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摘 要：介绍了超声波明渠流量计的的原理和特点，并对流量计在安装和使用中应注意的要点进行了归纳。 1、概述： 明渠是一种具有自由表面（表面上各点受大气压强的作用）水流的渠道。根据它的形成可分为天然明渠和人工明渠。前者如天然河道；后者如人工输水渠道、运河及未充满水流的管道等。明渠导流广泛应用于污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放和农田灌溉用渠道、火电厂冷却水引水和排放渠等。 明渠流量测量的方法很多，针对不同的工况和介质可以采用不同测量方法。常用的流量监测方法有：水力学法、物理法、流速面积法等几种，其中水力学法是根据流体力学中“水位-流量”的关系，将测得的水位代入水力学公式测量水流量的方法。基于水力学法原理的测流方案，在自动化测量仪器中多选择超声波明渠流量计，具有非接触测量、免维护的特点，在明渠测流中得到了日益广泛的应用。 2、水力学法测量流量的原理： 根据流体力学原理可知：明渠内的流量越大，液位越高；流量越小，液位越低。另外，一般明渠内水流量大小还与渠道的横截面积、坡度、粗糙度有关。如果在渠道内安装几何尺寸和堰板材料固定的量水堰槽后，流量与液位就建立了确定的对应关系。这样量水堰槽就把流量测量转成了易于实现的水位测量。常用的量水堰槽种类有三角堰、矩形堰和巴歇尔堰槽三种（见图 1）。简言之，水力学法测量流量的原理为：首先测量出量水堰槽内水流的液位，再根据“水位-流量”的水力学关系公式，求出流量。 3、超声波明渠流量计的工作原理： 明渠超声波流量计由仪表主机和超声波探头等组成，利用超声波回声测距原理测量水位，再由仪表主机内的运算单元将水位信号换算成流量信号。 3.1、超声波测液位原理： 超声波水位流量计采用超声测距法测量液位。探头安装在量水堰槽水位观测点上方（如图 2）。探头向水面发射超声波，超声波的能量被水面反射，经过时间 T 被探头接受。根据超声波的传播速度和经过的时间 T，仪表经过运算后得出渠道水深 H。计算公式如下：H=L-D=L-V*T/2=L-（V0+at）*T/2 其中：H 表示所求液位的高度；L 表示超声探头与明渠底部之间的距离， V 表示空气中的超声波声速， T 为超声波一个回程经过的时间, V0表示 0℃时超声波在空气中的传播速度， a 为超声波速度的温度系数， t 为温度。由上式可知，在 L 已知的情况下液位测量的精度取决于超声波声速 v 的测量精度和超声波传播时间的测量精度。 3.2、流量测量仪表的工作原理： 仪表主机控制探头发射和接受超声波。将测量到的水位信号交给仪表内置的运算单元，经计算修正后，查出仪表内部存储的“水位-流量表”，就把水位转化成了流量。仪表将瞬时流量按时间累加，得出累积流量。可以选择将流量信号以 4-20m A 或数字通讯等信号形式输出到计算机或显示屏。 4、安装及使用中应注意的要点： 由力学法测水流量的原理和超声波明渠流量计的工作特点可以看出，其安装和使用中应注意以下要点。 4.1、安装量水堰槽要规范： 使用超声波流量计测量水流量，在明渠上必须要有量水堰槽。选择量水堰槽的种类，要考虑渠道内流量的大小，以及渠道内水的流态，是否能形成自由流。应当根据流量大小选用相应的量水堰槽：流量大于 40 升/秒时，一般使用直角三角堰。大于 40 升/秒，一般使用巴歇尔槽。流量大于 40 升/秒，渠道内水位落差又较大，可以使用矩形堰。量水堰槽可以用玻璃钢制作，加工尺寸要准确。其中三角堰和矩形堰的堰口是关键尺寸，要更加准确。朝向进水一侧表面要平滑。巴歇尔槽内尺寸要准确，内表面要平滑。喉道部分是关键尺寸，要更准确。 4.2、超声波探头的安装要符合要求： 探头在渠道上的安装位置要符合规范。一般三角堰、矩形堰要安装在堰板的上游，距离堰板相当于最大过堰水深的 3-4 倍（最大过堰水深是指，流量增到最大时对应的液位）；巴歇尔槽在进口收缩段的 1/3 位置。 安装探头时，探头和支架固定要牢靠，不能活动。探头一旦活动，水位基准点就变化了，就会影响测量的准确度。另外探头要垂直对准水面，不能倾斜。 4.3、仪表主机的安装和水位校对： 流量计的仪表应安装在室内，室内要通风良好，无腐蚀气体。如必须安装在室外，应有防护仪表箱。在初次使用仪表时，要在主机上按照工程需要输入参数，确认探头的型号，设定声速、信号输出类型及堰槽的种类等参数，尤其必须正确设定仪表的“水位-流量表”。 仪表首次安装、检修、移动过探头后，必须要校准仪表的液位。校准液位的目的是使仪表测量的液位值与量水堰槽内的实际水位一致。校准液位应当设置零点和实际液位两个校准点：在量水堰槽内的水位为零时，校对仪表显示的液位也为零；在堰槽充有一定量的水时，利用满足精度要求的直尺等工具测量，校准仪表的示值等于实测的量水堰槽液位。

