羅 章 蔡 斌 陳沈良

(1.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室 上海 200062；2.德國萊馳科技 上海 201204)

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動態(tài)圖像法應(yīng)用于海灘沉積物粒度粒形測試及其與篩析法的比較

羅 章 蔡 斌 陳沈良

(1.華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國家重點實驗室 上海 200062；2.德國萊馳科技 上海 201204)

篩析法是海灘沉積物粒度分析較經(jīng)典和常用的方法。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，利用動態(tài)圖像法分析沉積物粒度逐漸得到推廣。本文利用動態(tài)圖形法和篩析法對海南島5個海灘剖面20組沉積物樣品進行粒度粒形測試，并將兩種方法所測得的粒度進行比較。測試分析結(jié)果顯示，該方法的測試結(jié)果重復(fù)性好，精度高；通過與篩析法的對比顯示，動態(tài)圖像法與篩析法的測試結(jié)果非常接近，粒度級配曲線基本一致，各個粒度參數(shù)值很接近且相關(guān)性非常好(R2>0.94)；由動態(tài)圖像法得出的粒形參數(shù)可以看出，粒徑相當(dāng)?shù)牟煌┏练e物粒形參數(shù)有很大差別，同一海灘不同部位的球形度和寬長比變化很大，對稱度和凹凸度變化稍小。研究表明，動態(tài)圖像法與篩析法之間的粒度分析差異主要來自于兩者測量原理的不同和天然海灘砂顆粒形狀的不規(guī)則；動態(tài)圖像法解決了不規(guī)則沉積物粒度的測量。因此，動態(tài)圖像法可以替代篩析法來測量沉積物粒度，應(yīng)用前景廣闊。

動態(tài)圖像法 Camsizer XT 海灘沉積物 粒度參數(shù) 篩析法

由砂或礫等松散沉積物組成的海灘是砂質(zhì)海岸重要的沉積地貌單元，其中沉積物粒度是一個重要的沉積動力和地貌動力參數(shù)[1]。海灘沉積物粒度參數(shù)包含沉積動力條件和沉積物運移方面的豐富信息[2-5]。沉積物粒度分析是揭示海灘沉積動力和地貌演變的重要手段之一，并且顆粒形態(tài)對沉積動力也有顯著影響[6-7]。我國華南，特別是海南島海灘分布廣泛[8]。海灘沉積物粒度分析對砂質(zhì)海岸的沉積特征和穩(wěn)定性研究具有重要的意義[9]，也是海灘旅游開發(fā)、科學(xué)管理和持續(xù)利用需要了解的一項基本參數(shù)[10]。

沉積物粒度的分析方法很多，有直接測量法、篩析法、沉降法、圖像分析法、X 射線衰減法、電阻法、光散射法和激光法等[11-13]。然而，海灘沉積物通常粒度較粗，現(xiàn)有激光粒度儀無法測試，目前最常用的方法仍是篩析法。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，德國萊馳科技(Retsch Technology)基于ISO13322-2標準，采用動態(tài)數(shù)字圖像分析技術(shù)研發(fā)了一款新型的干濕兩用多功能粒度粒形分析儀(Camsizer XT)[14]，并開始在海岸沉積以及海洋地質(zhì)領(lǐng)域得到應(yīng)用[15]。本文以海南島典型海灘為例，選取若干海灘沉積物樣品進行測試對比，分析動態(tài)圖像法和篩析法在粒度曲線、粒度參數(shù)的異同及其相關(guān)性，從而綜合評價動態(tài)圖像法在海灘沉積物粒度分析中的適用性。

1 測量原理及實驗方法

1.1 篩析法

篩析法是碎屑顆粒粒徑測量的一種常用方法。其原理非常簡單：根據(jù)需要將不同篩孔直徑的標準篩按孔徑從小到大依次摞起，蓋上篩蓋，放在固定的振篩機上，選擇適當(dāng)?shù)哪Ｊ郊皶r長讓其振動即實現(xiàn)篩分。振動完成后，稱得每層標準篩中的顆粒質(zhì)量，即可求得試樣以重量計的顆粒粒徑分布，進而得出該沉積物樣品的顆粒級配的頻率分布或累積分布。

