马尔文MS2000激光粒度颗分仪水中泥沙颗粒分析测试

马尔文MS2000激光粒度颗分仪水中泥沙颗粒分析测试

刘亭亭

延安水文水资源勘测中心  陕西延安 716000

摘要：泥沙颗粒分析是对施测河流中的泥沙粒径的变化范围和各种粒径的组成所占沙重百分数的分析与测定工作，研究不同粒径泥沙在水中运动规律，为水文计算、河流综合治理等科学依据。马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪的操作简单、工作效率高、测验结果稳定可靠；具有传统测验方法所不具备的高精度、高效率。通过对泥沙颗粒移液管、筛吸结合测试法和马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪对相同样品进行测试对比分析结果，确定适合陕北地区河流泥沙颗粒分析应用马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪的相关参数。

关键词：马尔文MS2000激光粒度颗分仪；遮光度；仪器参数。

1.引言

随着科学技术的不断发展，水文测验方式也在不断提档升级。泥沙颗粒分析作为水文工作的重要组成部分应该顺势而为追赶超越。延安水文水资源勘测局所属9处水文站承担泥沙颗粒分析任务，其中神木站、赵石窑站、安塞站、杏河站为常年站，绥德站、吴旗站、志丹站、刘家河站、交口河站为间测站。引进马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪前泥沙颗粒分析工作采用移液管、筛吸结合的分析方法，该方法的操作繁琐、工作效率低、分析人员劳动强度大，人工操作的偶然误差增多，分析完成后数据处理繁琐，时效性差，影响整体分析质量。难以满足当前河流综合管理、开发和利用对泥沙颗粒级配资料实效性和施测精度的要求，与新形势下水文工作的发展需求相背离。

2.新技术的应用和优势

2.1新技术的应用

黄河流域黄河水利委员会所属三门峡、吕梁、榆次水文局，陕西省水文水资源勘测局所属宝鸡局先后开始在黄河流域范围内使用马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪开展泥沙颗粒分析工作。通过这些年来的应用不断总结经验，改进提升，马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪能够满足水文测验要求。延安水文水资源勘测局管辖流域同属黄河流域中游区域，为顺应水文测验技术的发展需要，提升工作效率，提高测验质量，延安水文水资源勘测局开展马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪进行泥沙颗粒分析与传统测验方式的比对，验证相关参数在实际工作中的可靠性和合理性，为今后开展新技术的应用打下坚实的基础。

2.2新技术的优势

通过水文行业各单位在实际工作中多年的使用，马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪操作简单、工作效率高、测验结果稳定可靠，具有移液管、筛吸结合测试法不具备的的高精度、高效率和高自动化优势。仪器测试粒径范围可为0.02～2000um,与传统测验方式所需粒径相符，经一次样品输入可完成所需粒径的所有检测内容；从样品处理至数据输出仅需5分钟与传统方法相比，极大减小劳动力提高工作效率；仪器自动化程度高，最大限度避免了人为误差。

3.测试的依据及参数的设置

3.1.样品选用和测试依据

本次分析选用延安地区安塞站18个泥沙颗粒样品和榆林地区神木站7个泥沙颗粒样品采用两种方法同时进行分析测试，测试执行《河流泥沙颗粒分析规程》（SL42-2012）和《马尔文MS2000激光粒度颗分仪操作规程》相关规定。

3.2.参数选用

黄河水利委员会水文局2002至2004完成了马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪进行了泥沙颗粒样品测试与传统测验方法的比对分析工作。采用激光仪与移液管、筛吸结合两种方法，先后对2000多个（中、粗、细多种类型）泥沙颗粒样品进行了分析比对试算，最终率定出适合黄河流域河流泥沙颗粒级配分析特性的仪器设置参数。目前，我局所属承担泥沙颗粒测验任务的测站均分布于黄河流域中游区域，本次比对分析与黄河水利委员会水文局比对分析所用仪器设备相同，因此本次采用黄河水利委员会水文局率定的仪器设置参数进行测试分析，参数详见表1。

表1黄河流域泥沙颗粒级配分析参数值（仪器：HYDRO 2000MU型）

4.测试情况

4.1仪器测试

本次对安塞站和神木站25个泥沙颗粒样品进行测试，结果使用粒度分布数据表、分布曲线、D0.1 、D0.5 、D0.9等方式显示，打印和记录。

测试样品遮光度的适用值范围为5～15%（经马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪工程师和设备使用说明书双重确认，不影响样品检测结果），通过检测，安塞站、神木站样品测试遮光度接近最佳值10%；残差最大值0.660%，最小值0.182%，能够满足仪器测试规定小于2%的要求。