土壤采样是指采集土壤样品的方法，包括采样的布设和取样技术。采剖面土样，应在剖面观察记载结束后进行。在采样前应先将剖面整修、清理，削去最表层的浮土，然后再按层次自上而下逐层从中心典型部位取样。 简介: 若要分析土壤中金属含量，则应避免使用金属器具取样。在田间采样时，由于土壤本身存在着空间分布的不均一性，因此应以地块为单位，多点取样，再混合成一个混合样品，这样才能更好地代表取样区域的土壤性状。采样方法一般有以下几种。对角线采样法：适宜于污水灌溉地块，在对角线各等分中央点采样。梅花形采样法：适宜于面积不大、地形平坦、土壤均匀的地块。棋盘式采样法：适宜于中等面积、地势平坦、地形基本完整、土壤不太均匀的地块。蛇形采样法：适应于面积较小地形不太平坦、土壤不够均匀须取采样点较多的地块。深度视采样目的而定，一般采耕层0-20cm。取混合样1-2kg。如数量太多可用四分法将多余土壤弃去。将所采土样装入布袋或聚乙烯塑料袋，内外均应附标签，标明采样编号、名称、采样深度、采样地点、日期、采集人。用作化学分析（除重金属分析）的土壤样品可用土钻采样，用作容量测定的土壤样品，应用环刀法采样。 采样点: 在了解污染源、污染方式以及污染历史和现状的基础上，全面考虑土壤的类型、成土母质、地形、天然植被或农作物等情况安排采样点。采样点的布置方式如图1。如果田块不大、形状规则，可用对角线法和梅花形法；如田块形状不规则，地形有变化,或面积较大,可用棋盘式法或蛇形法。力求采样点的情况能代表主要的土壤类型及其污染程度；同时要采集未受污染的土壤作为对照。 　污染物在土壤中的分布，既有因距离污染源的远近而引起的水平差异，还有因时间和其他因素的不同而造成的垂直差异，因而还要根据土壤剖面层次分层采集土样。土壤剖面分层要考虑到各类土壤的发生层次，并考虑土壤不同的机械组成、结构、有机质含量等，选择最有代表性的均匀的层次部位采集土样。有时为了完整地反映污染物在剖面中的分布特点，采取连续采样法。例如表层土以每5厘米为一单元分层，心土和底土以每5或10厘米为一单元分层，进行连续采样。一般先取底层土样，再向上逐层取样。 采集土壤样品的时间和数量，视采集的对象和目的而定。如为测定某种农药残留量，要在当年施用这种农药前采集，或者在作物成熟时、与植物样品同时采集。由于研究目的不同，对土壤样品的采集也有不同的要求。如研究土壤物理性质，要求采取原状土样，即所采土样应保持其自然结构和水分状态。研究土壤水分和农作物产量的关系，要求在各个生长期采集深2～3米处的土壤样品。为研究土壤形态特征，要求采样层次间界线清楚，能观察到各发生层的结构、质地、新生体、地下水位等。研究土壤化学性质用的土样，只要求在特征深度处能采到足够数量（如1～2公斤）的样品，而不必保持原来的形状。 采样器: 土壤采样器有许多种类。采集农地或荒地表层土壤样品，可用小型铁铲。研究土壤一般物理性质，如土壤容重、孔隙率和持水特性等，可利用环刀。环刀为两端开口的圆筒，下口有刃，圆筒的高度和直径均为5 厘米左右。最常用的采样工具是土钻。土钻分手工操作和机械操作两类。手工操作的土钻式样甚多，有采集浅层土样的矮柄土钻,观察1米左右土层内剖面特征的螺丝头土钻，后者进土省力，尤其适用于观察地下水位变化，但采集土样量小。采集供化学分析或不需原状土的物理分析用的土样时，用开口式土钻。采集不破坏土壤结构或形状的原状土样,用套筒式土钻（图2）。机械采土钻由马达带动，使钻体进入一定深度的土壤,然后将土柱提上,平放观察，按需要切割采样。土柱直径可以用不同直径的钻体控制,如5厘米、10厘米或更粗。机械钻效率高，可节省人力，但不及手工钻灵活、轻便

