黃河水濁度與含沙量、泥沙粒度之間的關(guān)系

1、黃河水濁度與含沙量、泥沙粒度之間的關(guān)系摘要：黃河水的濁度與含沙量之間沒(méi)有固定的比值關(guān)系。本文根據(jù)濁度與光密度的關(guān)系，提出了確定濁度T與含少量的關(guān)系需要引入泥沙顆粒比外表積參數(shù)S0，并用黃河上、下游不同河段的的不同粒度分布的泥沙或渾水進(jìn)展了實(shí)測(cè)分析，得到了關(guān)系式。此式對(duì)黃河高濁度水有較好的的普遍意義，并為高濁度水投藥自動(dòng)控制解決了濁度儀與含沙量測(cè)定儀表兩者讀數(shù)的銜接問(wèn)題。關(guān)鍵詞：黃河水濁度含沙量泥沙粒度關(guān)系黃河水濁度與含沙量之間沒(méi)有固定的比值關(guān)系，往往一樣含沙量的原水，表現(xiàn)出不同的濁度，或者相反。這樣使人們對(duì)水質(zhì)的評(píng)價(jià)發(fā)生一定的困難。沒(méi)有固定的沙濁比(含沙量與濁度的比值)，給高濁度水凈化時(shí)的投藥

2、量控制帶來(lái)一定的困難。因此，非常有必要對(duì)黃河水濁度與含沙量之間的關(guān)系進(jìn)展研究。一、理論說(shuō)明水的濁度，是利用光學(xué)原理測(cè)定水質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它在一定程度上表示了水中懸浮物質(zhì)的多寡，但濁度值與水中濁度物質(zhì)的質(zhì)量值并不總是等價(jià)的。目關(guān)國(guó)內(nèi)常采用分光光度計(jì)或?qū)ｉT(mén)的濁度儀表來(lái)測(cè)定濁度，這屬于透射式或散射式的光學(xué)濁度。濁度T與入射光強(qiáng)I0關(guān)系式:式中:D光密度，即分光光度計(jì)所顯示的值；b光徑；I透射光強(qiáng)。采用光沉降法(或稱消光法)測(cè)定顆粒大小時(shí)，光密度D1為式中:顆粒質(zhì)量濃度；L沉降槽長(zhǎng)度；Kr消光系數(shù)；r由顆粒形狀所決定的常數(shù)(球體的=/4)；d0，dst光柱中最小和最大顆粒粒徑；nr顆粒數(shù)。在初始濃度

3、時(shí)，光密度為最大(D)，并有式(3)、(4)中:S顆粒的外表積；s，r顆粒外表形狀系數(shù)；顆粒的質(zhì)量；，r顆粒的容積形狀系數(shù)s顆粒的密度。最終可得D=L(ge)KS(5)式中:K消光系數(shù)的平均值；S質(zhì)量比外表積。式中:sr，A顆粒的面積、體積形狀系數(shù)；Xrdr，A粒經(jīng)顆粒在全體顆粒中的組分。式(6)中的(Xr/dr，)即為過(guò)去曾經(jīng)采用的當(dāng)量粒徑d的定義2。綜合式(1)和式(5)可得式(7)與Labert-Beer定律的表達(dá)式3相似，即lR(I0/I)=AL(8)式中:A光束中每克顆粒的投影面積；懸濁液的顆粒濃度(質(zhì)量濃度)；L光徑；有關(guān)光行程系統(tǒng)的常數(shù)。盧永生、徐友仁、龍毓騫4在研制光電顆分儀時(shí)

4、為確定消光系數(shù)提出了如下的關(guān)系式:式中:d50泥沙顆粒的中值粒徑其它符號(hào)的意義見(jiàn)前。式(9)又可表達(dá)為如下形式:對(duì)于某一詳細(xì)泥沙樣式(11)中的6/d50可定義為顆粒的比外表積S0，因此式(11)與式(5)、式(8)具有相似的形式。根據(jù)我們對(duì)黃河不同河段泥沙粒度分布的測(cè)定，用d50代表S0或S的根據(jù)尚不充分。在多數(shù)情況下d50與S0有較好的關(guān)系，但在另外一些情況下就不完全如此。由以上式(5)、(8)和式(11)可知，水的濁度除與顆粒濃度(即含沙量)有關(guān)外，還與粒徑因素有關(guān)，粒徑因素主要表現(xiàn)為顆粒的比外表積。二、對(duì)黃河水的考慮黃河水含沙量之高為世界河流之冠。黃河水中的泥沙絕大局部來(lái)自黃土，其物質(zhì)

5、成分非常復(fù)雜，有六十余種礦物。但黃土的顆粒、礦物、化學(xué)成分呈現(xiàn)的變化，根本上是有規(guī)律的。因此，黃河水濁度與其泥沙顆粒因素的關(guān)系，有可能較穩(wěn)定，顆粒的形狀系數(shù)和消光系數(shù)不致有很大的波動(dòng)。這對(duì)尋求濁度與含沙量、顆粒組成的關(guān)系提供了可能性。三、試驗(yàn)情況我們?nèi)×烁拭C蘭州、寧夏表銅峽、河南滎陽(yáng)孤柏嘴、河南鄭州花園口，四處黃河河段的泥沙樣或水樣，配成不同濃度的渾水，測(cè)定其濁度。根據(jù)蘭州自來(lái)水公司的經(jīng)歷，渾水在作濁度測(cè)定時(shí)往往需要稀釋，此時(shí)要采用固定的稀釋倍數(shù)，這樣，不同渾水樣的單位含沙量的濁度值相當(dāng)穩(wěn)定。而不按固定稀釋倍數(shù)所得的數(shù)據(jù)偏向較大。濁度測(cè)定用上海自來(lái)水公司消費(fèi)的GDS3型光電式渾濁度儀，每個(gè)泥沙

