應(yīng)用馬爾文MS2000激光粒度分析儀分析河流泥沙顆粒

唐鴻琴　曹均偉　付帥

摘 要：水文工作的開(kāi)展離不開(kāi)對(duì)水位、泥沙和流量的測(cè)量和分析。通過(guò)使用測(cè)量?jī)x器，可對(duì)河流中的泥沙和顆粒物進(jìn)行基礎(chǔ)檢驗(yàn)，但采用傳統(tǒng)方法難以進(jìn)行更加深入的探究。因此，引進(jìn)了MS2000激光粒度分析儀，對(duì)該設(shè)備的具體情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并在實(shí)際案例的引導(dǎo)下進(jìn)行了應(yīng)用研究。

關(guān)鍵詞：馬爾文測(cè)量軟件；MS2000激光粒度分析儀；激光器；光電轉(zhuǎn)換器

中圖分類(lèi)號(hào)：TV149.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.067

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)之一。無(wú)論是長(zhǎng)江、黃河，還是珠三角地區(qū)的河流，泥沙堆積、水量下降等問(wèn)題均已成為水文工作者的研究課題。面對(duì)生態(tài)環(huán)境的不斷惡化，河流治理越發(fā)緊急，我們必須采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，幫助研究人員獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，從而為解決環(huán)境問(wèn)題提供可行的方案。

1 MS2000激光粒度分析儀簡(jiǎn)介

1.1 儀器系統(tǒng)的組成

儀器系統(tǒng)分為主機(jī)、附件、計(jì)算機(jī)和馬爾文測(cè)量軟件。主機(jī)的主要功能是測(cè)量樣品粒徑，主要包括激光器和光電轉(zhuǎn)換器等元器件；附件主要是指進(jìn)樣器，它最大的優(yōu)勢(shì)是可對(duì)樣品進(jìn)行分散處理，并將其運(yùn)送至主機(jī)測(cè)量，包括攪拌器、超聲器和抽取泵等；計(jì)算機(jī)和馬爾文測(cè)量軟件也是系統(tǒng)的重要組成部分，可監(jiān)控整個(gè)測(cè)量過(guò)程，并顯示和分析數(shù)據(jù)。

1.2 儀器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行過(guò)程

在光學(xué)原理中，激光通常為單色光。當(dāng)光路變化時(shí)會(huì)形成平行光，并射向透光的試樣槽。由于顆粒間的介質(zhì)有所差異，因此，它在遇到光時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同角度的折射現(xiàn)象。當(dāng)我們?cè)诓煌姆较蚝臀恢冒卜殴怆娹D(zhuǎn)換器時(shí)，可接收到衍射過(guò)來(lái)的信息，即完成信息傳輸?shù)倪^(guò)程。具體的測(cè)量結(jié)果會(huì)通過(guò)計(jì)算機(jī)上的顆粒直徑體積分布圖和頻率圖表示。

1.3 主要性能指標(biāo)

MS2000激光粒度分析儀具有較高的靈敏度，其測(cè)量速度和掃描速度較快。因此，無(wú)論分析哪種顆粒，都可以在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行光路校正，從而完成數(shù)據(jù)的取樣工作。除此之外，MS2000激光粒度分析儀具有高重復(fù)性的亞微米區(qū)測(cè)量功能，其測(cè)量精度相當(dāng)高。

2 MS2000激光粒度分析儀的應(yīng)用

2.1 測(cè)量處理

在測(cè)量前，應(yīng)對(duì)樣品進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，并初步測(cè)量含沙量。在激光粒度儀的作用下，氣泡會(huì)被認(rèn)定為顆粒物并測(cè)量，因此，必須消除氣泡才能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，并驗(yàn)收光學(xué)系統(tǒng)的潔凈度。

激光散射對(duì)檢測(cè)環(huán)境有較高的要求，是一種高分辨率的光學(xué)手段，主要組成部分為檢測(cè)器和樣品池玻璃窗口。窗口通常會(huì)聚積很多灰塵，進(jìn)而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，需要設(shè)置測(cè)量背景，測(cè)量后去掉背景，從而得到真實(shí)的測(cè)量結(jié)果。