我们愿做知识的搬运工，为更多的小伙伴提供更全面的学习资料。 摘要：人类由逐水而居到凿井取用地下水是人类文明史的一大转折。和地表水相比，地下水具有分布广泛、水质良好、变化稳定、便于利用、不容易受污染等优点，因此它是理想的供水水源。地下水本身既是人类生存不可或缺的重要资源，同时也是一种地质营力、信息载体、生态环境因子和灾害因子。因此开展地下水的形成、赋存、运动规律的研究，以及合理开发、利用的工程技术、布局设计和实施等水文地质研究是一门关系到人类生活、社会需求和发展的重要学科。“地下水科学与工程”学科形成的历史是和人类社会的诞生、繁衍和发展紧密相关的。随着科学进步和国民经济的发展，该学科已从原来的基础学科逐渐向应用基础学科和应用学科相结合的方向发展。因此，今后在加强水文地质基础研究的同时，还应该十分重视满足国民经济需求和面向市场应用的研究。最后，从世界面临严重缺水和水污染的现实、科学发展的必然和国际学术组织和学者对地下水学科的重视，以及当前人才市场对该学科人才需求等方面指出，21世纪“地下水科学与工程”学科的发展具有很大的空间和十分广阔的前景。 0前言 水是生命的源泉，因为有水人类社会才得以诞生、繁衍和发展。远古时期，人类逐水而居，开始时只是利用地表水和泉水作为供水水源，后来才打井取用地下水。由逐水而居到凿井取水是人类文明史的一大转折。从此人类活动的范围更加广阔了。同时在打井取水过程中人类也不断积累了地下水的知识。迄今为止，我国发现最古老的水井河姆渡井（浙江余姚）的井深，虽然只有1.35 m，但却是我国第一口地下水井。成井距今约5700a（公元前3710±125年）。此外，世界凿井历史上的第一口超深井也是由我国1835年开凿的自贡莘海井，其深度达到1001.42m。而在欧洲直到19世纪末，出现现代机械化的钻井技术后，其水井深度才超过1 000 m。世界上更原始的井坎儿井，至少在公元前550～330年就已在德黑兰附近出现了，当时主要是为城市供水和农田灌溉服务，其最大的坎儿井深度已达150m，长达26km。我国新疆吐鲁番一带的坎儿井至少出现在公元前200～300年之前。坎儿井是和我国横亘东西的万里长城、纵贯南北的大运河齐名的我国古代三大工程之一，是伟大的地下水利灌溉工程。据统计，目前吐鲁番盆地有坎儿井1237条，实际使用的853条，总长度超过5000 km，总出水量约10m3/s。坎儿井由竖井、地下暗渠、地面明渠、涝坝4个部分组成。竖井最深的在90m以上，一般长3～8 km，最长的达10 km以上，年灌溉300亩，最好的年灌溉可达500亩。 上述各种类型的井都是获取地下水的重要工程，而且在打井过程中人们也积累了大量的有关地下水的科学知识，可以认为地下水科学与工程学从远古时期就已形成雏形。和地表水相比，地下水具有分布广泛、水质良好、变化稳定、便于利用、不容易受污染等优点，因此它是理想的供水水源，尤以战争年代，更是重要的战备水源。近几十年来，在一些国家中，地下水在总用水量中所占的比重越来越大。在美国，47%的饮用水是由地下水提供的，西部干旱地区如堪萨斯州则达86%；原苏联有62%的城市采用地下水作为饮用水；全英国的饮用水中地下水占30%，英格兰南部可达75%。 地下水在我国城市供水中占有很重要的地位，全国661个城市中有400多个开采利用地下水，在城市用水总量中，地下水占30%，其中华北、西北城市利用地下水的比例则分别高达72%和66%。 地下水除满足人类生活饮用和工农业生产需要外，还有其他重要的作用。例如：地下水含有对人体生长和健康有益元素的矿泉水、洗浴水；富含某些元素的高矿化水，可提取某些化工产品；高温地下热水，可作洁净的能源用于发电或取暖；富含硝态氮的地下水可用于农田灌溉，有良好的肥效作用等等。 正由于地下水具有种种用途，20世纪80年代以来，我国通过各种地下工程，进行地下水的大量开采利用。在一些地区，尤其在某些大中城市，已造成地下水位的急剧下降、含水层疏干、枯竭，并因此而引发的地面沉降、坍塌、海水入侵、水质恶化等各种环境负效应频繁发生。 可见，地下水本身既是人类生存不可或缺的重要资源，同时也是一种地质营力、信息载体、生态环境因子和灾害因子。因此以开展地下水的形成、赋存、运动规律以及合理开发、利用的工程技术设计和实施等研究为主要内容的“地下水科学与工程”学科是一门关系到人类生活、社会需求和发展的重要学科。 1“地下水科学与工程”形成的历史沿革 “地下水科学与工程”是一门既古老又现代化的、具有无限广阔发展前景的学科。