1.2 動態(tài)圖像法

多功能粒徑粒形分析儀(Camsizer XT)是德國萊馳科技公司最新一款基于ISO13322-2動態(tài)數(shù)字成像技術(shù)的粒度粒形分析儀。其擁有專利的雙CCD成像技術(shù)，包括基準鏡頭(B-CCD)記錄大顆粒的粒度和形態(tài)信息，聚焦鏡頭(Z-CCD)記錄小顆粒的粒度和形態(tài)信息。兩個鏡頭既可單獨使用也可同時使用[14]，因而能在一個很寬的粒度范圍內(nèi)得到具有重現(xiàn)性的數(shù)據(jù)結(jié)果。一次進樣，同時測得粒度大小、粒度分布、球形度、對稱性、凹凸度等顆粒綜合信息。

Camsizer XT的測量過程：將處理好的樣品通過進樣漏斗和進樣槽分散，然后通過振動裝置將樣品振入測試腔，顆粒物被CCD鏡頭實時快速捕捉，系統(tǒng)將捕捉到的動態(tài)圖像信息經(jīng)過復(fù)雜的程序轉(zhuǎn)化處理，進而得出根據(jù)各種不同粒度直徑定義的粒度分布曲線。主要包括投影寬度(Xc)、等效球徑(Xarea)、弗雷特長度(XFe)以及定向等分徑(XMa)等。Xc是指沿測量方向上的最大弦；Xarea是指等投影面積球形的直徑；XFe是指沿一定方向測得的顆粒投影輪廓兩邊界平行線間的距離；XMa指的是投影面上在測量方向面積平分線的長度；Xc_min是指沿投影面所有測量方向上的最大弦的最小值，從原理上來看，Xc_min其數(shù)值大小接近于篩分值(圖1)。

圖1 沉積物粒徑示意圖Fig.1 Demonstration figure of grain sizes

1.3 實驗方法

實驗選取采自2013年12月海南島崖州灣、鶯歌海灣和洋浦灣5個代表性海灘斷面的20組沉積物樣品(圖2)，其中五個樣品來自崖州灣的一個斷面，從后濱到水下部位(海灘斷面采樣圖見圖3)依次編號為YZW-1～YZW-5，以此類推來自鶯歌海灣和洋浦灣的樣品分別編號為YGH-1～YGH-5、YPW-1～YPW-5和YPW-6～YPW-10；重復(fù)性實驗的樣品來自崖州灣的YZW-1。測試前，先對樣品進行預(yù)處理[16]：用純水浸泡清洗，洗去樣品中的鹽份，然后在烘箱中干燥8～12 h，置于干燥器中冷卻至室溫。將同一組樣品混勻后用二分器一分為二，分別用于多功能粒徑粒形分析儀和篩析法測量。

動態(tài)圖像法采用德國Retsch公司2012年最新研制的粒度粒形分析儀，使用其干法模塊X-FALL，測量范圍是1 μm～30 mm；測試時，首先打開軟件，設(shè)置合適參數(shù)，用二分器對處理好的樣品進行分樣，然后把分好的樣品放入進樣漏斗中，點擊軟件進行測量。

篩分法采用德國Retsch公司生產(chǎn)的AS200 control型振動篩分儀，分析篩最大直徑為203 mm，粒度測量范圍20 μm～25 mm。根據(jù)國家海洋調(diào)查規(guī)范[17]，實驗選取的篩網(wǎng)孔徑分別是63 μm、90 μm、106 μm、125 μm、250 μm、315 μm、500 μm、1 000 μm，將適量預(yù)處理后的樣品放在套篩最上層，振篩機振動15分鐘后分別稱量各層篩面上的沙重。

圖2 海南島海灘測試樣品來源Fig.2 Sample source of Hainan beaches

圖3 采樣斷面圖Fig.3 The figure of sampling section

2 實驗結(jié)果分析

2.1 Camsizer XT粒度重復(fù)性分析

重復(fù)性是反映儀器測量精度的一個重要指標。重復(fù)性指的是使用同樣的方法在正確操作下由同一操作人員在同一實驗室內(nèi)使用同一儀器，并在短期內(nèi)對相同試樣做多個單次測試，所得測試結(jié)果之間的重合程度。本文采用兩種實驗方案分析對比來說明此儀器的重復(fù)性：①將YZW-1號樣品重復(fù)測量10次，得出結(jié)果編號為1#～10#；②取它的10個子樣(將樣品充分混合，保證子樣的隨機性)分別用此儀器測量10次，得出結(jié)果編號為11#～20#。分別繪制前10組和后10組樣品的累積頻率曲線，然后進行對比。

