崔 俊

(西安水文水资源勘测中心，陕西 西安 710100)

1 基本情况

1.1 传统颗分技术特点及存在问题

陕西省西安水文水资源勘测局下属北洛河状头、灞河马渡王、漆水河耀县、沮河柳林、涝河涝峪口等5 站有泥颗分析任务。每年要分析多达几百个泥沙样品。当前我局泥沙颗粒分析方法为移液管、筛吸结合分析法，即使用数种不同网眼的筛子进行筛选，计算各筛子上剩下的粒子重量，根据比例来求分布的方法，其分析结果为质量百分比。该方法作业流程从全样静置抽水到筛上筛下分别计算，操作过程繁琐、效率低、劳动强度大，单样分析需要两天时间，批量分析需五六个人分工合作，两天30 个样品。传统法具有以下缺点:下限62μm、人为因素较大、重复性差、不规则形状粒子误差大及分析速度慢。满足不了新时代下对泥沙分析数据“大量、及时、准确”的要求。

1.2 引进新技术的必要性和重要性

现今防洪、河道治理、城市供水，水资源管理、水生态监测、水资源评价都需要快速、准确、及时水文信息，而传统颗分方法难以满足要求。黄河水利委员会水文局2000 年通过水利部“948”项目，引进的英国马尔文公司的激光粒度分析技术解决了这一问题。其后，黄河水利委员会下属三门峡水文局、吕梁水文局、榆次水文局，以及我省宝鸡水文局、延安水文局先后开始在黄河流域使用英国马尔文公司的马尔文MS2000 激光粒度颗粒分析仪进行泥沙颗粒分析工作，通过这些年的使用，该仪器测量简单快速、测量结果稳定可靠、数据精度高;测试结果为体积百分数分布，具有传统方法所无法比拟的高精度、高效率、高自动化程度的显著优势。

2018 年年初陕西省西安水文水资源勘测局引进马尔文MS3000 激光粒度颗粒分析仪。马尔文MS3000 激光粒度颗粒分析仪在MS2000 激光粒度颗粒分析仪基础上进行了升级，其精度更高。

随着社会经济的飞速发展，水资源管理、评价及水利工程规划对泥沙颗粒级配分析的时效性、准确性的要求会越来越高，如何快速、准确的实施泥沙及粒度的有效监测，为河流的治理、管理、开发提供有效技术支撑，因此改变传统的分析方式，运用新的仪器进行颗粒分析十分必要。

马尔文MS3000 激光粒度仪基本配置有:仪器主机1 套、湿法分散系统(包括螺旋桨机械搅拌系统和内置式超声波探头)1 套、仪器操作软件1 套、计算机及激光打印机(自配)。

表1 传统法和MS3000 激光粒度颗粒分析仪对比表

2 测试依据及参数设置

2.1 样品选用及测试依据

本次测试选用张家山站2019 沮河柳林站16 个、漆水河耀县站16、状头站38 个，共计70 个泥沙颗粒样品进行分析测试，测试执行《河流泥沙颗粒分析规程》(SL 42-2012)相关规定及《马尔文MS3000 激光粒度颗分仪操作规程》。

2.2 参数设置

黄河水利委员会水文局于2002 年～2004 年完成了马尔文MS2000 激光粒度颗粒分析仪泥颗样品试算分析比对工作，采用激光仪与移液管、筛吸结合分析两种方法，历时3 年对2000 多个(包括中、粗、细各种类型)泥颗样品进行了比对试算，率定出了适合黄河流域河流泥沙颗粒级配特性的仪器参数，我局目前承担泥沙颗粒分析任务的水文站均分布于黄河流域，因此本次测试采用黄河水利委员会水文局率定的仪 器参数进行试算，参数见表2。

表2 测量黄河泥沙颗粒级配的参数值表1(HYDRO 2000MU 型)

3 测试情况

3.1 仪器测试

本次测试对2019 年沮河柳林站16 个、漆水河耀县站16 个、北洛河状头站38 个，共计70 个样品进行了测试，测试结果以粒度分布数据表、分布曲线、D0.1 、D0.5 、D0.9等方式显示，打印和记录。

样品遮光度的合适值范围为5%～15%(经由仪器工程师确认不影响样品测试结果)，由实际分析可知，本次样品遮光度都接近遮光度最佳值15%;残差最大0.34%，最小0.04%，都满足残差小于2%的仪器规定使用要求。

