沉积物-上覆水界面过程是揭示沉积物对水体内源污染的关键,取得完整的微扰动固液界面样本是进行界面物质迁移转化研究的基础工作。目前湖库等内陆水域的界面样本多用沉积物采样设备进行采集,局限于各自的使用环境和适用条件,均不能取得较为理想的固液界面样本。本文利用现有的几种采样设备对水库沉积物-上覆水界面进行调查,掌握界面相关特征和已有采样设备的工作状况,综合采样的扰动形式提出固液界面样本采集的保真性需求,设计了一种固液界面保真采样设备。主要研究成果如下:(1)利用抓斗、箱式、柱状采泥器对碧流河水库坝前固液界面样本进行采集时均对样品产生扰动;对固液界面样本的实验分析发现,水库沉积物表层为饱和软土,粒径较细,含水量高,承载力低,压缩系数大,极易受到扰动。因此固液界面采集需考虑保证样本的完整性和微扰动。(2)固液界面样本的扰动存在于采样的整个过程,涉及接触采样对沉积物的破坏和压缩、上覆水的振荡引起沉积物再悬浮以及样品后处理对原始层序的破坏;采样器设计需能控制采集深度以保证包含固液两相介质及其微界面,设计合理的采样器结构减少采样过程中的多种形式扰动。(3)结合固液界面特征及样品保真关键问题分析,针对保真需求设计了一种固液界面样品保真采样器,其原理是利用卷簧机构及齿轮齿条系统为弹性闭合元件循轨运动提供和传递动力,利用接触式触发机构实现样品采集深度的自动控制;综合纵横格板分仓和侧壁独立取样措施减少采样过程对样品的扰动。利用有限元分析方法对关键受力部件进行分析和优化,验证了结构参数设计的合理性。(4)样机研制过程中根据实际问题对部分部件进行优化,介绍零部件选择、加工和装配要点,并此基础上总结了该采样器的操作规程,为采样器的现场试验提供参考资料。试验结果表明该采样器可实现预期动作功能,并具有良好采样效果。(5)碧流河水库沉积物呈酸性,分层沉积物有机质测定结果表明其值垂向上变化范围大,差异性较大,总体上呈随深度增加而减小的趋势,近年坝前有机质输送呈现增加趋势,需采取相应措施进行控制。