VisoTurb 700 IQ浊度仪在石砻站含沙量测验中比测应用分析

VisoTurb 700 IQ浊度仪在石砻站含沙量测验中比测应用分析

许博 2. 林进辉 3. 王刚

1. 江苏南水科技有限公司 江苏 南京 210012 2. 福建省泉州水文水资源勘测分中心 福建 泉州 362000 3. 江苏南水科技有限公司 江苏 南京 210012

摘要：采用VisoTurb 700 IQ浊度仪90度光散射比浊法测量水体的浊度，并与人工传统含沙量进行比测试验分析，寻求石砻站水体浊度和含沙量的相互关系，探讨VisoTurb 700 IQ浊度仪应用于石砻站的可行性。

关键词：浊度仪；含沙量；石砻站；比测

1 前言

水体含沙量测量是水文要素观测中一项十分重要的内容。根据测量原理的不同，含沙量测量方法可分为以常规方法为代表的直接测量方法和仪器分析法为代表的间接方法。

传统的含沙量测量是采用现场取样，过滤称重的方法，通常是根据从业者经验来判断河流悬移质含沙量的变化情况，然后在断面相应的垂线位置测取水样，待水样充分沉淀后进行水样处理，接着对泥沙进行烘干称重，一般需要5-7天，资料时效性较差，又耗人力和物力，且具有一定经验性。

仪器分析法是含沙量间接测量方法，目前已经在逐步推广，主要是依据光的散射或透射原理，通过将水样浊度转换为光电信号来测出其浊度的大小，可分为透射法、散射法、透射光比例法。相对于传统的直接测量方法，具有实时检测、省时高效，保持水体含沙的原始状态等优点。

为探寻水体浊度和含沙量的相互关系，石砻水文站开展了比测分析工作，分析建立了线性方程，根据方程推算含沙量，然后对比施测含沙量进行误差分析，以检验是否满足测验精度要求。

2 测站概况

石砻水文站1936年设立，位于泉州市南安市丰州镇，是晋江干流控制站，流域面积5061km²，是一类精度流量、泥沙站，采用水文缆道施测流量和含沙量。断面平均含沙量采用单-断沙关系曲线系数推求。单样含沙量采用瓶式采样器按2:1:1定比混合法取样。

石砻水文站多年平均径流量49.21亿m³，多年平均含沙量200万T，实测最大含沙量7.38kg/m³,最小含沙量0 kg/m³。

石砻水文站水质自动监测站始建于2009年，其中常规五参数测定是采用德国WTW五参数测定仪，浊度测定是采用VisoTurb 700 IQ浊度仪。

3 浊度测量法测量含沙量的原理

浊度是指水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度，是浑浊溶液中悬浮颗粒对光线散射作用的描述。浊度单位为JTU，1JTU=1mg/L的白陶土悬浮体。现代仪器显示的浊度是散射浊度单位NTU，也称TU。1NTU=1JTU。

浊度测量方法主要有透射法、散射法、透射光比例法等。其中散射法是指特定波长的光束入射水样时，水样中的悬浮颗粒使光产生散射，总的散射光强度与水样的浊度成正比，通过测量经水样散射后的散射光强度，即可测出水样的浊度大小。分为垂直散射（90°）、前散射（＜90°）、后散射（＞90°）。

石砻水质自动监测站采用VisoTurb 700 IQ浊度仪是采用90度光散射，其微处理器可以计算来自90度检测器与透光检测器的信号比例，通过90度散光信号和透光检测器的信号之比即可测得水样浓度，浊度测量的是样品的澄清度，而不是颜色。测量范围：0-4000NTU，分辨率0.001NTU，测量精度1NTU。

4 比测实验分析

4.1 资料收集

收集人工观测和自动站2015年3月16日8时至12月10日14时共42组观测值（期间自动站因故障，维修，或因人工采集时间正好不在自动站采集的时间点，部分时间段没有观测值，水质自动监测站是每天的2、8、14、20时各运行一次，共运行4次），自动监测站最大浊度1016.18NTU，对应人工施测单沙0.704kg/m3，相应日期8月31日；自动监测站最小浊度5.83NTU，对应人工施测单沙0.001kg/m3，相应日期3月16日。最高水位9.63m，最低水位8.53m，变幅1.10m，流量变幅在24.3-1590m3/s,含沙量变幅在0-0.704kg/m3.径流量38.69亿m3，属平水年。单沙取样位置为起点距90m，测验方法为固定一线0.2、0.6、0.8定比混合法，与起点距50m垂线固定水深0.5mVisoTurb 700 IQ浊度仪进行比测。

4.2 比测资料分析

如图1所示，可以看出含沙量与浊度随时间的变化过程基本一致，当含沙量增大时浊度值增大，当含沙量减小时浊度值减少，当含沙量达到峰值时浊度值也达到峰值，且含沙量与浊度值变化幅度基本一致。

图1 含沙量-浊度变化过程图

4.3 关系定线

对含沙量与其相对应浊度值进行拟合发现，浊度值与含沙量成单一的线性关系，并通过综合定线确定最优相关关系：

C_单沙

= 0.0007X - 0.003

相关系数R²=0.9925

标准差=9.5%，总随机不确定度=19.0%，符合《水文资料整编规范》（SL247-2012）表3.3.4规定要求。

5 结论

从比测结果可看成，

（1）VisoTurb 700 IQ浊度仪操作简单方便，可实现实时连续测量，VisoTurb 700 IQ浊度仪测量的水体浊度连续过程与泥沙含沙量的过程基本一致，经过率定在含沙量0-0.704 kg/m3区间是可以代表河道实际的单沙值的。

（2）鉴于自动站运行是每日2、8、14、20运行，为保证不漏测，拟实行平水期间采用监测值，洪水期间人工加密测次配合进行。

(3)本次比测最大含沙量是0.704 kg/m3，是在低沙条件下进行的，没有中高沙的比测资料，建议有条件时继续比测，探寻中高沙条件下两者的关系，发挥新仪器设备作用。

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