水流泥沙含量測(cè)量方法

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1、水流泥沙含量測(cè)量方法

2、第1內(nèi)容加載中...　摘要：在參閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文綜述了含沙量測(cè)量方法。這些方法與傳統(tǒng)的取樣稱重的滯后測(cè)量方法不同，用它們可以達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量水流泥沙含量的目的。關(guān)鍵詞：含沙量；測(cè)量；方法我國是一個(gè)多沙河流的國家，泥沙問題較為突出，水體泥沙含量的測(cè)量，在水利水電工程建設(shè)、水文觀測(cè)預(yù)報(bào)、土壤侵蝕研究、水土流失治理等方面，是一個(gè)十分重要的問題。因此，長期以來許多科研工在這方面做了大量的研究工作，提出了許多測(cè)量方法。傳統(tǒng)上含沙量測(cè)量是采用取樣稱重的方法，取一定體積的具有代表性的樣品，經(jīng)過預(yù)處理，然后烘干、稱重，即可求知含沙量。這種方法在很大程度上取決于所取樣品的代

3、表性，而且測(cè)量周期長、操作過程煩瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大，不能很好地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水流的動(dòng)態(tài)過程?；趥鹘y(tǒng)測(cè)量方法的局限性，許多科研工做了大量的工作，并提出了眾多的方法，比如射線法、超聲法、紅外線法、振動(dòng)法、激光法、電容式傳感器測(cè)量法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)融合法等，以下作以概述。1．射線法[1]利用γ（χ）射線測(cè)量密度（濃度）和厚度的原理都是建立在介質(zhì)對(duì)γ（χ）射線的吸收或散射的作用上。在窄束單能γ（χ）射線的條件下，強(qiáng)度I將隨著所通過的介質(zhì)的質(zhì)量厚度的增加而按指數(shù)規(guī)律減弱。當(dāng)強(qiáng)度為I的γ（χ）射線，穿過厚度為d（即放射源與探頭間的距離）的渾水后，射線被渾水所吸收，根據(jù)水和沙對(duì)γ（χ）射線共同吸

4、收的原理，得試驗(yàn)時(shí)，先做出標(biāo)準(zhǔn)曲線，當(dāng)測(cè)得計(jì)數(shù)率，就可查標(biāo)準(zhǔn)曲線或計(jì)算而得含沙量。2．紅外線法[2]紅外線跟其他光一樣，當(dāng)通過懸沙水體時(shí)，溶質(zhì)要吸收光能，吸收的數(shù)量與吸收介質(zhì)及深度有關(guān)，同時(shí)泥沙顆粒要對(duì)光進(jìn)行散射。當(dāng)射線進(jìn)入某一水體，被吸收后，透過光的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度之間的關(guān)系，由朗伯——貝爾定律確定：3．超聲法3．1超聲衰減法[3]超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，由于媒質(zhì)對(duì)聲波的散射，吸收以及超聲波自身的擴(kuò)散因素，其能量（振幅、聲強(qiáng)等）隨距離增大而逐漸減小的現(xiàn)象，稱為超聲波的衰減。對(duì)于渾水，引起聲波衰減的主要可分為兩部分過去，在研究懸浮液中的超聲吸收時(shí)，通常采用改變反射板距離方法（或稱移

5、板法）、多次脈沖反射法和比較法來檢測(cè)超聲吸收系數(shù)的大小，但這些方法由于種種不穩(wěn)定的因素，不能保證檢測(cè)的精度，因此現(xiàn)在采用“面積比值”測(cè)量法和檢測(cè)回波幅度變化測(cè)量法，可提高檢測(cè)精度。3．2超聲反射法[4]將探頭與水面接觸，向渾水發(fā)射超聲波，超聲波遇到沙時(shí)產(chǎn)生反射波，反射回來的超聲波又被探頭接收，并被轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后，由計(jì)數(shù)電路將電脈沖的數(shù)量記下來，所記下的數(shù)量與脈沖數(shù)成比例，即與沙粒成比例，從而可測(cè)含沙量。該方法對(duì)低含沙量水流特別靈敏，而且測(cè)量精度較高，只是測(cè)量范圍較窄（0～3㎏/m3）。4．振動(dòng)法[4]根據(jù)振動(dòng)學(xué)原理，當(dāng)棒體諧振時(shí)，其第一固有諧振頻率(亦稱基頻)為

6、上式表明棒的密度與棒體振動(dòng)周期的平方成正比。若用一內(nèi)充滿水的金屬空管代替棒體，則其密度與管子材料和水質(zhì)量有關(guān)。當(dāng)注入不同含沙量的水體時(shí)，則可視為整個(gè)棒的密度發(fā)生了變化，所以，不同含沙量的水就對(duì)應(yīng)有不同的振動(dòng)周期，從而通過測(cè)知密度可得含沙量。振動(dòng)法測(cè)含沙量時(shí)，儀器穩(wěn)定性較差，零點(diǎn)漂移嚴(yán)重；而且在測(cè)低含沙量時(shí)，受溫度影響較大。5．激光法[4]在含沙量的測(cè)量方法中，光吸收法應(yīng)用頗有前景。利用光吸收法不僅可同時(shí)測(cè)得含沙量和顆粒直徑，而且可以以顆粒直徑測(cè)量結(jié)果來校正濃度的目的，從而提高測(cè)試精度。同時(shí)采用激光作光源，由于激光具有高度的空間相干性和時(shí)間相干性，以及高度集中的能量密度，特別是與計(jì)算

7、機(jī)的結(jié)合及光導(dǎo)纖維的應(yīng)用，使外界漂移或擾動(dòng)的影響大大減小，并可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)分析，進(jìn)一步提高了測(cè)試效率和測(cè)試精度。根據(jù)理論及試驗(yàn)，接收信號(hào)與含沙量間關(guān)系可表示為6．電容式傳感器測(cè)量法傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，用電容式傳感器作含水率的敏感元件，在低含水率段有良好的工作特性，且多用固態(tài)物料水分的測(cè)量。當(dāng)含水率超過30%～50%時(shí)，由于大量導(dǎo)電離子水構(gòu)成兩電容極板間的導(dǎo)體，從而失去對(duì)含水率的分辨能力，也沒有用電容式傳感器進(jìn)行水流泥沙含量測(cè)量的先例。這是因?yàn)楸粶y(cè)介質(zhì)為液態(tài)水流，其電磁特性以及各種因素的干擾與影響更加難以解決。