圖4中10種不同顏色的曲線分別表示同一樣品重復(fù)測量10次的結(jié)果，可以看出10條曲線幾乎完全重合；各密度曲線之間的縱向和橫向差值都十分微小，基本可以忽略不計；從直方圖可以看出單樣每次測量在不同的粒徑區(qū)間有微小的差別。圖5是分別選取10組子樣進行測量得到的曲線，各曲線的重合度較1#～10#的曲線圖差，各曲線稍微要分散一些；從密度分布曲線來看最大峰值和最小峰值相差10%～15%，累積頻率曲線圖的最大差值在0.1%～0.2%之間。

從表1中1#～10#可以看出：D10、D50、D90和Mz這4個參數(shù)10次測量結(jié)果非常穩(wěn)定，10組數(shù)據(jù)的標準偏差很小(<0.65)，D90略大為2.15；從相對標準偏差來看，4個參數(shù)的相對標準差都小于0.6%；由分選系數(shù)、偏度和峰度3個統(tǒng)計參數(shù)來看：分選系數(shù)的變化在千分位，偏度和峰度在百分位變化，它們的相對標準偏差都小于2%，其中峰度和分選系數(shù)都只有百分之零點幾的波動，這表明數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性極好，說明Camsizer XT儀器的重復(fù)性高。由10個子樣的測量結(jié)果可以得到類似于前10組數(shù)據(jù)的結(jié)論，但各指標數(shù)值都略有偏大。其主要原因是取樣所帶來的誤差，二分取樣不能保證樣品充分均勻，也不能保證樣品的總量絕對相等，并且各子樣相對于樣本總體也很難具有絕對的代表性，所以各子樣的測量結(jié)果會有一定偏差。從上述兩組測試結(jié)果來看，與儀器自身性能所帶來的誤差相比，取樣誤差更為顯著，即子樣的選取是影響Camsizer XT測量精度的主要因素。

圖4 單樣10次重復(fù)測量得到的累積頻率曲線和密度分布曲線Fig.4 Cumulative frequency curves and density distribution curves of the same sample No. 1 to 10

圖5 不同子樣測得的累積頻率曲線和密度分布曲線Fig.5 Cumulative frequency curves and density distribution curves of sub-samples No. 11 to 20

表1 粒度參數(shù)測量結(jié)果

2.2 動態(tài)圖像法與篩析法的比較

分別用動態(tài)圖像法和篩析法對樣品粒徑進行測量，然后將得到的兩組實驗結(jié)果的顆粒參數(shù)、級配曲線進行分析對比。

2.2.1 累計頻率曲線對比

對比測試共20組樣品，這里以其中4組樣品的級配曲線為例，得到篩析法和Camsizer XT動態(tài)圖像法的級配曲線(圖6)。從體積級配曲線對比圖可以看出，動態(tài)圖像法和篩分法的級配曲線基本一致，只在拐點上下略有差別。

兩種方法測量的測量結(jié)果出現(xiàn)微小差別的主要原因是：

(2) 篩子的合理選取也會影響篩分曲線的圓滑程度，如果篩子選取合理，篩分曲線就越接近理想的標準級配曲線；如果選取的篩子孔徑和樣品的粒徑分配范圍差別太大，就會造成級配曲線的尖點和凹點。因此，在做篩分實驗時，需要通過樣品的大致粒徑分配來選擇實驗的篩子個數(shù)和目數(shù)。