至今，该学科在世界各国的命名仍然有所不同，如：水文地质学，地下水水文学，地下水科学，地下水科学与工程等，但其研究的核心内容都基本相同，且随着人类社会发展和科学进步而不断地丰富和发展。 该学科最早是在19世纪初由欧洲提出，当时称为水文地质学，其主要研究内容是对地下水自然现象的描述和认识。直到20世纪30～40年代，开始形成较完整、系统的独立学科，并将对地下水形成过程的认识和基本规律，应用于地下水的寻找和开发利用。之后，随着该学科与其他不同学科和先进技术方法（如数、理、化、计算机科学遥感、信息技术等）的交叉融合，逐渐向跨学科的综合性边缘学科发展，并使学科的属性由基础性学科发展为应用基础学科和应用学科。 在我国，该学科是在新中国诞生后，1950年前后由前苏联引进和发展而成，当时学科的名称为水文地质学。它在新中国最早建立的东北地质学院和北京地质学院设置的课程有水文地质学基础、地下水动力学和专门水文地质学3门主干课，此外还有区域水文地质学、农田水文地质学、矿床水文地质学等课程。当时这些课程的教材主要是由前苏联学者卡明斯基、奥弗琴尼柯夫、克里门托夫等教授编著的。 20世纪90年代后期，我国和世界其他国家一样，随着该学科与其他学科的交叉融合，逐渐形成为一门跨学科的综合性边缘学科。尤其在我国改革开放之后，由于地下水的开发利用量随着社会经济的迅速发展而迅猛增长，有关城市和工农业生产的安全供水问题以及因地下水过量开采而引发的环境、灾害地质等防治问题相继出现，这些问题的出现和解决，极大地推动和促进了我国在这一时期各水文地质分支学科的建立，如水资源水文地质学、城市水文地质学、环境水文地质学、污染水文地质学等都是在这一时期百花齐放，纷纷建立起来的。特别值得强调的是，在这一时期，地下水作为一个系统的研究及其和大气降水、地表水、土壤水的大（小）循环的研究得到了进一步的深化；“水文地质概念模型”和计算机科学在水文地质学中的广泛应用，使数值法在水资源评价、预测和管理中得到迅速的发展，它使地下水资源研究从传统的研究方法转到模型研究，大大提高了地下水资源评价的精度和科学性。此外，“三水转化和地下水与地表水的联合开发利用”观念的建立、3S技术的应用和环境水文地质的诞生以及地下水溶质运移规律的研究等也都是这一时期的重大成就。 20世纪90年代至今，由于我国资源性缺水和水质性缺水的局面日益严峻，地下水超采造成的地下水环境与灾害等负效应问题越发加剧。为此，饮用水的安全与保护、已污染地下水土的治理与修复以及地下环境灾害的防治等科学问题和关键技术的研究，已成为国民经济发展的迫切需要。这一时期，地下水土的防护和治理成了世人瞩目和突出关注的问题。在地下水污染质的运移机制和模型研究、地下水污染的控制与治理的系统理论研究得到进一步深化的同时，地下水工程与技术也得到了迅速的发展。例如，目前对地下水土污染的控制与处理已有许多先进的方法和技术（表1）。 表1地下水土污染处理的方法 从这一阶段发展看，地下水工程已成为该学科的重要组成部分。可以预见，它还将随着社会进步、科学发展和国家的需求，得到不断的完善和发展。显然，水文地质学科发展至此，将其称为地下水科学与工程学科，实属更为贴切和名副其实。 尤其要指出的是，20世纪是中国水文地质学高速发展的世纪，尤以70年代以后，随着水文地质学基本理论的发展、勘察技术和试（实）验技术的现代化、相近基础学科和自然科学最新成果的交叉和渗透，以及高新技术的引进、普及和深化，使传统水文地质学迈进了崭新的现代水文地质学的新时期。 综上所述，地下水科学与工程是一门以地质理论为基础，研究在自然条件和人类活动影响下，地下水系统结构、组成及其地下水量、水质的时空变化规律，并用这些规律兴利除弊造福于人类的学科。其中，地下水科学则主要偏重于研究地球内部水的形成、分布和运动规律，地下水中物质与能量循环规律及其生态环境效应，水岩相互作用机理及其资源环境效应以及地下水系统的结构、组成与演化等基础科学问题；地下水工程则主要研究地下水监测、探测、模拟和开采利用技术，地下环境修复与污染防治技术、地质灾害防治技术，地热开发利用技术以及废物地质处置技术等关键技术和方法的研究及工程应用。 总之，水文地质学科经历了半个多世纪的发展，已从原来对地下水自然规律的描述和认识，发展到对地下水系统及其与外部社会、经济、环境各系统的相互作用和影响的研究，并迅速向控制和改造地下水本身不安全因素及与其密切相关的环境负效应问题的理论及方法研究的方向发展。