激光粒度分析仪在黄河水文泥沙颗粒分析中的应用

激光粒度分析仪在黄河水文泥沙颗粒分析中的应用1、现代治黄对泥沙颗粒分析技术提出新要求黄河作为世界上最复杂难治的多泥沙河流，其主要问题是水少沙多、水沙异源、水沙不平衡。科学治黄要求及时准确地掌握河流泥沙运动规律，分析泥沙颗粒级配组成及分布。日前，黄河水利委员会提出三道防线理念治理黄河泥沙，每道防线的泥沙治理都要求大量的泥沙颗粒分析资料做支撑，因此，快速、及时、准确提供高质量的泥沙级配资料就显得尤为重要。2、激光粒度分析仪的原理及特点1）原理：通过光照射粒子，由粒子尺度确定光的衍射和散射方向能力，建立由激光光源、粒子通路和检测系统构成的激光粒度分析仪光路系统。测量过程是当激光照射到粒子时，由粒子大小的不同产生不同角度的散射光，由分立的光检测器将接收到的光强电信号经过计算机的统计计算转化成粒子的分布信息。2）特点：(1)采用湿法分散技术，机械搅拌使样品均匀散开，超声高频震荡使团聚的颗粒充分分散，电磁循环泵使大小颗粒在整个循环系统中均匀分布，从而在根本上保证了宽分布样品测试的准确重复。(2)测试操作简便快捷：放入被测样品和分散剂，启动超声发生器使样品充分分散，然后启动循环泵，实际的测试过程只有几秒钟。测试结果以粒度分布数据表、分布曲线、体积平均粒径、D10、JD趴D90等方式显示，打印和记录。(3)输出数据丰富直观：本仪器的软件可以在各种计算机视窗平台上运行，具有操作简单直观的特点，不仅对样品进行动态检测，而且具有强大的数据处理与输出功能，用户可以选择和设计最理想的表格和图形输出。3、激光粒度分析仪测定泥沙颗粒级配的优势以及与传统分析法比较目前泥沙颗粒分析仪器设备，主要有分析筛及国产光电颗粒分析仪等，其分析结果是质量百分比分布。由于各种分析方法适用粒径范围有限，对每个泥沙样品的颗粒级配分析，需两种方法组合才能完成，且整个过程操作繁琐、效率低、劳动强度大，分析一个泥沙样品需要近两个小时的时间，加上手工操作人为误差较大，难以保证资料质量，难以及时取得分析成果，难以满足黄河治理开发、管理对泥沙颗粒级配资料的时效和精度要求。英国马尔文仪器公司生产的MS2000激光粒度分析仪，测试结果为体积百分比分布，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。具体表现在：(1)仪器分析粒径范围宽(0.02～2000um)，对单个悬沙样品一个测量过程可完成全部分析内容，无需几种方法组合；样品预处理、测量到数据输出只需要3min，与传统方法相比，工效和时效提高近70倍。(2)质量保证体系强，适应性广，无破坏性。(3)通过软件之间的转换功能，泥沙级配资料整编无需录入，大大降低了颗分资料整编工作量，解决了传统颗分资料整编逐数个据录入繁琐又易出错等一系列问题。4、激光粒度分析仪在黄河水文泥沙颗粒分析中的应用情况及效果分析在黄河首次调水调沙中，根据测验任务的要求，调水调沙过程共需分析来自潼关、三门峡、小浪底等水文站和小浪底库区整个黄河下游河道及河口滨海区500多个淤积测量断面近万个泥沙样品。若用传统方法进行颗粒分析，至少需要一年时间，而采用激光粒度分析仪进行分析，仅用20多天就圆满完成了任务。在小浪底水库库区2001年、2002年调水调沙期间异重流过程中的泥沙颗粒极细，细颗粒泥沙漂浮在水中做布朗运动不沉淀，用传统的沉降法，仪器无法准确测量泥沙颗粒级配，而激光粒度分析仪以其测量下限为20nm的测量优势顺利解决了这一难题。黄河小北干流放淤试验项目，是黄委治理泥沙的第二道防线，泥沙处理和颗粒级配分析作为原型观测的重点，要求随测随分析、随整理，并及时提供泥沙颗粒级配资料，满足指挥调度和分析研究的需要，为综合评价放淤试验效果提供数据支持，最终达到“淤粗排细”的目的。因此，黄河水文工作者利用该仪器测量软件的优势，设置6s就能分析出泥沙粒径级配结果全过程，并及时获取粗沙比例，从而判断次洪水粗泥沙是否能够满足“淤粗排细”要求。试验指挥部依靠实时滚动的泥沙级配监测数据，对闸门启闭时间、开启高度等做出了准确判断并发出了调度指令。在1个月的放淤时间里，累计分析泥沙样品4341个，及时、准确报出颗分特征值数据2388组，放淤试验区约有400万吨粗颗粒泥沙淤积(其中，大于0.05mm级的粗沙108万吨，其余为大于0.025mm级的粗沙)，150万吨细颗粒泥沙回归黄河，保证了“淤粗排细”目标的实现。作为目前世界上最先进的泥沙颗粒分析仪器之一的激光粒度分析仪，从引进到开发，再到应用，在黄河水文泥沙颗粒分析中发挥了极其重要的作用，展示了良好的推广应用前景。5、在实际操作应用中需要注意的有关问题及建议(1)该仪器灵敏度高，对工作环境要求较高，如周围振动及灰尘、温度和湿度相对稳定等，对仪器分析均有影响；(2)对沙样前期处理的要求高，特别是去杂质等步骤不能省，否则影响测量精度；(3)测定泥沙浓度控制，通常以1-3次加样量达最佳遮光度为适宜浓度，细型沙取遮光度下限，中粗型沙取遮光度中、上限；(4)对极少沙量的样品，进样器的烧杯用细长型，使遮光度不小于5即可；(5)取样误差是造成测量差异的最大原因，最多可达30％，因此，具体操作需严格掌握；(6)分析用水，由于气泡对测量结果影响较大，因此消除水中气泡至关重要。