2.2.2 粒度參數(shù)對比

粒度參數(shù)及其組合特征可用于判斷沉積水動力條件及沉積環(huán)境的參考依據(jù)。沉積物研究中常用的粒度參數(shù)包括：D10、D50、D90、平均粒徑、分選系數(shù)、偏度和峰度。下面分別來討論兩種測量方法的粒度參數(shù)，并進行對比。篩分法和動態(tài)圖像法測量的D10、D50、D90和平均粒徑的對比如圖7所示，圖中的1-20分別表示YZW-1～YZW-5、YGH-1～YGH-5和YPW-1～YPW-10。總體來看，兩種方法測量的粒徑值變化趨勢基本一致，20組樣品的D10、D50、D90和平均粒徑的走向一致，都在7號點處表現(xiàn)為最大值，5號點處出現(xiàn)最小值。D50和平均粒徑兩種方法的偏差很小；D10和D90的偏差略大一些，不過誤差也都在幾十微米甚至幾微米范圍內(nèi)。由此可見，這兩種方法測得的D50和平均粒徑的吻合度較D10和D90好，圖像也出現(xiàn)了交叉，這個結(jié)論和圖6所得到的結(jié)論一致。圖像法與篩析法得出的峰度、偏度和分選系數(shù)變化趨勢也基本一致(圖8)。兩種方法得出的峰度和分選系數(shù)相差非常小，誤差均在百分位和千分位之間；偏度之間的誤差稍大一些，但基本也在百分位變化，少數(shù)誤差大的在十分位變化，但總體都很接近，都表現(xiàn)為正偏。結(jié)合圖7和圖8來看峰度和偏度較大的粒徑也比較大，基本上有相同的變化趨勢，相對于峰度和偏度來看20組樣品的分選系數(shù)則比較穩(wěn)定，大都在0.4～0.6之間變化，這說明實驗所選取得5個斷面的樣品顆粒的分選性比較一致。

圖7 篩分法和動態(tài)圖像法的粒徑對比Fig.7 Comparison of particle size parameters of sieving analysis and Camsizer XT

圖8 篩分法和動態(tài)圖像法得到的峰度、偏度和分選系數(shù)的對比Fig.8 Comparison of kurtosis, skewness and sorting using the sieving and Camsizer XT

圖9 兩種方法D10、D50、D90和平均粒徑的相關(guān)性Fig.9 Correlationship analysis of D10, D50 and D90 and average size measured by two different methods

2.2.3 粒度參數(shù)對比

對兩種方法所得到的4個粒徑參數(shù)進行回歸分析(圖9)。D50和平均粒徑相關(guān)圖的相關(guān)系數(shù)R2都達到0.99以上，相關(guān)性極好；D10和D90的相關(guān)系數(shù)分別是0.978和0.944 1，相關(guān)性也非常好。從這4個參數(shù)指標的接近程度來看，Camsizer XT動態(tài)圖像法和篩析法測出的粒度參數(shù)基本是完全一致的。

從圖7、8、9看來兩種方法的測試結(jié)果基本一致，但也略有偏差。略有偏差的原因主要是實驗樣本量比較小，儀器本身的誤差和操作的誤差還存在較大的比重。因此在改進測量技術(shù)的基礎(chǔ)上如果在增加測量的樣本量和測量的次數(shù)，那么測量結(jié)果就更能夠具有說明性。

2.3 粒形參數(shù)分析

球形度、對稱度、寬長比和凹凸度等是顆粒的重要粒形參數(shù)，這些粒形參數(shù)的大小直接影響著顆粒沉降和流體的流動性能；因此在海灘沉積和海岸動力學(xué)研究中，對沉積物粒形資料的分析十分重要。本文使用動態(tài)圖像法測量的海灘砂樣的平均粒形參數(shù)見圖10、11、12和表2，表中數(shù)據(jù)來自崖州灣、鶯歌海灣和洋浦灣的三個粒徑大小相當(dāng)?shù)臄嗝?，在每個斷面的后濱、灘肩、灘面、水邊線和水下部位采表層樣，分別編號為1#、2#、3#、4#和5#。圖10、11、12分別示意了崖州灣、鶯歌海灣和洋浦灣的粒形參數(shù)累計曲線。對比三個海灣斷面的球形度、對稱度、寬長比和凹凸度可以得出不同的海灣粒形參數(shù)有很大差別，間接地說明了各海灣的顆粒所受的水動力條件和岸上風(fēng)化侵蝕有很大區(qū)別。對比同一斷面不同岸灘部位的同一個粒形參數(shù)可以得出：后濱、灘肩、灘面、低潮線和水下部位的球形度相差最大，在同一Q3值下最大差值接近0.2，其次是寬長比，對稱度和凹凸度變化范圍最小。

表2測量結(jié)果顯示，崖州灣岸灘斷面五個部位的球形度和寬長比的相對標準偏差都在1.75%左右；對稱度和凹凸度的相對標準偏差都在0.2%附近，這相對于球形度和寬長比穩(wěn)定了很多；說明了在同一岸灘斷面不同部位，球形度和寬長比變化非常大，而對稱度和凹凸度的變化相對較小，這個結(jié)論和顆粒形狀參數(shù)累計曲線得到的結(jié)果一致。然后分析鶯歌海灣和洋浦灣的數(shù)據(jù)結(jié)果也得到了類似于崖州灣的結(jié)論。