4.2移液管、筛吸结合分析

本次分析选取25个泥沙颗粒样品(沙重为6.00g至10.0g间)，采用移液管、筛吸结合的分析方法进行了测试。泥沙颗粒样品选取的原则是，代表性良好，不同粒径级配的沙重百分数分布均匀，颗粒级配曲线分布合理；有利于区间内全面比对测试分析。颗粒级配分布过于集中或部分粒径级断层式分布，不利于本次分析比测。

4.3测试比对情况

本次比对分析情况，手工绘制了同一样品两种方法的分析结果颗粒级配曲线图。通过比对发现：

1、当样品粒径在0.002mm～0.016mm之间时，移液管、筛吸结合法沙量百分数多数大于仪器检测结果，且差距较大；样品粒径在0.031mm～2.0mm之间时，检测结果相差较小，且随着粒径增大，差距越小。

2、安塞站，经过对两种方法测验结果对比发现，18个测试样品中数粒径不相等。中数粒径偏差最小为0.0005，最大为0.007，平均偏差0.003。中数粒径偏差累计概率≤0.001为27.8%，≤0.002为44.4%，≤0.003为50.0%，≤0.004为88.9%，≤0.007为100%

3、神木站，经过对两种方法测验结果对比发现，7个测试样品中数粒径不相等。中数粒径偏差最小为0.001，最大为0.024，平均偏差0.011。中数粒径偏差累计概率≤0.001为28.6%，≤0.010为42.9%，≤0.020为85.7%，≤0.030为100%。

4、安塞站中数粒径相近，且线性良好，神木站部分样品中数粒径相差较大；仪器分析颗粒级配曲线光滑，线性拟合性好，成果精度更高，移液管、筛吸结合法颗粒级配曲线光滑性、拟合性较差，成果精度相对较低。

5.存在问题

（1）神木水文站泥沙颗粒样品分析受上游橡胶坝影响，全年满足送样规范的样品少，且样品沙重小，因此可能影响对比分析结果的准确度。

（2）移液管、筛吸结合法，样品检测过程偶然误差较多,打样均匀程度、吸管下放深度、样品吸取准确度、样品称量、检测环境控制恒温恒湿均可产生导致误差产生。在沙重小、粒径小的情况下，分析过程中产生误差的可能性随之增大。

（3）马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪法，对测试环境要求较高，实验室应不受强光直接照射，不受震源及噪声的影响；能经常保持干燥，无浮尘，无有害气体及灰尘侵入，温湿度相对稳定，温度建议在10℃～26℃之间，湿度建议在20%～70%之间；样品检测前应除去非泥沙颗粒外的杂质后充分混匀。

6.比对分析结论

1、通过使用马尔文MS2000激光粒度颗粒分析仪法进行样品测试，粒度结果分布曲线光滑，线性拟合好，测量范围较传统方法更为宽泛；成果精度高、仪器性能稳定、自动化程度高的显著优势。

2、此次对比分析试验中的25个样品其遮光度均位于9.0%～11.0%间，处在适用值5%～15%间，测试最佳值为10%，样品检测遮光度稳定；残差均符合规范所允许的小于2%，阈值0.182%至0.660%。测试结果符合黄河流域泥沙颗粒级配的基本特性，在今后开展泥沙颗粒分析时，建议采用上述验证参数开展实际监测工作。

3、鉴于神木水文站对比分析所涉及样品较少，建议今后工作中持续开展对比分析。

参考文献：

（1）SL42-2012《河流泥沙颗粒分析规程》，中华人民共和国水利部；

（2）《马尔文MS2000激光粒度颗分仪操作规程》，英国马尔文公司；

（3）崔俊，马尔文MS3000激光粒度颗分仪测试分析，《陕西水利》2022.04.20；

（5）赵建波，张婷，马尔文MS2000激光粒度颗分仪测试分析，《陕西水利》2016-1-25；

（4）水利电力部水利司，《水文测验手册》「M」，北京：水利电力出版社，1975。

作者简介：刘亭亭（1993），男，陕西延安，助理工程师，延安水文水资源勘测中心