摘要:選用測沙儀進(jìn)行懸移質(zhì)泥沙測驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)測站泥沙測驗(yàn)方法，通過率定建立工作曲線�；仡櫫藴y沙儀研發(fā)與應(yīng)用狀況，分析了同位素測沙儀在應(yīng)用中存在的問題;建立工作曲線和適應(yīng)性檢驗(yàn)需要相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與操作流程;從法規(guī)條件和技術(shù)條件等方面論述了制定《同位素測沙儀率定規(guī)范》的重要性與可行性。

　　關(guān)鍵詞:含沙量;同位素測沙儀;應(yīng)用;工作曲線;率定;團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

　　懸移質(zhì)泥沙測驗(yàn)儀器分為采樣器和測沙儀。資料顯示，目前國際泥沙測驗(yàn)儀器仍然以器測法為主�；�于不同原理的測沙儀有多種，其中同位素測沙儀顯示出迅速、測量范圍廣，并能連續(xù)監(jiān)測水體含沙量變化等優(yōu)勢。但同位素測沙儀在20世紀(jì)末一度“銷聲匿跡”，直至目前仍未得到很好應(yīng)用，其原因之一是儀器率定即工作曲線的建立缺少適當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)范。推動(dòng)現(xiàn)代測沙技術(shù)發(fā)展，保障同位素測沙儀高效應(yīng)用，亟須制定《同位素測沙儀率定規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)(以下簡稱“同位素測沙團(tuán)標(biāo)”)。

　　同位素論文范例： 穩(wěn)定同位素比質(zhì)譜技術(shù)在食品檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

　　1含沙量現(xiàn)代測量方法

　　烘干稱重和比重瓶法，是傳統(tǒng)的含沙量測量方法。它要經(jīng)過體積量取、沙樣沉淀、過濾、烘干和天平稱重等步驟，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。受傳統(tǒng)測量方法的局限性，為適應(yīng)水利工程建設(shè)和試驗(yàn)研究的需要，實(shí)時(shí)、連續(xù)并全面地反映泥沙的空間分布和動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)過程，是含沙量測量的難題，也是泥沙理論研究與實(shí)踐的重要內(nèi)容之一。對于懸移質(zhì)含沙量的測量，也有基于盲數(shù)理論的模型方法，它是將影響河流泥沙含量的各個(gè)參數(shù)盲數(shù)化，通過盲數(shù)運(yùn)算方法計(jì)算出河流泥沙含量。該方法主要針對平原等以水力侵蝕為主的情況。

　　為了計(jì)算河流輸沙量和及時(shí)預(yù)報(bào)洪水沙情，需要有一個(gè)能準(zhǔn)確、快速和連續(xù)測量含沙量的方法。多年來，水文泥沙部門及大專院校和科研機(jī)構(gòu)一直積極探索含沙量的現(xiàn)代測量方法，并進(jìn)行了一些應(yīng)用試驗(yàn)，積累了許多成功的經(jīng)驗(yàn)，取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展;先后提出了諸如電導(dǎo)法、電容法、振動(dòng)法、光電法、激光法、超聲法、γ射線法、紅外線法和B超成像法等;研發(fā)出了多種實(shí)時(shí)在線監(jiān)測含沙量的設(shè)備，這些監(jiān)測設(shè)備主要有同位素測沙儀、聲學(xué)測沙儀、光學(xué)測沙儀、振動(dòng)式測沙儀等。

　　2同位素測沙儀研發(fā)應(yīng)用回顧

　　同位素測沙儀(Isotopesiltmeter)，它是根據(jù)射線減弱程度隨吸收體厚度按指數(shù)規(guī)律衰減的原理制作的測沙儀。早在20世紀(jì)60年代，我國就開始研究同位素測沙儀。

　　最初利用γ射線源，如Cs137和Co60等;后來采用低能X(γ)射線源，如Am241、Cd109和Pu238等。黃河水利委員會(huì)水科所(以下簡稱“黃科所”)與中國原子能科學(xué)院、上海原子核研究所、北京核儀器廠和營口電子儀器廠等單位協(xié)作共同研制出FH422型γ-γ含沙量計(jì)、FT-1型閃爍式低含沙量計(jì)、ATX5-1型X射線正比管含沙量計(jì)，還有清華大學(xué)聯(lián)合原長江流域規(guī)劃辦公室研制的雙閃爍探測器的同位素低含沙量儀，南京水利科學(xué)研究院研制的γ射線高含沙量儀和同位素低含沙量儀等。

