濁度儀在懸移質(zhì)泥沙測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用

付帥　石永恩

【摘要】傳統(tǒng)的懸移質(zhì)泥沙測(cè)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(cè)量值與傳統(tǒng)的水文纜道采集測(cè)驗(yàn)的含沙量值，建立兩者的相關(guān)線性關(guān)系。通過(guò)收集的懸移質(zhì)資料，分析濁度儀測(cè)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(cè)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(cè)中一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容，通過(guò)對(duì)水體泥沙含量的測(cè)量來(lái)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(guò)濾稱重法、烘干稱重法，但操作過(guò)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(cè)量，方便了測(cè)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(guó)哈希公司HACH2100N型濁度儀，可以自動(dòng)選擇測(cè)量范圍和小數(shù)點(diǎn)位置，測(cè)量精度也比較高。

2、濁度儀的測(cè)量原理及方法

2.1測(cè)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(shuō)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(cè)量是建立在光學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)上的，所以可以用光學(xué)方法測(cè)量濁度。濁度儀就是測(cè)量水樣中的透明度的儀器。

以美國(guó)HACH2100N型濁度儀為例，該儀器是一種可以在轉(zhuǎn)換因子處于開(kāi)或關(guān)的狀態(tài)下進(jìn)行濁度測(cè)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(cè)器、一個(gè)前向散光檢測(cè)器和一個(gè)透射光檢測(cè)器組成。當(dāng)轉(zhuǎn)換因子處于開(kāi)的狀態(tài)時(shí)，儀器的微處理器可以將每個(gè)檢測(cè)器的轉(zhuǎn)換信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算。測(cè)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(cè)量。

2.2測(cè)量方法

在比測(cè)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(méi)有或看不見(jiàn)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(cè)試單位；取代表樣時(shí)，應(yīng)將水樣攪拌均勻，測(cè)完濁度后的水樣應(yīng)還原到原水樣中；依次測(cè)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(cè)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(guò)5%；

2） 200NTU

3） Turb>1000NTU時(shí)，誤差不超過(guò)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(cè)器測(cè)驗(yàn)散射光來(lái)測(cè)驗(yàn)水體濁度。比濁法測(cè)驗(yàn)的是測(cè)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(cè)驗(yàn)濁度與入射光、檢測(cè)角、傳感器是單一或多個(gè)檢測(cè)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(cè)控制不好，造成漏測(cè)情況，采用濁度儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)汛，合理布置泥沙測(cè)驗(yàn)測(cè)次，可及時(shí)掌握懸移質(zhì)泥沙含沙量過(guò)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(cè)驗(yàn)的收集具有重要的指導(dǎo)意義。

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