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黄委水文局泥沙颗分技术的革命

作者:佚名  来源:中国水利部网  点击数:1604   www.88807.com:2004-12-3  

 

黄委水文局依托"948"项目引进开发应用激光粒度分析仪侧记

  如何在多泥沙河流上高精度、高效率、高自动化、高质量的提供泥沙级配资料,是多少代水文人孜孜以求的梦想,明年1月1日起,随着一个名为激光粒度分析仪的设备将在黄河水文系统全面推广应用,梦想就要变为活生生的现实。这也将在全国水文行业掀起了一场泥沙颗粒分析技术的革命。回顾这些,黄河水文人说这是托"948"项目的福,同时这也是黄河水文人发挥聪明才智、科学创新的结果。

  现代治黄对泥沙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、水沙不平衡。泥沙问题,是黄河的症结之一,也是洪水的帮凶。及时准确地分析河流泥沙颗粒级配组成及分布,对于掌握河流泥沙运动规律、科技治黄意义重大。
  近几年,黄河治理开发与管理现代化进程波澜壮阔,"三条黄河"建设、调水调沙试验、标准化堤防建设、小北干流放淤、树立维持黄河健康生命新理念、"1493"治河体系建立等等对黄河水文提出了许多新的、更高的要求。特别是黄委对黄河泥沙治理提出了三道防线理念,而每道防线的泥沙治理措施都要求有大量的泥沙颗分资料做支撑,水文泥沙颗粒分析仪器能否快速、准确、及时地提供高质量的泥沙级配资料显得尤为重要。
  黄河水文系统共有泥沙颗粒分析室6处,担负着全河100余处水文站的泥沙颗粒分析任务。每年要分析几万个泥沙样品。各分析室主要配有分析筛、粒径计及国产光电颗分仪等仪器设备。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,都需要两种或两种以上的方法组合才能完成。如近几年常用的方法是,将一个泥沙样品先过63微米孔径的网筛,其后将筛上部分烘干,再进行振筛,并逐级称重;筛下部分用光电颗分仪分析,然后对两种方法测得的结果进行全沙级配计算。其整个过程操作繁琐、费工费时、效率低、劳动强度大、自动化程度低,分析一个泥沙样品需要3个小时以上(测量泥沙颗粒粒径越小耗时越长,有的沙样分析甚至需数天时间),加之手工操作的人为影响大,致使资料质量难以保证,分析成果也难以及时取得,难以满足黄河治理开发与管理的现代化对实时泥沙颗粒级配资料需求的更高要求。

  引进世界上先进的粒度分析仪器

  为了尽快满足现代治黄对黄河水文的新要求,黄委水文局一方面加大了自主研发力度,一方面采取走出去引进来的方式,加大了科技创新工作。2000年,黄委水文局通过水利部"948"项目,引进了英国马尔文仪器公司生产的ms2000激光粒度分析仪。该仪器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:一是仪器分析粒径范围宽,对单个泥沙样品,一个测量过程就可完成全部分析内容,无需几种方法的组合;二是从样品预处理、测量到数据输出,只需3分钟,与传统方法相比,工作效率提高了几十倍;三是通过软件设置标准操作程序,实现了泥沙级配分析的全过程自动控制;四是激光粒度仪可完成软件之间的转换等功能,使泥沙级配资料整编无需再录入,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数据逐个录入繁琐易出差错的问题。

  尽快让"洋仪器"为我所用

  花巨资引进的激光粒度分析仪,必须尽快推广应用,为我所用,发挥最大效益。为此,黄河水文科技人员付出了艰辛的努力。2000年4月,黄委水文局承担水利部"948"项目"激光粒度分析仪引进与应用研究"后。该局领导高度重视,迅速成立了项目组,进行技术调研。在深入调查比较的基础上,引进了马尔文公司的激光粒度分析仪。但是,对先进仪器的消化吸收也不是一蹴而就的。该项目实施以来,技术人员通过对粒度仪的软硬件进行消化吸收并完成了大量的应用研究工作;从仪器参数率定,样品重复性、平行性测定、误差分析,到对比实验以及新仪器产生的数据系列与传统资料的衔接回归、开发数据转换软件使测得数据及图形以实现资料整编无需再录入等等。特别是在参数率定和与历史资料衔接方面,做出了突出贡献;通过数万次试验,率定出适合激光粒度分析仪在泥沙颗分领域应用的十多个参数,解决了该仪器引进后为我所用的问题;另外,传统颗分法在黄河上应用了数十年,积累了大量的泥沙颗分资料,新旧泥沙颗分资料衔接问题不解决,历史资料就失去了连续性。项目组人员在大量试验的基础上深入研究激光粒度仪法与传统法的相关关系,率定出全沙型和分沙型回归计算公式,从而实现了历史泥沙颗分资料的连续性和一致性。

  实战中大显身手

  在2002至2004年的黄河调水调沙试验和小北干流放淤试验期间,黄委水文局斥资500多万元购置的7台激光粒度分析仪,崭露头角,大显身手。
  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个淤积测量断面送来的近万个泥沙样品。若用传统方法进行颗粒分析,至少需要1年时间,而采用激光粒度仪进行分析,仅仅用了20余天就圆满完成了任务,书写了黄河水文泥沙颗分历史的神话。
  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,激光粒度分析仪以其测量下限为20纳米的测量优势顺利解决了这一难题。
  在黄河小北干流放淤试验中,激光粒度仪又发挥了不可或缺的作用。水文人利用激光粒度仪仅需3到6秒钟就能分析出泥沙粒径的结果优势,及时获取粗泥沙占整个泥沙的比例,从而判断次洪水中粗泥沙是否能够满足小北干流放淤试验"淤粗排细"的要求。正是依靠实时滚动的泥沙级配监测数据,试验指挥部才能够准确判断什么时间打开放淤闸门,准确确定闸门开启高度和闸门开启时间的长短,准确下达退水闸开闸时间等调度指令,保证了"淤粗排细"目标的实现。
  从引进到开发,再到应用,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,也入乡随俗,在黄河水文人的打磨下,烙上了黄河印记,它的"黄河化"掀开了黄河泥沙颗分技术崭新的一页。

(责任编辑:gww110)  
 
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