在調(diào)水調(diào)沙試驗中激光粒度儀的應用
目前,黃河泥沙顆粒分析工作由6個顆粒分析室來承擔。各顆粒分析室所配分析儀器,主要有分析篩、粒徑計及國產(chǎn)光電顆分儀等。由于受各種分析方法適用粒徑范圍的限制,對每一個樣品的顆粒分析,都需要兩種或兩種以上的方法組合才能完成。如近幾年常用的方法是,將一個樣品先過63μm的篩(用高壓水頭沖),其中將篩上部分烘干,進行振篩,并逐級稱重;篩下部分用光電顆分儀分析,然后對兩種方法測得的結(jié)果進行全沙級配計算。其整個過程操作繁瑣、費工費時、效率低、勞動強度大、自動化程度低,分析一個樣品需要1小時左右,加之手工操作的人為影響大,致使資料的成果質(zhì)量難以保證。
更有甚者,光電儀受其原理的局限性(沉降法),對小粒子測量會產(chǎn)生很大誤差(由于小于1μm的粒子,多處于布朗運動狀態(tài),不再沉降),而且這一誤差隨著小粒子所占比例的增大,其誤差成倍增加,嚴重影響了成果質(zhì)量,是目前zui突出也是zui需盡快解決的問題。
針對黃河泥沙顆粒分析的現(xiàn)狀,黃委水文局承擔了水利部“948”項目“激光粒度分析儀引進與應用研究”。該項目實施以來,技術(shù)人員開展了大量的實驗研究,從儀器參數(shù)率定,樣品重復性、平行性測定、誤差分析,到對比實驗以及新儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)系列與傳統(tǒng)資料的銜接回歸問題。結(jié)果證明,激光粒度儀應用于黃河泥沙顆粒分析是*適宜的。
激光粒度儀在調(diào)水調(diào)沙試驗中的應用
舉世矚目的黃河調(diào)水調(diào)沙試驗,是黃河人經(jīng)過長期探索后對黃河自然規(guī)律的一種認識和把握,是世界水利*迄今為止zui大規(guī)模的一次原型試驗,是傳統(tǒng)治黃向現(xiàn)代治黃轉(zhuǎn)變的重要里程碑。水庫、河道懸移質(zhì)和推移質(zhì)泥沙的粗細直接影響著水庫河道的沖淤特性,分析調(diào)水調(diào)沙期間小浪底水庫和下游河道沿程泥沙粒度的變化,對研究沖淤變化規(guī)律有著重要意義。由于時間緊,工作量大,且部分細砂以異重流的形式運行至壩前,造成水庫近壩段泥沙較細,不適宜用常規(guī)方法分析。激光粒度儀以高精度、率的技術(shù)優(yōu)勢在本次調(diào)水調(diào)沙試驗的泥沙顆粒分析工作中應用得到了充分的體現(xiàn),發(fā)揮了*的作用。
1.分析過程
?、?樣品來源
根據(jù)調(diào)水調(diào)沙的測驗任務要求,本次調(diào)水調(diào)沙過程中共需分析來自潼關、三門峽、小浪底、花園口、夾河灘、高村、孫口、艾山、濼口、利津、丁字路口等水文站和小浪底庫區(qū)、整個黃河下游河道及河口濱海區(qū)500個淤積測量斷面所送來的近6000個泥沙樣品。這么多的樣品如果用常規(guī)方法進行分析至少需要一年時間,而本次由于全部用激光粒度儀進行分析,僅僅用了20余天時間。
?、?質(zhì)量保證措施
嚴格執(zhí)行《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》中的有關內(nèi)容及《馬爾文MS2000激光粒度分析儀操作規(guī)程》,其顆粒分析成果符合ISO13320激光衍射法粒度分析標準。
在調(diào)水調(diào)沙的顆粒分析工作未開始之前的,我們對儀器進行了標準粒子檢測,結(jié)果證明儀器狀態(tài)良好。
在顆分工作結(jié)束后,再次對儀器進行了標準粒子檢測,儀器狀態(tài)良好。因此可以說明在調(diào)水調(diào)沙顆粒分析的全過程中,儀器一直處于良好狀態(tài)。這是保證成果質(zhì)量的基本前提條件。
?、?顆粒分析
激光粒度儀具有高精度、率、高自動化程度的顯著優(yōu)勢,在這次調(diào)水調(diào)沙試驗中得以充分體現(xiàn)。具體表現(xiàn)在:
高精度:該儀器分析粒徑范圍寬(0.02~2000μm),對一個泥沙樣品,一個測量過程就可完成全部分析,而無需幾種方法的組合,減少了由于多種方法的組合及人工操作而產(chǎn)生的誤差。軟件的SOP功能可保證對相同物質(zhì)的連續(xù)樣品采用一致的測量過程,也可確保不同的操作人員采用相同的操作過程,減少了由操作人員的差異而產(chǎn)生的誤差。
率:從樣品預處理、測量到數(shù)據(jù)輸出,只需3分鐘。和傳統(tǒng)方法相比,效率提高了幾十倍。
高自動化程度:可通過軟件設置標準操作程序(SOP),實現(xiàn)了軟件對測量黃河泥沙粒度的全過程控制。SOP可以設置提示操作人員執(zhí)行特定的任務,如加入樣品,*一項需人工操作,其余全部自動化。
2.顆分資料整編
傳統(tǒng)的顆分資料整編,是將儀器(DLY-95型光電儀)測得的級配值,逐個錄入整編軟件,且所錄數(shù)據(jù)需輸出并通過3次校對,這樣既繁瑣又易出差錯。
而控制激光粒度儀的馬爾文測量軟件具有將所得數(shù)據(jù)和圖形與WINDOWS應用軟件(如Excel)動態(tài)連接的功能,這樣就實現(xiàn)了通過軟件之間的轉(zhuǎn)換、粘貼等功能而無需再錄入級配值這一多年夢想的愿望。也正因為這樣,才使得這次資料整編工作能在短短的幾天內(nèi)完成。這是傳統(tǒng)方法所無法想像和比擬的。
由于利用了先進的馬爾文新一代激光粒度分析儀器,加之科學有效的管理,使我們在短短的二十幾天的時間內(nèi),完成了用傳統(tǒng)方法需要一年才能完成的分析工作,以及時的顆粒分析成果,為本次調(diào)水調(diào)沙試驗提供了研究黃河河道淤積、河床演變的可靠數(shù)據(jù),為調(diào)水調(diào)沙試驗的后期評估分析提供了寶貴的基礎資料。
黃河泥沙傳統(tǒng)顆分的現(xiàn)狀和激光粒度儀的優(yōu)勢所在,以及激光粒度儀在這次調(diào)水調(diào)沙試驗中發(fā)揮的巨大作用,表明激光粒度儀具有非常好的推廣應用前景。