの余剰水頭）。地層水位は、各ポートの「ポンプチューブ」を介して測定できます。 ライナー内部の水位は、サンプリングチューブの隣にある「TAG」と表示された1/2 x 5/8″のチューブにタグを付けて記録してください。ライナー内部の水位を、タグチューブの外側で測定する場合は、ライナーを損傷させないよう、重り付きタグラインを非常にゆっくりと下ろしてください。 ライナーへの注水は、ライナー内に直接水を注ぐか、TAGチューブを通じて行うか、どちらか容易な方法で行ってください。ライナー内の水位は、地層水位の最高点より10フィート以上高くならないようにしてください。各サンプリング作業の前に、ライナー内の水位を確認する必要があります。

ポンプシステムへの水の流入経路を図2-1に示す。水は地層からスペーサーの細孔空間を通ってポートチューブへ流れ込み、第1の逆止弁を通過して「ポンプチューブ」を満たしていく。 同時に、「サンプル管」も満たされる。ポンプ管内の水位は、そのポートの地下水位まで上昇する。

ポンプシステムにおける水流関連部品

1. ポンプクイックコネクト
2. TAGチューブ
3. チューブバンドルのテザーサポート
4. シーリングライナー
5. 監視間隔を定義するスペーサー
6. サンプルチューブ
7. 第二逆止弁
8. 「U」の底
9. ポートからポンプチューブへ
10. 第一逆止弁
11. ポンプチューブ
12. ポートビハインドスペーサースルーライナー
13. ポンプの形成ヘッド

水はガスの圧力によって送り出されます。 フルートポンプの設計上、試料の通気リスクは極めて低くなっています。ガス源としては通常、所定の駆動圧力を設定するためのレギュレーターを備えた窒素ボンベが使用されます。フルートガス駆動システムの構成を図3-1に示します。レギュレーターは、後述する適切なガス圧力に設定します。

フルート用ガス駆動システムの構成

1. ガスボンベ
2. 規制当局
3. ゲージ
4. 3方向弁
5. クイックコネクト
6. サンプル容器
7. ポンプチューブ
8. サンプルチューブ
9. サンプルストローク終了時の気液界面
10. U」の底
11. 第1チェックバルブ（閉）
12. 通気に対する緩衝作用

まず、レギュレーターをガスボンベの上部接続部に取り付けます（窒素ボンベには専用の窒素用レギュレーター接続部を使用します）。ナットをしっかりと締め付けます。 圧力レギュレーターのハンドルを、スムーズに動くようになるまで反時計回りに回します（無圧位置）。レギュレーターのメインバルブ（ボンベに近い側）を時計回りに回して完全に閉じます。ボンベのバルブを反時計回りに回して開けます。 レギュレーターのメインボンベ圧力計の針が、ボンベの圧力まで上昇します。フルートポンプドライバーの圧力計の針が上昇し始めるまで、レギュレーターのバルブを時計回りに閉じてください（このとき、三方弁は閉じており、クイックコネクトからは流出しません）。 Flute社から提供されたパージ用の所定の圧力にレギュレーターを調整します。クイックコネクトをポンプチューブの上部フィッティングに接続します（図3-1を参照）。3方弁を開き、ポンプ内の水を排出します。

ポンプチューブにガス圧を加えることで、チューブ内の水が汲み上げられます（図2-1および図3-1）。 水はポンプチューブ内を下降し、第2の逆止弁を通ってサンプルチューブを経由して地表へと上昇します。水の流動に続いてサンプルチューブからガスが排出された時点で、パージストローク（約1ガロンの水）が完了します。その後、ポンプチューブに再び水が充填されるよう、システム内の圧力を逃がす必要があります。 ポートチューブからの再充填流は、ポートチューブ内の水、スペーサーの細孔空間内の水、および媒体からの水で構成される。ポンプチューブ内の容積が比較的大きいため、再充填の大部分は媒体からの水によるものである。

ポンプチューブを2回目のパージを行うことで、スペーサーおよびポートチューブ内に滞留していた水をすべて除去できます。チューブやスペーサー内に滞留している水は、地層水とは異なる可能性があるため、この作業を強く推奨します。速やかに再充填が行われていれば、2回目のパージ水の量は1回目のストローク時と同程度になります。 ライナーやスペーサーと長時間接触していた可能性のある水分を除去するため、さらに2回のパージストローク、計4回のパージストロークを行うことを推奨します。

サンプリングの流量は、ポンプチューブの底からガスを送り出すのに必要な圧力よりも低い「推奨サンプリング圧力」を用いて調整するのが最適です。推奨される圧力は、水を大きなチューブの底付近まで送り出すことができるが、底から溢れ出さない程度の圧力です。この推奨圧力は、各システムに付属のスプレッドシートで計算されています。

