浊度仪在悬移质泥沙测验中的应用

付帅　石永恩

【摘要】传统的悬移质泥沙测量方法耗时、耗力，时效性较差，浊度仪应用光学原理其测量值与传统的水文缆道采集测验的含沙量值，建立两者的相关线性关系。通过收集的悬移质资料，分析浊度仪测量含沙量的成果精度，研究表明，浊度仪可快速确定天然水体中的含沙量，且精度较高，具有一定的推广应用价值。

【关键词】浊度仪；悬移质；含沙量；时效性

1 、概述

测量水体中的悬移质泥沙含量是河口海岸地区和水文要素观测中一项十分重要的内容，通过对水体泥沙含量的测量来了解河流的泥沙流失情况。悬移质泥沙处理方法传统上过滤称重法、烘干称重法，但操作过程繁杂、效率低，水文工作者利用浊度仪实现实时测量，方便了测量分析工作，提高了效率。例如金沙江上白鹤滩水文站采用美国哈希公司HACH2100N型浊度仪，可以自动选择测量范围和小数点位置，测量精度也比较高。

2、浊度仪的测量原理及方法

2.1测量原理

水的浊度是由于水样中的微粒物质的存在导致水的透明度的降低，是水样的一种光学特性。也就是说浊度是种水中微粒物质所产生的光效应，水中浊度的测量是建立在光学测量的基础上的，所以可以用光学方法测量浊度。浊度仪就是测量水样中的透明度的仪器。

以美国HACH2100N型浊度仪为例，该仪器是一种可以在转换因子处于开或关的状态下进行浊度测定的仪器，该仪器的光学系统由一个钨丝灯、用于聚光的透镜和光圈、一个90度检测器、一个前向散光检测器和一个透射光检测器组成。当转换因子处于开的状态时，仪器的微处理器可以将每个检测器的转换信号进行数学运算。测量时使用转换因子的有优点在于可以得到良好的线性关系、校准稳定性以及在存在色度的情况下进行浊度测量。

2.2测量方法

在比测期间，采用浊度仪分析及烘干法分析的沙洋，应为同一样品，将样品加入样品池至刻度线；将样品池盖上盖子，然后捏住样品池的盖子，擦拭样品池壁上的水和手指印，从上至下往样品池上滴一滴硅油，使用提供的油布将油滴涂抹均匀。样品池壁应几乎净干，基本没有或看不见油滴；将样品池放入仪器的样品池盒中，并盖好盖子，可立即显示浊度值；按SIGNAL AVG键，选择合适的信号平均模式设置、按RATIO键，选择合适的转换系数设置、按UNITS/EXIT键，选择合适的测试单位；取代表样时，应将水样搅拌均匀，测完浊度后的水样应还原到原水样中；依次测定每条单样垂线的浊度，取平均值作为单沙的浊度。

对每条单沙取样垂线（单沙混合样），在所取水样中，取3次代表样分别测定3次浊度。当3次浊度相对误差满足如下要求时，其算术平均值可作为该条单沙垂线平均浊度：

1） Turb≤200NTU时，误差不超过5%；

2） 200NTU

3） Turb>1000NTU时，误差不超过2%。

3、浊度仪悬移质泥沙的推算

3.1回归分析

回归分析是确定两种或两种以上变数间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法。运用十分广泛，回归分析按照涉及的自变量的多少，可分为一元回归分析和多元回归分析；按照自变量和因变量之间的关系类型，可分为线性回归分析和非线性回归分析。

3.2比浊法

比浊法是利用与入射光成90°夹角的检测器测验散射光来测验水体浊度。比浊法测验的是测验的光的散射和减弱程度，而不是光透度。散射越强，浊度就越高。比浊法测验浊度与入射光、检测角、传感器是单一或多个检测器等有关。

3.3建模、含沙量转换

考虑不同水力泥沙因子对含沙量的影响，分别建立浊度与含沙量转换模型；并根据模型确定性系数、模型推算单沙的精度、模型推算沙峰含沙量的误差范围、模型推算月输沙量及模型的简易程度等几个方面综合考虑进行模型优选。

模型建立应按如下步骤进行：

1）、设置指标变量：可选择浊度Turb、流量Q、悬移质泥沙级配特征参数PSD等作为指标变量。利用不同的指标变量组合构建不同的模型；

2）、收集、整理比测数据，对于具有异方差的数据，应进行方差的稳定性变换，对数据进行处理；

3）、确定理论回归模型的数学形式；

4）、 回归理论模型确定后，利用收集、整理的样本数据对模型的未知参数给出估计；

5）、对建立的回归模型进行统计检验和模型物理意义检验；

结论

通常是根据水文从业者经验判断河流悬移质泥沙变化情况确定测量时机，取样后将水样充分沉淀后进行水樣处理，接着进行烘干称重，自取样到获得成果，一般至少需要5-7天，资料的时效性较差，而且有可能施测控制不好，造成漏测情况，采用浊度仪实时监测与报汛，合理布置泥沙测验测次，可及时掌握悬移质泥沙含沙量过程、大小，沙峰沿程输移特性，满足河流科学调度的需要，对水文泥沙测验的收集具有重要的指导意义。

参考文献：

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[4].哈希公司2100N台式浊度仪使用说明书. 安恒公司