劉建紅，邵 紅,劉紅艷

(1.延安水文水資源勘測局， 陜西 延安 716000；2.榆林水文水資源勘測局，陜西 榆林 719052)

1 檢測儀器選型與實驗樣本來源

1.1 激光粒度分析儀性能指標與標定校準

為實現對水利河道沉積物中顆粒物質的分析，選擇黃委中游水文局泥沙室的兩臺激光粒度分析儀作為樣本測定的主要儀器[1-2]。儀器型號為YRCC·NKG-2800型，制造日期為2020年3月。儀器工作原理如圖1,在此基礎上，設定此次實驗中儀器操作性能指標，如表1所示。

圖1 激光粒度分析儀工作原理

本次試驗選在黃委中游水文局泥沙室，符合儀器規(guī)定要求的使用環(huán)境及安裝條件，因此，通過采樣后實驗室檢測即可。

YRCC·NKG-2800型激光粒度分析儀使用標準粒子(碳酸鈣CaCO3)進行儀器自校準(標定)[3-4]。標定校準是確保儀器在應用中具有較高精準度與較強實操性的主要措施之一，此次標定機組結果準確性符合出廠標準要求[5]。標定結果如表2所示。

表1 激光粒度分析儀性能指標

表2 YRCC·NKG-2800型激光粒度分析儀標定校準結果

綜合上述標定校準結果可知，選用的儀器準確性符合此次應用實驗需要。

1.2 水利河道沉積物樣本

本次用于試驗分析的樣本采集于黃河中游的黃河河曲水文站、無定河白家川水文站的懸移質沙樣以及黃河山東利津河床質[6-7]。實驗樣本已經經過了1.0 mm的水篩處理。試驗沙樣基本情況如表3。

表3 2021年顆粒質量檢驗試驗沙樣基本情況

1.3 實驗方法

完成上述相關研究后，利用水利河道沉積物樣本中顆粒群具有的散射效應，使用YRCC·NKG-2800型激光粒度分析儀，對水利河道沉積物樣本中的粒度分布進行分析。將上述表3中采集的樣本放置在分析儀中，沉積物中的顆粒在儀器發(fā)射激光的照射下將發(fā)生散射反應，此時，散射光的角度將與沉積物中顆粒直徑呈反比例變化關系，對應的散射光強度也將在角度發(fā)生增加變化后，出現對數衰減規(guī)律。儀器在發(fā)出激光光束后，進行光束的擴束、濾波等處理，最終光束發(fā)生匯聚，匯聚后的激光光束照射到被測樣本區(qū)域，不同粒徑的沉積物在激光的照射下產生大量散射譜，對應的散射譜將通過傅里葉鏡片聚焦，并被其后端的光電探測針主動接收。接收后的散射譜在儀器中沿著放大線路被持續(xù)傳輸到計算機設備進行處理。按照此種方式，便可以在計算機設備的監(jiān)測終端，提取不同測試樣本的顆粒群粒度、空間分布等參數。將所獲取的參數信息導入粒度處理分析軟件，即可得到本次實驗所需的多項水利河道沉積物粒度測試指標。在進行沉積物的分析中，對激光粒度儀的具體應用操作如下：

第一步，使用蒸餾水對水利河道沉積物進行浸泡，浸泡后在溶液中加入過氧化氫，避免水體中的有機物對激光粒度儀測定結果造成影響。

第二步，調試激光粒度儀的測試范圍、測量速度SOP等功能。要保證相關操作在軟件規(guī)范化指導下實施，避免人為操作對激光粒度儀檢測結果造成偏差。

第三步，調整激光粒度儀的泵送速度，保證不同粒徑的沉積物可以均勻進入檢測區(qū)域。

第四步，將計算機等輔助性工具與激光粒度儀進行連接，對測量結果進行整理與計算，統(tǒng)計沉積物中顆粒粒度與粒徑，根據測量結果繪制沉積物粒度眾數分布曲線。以此完成基于激光粒度儀的水利河道沉積物粒徑與分布測定。

2 實驗結果

2.1 誤差統(tǒng)計

在分析沉積物中顆粒粒度時，可以參照公式(1)計算：

C(i)=T(i)-D(i)×(1-γ)

(1)

式中：C(i)為測試樣品i的顆粒粒度百分含量，%；T(i)為全樣i的顆粒粒度百分含量，%；D(i)為樣本分散狀態(tài)下的顆粒粒度百分含量，%；γ表示為樣本中沉積物含量。實驗中將儀器檢測得到的相關數據代入計算公式(1)，得到不同測試樣本的顆粒粒度。

實驗過程中，對YRCC·NKG-2800型激光粒度分析儀的操作按照國家水利行業(yè)發(fā)行標準《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》(SL 42—2010)文件執(zhí)行，試驗分析精度指標按照規(guī)程SL 42—2010第7.2.8條規(guī)定執(zhí)行。

2.1.1 重復性測試誤差統(tǒng)計分析

通過上述實驗，得出試驗結果,如表4。

表4 YRCC·NKG-2800型激光粒度儀重復性測試誤差統(tǒng)計分析結果

續(xù)表4

從上述實驗結果可知，YRCC·NKG-2800型激光粒度儀重復性測試誤差統(tǒng)計分析結果滿足規(guī)程SL42—2010中7.2.8條對重復性規(guī)定的小于2的要求。

2.1.2 平行性測試誤差統(tǒng)計分析

通過上述試驗，得出實驗結果，如表5。

表5 YRCC·NKG-2800型激光粒度儀平行性測試誤差統(tǒng)計分析

從上述實驗結果可知，YRCC·NKG-2800型激光粒度儀平行性測試誤差統(tǒng)計分析結果滿足規(guī)程SL 42-2010中7.2.8條對平行性規(guī)定的小于3的要求。

2.2 沉積物粒徑區(qū)間分布檢測結果

再利用激光粒度分析儀對沉積物粒徑分布的區(qū)間范圍進行檢測，同樣將細沙1號、中沙2號和粗沙3號作為實驗樣本，針對三種能夠類型沉積物在水利河道當中的分布情況進行探究，并將得到的結果繪制成圖2所示。

圖2 沉積物粒徑區(qū)間分布檢測結果

從圖2中得出的檢測結果可以看出，三種不同樣本類型呈現出在B分區(qū)和C分區(qū)體積較大，而在A分區(qū)和D分區(qū)體積較小的分布形式。這一分布情況與該水利河道實際三種沉積物的分布情況完全相同。

3 結果討論

基于激光粒度分析儀得到的測定結果，對水利河道當中沉積物測定時影響測定精度的因素進行分析[8]。在水利河道當中的沉積物通常是方解石這一陸源碎屑，在測定中可通過顯微鏡直觀區(qū)分出方解石這一類型的沉積物，但在利用激光粒徑分析儀進行測定時無法實現對生物成分與方解石碎屑成分的有效區(qū)分。因此，在成巖作用的影響下，方解石的存在會在一定程度上影響到最終的測定精度[9-10]。針對這一問題，在實際測定中可通過重力管的應用解決，以此降低方解石對最終測定結果精度的影響程度，從而進一步提升激光粒度分析儀的應用效果。

4 結 語

利用激光粒徑分析儀進行測定時無法實現對生物成分與方解石碎屑成分的有效區(qū)分，在后續(xù)應用這一儀器設備對不同環(huán)境中的沉積物進行測定時，可以結合本文上述論述內容，通過重力管的應用解決，不僅能夠確保分析結果的可靠性，同時還能夠結合分析得出的結果實現對沉積物分布特點的分析。將這一儀器設備與其他測量方法結合，也可進一步促進分析結果的精度提升。