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

    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
　　① 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。
　　② 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。
　　③ 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。