3.2 移液管、筛吸结合分析

本次分析选取70 个泥颗样品，采用吸管、筛分析方法进行了对比分析。

样品选取原因:

1)样品代表性好，不同粒径沙重百分数分布均匀，颗粒级配曲线分布比较合理。

2)有利于筛上及筛下部分全面进行对比分析。

3)当沙重较小时，因为筛上部分沙重几乎为零，不利于两种方法进行对比分析。故挑选具有代表性分析成果进行对比分析。

3.3 对比分析情况

对比分析情况见表3。

表3 西安局实测悬移质单样激光仪与筛吸结合分析颗粒级配对比成果表

续表3

由表3 可以看出:

1)重量法分析的沙量百分数多数大于仪器法分析的结果，且粒径级在0.002 mm～0.016 mm 之间，结果差别较大;粒径级在0.031 mm～2.0 mm 之间，结果差别小，粒径级越大，结果越接近。

2)各站经过对两种方法的中数粒径(D50)对比发现，23个泥颗样本中数粒径(D50)不相等。施测号数171、174、185、212、213、309 及337 泥颗中数粒径偏差最小，偏差为0.001，施测号数226 泥颗中数粒径偏差最大，偏差为0.007，25个泥颗样本中数粒径平均偏差为0.002。其中中数粒径(D50)偏差≤0.001 的累计概率为36%， 中数粒径(D50)偏差≤0.002 的累计概率为68%，中数粒径(D50)偏差≤0.003 的累计概率为88%，中数粒径(D50)偏差≤0.004 的累计概率为96%，中数粒径(D50)偏差≤0.007 的累计概率为100%，。

4 数据拟合

将筛吸结合分析所得数据与MS3000 激光粒度颗粒分析仪所得进行结果进行数据拟合，分析其相关系数，结果见表4。

表4 西安局实测悬移质单样激光仪与筛吸结合分析颗粒级配拟合数据表

续表4

从表4 我们可以看出，筛吸结合分析所得数据与MS3000激光粒度颗粒分析仪所得数据相关系数均大于0.9，拟合度较好。

5 问题

1)该仪器灵敏度高，对工作环境要求较高，实验室应不受阳光直接照射，不受震源和噪声影响;能经常保持干燥，无浮尘，无有害气体及灰尘侵入，温度和湿度比较稳定，温度宜控制在10℃～26℃，相对湿度宜控制在20%～70%;

2)对分析用水要求较高，建议用无气泡的蒸馏水或纯水。自来水应经曝气处理或提前4 h～6 h 将其接入储水容器先搅动后静置释放气泡，避免直接取用水管中自来水;

3)沙样前期处理需去杂质，静置后直接将浓度调整为既能充分混匀又易取样的稠糊状浆体;

4)将一次抽取的有充分代表性的样品完全加入贮样容器中，应保证加入1～3 次达到遮光度要求的范围(粗沙样的遮光度取正常范围上限，细沙样的遮光度取正常范围下限)，然后进入实际测量。

6 结论

1)本次分析25 个样品遮光度在9.52%～16.13%，均处在允许值5%～20%范围之内，样品的遮光度比较稳定，仪器测试最佳值为15%;残差均小于2%，其范围为0.28%～0.58%，符合黄河流域泥沙颗粒级配特性，在今后测试样品时，建议可直接采用黄河水利委员会水文局率定的仪器参数进行泥颗测试工作。

2)通过使用激光粒度颗粒分析仪分析，分析报告中的粒度分布曲线光滑，拟合性好，测量范围较传统方法宽;成果精度高且性能稳定，具有传统方法所无法比拟的高精度、高效率、高自动化程度的显著优势。

3)我局目前承担泥沙颗粒分析任务的水文站均处于黄河流域的中游。我局水文站和黄河水利委员会水文站在北洛河流域、渭河流域均分布，相互交叉，泥沙颗粒特性基本一致，黄河水利委员会水文站泥沙颗粒样品均已实现使用MS2000激光粒度颗粒分析仪分析，结果稳定可靠、数据精度高。MS3000 激光粒度颗粒分析仪在MS2000 激光粒度颗粒分析仪基础上进行了升级，精度更高一些，因此在今后的泥颗分析工作中建议使用该仪器相关参数。