應用馬爾文MS2000激光粒度分析儀分析河流泥沙顆粒

唐鴻琴　曹均偉　付帥

摘 要：水文工作的開展離不開對水位、泥沙和流量的測量和分析。通過使用測量儀器，可對河流中的泥沙和顆粒物進行基礎檢驗，但采用傳統方法難以進行更加深入的探究。因此，引進了MS2000激光粒度分析儀，對該設備的具體情況進行了簡單介紹，并在實際案例的引導下進行了應用研究。

關鍵詞：馬爾文測量軟件；MS2000激光粒度分析儀；激光器；光電轉換器

中圖分類號：TV149.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.24.067

隨著我國社會經濟的發展，環境問題已成為人們關注的焦點之一。無論是長江、黃河，還是珠三角地區的河流，泥沙堆積、水量下降等問題均已成為水文工作者的研究課題。面對生態環境的不斷惡化，河流治理越發緊急，我們必須采用先進的科學技術，幫助研究人員獲得準確的數據，從而為解決環境問題提供可行的方案。

1 MS2000激光粒度分析儀簡介

1.1 儀器系統的組成

儀器系統分為主機、附件、計算機和馬爾文測量軟件。主機的主要功能是測量樣品粒徑，主要包括激光器和光電轉換器等元器件；附件主要是指進樣器，它最大的優勢是可對樣品進行分散處理，并將其運送至主機測量，包括攪拌器、超聲器和抽取泵等；計算機和馬爾文測量軟件也是系統的重要組成部分，可監控整個測量過程，并顯示和分析數據。

1.2 儀器系統的結構和運行過程

在光學原理中，激光通常為單色光。當光路變化時會形成平行光，并射向透光的試樣槽。由于顆粒間的介質有所差異，因此，它在遇到光時會產生不同角度的折射現象。當我們在不同的方向和位置安放光電轉換器時，可接收到衍射過來的信息，即完成信息傳輸的過程。具體的測量結果會通過計算機上的顆粒直徑體積分布圖和頻率圖表示。

1.3 主要性能指標

MS2000激光粒度分析儀具有較高的靈敏度，其測量速度和掃描速度較快。因此，無論分析哪種顆粒，都可以在較短的時間內進行光路校正，從而完成數據的取樣工作。除此之外，MS2000激光粒度分析儀具有高重復性的亞微米區測量功能，其測量精度相當高。

2 MS2000激光粒度分析儀的應用

2.1 測量處理

在測量前，應對樣品進行簡單處理，并初步測量含沙量。在激光粒度儀的作用下，氣泡會被認定為顆粒物并測量，因此，必須消除氣泡才能保證測量結果的準確性，并驗收光學系統的潔凈度。

激光散射對檢測環境有較高的要求，是一種高分辨率的光學手段，主要組成部分為檢測器和樣品池玻璃窗口。窗口通常會聚積很多灰塵，進而影響測量結果的準確性。因此，需要設置測量背景，測量后去掉背景，從而得到真實的測量結果。

分散時間也是測量處理過程中的主要組成部分。在進行超聲強度和泵速的取樣測試時，應將測試時間控制在3～5 min。在泵速方面，要根據顆粒物的粒徑判斷，顆粒越大，泵速越快。在具體測量中，對遮光度有較為具體的要求。如果遮光度過大，則會影響光線的散射，并出現重影；如果遮光度過小，則會因系統難以捕捉到光而影響數據的精準度。因此，應將遮光度設置在10～20的區間內。此外，應記錄圖文信息，科學分析具體數值。

2.2 數據輸出

測量窗口可顯示數據，系統會提供不同形式的報告，幫助水文工作者進行多方面的分析。其形式包括文字、圖表、表達式等。圖表的類型具有多樣性，包括結果差異圖、數據擬合表和過濾分布表等。對于數據的輸出，主要是分析和計算具體的參數，通過篩分法測量，對比粒徑，并在結果仿真中展開探討。

2.3 資料匯整

資料整編是測量的最后一個步驟，即整合全沙計算的數據后，錄入計算機系統存檔。在傳統測量過程中，為了保證錄入過程不出現失誤，需要仔細校對。但隨著新技術的使用，馬爾文測量軟件能對數據和圖形進行直接處理，完成數據間的相互轉換，這樣既縮短了測量時間，還提高了工作效率。

3 應用實例

為了更好地了解水文泥沙具有的特性，對2013-05長江不同河段的河流泥沙情況進行了分析和探究。在河段沿程采集了河床質、懸移質沙樣等，并使用MS2000激光粒度分析儀進行了泥沙顆粒級配分析試驗。分析發現，長江流域具有一定的泥沙分布規律：對于單次泥沙顆粒而言，除了配線形狀較為規則外，級配間的分布和排列較為均勻；長江流域泥沙的穩定性較高；對于相同質量的泥沙，在不同河段具有不同的測量結果，一般情況下，長江上游和河口區域的泥沙顆粒比較規則，粒徑相差不大。

在本次的測量中，對泥沙顆粒的大小、比例和密度都進行了測試。測試發現，河流泥沙級配會受到重力特征和水利特征等因素的影響。高質量的泥沙顆粒可為河口的治理提供有效的數據，這對我國水利工程的建設有很大的幫助作用，可為河流的開發、利用提供科學依據，對環境保護有益無害。

4 結束語

MS2000激光粒度分析儀可充分運用光學原理和科學信息技術測量河流含沙量，具有較高的準確性。該儀器在測量范圍和測量深度方面有優勢，還具備無破壞性的特點，是現階段水文工作者進行科學研究的重要測量儀器。積極解決河流泥沙問題，能使居民使用到更好的水資源，更有利于水利工程建設。

參考文獻

[1]劉冬雪，張堅樑.MS2000激光粒度分析儀在泥沙研究中的應用淺述[J].浙江水利科技，2012（2）.

〔編輯：張思楠〕