表2 各樣品平均粒形參數(shù)[19]

圖10 崖州灣粒形參數(shù)累計曲線Fig.10 Cumulative curve of shape parameter of Yazhou Bay

圖11 鶯歌海沙灘粒形參數(shù)累計曲線Fig.11 Cumulative curve of shape parameter of Yinggehai beach

3 不同方法的優(yōu)缺點和精確度分析

3.1 優(yōu)缺點分析

振動篩析法是研究沉積物粒度較為經(jīng)典常用的方法之一，準確率高，并一直沿用到現(xiàn)在，也是當(dāng)今粒度分析最流行的方法之一。但篩析法也存在測量時間長、工作量大以及測量范圍小等不足之處。

Camsizer XT動態(tài)圖像法測量沉積物粒度精度好、效率高，相比于篩析法具有如下優(yōu)點：①提供更多的顆粒粒徑定義和顆粒信息，諸如投影寬度、等效球徑、弗雷特長度、球形度、對稱度、凹凸度等，可以提供顆粒的三維信息；②重現(xiàn)性非常好；③測量范圍廣，精確測量范圍是1 μm～30 mm，超出了篩分法的下限；④解決了不規(guī)則沉積物粒形難題，不僅得出不同的粒徑值，還可得到顆粒的形狀結(jié)構(gòu)；⑤測量工作量小，步驟簡單，測量速度快(2 min/樣)，大大提高了測量效率。

然而，動態(tài)圖像法也存在其局限性，在沉積物研究中還涉及到亞微米級的極細黏土，由于受到光學(xué)技術(shù)的限制，動態(tài)圖像法不能精確的進行亞微米級顆粒測量。

3.2 精確度和準確度分析

從方法本身來講，篩析法是用標準篩通過振動分級來得到沉積物的粒度值，測量前的準備和測量過程中隨機因素非常多，這些都有可能帶來粒徑的測量誤差；Camsizer XT動態(tài)圖像法利用雙CDD雙攝像頭拍攝，用光學(xué)手段直接測量顆粒的粒徑，準確度高于利用間接法獲取顆粒粒徑的篩析法。

由于沉積物顆粒形狀不規(guī)則，如果用一個統(tǒng)一的粒徑值來表述不規(guī)則顆粒的大小會存在很大的估計誤差。篩析法是通過篩子孔徑大小來估算顆粒的粒徑值，它在測量微米級顆粒的沉積物粒度上具有較高的精度，這也是篩析法沿用至今的一個重要原因。但由于得出的結(jié)果只是一個估計值，并不知道具體單顆粒的粒形信息，所以在利用得到的結(jié)果來處理別的問題時準確度還是難以有很大提高。動態(tài)圖像法在不規(guī)則顆粒的粒度測量上不僅解決了粒徑的測量還得出了不規(guī)則顆粒的形態(tài)數(shù)據(jù)，完全可以用來替代傳統(tǒng)的篩析法研究沉積物粒徑。

動態(tài)圖像法與篩析法相比，測試效率高、操作簡單、參數(shù)多而且精度高，具有更強的優(yōu)勢。當(dāng)然，不同方法測量的結(jié)果也是存在有差異的[20]。通過多次實驗測量比較，Camsizer XT動態(tài)圖像法在測量粒度粒形上優(yōu)于篩析法。然而，在眾多可選擇的粒度分析方法和儀器面前，最重要的是要了解它們的缺陷和不足，以便合理使用、分析其測試結(jié)果[11]。

4 結(jié)論

通過實驗研究，分析討論了動態(tài)圖像法與篩析法測量海灘沉積物粒度的結(jié)果，并對二者進行了圖形對比、參數(shù)對比和相關(guān)分析。結(jié)論如下：

(1) 多功能粒徑粒形分析儀(Camsizer XT)的測試結(jié)果重復(fù)性非常好，測量精度高；影響測量精確度的最主要的因素是子樣的選取。

(2) 動態(tài)圖像法和篩析法測量結(jié)果基本一致，從頻率曲線、粒度參數(shù)，以及兩者測量結(jié)果的相關(guān)性來看，動態(tài)圖像法完全可以替代篩析法測量。