6、樣或渾水樣用河海大學(xué)工廠消費(fèi)的NSY-1型光電顆分儀測(cè)定其粒度分布，計(jì)算出各自的S。不同沙樣的顆分結(jié)果見(jiàn)表1。應(yīng)當(dāng)指出，正如我們?cè)谶M(jìn)展高濁度水投藥量與泥沙顆粒外表積關(guān)系的研究時(shí)所提出的那樣，不同粒度分析儀器的測(cè)定結(jié)果有一定差異，有時(shí)甚至有較大的間隔 ，難以類比換算。固以采用同一類型儀器進(jìn)展顆分測(cè)定為好。同時(shí)還用高嶺土配制的渾水進(jìn)展了對(duì)照測(cè)定。不同沙樣的濁度測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，粒徑因素不同時(shí)，一樣含沙量級(jí)的濁度呈現(xiàn)出明顯的差異。各試樣泥沙的顆粒特征表1四、試驗(yàn)結(jié)果分析按式(1)、式(5)和式(8)所示，原水濁度應(yīng)與水中顆粒濃度和顆粒的比外表積成正比，亦即是與水中顆粒的總外表積成正比。

7、但按試驗(yàn)結(jié)果整理出的濁度T與含沙量、顆粒比外表積S0的關(guān)系具有如下形式:式中:n、a、b經(jīng)歷系數(shù)。詳細(xì)的結(jié)果如下式式(13)的相關(guān)系數(shù)r=0.9981，并示于圖1。圖1所示和相關(guān)系數(shù)接近于1的情況說(shuō)明，我們所得的試驗(yàn)結(jié)果和上述關(guān)系式相當(dāng)穩(wěn)定。尤其是試驗(yàn)中用了黃河上、下游不同河段蘭州、青銅峽、鄭州鋁廠孤柏嘴取水口和鄭州花園口的泥沙，其結(jié)果仍然很好，說(shuō)明式(12)的根本關(guān)系是正確的，可以適用于黃河全河段的濁度與含沙量、顆粒比外表積的關(guān)系計(jì)算。我們?cè)谠囼?yàn)中還用高嶺土配制成渾水做了測(cè)定，其結(jié)果與黃河水完全一致，呈現(xiàn)了與黃河泥沙一樣的光學(xué)性質(zhì)，也進(jìn)一步說(shuō)明了式(12)的可*性。式(12)與式(7)尚有一

8、定差異，主要表如今系數(shù)n不為1，n不等于1的原因較復(fù)雜，推測(cè)有如下幾點(diǎn)。1.顆粒大小不同時(shí)，對(duì)入射光的吸收程度不一樣，而消光系數(shù)難以設(shè)為變量；2.黃河水中泥沙顆粒的物質(zhì)成分復(fù)雜，顆粒外表的形狀、光潔度、顏色都有差異；3.顆粒分析儀器的測(cè)定結(jié)果和顆粒外表積計(jì)算方法的影響。因?yàn)槲覀冊(cè)谘芯客端幜颗c泥沙顆粒外表積(S0)關(guān)系時(shí)，在采用不同型式顆分儀器的測(cè)定結(jié)果的情況下，S0的方次就在1的左右變動(dòng)，變動(dòng)范圍為0.71.33。系數(shù)包括了消光系數(shù)、顆粒形狀系數(shù)等因素；系數(shù)b接近于1，但不等于1，估計(jì)也與顆分結(jié)果的數(shù)值有關(guān)。高嶺土僅采用了一個(gè)品種，還難以解釋其光學(xué)性質(zhì)與黃河泥沙幾乎一樣的原因。五、結(jié)論及存在問(wèn)

9、題1.黃河高濁度水的濁度不但與含沙量有關(guān)，而且與顆粒因素有關(guān)，忽略其中的一個(gè)因素就難以得到穩(wěn)定的關(guān)系，其一般關(guān)系式為:T=f(S0，)；2.在通常情況下，沙濁比/T)大，泥沙顆粒粗，反之那么細(xì)；3.用黃河上、下游不同河段泥沙進(jìn)展測(cè)定后，其結(jié)果呈現(xiàn)出良好的一致性。由此得出了詳細(xì)的關(guān)系式為:此式有可能適用于全河段；4.不同顆分儀器或方法所得的結(jié)果往往有差異，甚至有相當(dāng)大的差異，因此欲求得濁度與S0、的關(guān)系時(shí)，應(yīng)采用同一類型的顆分儀器或方法；5.由于條件關(guān)系，未做其它較高濁度河流的測(cè)定，估計(jì)本文提出的根本關(guān)系有可能用于其它水系的以含有粗分散系顆粒為主的較高濁度水，如長(zhǎng)江上、中游水系，但并不一定適用于低濁度水河流。參考文獻(xiàn)1艾倫，T，顆粒大小測(cè)定(第三版)喇華