【】马尔文激光粒度仪在黄河治理中的应用纪实

    作为一项重要的水文基础数据，泥沙颗粒的粒径大小及分布对于黄河治理工程的各项研究和建设有着重要的意义，而如何快速准确地获得大量的泥沙粒径数据则是上述工作的基础。采用激光衍射技术的粒径分析方法具有测试量程宽、操作速度快以及分析精度高等优点，与传统的“沉降筛分”粒度测量方法相比，大大提高了分析效率和分析精度。在黄河调水调沙试验、小北干流放淤试验以及小浪底水库异重流测验等黄河水文泥沙颗粒专项任务中，马尔文激光衍射粒度分析仪就发挥了巨大的效益，展示了其良好的推广应用前景。

    项目背景

    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。从2005年起，黄河水利委员会提出三道防线理念治理黄河泥沙：第一道防线位于黄土高原，通过水土流失综合治理，逐步减少入黄泥沙；第二道防线位于黄河小北干流，通过小北干流放淤，"淤粗沙排细沙"；第三道防线是小浪底水库，利用水库拦沙库容，"拦粗沙泄细沙"。上述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、准确地提供稳定、高质量的泥沙粒径分布数据（即泥沙级配资料）就显得尤为重要。黄河水文泥沙粒径分析工作主要有两个特点：第一，泥沙粒径范围特别宽，跨度特别大：小到零点几微米，类似悬浮状态的胶泥，大的会如鹅卵石一般；第二，分析的数据量非常庞大，为了获得有说服力的数据，必须要在不同的淤积断面采样上万个甚至更多。因此黄河水文泥沙颗粒粒径分析必须要满足上述需求。

    国内的颗粒分析（粒度分析）早在上世纪50年代就已经开始。传统的粒度测量方法有筛分法、尺量法、沉降法（消光/吸管/离心沉降/粒径计法）等。在水文行业主要是对河流泥沙进行颗粒分析，早年一直使用“沉降＋筛分”的方法。传统的测试方法虽然原理简单，设备成本低，但是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，比如即便是对粒度一般小于1毫米的悬沙进行测量，也要用两种方法来组合：63微米以下的颗粒用沉降法（吸管/消光等）进行测量，而63微米以上的颗粒再用筛分法进行测量。然后将上述两种方法测出的结果组合在一起，得出这种样品的完整粒度分布（或称颗粒级配）。因此造成整个过程操作繁琐、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，再加上手工操作人为误差较大，很难及时获得高质量的数据，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。传统测量方法除了步骤繁琐、需要耗费大量的人力和时间外，还存在较大的系统误差，数据的准确性和重现性都较差，致使为河道治理提供基础数据的可靠性和效率普遍降低。因此，水文行业迫切需要一种可靠性、准确性和效率都比较高的测量方法。

    解决方案

    1994年8月，国家农、林、水三部委联合发起“九四八”国家行动计划，旨在通过引进国外先进技术，经过消化吸收为我所用。水利部下属黄河水利委员会（以下简称“黄委会”）经过充分的调研和一系列的样品比测，在2000年引进了两台英国马尔文仪器有限公司的Mastersizer系列激光粒度仪，开始走上了全新的河流泥沙粒度测量分析研究之路。

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