濁度儀在懸移質泥沙測驗中的應用

付帥　石永恩

【摘要】傳統的懸移質泥沙測量方法耗時、耗力，時效性較差，濁度儀應用光學原理其測量值與傳統的水文纜道采集測驗的含沙量值，建立兩者的相關線性關系。通過收集的懸移質資料，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，具有一定的推廣應用價值。

【關鍵詞】濁度儀；懸移質；含沙量；時效性

1 、概述

測量水體中的懸移質泥沙含量是河口海岸地區(qū)和水文要素觀測中一項十分重要的內容，通過對水體泥沙含量的測量來了解河流的泥沙流失情況。懸移質泥沙處理方法傳統上過濾稱重法、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現實時測量，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，可以自動選擇測量范圍和小數點位置，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的存在導致水的透明度的降低，是水樣的一種光學特性。也就是說濁度是種水中微粒物質所產生的光效應，水中濁度的測量是建立在光學測量的基礎上的，所以可以用光學方法測量濁度。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換因子處于開或關的狀態(tài)下進行濁度測定的儀器，該儀器的光學系統由一個鎢絲燈、用于聚光的透鏡和光圈、一個90度檢測器、一個前向散光檢測器和一個透射光檢測器組成。當轉換因子處于開的狀態(tài)時，儀器的微處理器可以將每個檢測器的轉換信號進行數學運算。測量時使用轉換因子的有優(yōu)點在于可以得到良好的線性關系、校準穩(wěn)定性以及在存在色度的情況下進行濁度測量。

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，選擇合適的信號平均模式設置、按RATIO鍵，選擇合適的轉換系數設置、按UNITS/EXIT鍵，選擇合適的測試單位；取代表樣時，應將水樣攪拌均勻，測完濁度后的水樣應還原到原水樣中；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3次濁度相對誤差滿足如下要求時，其算術平均值可作為該條單沙垂線平均濁度：

1） Turb≤200NTU時，誤差不超過5%；

2） 200NTU

3） Turb>1000NTU時，誤差不超過2%。

3、濁度儀懸移質泥沙的推算

3.1回歸分析

回歸分析是確定兩種或兩種以上變數間相互依賴的定量關系的一種統計分析方法。運用十分廣泛，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°夾角的檢測器測驗散射光來測驗水體濁度。比濁法測驗的是測驗的光的散射和減弱程度，而不是光透度。散射越強，濁度就越高。比濁法測驗濁度與入射光、檢測角、傳感器是單一或多個檢測器等有關。

3.3建模、含沙量轉換

考慮不同水力泥沙因子對含沙量的影響，分別建立濁度與含沙量轉換模型；并根據模型確定性系數、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方面綜合考慮進行模型優(yōu)選。

模型建立應按如下步驟進行：

1）、設置指標變量：可選擇濁度Turb、流量Q、懸移質泥沙級配特征參數PSD等作為指標變量。利用不同的指標變量組合構建不同的模型；

2）、收集、整理比測數據，對于具有異方差的數據，應進行方差的穩(wěn)定性變換，對數據進行處理；

3）、確定理論回歸模型的數學形式；

4）、 回歸理論模型確定后，利用收集、整理的樣本數據對模型的未知參數給出估計；

5）、對建立的回歸模型進行統計檢驗和模型物理意義檢驗；

結論

通常是根據水文從業(yè)者經驗判斷河流懸移質泥沙變化情況確定測量時機，取樣后將水樣充分沉淀后進行水樣處理，接著進行烘干稱重，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，采用濁度儀實時監(jiān)測與報汛，合理布置泥沙測驗測次，可及時掌握懸移質泥沙含沙量過程、大小，沙峰沿程輸移特性，滿足河流科學調度的需要，對水文泥沙測驗的收集具有重要的指導意義。

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