(3) 動態(tài)圖像法具有準確度高、效率高、參數(shù)多，而且操作簡單的優(yōu)點，與傳統(tǒng)的篩析法相比具有絕對的優(yōu)勢。

(4) 天然沉積物顆粒形狀不規(guī)則是影響篩析法測試結(jié)果的主要因素，動態(tài)圖像法解決了不規(guī)則顆粒的測量問題，通過多個參數(shù)的測量結(jié)果來描述沉積物顆粒的三維信息；動態(tài)圖像法將不規(guī)則顆粒的測量推向一個新的階段。因此，對于微米級沉積物顆粒的測量，動態(tài)圖像法可以完全代替篩析法。

(5) 粒徑范圍相當(dāng)?shù)陌稙嗝嫔沉＃Ｐ螀?shù)差別比較大，同一岸灘斷面的不同部位粒形參數(shù)也有差別。

鑒于這次實驗所取樣品平均粒徑都是在百微米級以上，僅僅代表了較粗顆粒使用動態(tài)圖像法的精確性和便利性。因此，進一步的研究工作有待開展，包括對動態(tài)圖像法的其他參數(shù)進行研究，并且討論這些參數(shù)的實際意義；對微米級以及亞微米級的顆粒進行測量論證，探討動態(tài)圖像法的實驗量程；研究動態(tài)圖像法和激光粒度儀的對比以及兩種方法的優(yōu)缺點分析和適用性分析；利用動態(tài)圖像法得到的粒形數(shù)據(jù)對岸灘的沉積動力及岸灘演變進行分析，解決科學(xué)問題。

References)

1 Komar P D. Beach Processes and Sedimentation[M]. Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, 1998.

2 Fieller N R J, Gilbertson D D, Olbricht W. A new method for environmental analysis of particle size distribution data from shoreline sediments[J]. Nature, 1984, 311(5984): 648-651.

3 Friedman G M. Differences in size distributions of populations of particles among sands of various origins: addendum to IAS Presidential Address[J]. Sedimentology, 1979, 26(6): 859-862.

4 Folk R L, Andrews P B, Lewis D W. Detrital sedimentary rock classification and nomenclature for use in New Zealand[J]. New Zealand Journal of Geology and Geophysics, 1970, 13(4): 937-968.

5 陳沈良，楊世倫，吳瑞明. 杭州灣北岸潮灘沉積物粒度的時間變化及其沉積動力學(xué)意義[J]. 海洋科學(xué)進展，2004，22(3)：299-305. [Chen Shenliang, Yang Shilun, Wu Ruiming. Temporal changes in tidal flat sediment grain-size along the north bank of the Hangzhou Bay and their implication of sedimentation dynamics[J]. Advances in Marine Science, 2004, 22(3): 299-305.]

6 Hyslip J P, Vallejo L E. Fractal analysis of the roughness and size distribution of granular materials[J]. Engineering Geology, 1997, 48(3/4): 231-244.

7 Polakowski C, Sochan A, Bieganowski A, et al. Influence of the sand particle shape on particle size distribution measured by laser diffraction method[J]. International Agrophysics, 2014, 28(2): 195-200.

8 王寶燦，陳沈良，龔文平，等. 海南島港灣海岸的形成與演變[M]. 北京：海洋出版社，2006：32-114. [Wang Baocan, Chen Shenliang, Gong Wenping, et al. Formation and Evolution of Embayment Coasts Around Hainan Island[M]. Beijing: China Ocean Press, 2006: 32-114.]

9 周晗宇，陳沈良，鐘小菁，等. ?？跒澄骱０逗┏练e物與海灘穩(wěn)定性分析[J]. 熱帶海洋學(xué)報，2013，32(1)：26-34. [Zhou Hanyu, Chen Shenliang, Zhong Xiaojing, et al. Sedimentary characteristics and stability analysis of the beach in west coast of Haikou Bay[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2013, 32(1): 26-34.]

10 Bird E, Lewis N. Beach renourishment for coast protection[M]//Bird E, Lewis N. Beach Renourishment. Berlin, Germany: Springer International Publishing, 2015: 101-106.

11 程鵬，高抒，李徐生. 激光粒度儀測試結(jié)果及其與沉降法、篩析法的比較[J]. 沉積學(xué)報，2001，19(3)：449-455. [Cheng Peng, Gao Shu, Li Xusheng. Evaluation of a wide range laser particle size analyses and comparison with pipette and sieving methods[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2001, 19(3): 449-455.]