从学科属性看，在半个多世纪以来，该学科已从原来的基础学科逐渐向应用基础学科和应用学科相结合的方向发展。正如2001年9月13日，杨振宁先生在科协大会所预测的那样：今后30～40年内全球科技发展方向，将是应用研究迅速发展的阶段。在基础研究和应用研究中，由于人类生产力的大大增长，也为了适应市场经济的需要，今后还要向“技”（即应用研究）的方向大力发展。本学科的发展历程证实了杨振宁先生的预言，同时本学科的发展规律也完全符合人类从认识自然到改造自然的发展规律。因此，今后在加强水文地质基础研究和应用基础研究的同时，还应十分重视满足国民经济的需求和面向市场的应用研究。 2 21世纪“地下水科学与工程”学科的发展 2.1国民经济和社会发展的需要 水资源短缺和环境恶化是21世纪人类面临的两个重大问题。 中国水资源总量28400亿m3，位居世界第六位，但按2002年人口统计，人均水资源量为2 140 m3，仅相当于世界平均人均占有量的31%。在生态环境方面，2005年全国废污水排放量已达717亿t，部分地区出现了水污染型的缺水。据估计，目前全国年缺水量约400亿m3，其中灌区缺水约300亿m3，城市、工业年缺水量约60亿m3。随着城市化年均增长速度的加快，根据《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》，在“十一五”期间，我国国内生产总值年均增长为7.5%，实现人均国内生产总值比2000年翻一番；全国人口由13.076亿上升到13.60亿；城镇化率由43%提高到47%。因此，我国在“十一五”期间，经济社会发展和水资源环境约束的矛盾将越来越大。而且据统计，目前我国的流动人口已占全国人口的10%以上，达1.4亿。我国目前正经历着历史上前所未有的、规模最大的城乡人口迁移，城市人口的膨胀也将进一步加剧水资源紧缺和环境问题的危机。显然，21世纪，干旱缺水和水质污染将继续成为影响我国社会经济发展、粮食安全、饮水安全、社会安定和环境改善的主要瓶颈。我国政府对此高度重视，《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》明确提出：要把自主创新作为未来科技发展的指导方针，要把发展能源、水资源和环境保护技术放在优先位置。胡锦涛总书记反复强调：“让人民群众喝上干净的水，呼吸上清洁的空气，吃上放心的粮食，是树立和落实科学发展观的必然要求，是坚持以人为本的具体体现”。 地下水作为水资源的重要组成部分，显然“地下水科学与工程”学科的建立与发展将对人类生存、生活、生产和推动社会经济的发展起着重要的作用。21世纪将是“地下水科学与工程”学科自主创新、在重要科学问题和关键技术上取得重大进展的重要时期。 2.2科学发展的必然 如前所述，20世纪是中国水文地质科学高速发展的世纪，也是传统水文地质学进入崭新的地下水科学与工程的新时期。这一时期，根据学科自身发展的规律和国民经济可持续发展的需要，不仅形成了各种新的学科分支，而且在几个重大领域中所取得的成就也是令世人瞩目的。如地下水系统理论的提出，“三水转化和地下水与地表水联合开发利用”观念的建立，水资源评价与管理科学的新发展，基于3S技术的地下水科学的兴起，地下水污染的控制与处理技术的兴起，以及环境水文地质学和深部水文地质学的诞生等等。其学科发展速度之迅速，革新内容之丰富都是本文难以给予全面阐述的。 展望21世纪，在面临全球变暖和地球内部能量均衡变迁的情况下，人类也在不断地调整自身的活动方式和方法，以寻求更适宜于人类生存、生活和发展的环境。而水是人类生存、生活和发展的重要命脉，显然，以研究水资源的重要组成部分———地下水为主要内容的“地下水科学与工程”学科，也正处在一个新的起点。一系列带有本质性的、前沿科学领域的问题正待人们去进一步的深化研究与创新。 2.2.1地下水模型的非确定性研究 半个多世纪来，尽管有关地下水水流和溶质运移模拟的理论及其模型软件进展十分迅速，但其模拟结果一直存在着非确定性。导致非确定性的原因很多，包括水文地质概念模型和边界条件建立的不准确性、模型参数取值及基本数据输入的误差等。由于存在这些不确定性，使得目前解析模型乃至数值模型的模拟结果的准确度也值得进一步探讨。W.Kinzelbach认为：采用确定性的模型方法来解决非确定性的问题，其结果很值得怀疑。