分散時(shí)間也是測(cè)量處理過(guò)程中的主要組成部分。在進(jìn)行超聲強(qiáng)度和泵速的取樣測(cè)試時(shí)，應(yīng)將測(cè)試時(shí)間控制在3～5 min。在泵速方面，要根據(jù)顆粒物的粒徑判斷，顆粒越大，泵速越快。在具體測(cè)量中，對(duì)遮光度有較為具體的要求。如果遮光度過(guò)大，則會(huì)影響光線(xiàn)的散射，并出現(xiàn)重影；如果遮光度過(guò)小，則會(huì)因系統(tǒng)難以捕捉到光而影響數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。因此，應(yīng)將遮光度設(shè)置在10～20的區(qū)間內(nèi)。此外，應(yīng)記錄圖文信息，科學(xué)分析具體數(shù)值。

2.2 數(shù)據(jù)輸出

測(cè)量窗口可顯示數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)提供不同形式的報(bào)告，幫助水文工作者進(jìn)行多方面的分析。其形式包括文字、圖表、表達(dá)式等。圖表的類(lèi)型具有多樣性，包括結(jié)果差異圖、數(shù)據(jù)擬合表和過(guò)濾分布表等。對(duì)于數(shù)據(jù)的輸出，主要是分析和計(jì)算具體的參數(shù)，通過(guò)篩分法測(cè)量，對(duì)比粒徑，并在結(jié)果仿真中展開(kāi)探討。

2.3 資料匯整

資料整編是測(cè)量的最后一個(gè)步驟，即整合全沙計(jì)算的數(shù)據(jù)后，錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存檔。在傳統(tǒng)測(cè)量過(guò)程中，為了保證錄入過(guò)程不出現(xiàn)失誤，需要仔細(xì)校對(duì)。但隨著新技術(shù)的使用，馬爾文測(cè)量軟件能對(duì)數(shù)據(jù)和圖形進(jìn)行直接處理，完成數(shù)據(jù)間的相互轉(zhuǎn)換，這樣既縮短了測(cè)量時(shí)間，還提高了工作效率。

3 應(yīng)用實(shí)例

為了更好地了解水文泥沙具有的特性，對(duì)2013-05長(zhǎng)江不同河段的河流泥沙情況進(jìn)行了分析和探究。在河段沿程采集了河床質(zhì)、懸移質(zhì)沙樣等，并使用MS2000激光粒度分析儀進(jìn)行了泥沙顆粒級(jí)配分析試驗(yàn)。分析發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江流域具有一定的泥沙分布規(guī)律：對(duì)于單次泥沙顆粒而言，除了配線(xiàn)形狀較為規(guī)則外，級(jí)配間的分布和排列較為均勻；長(zhǎng)江流域泥沙的穩(wěn)定性較高；對(duì)于相同質(zhì)量的泥沙，在不同河段具有不同的測(cè)量結(jié)果，一般情況下，長(zhǎng)江上游和河口區(qū)域的泥沙顆粒比較規(guī)則，粒徑相差不大。

在本次的測(cè)量中，對(duì)泥沙顆粒的大小、比例和密度都進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，河流泥沙級(jí)配會(huì)受到重力特征和水利特征等因素的影響。高質(zhì)量的泥沙顆?？蔀楹涌诘闹卫硖峁┯行У臄?shù)據(jù)，這對(duì)我國(guó)水利工程的建設(shè)有很大的幫助作用，可為河流的開(kāi)發(fā)、利用提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)環(huán)境保護(hù)有益無(wú)害。

4 結(jié)束語(yǔ)

MS2000激光粒度分析儀可充分運(yùn)用光學(xué)原理和科學(xué)信息技術(shù)測(cè)量河流含沙量，具有較高的準(zhǔn)確性。該儀器在測(cè)量范圍和測(cè)量深度方面有優(yōu)勢(shì)，還具備無(wú)破壞性的特點(diǎn)，是現(xiàn)階段水文工作者進(jìn)行科學(xué)研究的重要測(cè)量?jī)x器。積極解決河流泥沙問(wèn)題，能使居民使用到更好的水資源，更有利于水利工程建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉冬雪，張堅(jiān)樑.MS2000激光粒度分析儀在泥沙研究中的應(yīng)用淺述[J].浙江水利科技，2012（2）.

〔編輯：張思楠〕