付帥 石永恩
【摘要】傳統(tǒng)的懸移質(zhì)泥沙測量方法耗時(shí)、耗力,時(shí)效性較差,濁度儀應(yīng)用光學(xué)原理其測量值與傳統(tǒng)的水文纜道采集測驗(yàn)的含沙量值,建立兩者的相關(guān)線性關(guān)系。通過收集的懸移質(zhì)資料,分析濁度儀測量含沙量的成果精度,研究表明,濁度儀可快速確定天然水體中的含沙量,且精度較高,具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】濁度儀;懸移質(zhì);含沙量;時(shí)效性
1 、概述
測量水體中的懸移質(zhì)泥沙含量是河口海岸地區(qū)和水文要素觀測中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容,通過對(duì)水體泥沙含量的測量來了解河流的泥沙流失情況。懸移質(zhì)泥沙處理方法傳統(tǒng)上過濾稱重法、烘干稱重法,但操作過程繁雜、效率低,水文工作者利用濁度儀實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測量,方便了測量分析工作,提高了效率。例如金沙江上白鶴灘水文站采用美國哈希公司HACH2100N型濁度儀,可以自動(dòng)選擇測量范圍和小數(shù)點(diǎn)位置,測量精度也比較高。
2、濁度儀的測量原理及方法
2.1測量原理
水的濁度是由于水樣中的微粒物質(zhì)的存在導(dǎo)致水的透明度的降低,是水樣的一種光學(xué)特性。也就是說濁度是種水中微粒物質(zhì)所產(chǎn)生的光效應(yīng),水中濁度的測量是建立在光學(xué)測量的基礎(chǔ)上的,所以可以用光學(xué)方法測量濁度。濁度儀就是測量水樣中的透明度的儀器。
以美國HACH2100N型濁度儀為例,該儀器是一種可以在轉(zhuǎn)換因子處于開或關(guān)的狀態(tài)下進(jìn)行濁度測定的儀器,該儀器的光學(xué)系統(tǒng)由一個(gè)鎢絲燈、用于聚光的透鏡和光圈、一個(gè)90度檢測器、一個(gè)前向散光檢測器和一個(gè)透射光檢測器組成。當(dāng)轉(zhuǎn)換因子處于開的狀態(tài)時(shí),儀器的微處理器可以將每個(gè)檢測器的轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。測量時(shí)使用轉(zhuǎn)換因子的有優(yōu)點(diǎn)在于可以得到良好的線性關(guān)系、校準(zhǔn)穩(wěn)定性以及在存在色度的情況下進(jìn)行濁度測量。
2.2測量方法
在比測期間,采用濁度儀分析及烘干法分析的沙洋,應(yīng)為同一樣品,將樣品加入樣品池至刻度線;將樣品池蓋上蓋子,然后捏住樣品池的蓋子,擦拭樣品池壁上的水和手指印,從上至下往樣品池上滴一滴硅油,使用提供的油布將油滴涂抹均勻。樣品池壁應(yīng)幾乎凈干,基本沒有或看不見油滴;將樣品池放入儀器的樣品池盒中,并蓋好蓋子,可立即顯示濁度值;按SIGNAL AVG鍵,選擇合適的信號(hào)平均模式設(shè)置、按RATIO鍵,選擇合適的轉(zhuǎn)換系數(shù)設(shè)置、按UNITS/EXIT鍵,選擇合適的測試單位;取代表樣時(shí),應(yīng)將水樣攪拌均勻,測完濁度后的水樣應(yīng)還原到原水樣中;依次測定每條單樣垂線的濁度,取平均值作為單沙的濁度。
對(duì)每條單沙取樣垂線(單沙混合樣),在所取水樣中,取3次代表樣分別測定3次濁度。當(dāng)3次濁度相對(duì)誤差滿足如下要求時(shí),其算術(shù)平均值可作為該條單沙垂線平均濁度:
1) Turb≤200NTU時(shí),誤差不超過5%;
2) 200NTU 3) Turb>1000NTU時(shí),誤差不超過2%。 3、濁度儀懸移質(zhì)泥沙的推算 3.1回歸分析 回歸分析是確定兩種或兩種以上變數(shù)間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法。運(yùn)用十分廣泛,回歸分析按照涉及的自變量的多少,可分為一元回歸分析和多元回歸分析;按照自變量和因變量之間的關(guān)系類型,可分為線性回歸分析和非線性回歸分析。 3.2比濁法 比濁法是利用與入射光成90°夾角的檢測器測驗(yàn)散射光來測驗(yàn)水體濁度。比濁法測驗(yàn)的是測驗(yàn)的光的散射和減弱程度,而不是光透度。散射越強(qiáng),濁度就越高。比濁法測驗(yàn)濁度與入射光、檢測角、傳感器是單一或多個(gè)檢測器等有關(guān)。 3.3建模、含沙量轉(zhuǎn)換 考慮不同水力泥沙因子對(duì)含沙量的影響,分別建立濁度與含沙量轉(zhuǎn)換模型;并根據(jù)模型確定性系數(shù)、模型推算單沙的精度、模型推算沙峰含沙量的誤差范圍、模型推算月輸沙量及模型的簡易程度等幾個(gè)方面綜合考慮進(jìn)行模型優(yōu)選。 模型建立應(yīng)按如下步驟進(jìn)行: 1)、設(shè)置指標(biāo)變量:可選擇濁度Turb、流量Q、懸移質(zhì)泥沙級(jí)配特征參數(shù)PSD等作為指標(biāo)變量。利用不同的指標(biāo)變量組合構(gòu)建不同的模型; 2)、收集、整理比測數(shù)據(jù),對(duì)于具有異方差的數(shù)據(jù),應(yīng)進(jìn)行方差的穩(wěn)定性變換,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理; 3)、確定理論回歸模型的數(shù)學(xué)形式; 4)、 回歸理論模型確定后,利用收集、整理的樣本數(shù)據(jù)對(duì)模型的未知參數(shù)給出估計(jì); 5)、對(duì)建立的回歸模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)和模型物理意義檢驗(yàn); 結(jié)論 通常是根據(jù)水文從業(yè)者經(jīng)驗(yàn)判斷河流懸移質(zhì)泥沙變化情況確定測量時(shí)機(jī),取樣后將水樣充分沉淀后進(jìn)行水樣處理,接著進(jìn)行烘干稱重,自取樣到獲得成果,一般至少需要5-7天,資料的時(shí)效性較差,而且有可能施測控制不好,造成漏測情況,采用濁度儀實(shí)時(shí)監(jiān)測與報(bào)汛,合理布置泥沙測驗(yàn)測次,可及時(shí)掌握懸移質(zhì)泥沙含沙量過程、大小,沙峰沿程輸移特性,滿足河流科學(xué)調(diào)度的需要,對(duì)水文泥沙測驗(yàn)的收集具有重要的指導(dǎo)意義。 參考文獻(xiàn): [1].張濟(jì)世.統(tǒng)計(jì)水文學(xué)[M].鄭州:黃河水利出版社,2006-3-1 [2].陳曉霞,呂海泉,張晶晶.哈希2100N濁度儀的校正及應(yīng)用[J]. 遼寧化工,2013,42(5) [3].左輝.濁度的檢測原理及方法[J].中國計(jì)量,2012(4) [4].哈希公司2100N臺(tái)式濁度儀使用說明書. 安恒公司