更为严重的是，决策者常因不了解问题的所在，而将模拟结果认为是正确的，并应用到实际工作中去。 因此，解决地下水模拟的非确定性问题的研究，仍然是21世纪的一项任重道远的任务。它需要开展深入的水文地质条件的调查和分析研究，需要数学、化学和模型方法等学科的交叉和融合。可以预见，本世纪地下水模型非确定性研究的突破将会为推进水资源的定量化研究做出重大的贡献。 2.2.2多相流理论研究 水和溶质在地下的运移是一个包括气液固的多相复杂过程。如对NAPL（Non -aqueous phaseliquid，非水相液体）污染质的运移、转化的研究。NAPL在地下环境中的运移，实际上就是气水NAPL固的多相流问题。目前国际上NAPL在包气带和含水层中的运移模拟模型较多，但大部分模型所考虑的问题都很单一。美国能源部太平洋西北实验室曾成功地开发了“多相流地下运移”的大型模拟软件，可用来解决复杂、非线性、多相流、非饱和水流、物质和能量等运移问题。该模型包括9个亚模型：水亚模型、水-气亚模型、水-气-能量亚模型、水-油亚模型、水-气-油亚模型、水-气-油-能量亚模型、水-盐亚模型、水-气-盐亚模型和水-气-能量-盐亚模型。这一模型具有很强的模拟功能，但在普及和推广应用中还存在一定的问题。例如，达西定律能否用于描述地下气体的流动和如何确定相关的参数问题；如何真实地反映包气带中气和污染质、水之间的相互作用并给予描述等。这些存在的问题也正是今后研究的方向和发展的趋势。 2.2.3含水层污染的控制和恢复治理研究 一般认为，从源头开始预防和控制水污染是地下水保护的最佳选择，因为含水层一旦遭受了污染，其恢复和净化过程十分漫长，而且处理技术难度大，治理费用昂贵。目前预防和控制地下水污染的方法很多且较为成熟，如：水源地防护带措施、污染源控制和地下水动力场控制等。 对于已遭受污染的土壤及含水层的恢复和治理技术目前还不十分成熟，它是近年来世界水资源和环境专家的研究重点和热点。目前，我国对这一领域的研究尚未引起足够的重视，在地下水、土环境保护方面还存在立法不健全、执法不力的问题，这和我国地下环境日益严重污染的态势很不适应。与国外先进国家相比，在治理方法和技术研究以及应用方面差距也很大。 总之，含水层污染的治理和修复研究在21世纪具有非常广阔的前景。 2.2.4地下水资源的可持续开发、利用研究 1987年，联合国世界环境与发展委员会（WCED）曾发表一份著名的《我们共同的未来》的报告。报告指出：环境保护和经济发展应当而且能够协调进行，并强调“人类有能力做到可持续发展，即在不损害人类子孙后代满足其需要的同时也满足当代人的需求”。这就是著名的关于“可持续”一词的定义。其特点就是：经济发展要考虑环境保护，二者应紧密相联而不是相互对立。 20多年来，各国都进行了大量的有关水资源的可持续开发利用方面的研究，并取得了很大的成就。但由于水资源的可持续开发利用问题的研究是一个十分复杂、涉及到多学科的交叉和联合，同时需要研究的科学问题也多而难，加上水资源的立法、执法和管理还不完善等问题，这就使得水资源永续利用问题至今仍然没有得到满意的解决。例如，该研究涉及到的学科有：水利工程、地下水科学与工程、海洋学、大气科学以及化学、数学、新技术新方法等。可研究的问题有：全球变化和人类活动对地下水资源影响；水资源的区域循环规律；水资源可更新能力的研究等区域性课题，以及和地下水水量、水质有关的水文地球化学，地下水运动和地下水勘探开发技术的研究等等，在此很难逐一枚举。因此关于地下水资源可持续开发、利用的研究，至今仍然方兴未艾，它仍然是21世纪的重大研究方向。 总之，21世纪等待我们去研究的科学领域很多，本文因篇幅所限只能列举其中之万一。可以相信，随着时代的进步和研究的深化，21世纪地下水科学与工程学的研究将会涌现出比20世纪更多、更为重大的崭新成果，它将形成一系列新的科学思维、理论和方法，并在实际应用中取得显著的成效。21世纪对“地下水科学与工程学”的发展来说，挑战和机遇并存，它正蕴涵着无限的生机和希望。 2.3国际学术界的高度重视 目前该学科在国外一些著名大学均有设置。在国际学术界一直活跃着众多与地下水相关的国际组织，每年有关地下水学科的国际性学术会议不断。国内外相关的学术出版刊物也很多，随着更多大型期刊的出现，新文献以快于20世纪60年代10倍的速度增长，累积文献的卷数与过去相比几乎增长了1000倍。