12 冷偉，范代讀. 聯(lián)用篩析法與激光法進行粒度接序分析的界點選擇[J]. 沉積學(xué)報，2014，32(3)：478-484. [Leng Wei, Fan Daidu. Selecting nodal size for the application of combined using sieving and laser methods in grain-size analysis[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2014, 32(3): 478-484.]

13 冉敬，杜谷，潘忠習(xí). 沉積物粒度分析方法的比較[J]. 巖礦測試，2011，30(6)：669-676. [Ran Jing, Du Gu, Pan Zhongxi. Study on methods for particle size analysis of sediment samples[J]. Rock and Mineral Analysis, 2011, 30(6): 669-676.]

14 Anonymous. Optimising the measurement of fine particles[J]. Metal Powder Report, 2013, 68(4): 34-37.

15 Moore A, Nishimura Y, Gelfenbaum G, et al. Sedimentary deposits of the 26 December 2004 tsunami on the northwest coast of Aceh, Indonesia[J]. Earth, Planets and Space, 2006, 58(2): 253-258.

16 鐘小菁，陳沈良，陳燕萍，等. 海南高隆灣海灘生物碎屑分布及其對沉積物粒度特征的影響[J]. 沉積學(xué)報，2012，30(5)：891-899. [Zhong Xiaojing, Chen Shenliang, Chen Yanping, et al. Biodetritus distribution and its effect on sediment size characteristics on Gaolong Bay beach[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2012, 30(5): 891-899.]

17 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局. GB/T 12763.8-2007 海洋調(diào)查規(guī)范 第8部分：海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查[S]. 北京: 中國標準出版社, 2008. [General Administration of Quality Supervision and Quarantine of the People's Republic of China. GB/T 12763.8-2007 Specifications for oceanographic survey-Part 8: marine geology and geophysics survey[S]. Beijing: China Standard Press, 2008.]

18 Folk R L, Ward W C. Brazos River Bar: A study in the significance of grain size parameters[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1957, 27(1): 3-26.

19 涂新斌，王思敬. 圖像分析的顆粒形狀參數(shù)描述[J]. 巖土工程學(xué)報，2004，26(5)：659-662. [Tu Xinbin, Wang Sijing. Particle shape descriptor in digital image analysis[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2004, 26(5): 659-662.]

20 Singer J K, Anderson J B, Ledbetter M T, et al. An assessment of analytical techniques for the size analysis of fine-grained sediments[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1988, 58(3): 534-543.

Grain Size and Shape Analysis of Beach Sediment using Dynamic Image Analysis and Comparison with Sieving Method

LUO Zhang1CAI Bin2CHEN ShenLiang1

(1. State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China;2. Retsch Technology, Shanghai 201204, China)

The sieving analysis is a classic and common method used to measure the particle sizes of beach sediments. With the development of scientific technology, grading analysis by dynamic digital imaging has been widely popularized. We analyzed the particle size and the shape of 20 sediment samples from 5 beaches of Hainan Island by the methods of dynamic image analysis and sieving analysis, and then compared the testing results of the particle size analyzing from the two methods. The results of the dynamic image analysis indicate that this technique has good repeatability and high accuracy. By comparing the results obtained from digital dynamic imaging with those from sieving analysis, we can conclude that the results match well: the grading curves intersect, the particle size parameter values are close and their relevance is rather good (R2>0.94). Analyzing the particle shape parameter values from the digital dynamic images, we learn that there are obvious differences between different coastal segments with similar particle sizes. The sphericity and aspect ratio of particles from different parts of the same beach change greatly, while their symmetry and convexity change slightly. The study indicates that the different results obtained from the two methods mainly derived from their different measurement principles and the irregular particle shapes of beach sediments. The digital dynamic imaging method has completely solved the problems caused by particle shape irregularity, so it can nearly replace sieving analysis in measuring particle size, which has a broad application prospect.

dynamic image analysis; Camsizer XT; beach sediment; grain-size parameters; sieving analysis

1000-0550(2016)05-0881-11

10.14027/j.cnki.cjxb.2016.05.007

2015-10-21； 收修改稿日期： 2016-01-29

海洋公益性行業(yè)科研專項(201405037)[Foundation: Public Science and Technology Research Funds Projects of Ocean, China, No.201405037]

羅 章 男 1990年出生 碩士研究生 港口、海岸及近海工程 E-mail: 51142601034@ecnu.cn

陳沈良 男 教授 E-mail: slchen@sklec.ecnu.edu.cn

P736.21

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