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在調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)中激光粒度儀的應(yīng)用

 更新時(shí)間:2015-06-25  點(diǎn)擊量:1852

    目前,黃河泥沙顆粒分析工作由6個(gè)顆粒分析室來(lái)承擔(dān)。各顆粒分析室所配分析儀器,主要有分析篩、粒徑計(jì)及國(guó)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(duì)每一個(gè)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(gè)樣品先過(guò)63μm的篩(用高壓水頭沖),其中將篩上部分烘干,進(jìn)行振篩,并逐級(jí)稱(chēng)重;篩下部分用光電顆分儀分析,然后對(duì)兩種方法測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行全沙級(jí)配計(jì)算。其整個(gè)過(guò)程操作繁瑣、費(fèi)工費(fèi)時(shí)、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、自動(dòng)化程度低,分析一個(gè)樣品需要1小時(shí)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。
  更有甚者,光電儀受其原理的局限性(沉降法),對(duì)小粒子測(cè)量會(huì)產(chǎn)生很大誤差(由于小于1μm的粒子,多處于布朗運(yùn)動(dòng)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(yán)重影響了成果質(zhì)量,是目前突出也是需盡快解決的問(wèn)題。
  針對(duì)黃河泥沙顆粒分析的現(xiàn)狀,黃委水文局承擔(dān)了水利部“948"項(xiàng)目“激光粒度分析儀引進(jìn)與應(yīng)用研究"。該項(xiàng)目實(shí)施以來(lái),技術(shù)人員開(kāi)展了的實(shí)驗(yàn)研究,從儀器參數(shù)率定,樣品重復(fù)性、平行性測(cè)定、誤差分析,到對(duì)比實(shí)驗(yàn)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(wèn)題。結(jié)果證明,激光粒度儀應(yīng)用于黃河泥沙顆粒分析是適宜的。
  
  舉世矚目的黃河調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn),是黃河人經(jīng)過(guò)探索后對(duì)黃河自然規(guī)律的一種認(rèn)識(shí)和把握,是世界水利*迄今為止大規(guī)模的一次原型試驗(yàn),是傳統(tǒng)治黃向現(xiàn)代治黃轉(zhuǎn)變的重要里程碑。水庫(kù)、河道懸移質(zhì)和推移質(zhì)泥沙的粗細(xì)直接影響著水庫(kù)河道的沖淤特性,分析調(diào)水調(diào)沙期間小浪底水庫(kù)和下游河道沿程泥沙粒度的變化,對(duì)研究沖淤變化規(guī)律有著重要意義。由于時(shí)間緊,工作量大,且部分細(xì)砂以異重流的形式運(yùn)行至壩前,造成水庫(kù)近壩段泥沙較細(xì),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(shì)在本次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)的泥沙顆粒分析工作中應(yīng)用得到了充分的體現(xiàn),發(fā)揮了*的作用。
  1.分析過(guò)程
 ?、?樣品來(lái)源
  根據(jù)調(diào)水調(diào)沙的測(cè)驗(yàn)任務(wù)要求,本次調(diào)水調(diào)沙過(guò)程中共需分析來(lái)自潼關(guān)、三門(mén)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(kù)區(qū)、整個(gè)黃河下游河道及河口濱海區(qū)500個(gè)淤積測(cè)量斷面所送來(lái)的近6000個(gè)泥沙樣品。這么多的樣品如果用常規(guī)方法進(jìn)行分析至少需要一年時(shí)間,而本次由于全部用激光粒度儀進(jìn)行分析,僅僅用了20余天時(shí)間。
 ?、?質(zhì)量措施
  嚴(yán)格執(zhí)行《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》中的有關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。
  在調(diào)水調(diào)沙的顆粒分析工作未開(kāi)始之前的,我們對(duì)儀器進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)粒子檢測(cè),結(jié)果證明儀器狀態(tài)良好。
  在顆分工作結(jié)束后,再次對(duì)儀器進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)粒子檢測(cè),儀器狀態(tài)良好。因此可以說(shuō)明在調(diào)水調(diào)沙顆粒分析的全過(guò)程中,儀器一直處于良好狀態(tài)。這是成果質(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(dòng)化程度的顯著優(yōu)勢(shì),在這次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)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(duì)一個(gè)泥沙樣品,一個(gè)測(cè)量過(guò)程就可完成全部分析,而無(wú)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功能可對(duì)相同物質(zhì)的連續(xù)樣品采用一致的測(cè)量過(guò)程,也可確保不同的操作人員采用相同的操作過(guò)程,減少了由操作人員的差異而產(chǎn)生的誤差。
  率:從樣品預(yù)處理、測(cè)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(dòng)化程度:可通過(guò)軟件設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)操作程序(SOP),實(shí)現(xiàn)了軟件對(duì)測(cè)量黃河泥沙粒度的全過(guò)程控制。SOP可以設(shè)置提示操作人員執(zhí)行特定的任務(wù),如加入樣品,*一項(xiàng)需人工操作,其余全部自動(dòng)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(cè)得的級(jí)配值,逐個(gè)錄入整編軟件,且所錄數(shù)據(jù)需輸出并通過(guò)3次校對(duì),這樣既繁瑣又易出差錯(cuò)。
  而控制激光粒度儀的馬爾文測(cè)量軟件具有將所得數(shù)據(jù)和圖形與WINDOWS應(yīng)用軟件(如Excel)動(dòng)態(tài)連接的功能,這樣就實(shí)現(xiàn)了通過(guò)軟件之間的轉(zhuǎn)換、粘貼等功能而無(wú)需再錄入級(jí)配值這一多年夢(mèng)想的愿望。也正因?yàn)檫@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(wú)法想像和比擬的。
  由于利用了的馬爾文新一代激光粒度分析儀器,加之科學(xué)有效的管理,使我們?cè)诙潭痰亩畮滋斓臅r(shí)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(shí)的顆粒分析成果,為本次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)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(yàn)的后期評(píng)估分析提供了寶貴的基礎(chǔ)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(shì)所在,以及激光粒度儀在這次調(diào)水調(diào)沙試驗(yàn)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(yīng)用前景。


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