如在《Environmena1 ScienceandTechno1ogy》、《Chemosphere》、《Applied Geochem-istry》等水科学以外的环境、化学类学科的国际主流刊物上，20世纪80年代末以来，每期都能找到研究地下水污染的学术论文。 从上述有关国际组织及出版物可以看出，“地下水科学与工程学”是各国学者竞相研究的热门领域之一。“地下水科学与工程学”不仅具有强大的生命力，同时也是一门独立性很强的学科。 总之，“地下水科学与工程”学科已是当前世界社会、经济发展和环境保护与安全不可或缺的一门重要的学科，也是各国科学家十分关注的前沿性科学研究课题。它未来发展的空间很大，前景广阔。 （文章来源：林学钰. “地下水科学与工程”学科形成的历史沿革及其发展前景[J]. 吉林大学学报: 地球科学版, 2007, 37(2): 209-215.） （作者简介：林学钰，教授，博士生导师，中国科学院院士，长期从事水文地质及水环境问题的研究）

抓斗式泥沙采集器用于河流、湖泊、水库及浅海区等水域的沉积物（底泥）表层泥样采集。操作便捷，需配合手摇绞车或其他起重机械使用。抓斗式采泥器采用304不锈钢，采样深度可达0-30m，一次采样量为5L，开口面积15cm*29cm。采样方便、快捷，用户无需另外增加任何配件，在保证安全的前提下即可使用。 应用领域 主要应用于环保，卫生防疫，自来水，化工等单位。用于采集深、远等人工不便采集污泥的地区使用。 使用方法： ①野外工作时，首先把采样器钢索和提拉绳固定好。 ②将采样抓斗张开，在张开的同时，将挂钩放入一搭沟内并与柱销相接触，采样抓斗就不会紧闭。 ③通过拉绳缓缓地将采样抓斗，放入池中，当到河底时，轻松一下拉绳、挂钩在重力作用下会自动松开 。 ④用力提拉拉绳，这时采样抓斗会自动关闭，在关闭的同时会将河底污泥采入采样抓斗中。 ○5提拉拉绳将采泥器拉出水面，放置好后交叉两扶手，取出采样斗内样品。 使用方法： 1、野外工作时，首先把采样抓斗和绳拉好。 2、将采样抓斗张开，在张开的同时，将一支杆放入一搭沟内，采样抓斗就不会紧闭。 3、通过拉绳缓缓地将采样抓斗，放入池中，当到河底时，轻松一下拉绳、支杆和搭钩在弹簧的作用下会自动松开。 4、用力提拉采样抓斗、这时采样抓斗会自动关闭，在关闭的同时会将河底污泥采入采样抓斗中。

采样器： 土壤采样器有许多种类。采集农地或荒地表层土壤样品，可用小型铁铲。研究土壤一般物理性质，如土壤容重、孔隙率和持水特性等，可利用环刀。环刀为两端开口的圆筒，下口有刃，圆筒的高度和直径均为5厘米左右。 最常用的采样工具是土钻。土钻分手工操作和机械操作两类。手工操作的土钻式样甚多，有采集浅层土样的矮柄土钻,观察1米左右土层内剖面特征的螺丝头土钻，后者进土省力，尤其适用于观察地下水位变化，但采集土样量小。采集供化学分析或不需原状土的物理分析用的土样时，用开口式土钻。采集不破坏土壤结构或形状的原状土样,用套筒式土钻。 机械采土钻由马达带动，使钻体进入一定深度的土壤,然后将土柱提上,平放观察，按需要切割采样。土柱直径可以用不同直径的钻体控制,如5厘米、10厘米或更粗。机械钻效率高，可节省人力，但不及手工钻灵活、轻便。 采样点： 在了解污染源、污染方式以及污染历史和现状的基础上，全面考虑土壤的类型、成土母质、地形、天然植被或农作物等情况安排采样点。 采样点的布置方式： 如果田块不大、形状规则，可用对角线法和梅花形法； 如田块形状不规则，地形有变化,或面积较大,可用棋盘式法或蛇形法。力求采样点的情况能代表主要的土壤类型及其污染程度；同时要采集未受污染的土壤作为对照。 污染物在土壤中的分布，既有因距离污染源的远近而引起的水平差异，还有因时间和其他因素的不同而造成的垂直差异，因而还要根据土壤剖面层次分层采集土样。 土壤剖面分层要考虑到各类土壤的发生层次，并考虑土壤不同的机械组成、结构、有机质含量等，选择最有代表性的均匀的层次部位采集土样。有时为了完整地反映污染物在剖面中的分布特点，采取连续采样法。例如表层土以每5厘米为一单元分层，心土和底土以每5或10厘米为一单元分层，进行连续采样。一般先取底层土样，再向上逐层取样。 采集土壤样品的时间和数量，视采集的对象和目的而定。如为测定某种农药残留量，要在当年施用这种农药前采集，或者在作物成熟时、与植物样品同时采集。 由于研究目的不同，对土壤样品的采集也有不同的要求。如研究土壤物理性质，要求采取原状土样，即所采土样应保持其自然结构和水分状态。研究土壤水分和农作物产量的关系，要求在各个生长期采集深2——3米处的土壤样品。为研究土壤形态特征，要求采样层次间界线清楚，能观察到各发生层的结构、质地、新生体、地下水位等。研究土壤化学性质用的土样，只要求在特征深度处能采到足够数量（如1——2公斤）的样品，而不必保持原来的形状。