サンプリングサイクルの最初の流れは、パージサイクル後にチューブ内に残った水滴を洗い流します。この残留水からは揮発性成分が除去されています。試験の結果、サンプル流の最初のチューブ1本分の体積は、揮発性成分が除去されているため廃棄すべきであることが示されています（この「廃棄量」もスプレッドシートで計算されています）。 その後、サンプルチューブの流出部からサンプルを採取することができます。廃棄すべき体積は、スプレッドシート上で「廃棄体積」として表示されています。 サンプルチューブの水流速は、最初は速く、その後遅くなり、最終的に停止します。これは、押し出される水柱が印加された圧力／水頭値に近づくにつれて発生します。一般的なサンプリング圧力は、ポンプチューブ（U字管）の底から25フィート以内の位置まで達します。ポンプチューブ内に残された広いバッファゾーンにより、サンプルへの空気混入が防止されます。

各ポートの水位は、ポンプチューブ上部のプラグを取り外し、細い（約1/4インチ）電動水位計を、ポンプチューブ内の水位に接触するまで下ろすことで、手動で測定することができます。

大きなチューブ内の水位は、現在の水位とは異なる場合があります。サンプリング後、2番目の逆止弁から漏れ（チューブ内の砂など）があった場合、サンプルチューブ内の水が大きなチューブに逆流し、涵養中に大きなチューブを満たす水に加わってしまう可能性があります。 また、水位測定の合間に地層内の水位が低下している場合、第1チェックバルブの密閉性が良好であれば、ポンプ管内の水位はその低下に追従しません。 これら2つの理由、および後述する凍結の懸念から、サンプリングストロークの終了時には、圧力を「パージ圧力」値まで上昇させて、ポンプシステム内の水をすべて排出することが最善です。 その後、再充填を行うと、各ポートの水位は現在の水頭値となります。サンプリングの合間に水頭測定を行う場合は、各ポートのポンプシステムをまず1ストローク分パージし、チューブが現在の水頭値まで再充填されるようにする必要があります。サンプリング終了後は、必ずポンプチューブ上部のプラグを元に戻してください。

地表付近のサンプリングチューブ内の水が凍結するおそれがある場合は、サンプリング終了後、その場を離れる前に、各サンプリングラインから水を一掃してください。水を完全に除去するには、サンプリング圧力ではなく、推奨されるパージ圧力を使用してください。パージが完了した時点で、各ラインからガスが吹き出している状態になっている必要があります。

各ポート用のフルートポンプシステムは、長さ、ポンプ容量、および坑内での設置高さが基本的に同一です。これにより、すべてのポートのパージとサンプリングを同時に行うことができ、サンプリング時間を大幅に短縮できます。 同時サンプリングにおける唯一の違いは、圧力源から坑口にある各ポートのフィッティングまでチューブを接続する必要がある点です。フルート社では、追加費用でマニホールド式ポンプ駆動システムを提供しています（シングルポート用駆動装置は「ウォーター・フルート」に付属しています）。推奨されるパージ圧力およびサンプリング圧力は、シングルポートサンプリングの場合と同じです。

場合によっては、同時パージ中に水が排出されるとサンプリングシステムの浮力が非常に大きくなり、チューブ束によってライナーが反転してしまうことがあります。 ライナーに同梱されているサンプリング量計算シートには、システムで同時パージが可能かどうかが記載されています。この問題は、孔径が小さい場合、ポート数が多い場合、およびライナー内の余剰水頭が小さい場合にのみ発生します。新しいポンプの設計により、ほとんどの状況で同時サンプリングが可能になりました。

概要を以下のチェックリストにまとめました：

1. ライナー内の水位を確認・調整してください。
2. ガスドライバーの供給源を、そのポート用のガス駆動（ポンプ）チューブに接続してください。
3. レギュレーターを推奨パージ圧力に設定してください。
4. 3方弁を操作し、推奨されるパージ圧力でチューブ内の水を排出します。パージが適切に行われたことを確認するため、排出された水の量を計測してください。パージストロークの排水時間を記録してください（約4分）。
5. チューブ内の液体が再び満たされるまで待ちます。パージを繰り返し行います。除去された量が少なくとも「ポートチューブの容量」以上であることを確認するため、パージされた液体を回収してください。
6. 合計4回、必要に応じてそれ以上、パージしてください。
7. サンプルストローク分の液がチューブに再び満たされるまで待ちます。
8. 駆動圧力を「サンプリング圧力」まで下げます。圧力をかけ、最初の流れを採取して排出量を測定します。その水は廃棄します。試料を採取します。
9. 駆動圧力をパージ圧力値まで上昇させることで、サンプリングライン内の水を完全に排出してください。
10. サンプリングシステムが再充填されたら、必要に応じて、現在の地下水位の水位を記録しておく。ポートシステムの再充填が非常に遅い場合は、後で記録を行う。

推奨されるパージ圧力およびサンプリング圧力については、各ウォーターフルートに同梱されているスプレッドシートをご参照ください。これらの圧力は、複数のポートを同時にパージする場合にも使用できます。スプレッドシートには、すべてのポートを同時にパージしてはならない条件が明記されています。ほとんどの場合、複数のポートを同時にパージすることができます。