在調水調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，致使資料的成果質量難以。
　　更有甚者，光電儀受其原理的局限性（沉降法），對小粒子測量會產生很大誤差（由于小于1μm的粒子，多處于布朗運動狀態，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，嚴重影響了成果質量，是目前突出也是需盡快解決的問題。
　　針對黃河泥沙顆粒分析的現狀，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，技術人員開展了的實驗研究，從儀器參數率定，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生的數據系列與傳統資料的銜接回歸問題。結果證明，激光粒度儀應用于黃河泥沙顆粒分析是適宜的。
　　
　　舉世矚目的黃河調水調沙試驗，是黃河人經過探索后對黃河自然規律的一種認識和把握，是世界水利*迄今為止大規模的一次原型試驗，是傳統治黃向現代治黃轉變的重要里程碑。水庫、河道懸移質和推移質泥沙的粗細直接影響著水庫河道的沖淤特性，分析調水調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，不適宜用常規方法分析。激光粒度儀以高精度、率的技術優勢在本次調水調沙試驗的泥沙顆粒分析工作中應用得到了充分的體現，發揮了*的作用。
　　1.分析過程
　　① 樣品來源
　　根據調水調沙的測驗任務要求，本次調水調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、整個黃河下游河道及河口濱海區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。
　　② 質量措施
　　嚴格執行《河流泥沙顆粒分析規程》中的有關內容及《馬爾文MS2000激光粒度分析儀操作規程》，其顆粒分析成果符合ISO13320激光衍射法粒度分析標準。
　　在調水調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，結果證明儀器狀態良好。
　　在顆分工作結束后，再次對儀器進行了標準粒子檢測，儀器狀態良好。因此可以說明在調水調沙顆粒分析的全過程中，儀器一直處于良好狀態。這是成果質量的基本前提條件。
　　③ 顆粒分析
　　激光粒度儀具有高精度、率、高自動化程度的顯著優勢，在這次調水調沙試驗中得以充分體現。具體表現在：
　　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生的誤差。軟件的SOP功能可對相同物質的連續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生的誤差。
　　率：從樣品預處理、測量到數據輸出，只需3分鐘。和傳統方法相比，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，且所錄數據需輸出并通過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據和圖形與WINDOWS應用軟件（如Excel）動態連接的功能，這樣就實現了通過軟件之間的轉換、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完成。這是傳統方法所無法想像和比擬的。
　　由于利用了的馬爾文新一代激光粒度分析儀器，加之科學有效的管理，使我們在短短的二十幾天的時間內，完成了用傳統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，為本次調水調沙試驗提供了研究黃河河道淤積、河床演變的可靠數據，為調水調沙試驗的后期評估分析提供了寶貴的基礎資料。
　　黃河泥沙傳統顆分的現狀和激光粒度儀的優勢所在，以及激光粒度儀在這次調水調沙試驗中發揮的巨大作用，表明激光粒度儀具有非常好的推廣應用前景。