样品加工处理 从野外取回的土样，经登记编号后，都需经过一个制备过程——风干、磨碎、过筛、混匀、装瓶，以备各项测定之用。 样品制备的目的是： (1)剔除土壤以外的侵入体(如植物残茬、石粒、砖块等)和新生体(如铁锰结核和石灰结核等)，以除去非土磁的组成部分； (2)矮糠当磨细，充分混匀，使分析时所称取的少量样品具有较高的代表性，以减少称样误差； (3)全量分析项目，样品需要磨细，以使分解样品的反应能够完全和匀致； (4)使样品可以长时间保存，不至因微生物活动而霉坏。 新鲜样品和风干样品 为了样品的保存和工作方便，从野外采回的土样都先进行风干，但是在风干过程中，有些成分如低价铁、铵态氮、硝态氮等会起很大的变化，这些成分的分析一般均用新鲜样品。也有一些成分如土壤pH、速效养分，特别是速效克钾也有较大的变化。因些土壤速效磷钾的测定用新鲜样品还是风干中，就成了一个争论的问题。有人认为新鲜样品比较符合田间实际情况。也有人不同意这种看法，认为新鲜样品是暂时的田间情况，它随着土壤中水分状况的改变而变化，不是一个可靠的常数，而风干样品测出的结果是一个平衡常数，比较稳定可靠，而且新鲜样品称样误差较大，工作又不方便。因此在实验室测定土壤速效磷钾是地，仍以风干土为宜。 样品的风干 将采回的土样，放在木盆中或塑料布上，摊成薄薄的一层，置于室内通风阴干。在土样半干时，须将大土块捍碎（尤其是粘性土样），以免完全干后结成硬块，难以磨细。风干场所力求干燥通风，并要防止酸蒸汽、氨气和灰尘的污染。 样品风干后应拣去动植物残体如根、茎、叶、虫体等和石块、结核（石灰、铁、锰结核）。如果石子过多，应当将拣出的石子称重，记下所占的百分数。 粉碎过筛 风干后的土样，倒在钢玻璃底的木盆上，用木棍研磨，使之全部通过2mm孔径的筛子。充分混匀后用四分法分成两部分。 一部分作为物理分析用，另一部分作为化学分析用，作为化学分析用的土样还必须进一步研磨，使之全部通过1mm或0.5mm孔径的筛子。1927年国际土壤学会规定通过2mm孔径的土壤作为物理分析之用，通过1mm孔径作为化学分析之用，人们一直沿用这个规定。但近年来很多分析项目趋向于半微量的分析方法，称样量减少，要求样品的细度增加，以降低称样误差。因此现在有人使样品通过0.5mm孔径的筛子。但必须指出，土壤pH、交换性能、速效养分等测定样品不能磨得太细，因为研得过细，容易破坏矿物晶粒，使分析结果偏高。同时要注意土壤研细主要使团粒或结粒破碎，这些结粒是由土壤粘土矿物或腐殖质胶结起来，而不能破坏单个的矿物晶粒，因此研碎土样时，只能用木棍滚压，不能用锤子锤打，因为矿物晶粒破坏后，暴露出新的表面，增加有效养分的溶解。 全量分析的样品包括Si、Fe、Al、有机质、全氮等的测定不受磨碎的影响，而且为了样品容易分解，需要将样品磨得更细。方法是：将样品铺开，划成许多小方格，用骨匙多点取出土壤样品约20g，磨细，使之全部通过100目筛子。测定Si、Fe、Al、的土样要用玛瑙研钵研磨，瓷研钵会影响Si的测定结果。 在土壤分析中所用的筛子有两种：一种以筛孔直径表示，如孔径为2mm、1mm.、0.5mm等，另一种是以每英寸长度上的孔数表示。如每英寸长度上有40孔，为40目筛子(或称40号筛子)，每英寸有100孔为100目筛子。孔子越多，孔径越小。筛子与孔径之间的关系可用下列简式表示： 筛孔直径(mm)=16/每英寸孔数 1英寸=25.4mm，16mm=25.4mm - 9.4mm(网线宽度) 样品的保存 一般的样品用磨口塞的广口瓶保存半年至一年，以备必要时查核之用。样品瓶上标签须注明样号、采样地点、土类名称、试验区号、深度、采样日期、筛孔等项目。 标准样品是用以核对分析人员成批样品的分析结果，特别是各个实验室协作进行分析方法的研究和改进时需要有 标准样品。标准样品需长期保存，不能混习，样品瓶上贴上标签后，应以石腊涂封，以保证不变。每份标准样品附分析结果的记录。