　　20世紀(jì)60年代初開始至70年代，黃河水利委員會(huì)水利科學(xué)研究院(以下簡稱“黃科院”)先后研制出以Cs135為放射源的HF-422同位素含沙量計(jì)，及其以Am241為放射源的HF-42改進(jìn)型，最小量程為3kg/m3;70年代末，黃科院、清華大學(xué)和長江水利委員會(huì)又研制出兩種以Am241為放射源的同位素含沙量計(jì)，測量的低含沙量最小在1.0kg/m3左右。

　　這些儀器先后投放到一些河流使用，其中黃河干流有10個(gè)水文站使用了10余年之久，有的測站使用效果很好，如小浪底水文站于1971年用同位素含沙量計(jì)測得713kg/m3的高含沙量，80年代起黃河天橋水電站也開始使用同位素含沙量計(jì)進(jìn)行泥沙測量。1974年1月，黃河水利委員會(huì)在鄭州舉行同位素測沙儀鑒定會(huì)。鑒定結(jié)論是，當(dāng)含沙量大于20kg/m3時(shí)，適合采用該儀器施測。1974年3月19日，《人民日報(bào)》報(bào)道。近年來，各地還研制出一批適合中國河流特性的水文新儀器，如低流速儀、同位素測沙儀、測流控制儀等，為進(jìn)一步提高水文資料質(zhì)量創(chuàng)造了條件。

　　3制定“同位素測沙團(tuán)標(biāo)”的重要性

　　3.1團(tuán)標(biāo)簡介

　　《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》對標(biāo)準(zhǔn)的定義是，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)以及社會(huì)事業(yè)等領(lǐng)域需要統(tǒng)一的技術(shù)要求，包括國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，在2015年《深化標(biāo)準(zhǔn)化工作改革方案》中首次提出，2018年1月實(shí)施的新《中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)化法》確定了其合法地位。

　　3.2測沙儀應(yīng)用難題

　　我國利用核輻射研究含沙量的測量工作相對國外來說，取得的成果比較多。20世紀(jì)70—80年代，我國同位素測沙技術(shù)處在世界領(lǐng)先地位。1987年5月英國《水能與壩工》(WaterPower&DamConstruction)刊物上，介紹了我國“黃科所”最新研制的X射線正比管含沙量計(jì)的性能，認(rèn)為“比世界上已有的儀表，測量精度高，測量范圍大”。20世紀(jì)70年代后，同位素測沙儀器在生產(chǎn)中應(yīng)用較多。

　　而90年代以前曾在一些站使用十多年之久的同位素測沙儀，沒有堅(jiān)持用下去，同位素測沙儀逐漸“銷聲匿跡”。每隔一定時(shí)間需校正一次工作曲線，加上或因造價(jià)昂貴，或因測站維修困難，或因恐懼同位素放射性等，皆是其未能被推廣和停用的原因。由于河流泥沙條件十分復(fù)雜，洪水水流體系對儀器的要求很高，以及受傳感器、電子技術(shù)水平的限制等，直到目前仍未制定出在線測沙的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括測沙儀的率定。

　　3.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

　　在實(shí)際生產(chǎn)中，采用測沙儀實(shí)施測驗(yàn)時(shí)，應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，也就是須符合GB/T50159—2015《河流懸移質(zhì)泥沙測驗(yàn)規(guī)范》的要求:工作曲線應(yīng)穩(wěn)定，校測方法簡便，操作安全可靠，校測頻次較少。測量精度與穩(wěn)定性及可靠性，還要滿足測站的實(shí)際需要。

　　國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15966—2017《水文儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件》和GB/T13336—2019《水文儀器系列型譜》對測沙儀的適用范圍進(jìn)行了規(guī)定，其中同位素測沙儀測量范圍為0.5～1000kg/m3，適用測點(diǎn)流速≤5m/s。除了含沙量測量范圍，測沙儀在使用之前和應(yīng)用過程中，工作曲線需要事先和定期率定。工作曲線是測沙儀進(jìn)行含沙量測量的主要依據(jù)。泥沙測量使用儀器前，應(yīng)精確率定、建立工作模型。若儀器校測的系統(tǒng)誤差不大于2%，原工作模型可繼續(xù)使用。否則，要重新率定工作曲線，并使用對應(yīng)的新模型。

　　3.4適應(yīng)性檢驗(yàn)

