胡德生

（太原市水文水資源勘測分局，山西 太原 030001）

泥沙顆粒級配是影響泥沙運動形式的重要因素，在水利工程設計管理，水庫淤積部位的預測，異重流產生條件與排沙能力的分析，河道整治與防洪、灌溉，渠道沖淤平衡與船閘航運設計和水力機械的抗磨研究工作，都需要了解泥沙顆粒級配資料。泥沙顆粒分析，是指確定泥沙樣品中各粒徑組泥沙量占樣品總量的百分數。上靜游水文站位于嵐河上，是汾河水庫進庫站之一，研究泥沙顆粒級配分析尤其重要。

1 水文站概況

1.1 流域自然地理情況

上靜游水文站位于婁煩縣境內上靜游村嵐河下游，距汾河水庫入口處2.0 km，是汾河水庫進庫站之一。水文站設立于1954年6月，本站上游集水面積1 140 km2，流域呈扇形，控制河長54.7 km，流域平均寬度20.8 km，河道縱坡4.3‰。在分水嶺附近有少量石山區(qū)，其余地類為黃土丘陵區(qū)。

1.2 測驗河段情況及測驗任務

上靜游水文站測驗河段順直，右岸為漿砌石公路，左岸為土石山，河床由砂卵石組成，沖淤變化不大。上游現有小型水庫3座，即嵐城水庫、蛤蟆神水庫、上明水庫。常規(guī)測驗項目包括水位、流量、含沙量、泥沙顆粒分析、降水量、氣溫、冰情、水溫等。

1.3 報汛任務

該水文站主要承擔向省防汛辦、太原市防汛辦、汾河水庫、太原市水文水資源勘測分局汛期報汛任務，提供雨水情實時信息。

2 泥沙顆粒級配取樣

2.1 測次布置

常規(guī)的顆粒分析以單樣含沙量的顆分測次（單顆），了解洪峰時期泥沙顆粒級配的變化過程。測次主要分布在含沙量較大的洪水時期。

2.2 取樣方法

采用瓶式主流邊一線0.6水深一點法取樣，取樣樣品含沙重不低于0.3 g；當泥沙含沙量很小時，換用取沙桶取樣，防止沙重不足，不能泥沙顆粒級配分析。

2.3 取樣觀測項目

在取顆粒級配分析水樣時，輔助項目觀測記錄瞬時水位、取樣垂線水深及取相應的單位含沙量等。

3 泥沙顆粒級配分析

3.1 分析儀器及方法

河道泥沙顆粒分析方法有篩分法、尺量法、沉降法等。多年來，上靜游水文站河道泥沙顆粒級配分析測量，一直采用沉降法即粒徑計法和吸管法結合，為提高泥沙顆粒級配測量技術的科技含量和水文測驗市場的競爭能力，目前采用英國馬爾文儀器有限公司生產的MS2000激光粒度分析儀對該水文站進行泥沙顆粒級配分析。

3.2 工作原理

MS2000激光粒度分析儀通過測定樣品在不同角度上產生的衍射光強分布，應用米氏散射理論，反演計算出顆粒的粒徑分布。具體為激光粒度分析儀中激光器產生單色相干性極好的激光，經濾波擴束系統(tǒng)后，得到一個擴展的、照明散射顆粒理想化的光束，分散好的顆粒在樣品窗內被激光光束照射產生衍射，并形成一定的空間光強分布，設在探測區(qū)的非均勻交叉排列扇形主檢測器，附加大面積輔助檢測器和大角度向前、背向檢測器，將光信號轉變?yōu)殡娦盘柌⑺腿胗嬎銠C，按事先編制的程序，根據衍射理論進行數據處理，把衍射譜的空間分布反演為顆粒大小的分布。

表1 嵐河上靜游站月年平均懸移質顆粒級配表

3.3 操作流程

第一，儀器啟動與關閉。首先開儀器主機和濕法或干法進樣器，然后開啟電腦，儀器需預熱15～30 min。關機順序為先關電腦軟件，再關濕法或干法進樣器和儀器主機。

第二，對菜單進行配置。新建SOP，彈出窗口后，在樣品處理單元選擇所使用的干法進樣器類型，在物質名稱欄選擇要測試的樣品，模型欄選擇通用模式；標記下的樣品名稱下留空白，然后操作者說明跟注解欄，選擇測量前顯示說明；報告/保存欄不選擇任何設置，樣品測量時間分別設置為8 s和10 s，在高級選項測量中的遮光度界限設置中，不使用默認限制，將下上限分別設置為0.5和6，自動啟動不設置任何選項，在遮光度篩選項中設置啟用篩選，時間設置為25 s；僅用紅光測量不設置，然后確定退出；隨后對進樣器設置，保存時為SOP取一個文件名。

第三，分析測量程序。在桌面上雙擊Mastersizer 2000操作軟件，進入操作軟件，打開已有文件或新建一個文件。單擊“測量”菜單中的“手動”按鈕，進入測量窗口。然后點擊“對光”，對光好后進入“選項”菜單，選擇合適的光學參數，選擇所測量的材料，在測量時間中設定測量時間為6 s，測量背景時間為8 s。再進入“文檔”菜單，輸入樣品名稱，然后“確定”退出。單擊“開始”按鈕，系統(tǒng)開始測量背景，當背景測量完成并提示“加入樣品”后，開始加入樣品到遮光度10%，單擊“開始”或按“測量樣品”儀器會進行測量樣品。測量結束后，抬起燒杯上方蓋子到兩個黑線中間，附件會自動把樣品池的水排除，然后換新鮮的水并循環(huán)清洗2～3次。

4 泥沙顆粒級配成果

按照《中華人民共和國水文年鑒》要求，上靜游水文站實測懸移質月年平均懸移質顆粒級配表見表1。

5 結語

上靜游水文站泥沙顆粒經過0.002 mm，0.004 mm，0.008 mm，0.016 mm，0.031 mm，0.062 mm，0.125 mm，0.25 mm和0.50 mm等9個粒徑級分析后，經年統(tǒng)計計算，粒徑沙重（體積）百分數在粒徑級0.004～0.008mm最大，占到20.8%，粒徑沙重（體積）百分數在粒徑級0.125～0.25 mm最小，占到0.8%，其他粒徑沙重（體積）百分數在粒徑級小于0.002 mm，0.002～0.004 mm，0.008～0.016 mm，0.016～0.031 mm，0.031～0.062 mm，0.062～0.125 mm，0.25～0.50 mm 分別為 11.9%，13.0%，19.5%，15.9%，11.6%，5.4%，1.1%。中數粒徑為0.010 mm，平均粒徑為0.022 mm。

上靜游水文站為汾河水庫進庫水文站，利用MS2000激光粒度分析儀分析上靜游水文站泥沙顆粒級配，積累月年平均懸移質顆粒級配長系列水文資料，對預測汾河水庫淤積部位具有十分重要的意義。