应用马尔文MS2000激光粒度分析仪分析河流泥沙颗粒

唐鸿琴　曹均伟　付帅

摘 要：水文工作的开展离不开对水位、泥沙和流量的测量和分析。通过使用测量仪器，可对河流中的泥沙和颗粒物进行基础检验，但采用传统方法难以进行更加深入的探究。因此，引进了MS2000激光粒度分析仪，对该设备的具体情况进行了简单介绍，并在实际案例的引导下进行了应用研究。

关键词：马尔文测量软件；MS2000激光粒度分析仪；激光器；光电转换器

中图分类号：TV149.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.067

随着我国社会经济的发展，环境问题已成为人们关注的焦点之一。无论是长江、黄河，还是珠三角地区的河流，泥沙堆积、水量下降等问题均已成为水文工作者的研究课题。面对生态环境的不断恶化，河流治理越发紧急，我们必须采用先进的科学技术，帮助研究人员获得准确的数据，从而为解决环境问题提供可行的方案。

1 MS2000激光粒度分析仪简介

1.1 仪器系统的组成

仪器系统分为主机、附件、计算机和马尔文测量软件。主机的主要功能是测量样品粒径，主要包括激光器和光电转换器等元器件；附件主要是指进样器，它最大的优势是可对样品进行分散处理，并将其运送至主机测量，包括搅拌器、超声器和抽取泵等；计算机和马尔文测量软件也是系统的重要组成部分，可监控整个测量过程，并显示和分析数据。

1.2 仪器系统的结构和运行过程

在光学原理中，激光通常为单色光。当光路变化时会形成平行光，并射向透光的试样槽。由于颗粒间的介质有所差异，因此，它在遇到光时会产生不同角度的折射现象。当我们在不同的方向和位置安放光电转换器时，可接收到衍射过来的信息，即完成信息传输的过程。具体的测量结果会通过计算机上的颗粒直径体积分布图和频率图表示。

1.3 主要性能指标

MS2000激光粒度分析仪具有较高的灵敏度，其测量速度和扫描速度较快。因此，无论分析哪种颗粒，都可以在较短的时间内进行光路校正，从而完成数据的取样工作。除此之外，MS2000激光粒度分析仪具有高重复性的亚微米区测量功能，其测量精度相当高。

2 MS2000激光粒度分析仪的应用

2.1 测量处理

在测量前，应对样品进行简单处理，并初步测量含沙量。在激光粒度仪的作用下，气泡会被认定为颗粒物并测量，因此，必须消除气泡才能保证测量结果的准确性，并验收光学系统的洁净度。

激光散射对检测环境有较高的要求，是一种高分辨率的光学手段，主要组成部分为检测器和样品池玻璃窗口。窗口通常会聚积很多灰尘，进而影响测量结果的准确性。因此，需要设置测量背景，测量后去掉背景，从而得到真实的测量结果。

分散时间也是测量处理过程中的主要组成部分。在进行超声强度和泵速的取样测试时，应将测试时间控制在3～5 min。在泵速方面，要根据颗粒物的粒径判断，颗粒越大，泵速越快。在具体测量中，对遮光度有较为具体的要求。如果遮光度过大，则会影响光线的散射，并出现重影；如果遮光度过小，则会因系统难以捕捉到光而影响数据的精准度。因此，应将遮光度设置在10～20的区间内。此外，应记录图文信息，科学分析具体数值。

2.2 数据输出

测量窗口可显示数据，系统会提供不同形式的报告，帮助水文工作者进行多方面的分析。其形式包括文字、图表、表达式等。图表的类型具有多样性，包括结果差异图、数据拟合表和过滤分布表等。对于数据的输出，主要是分析和计算具体的参数，通过筛分法测量，对比粒径，并在结果仿真中展开探讨。

2.3 资料汇整

资料整编是测量的最后一个步骤，即整合全沙计算的数据后，录入计算机系统存档。在传统测量过程中，为了保证录入过程不出现失误，需要仔细校对。但随着新技术的使用，马尔文测量软件能对数据和图形进行直接处理，完成数据间的相互转换，这样既缩短了测量时间，还提高了工作效率。

3 应用实例

为了更好地了解水文泥沙具有的特性，对2013-05长江不同河段的河流泥沙情况进行了分析和探究。在河段沿程采集了河床质、悬移质沙样等，并使用MS2000激光粒度分析仪进行了泥沙颗粒级配分析试验。分析发现，长江流域具有一定的泥沙分布规律：对于单次泥沙颗粒而言，除了配线形状较为规则外，级配间的分布和排列较为均匀；长江流域泥沙的稳定性较高；对于相同质量的泥沙，在不同河段具有不同的测量结果，一般情况下，长江上游和河口区域的泥沙颗粒比较规则，粒径相差不大。

在本次的测量中，对泥沙颗粒的大小、比例和密度都进行了测试。测试发现，河流泥沙级配会受到重力特征和水利特征等因素的影响。高质量的泥沙颗粒可为河口的治理提供有效的数据，这对我国水利工程的建设有很大的帮助作用，可为河流的开发、利用提供科学依据，对环境保护有益无害。

4 结束语

MS2000激光粒度分析仪可充分运用光学原理和科学信息技术测量河流含沙量，具有较高的准确性。该仪器在测量范围和测量深度方面有优势，还具备无破坏性的特点，是现阶段水文工作者进行科学研究的重要测量仪器。积极解决河流泥沙问题，能使居民使用到更好的水资源，更有利于水利工程建设。

参考文献

[1]刘冬雪，张坚樑.MS2000激光粒度分析仪在泥沙研究中的应用浅述[J].浙江水利科技，2012（2）.

〔编辑：张思楠〕