　　在多沙河流中，影響含沙量變化的因子眾多，不僅與水流的紊動(dòng)強(qiáng)度、顆粒的自身沉降、上游來沙量的大小、隨水流的擴(kuò)散能力有關(guān)，還與河道的邊界條件、河道的沖淤變化、河床的組成等都有關(guān)系。測沙儀適應(yīng)性檢驗(yàn)，如傳感器對水流擾動(dòng)、水溫、泥沙顆粒特征及化學(xué)特性等的影響，應(yīng)能自行或人工設(shè)置校正，或能將誤差控制在允許的范圍內(nèi)。凡此種種，都需要制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作流程。

　　4制定“同位素測沙團(tuán)標(biāo)”可行性討論

　　4.1法規(guī)條件

　　2019年初，《團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》發(fā)布。《團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)管理規(guī)定》第13條規(guī)定:制定團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)以滿足市場和創(chuàng)新需要為目標(biāo)，聚焦新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)和新模式，填補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)空白。也就是說，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該發(fā)揮其靈活性，對市場變化和行業(yè)創(chuàng)新做出快速的反應(yīng)，一是要快速適用市場的需求，二是要在新興領(lǐng)域占得先機(jī)。2020年7月，中國水利學(xué)會(huì)2020年第73號文件，發(fā)布《光學(xué)含沙量測量儀率定規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。

　　該團(tuán)標(biāo)規(guī)范了光學(xué)測沙儀率定實(shí)驗(yàn)方法、含沙量范圍等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，確保含沙量測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有力推動(dòng)了含沙量測量技術(shù)的發(fā)展;也從一定層面佐證了測沙儀應(yīng)用的重要性，以及制定率定規(guī)范的可行性�！豆鈱W(xué)含沙量測量儀率定規(guī)范》，適用于光學(xué)測沙儀的率定，以建立儀器輸出數(shù)據(jù)與水體含沙量的相關(guān)關(guān)系，即測沙儀的工作曲線。同位素測沙儀與光學(xué)測沙儀工作原理不同，適用條件也不同，對于率定通用性要求、率定方法、數(shù)據(jù)分析、率定結(jié)論等方面，都需要相應(yīng)的指標(biāo)和流程。

　　4.2技術(shù)條件

　　隨著計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，一些影響測沙儀推廣的不利因素逐步消除。同位素測沙儀實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線，不僅能得到觀測值，還能得到資料的整編結(jié)果。黃河水利委員會(huì)水文局研制了泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)，它是基于C8051F350單片機(jī)和低能量源(Am241)開發(fā)的。近年來，在黃河潼關(guān)水文站進(jìn)行了多次試驗(yàn)，包括同位素本底測試、清水溫度曲線率定、室內(nèi)水槽測沙、河道現(xiàn)場測沙及儀器輻射防護(hù)檢測等項(xiàng)內(nèi)容。

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)對含沙量變化具有良好的適應(yīng)性:當(dāng)含沙量小于3kg/m3時(shí)，誤差小于10%;當(dāng)含沙量在3kg/m3以上時(shí)，誤差不超過5%。2017—2018年，分別在黃河上游湟水民和水文站、中游潼關(guān)水文站、下游花園口水文站安裝3處該類型泥沙監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)果表明，其測量范圍廣、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性較強(qiáng)。在泥沙在線監(jiān)測系統(tǒng)多年實(shí)驗(yàn)中，相關(guān)單位總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，形成了較為完善的儀器率定流程，構(gòu)建了數(shù)據(jù)分析模型，積累了解決實(shí)際問題的方法，為科學(xué)開展同位素測沙儀率定奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)線路和工作基礎(chǔ)。

　　5結(jié)語

　　泥沙問題關(guān)系到河流發(fā)展演變、規(guī)劃治理及水庫興利功能等方面。影響水庫安全運(yùn)行的首要問題仍然是泥沙問題，泥沙測驗(yàn)和研究工作的高質(zhì)量發(fā)展，需要科學(xué)的手段和技術(shù)規(guī)范作保障。同位素測沙儀的推廣和應(yīng)用，需要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范率定實(shí)驗(yàn)方法、含沙量范圍，確保含沙量測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。制定《同位素測沙儀率定規(guī)范》勢在必行。聲學(xué)測沙儀、振動(dòng)式測沙儀等泥沙測驗(yàn)儀器的應(yīng)用，同樣需要相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范率定方法，以建立儀器工作曲線，保證測驗(yàn)成果質(zhì)量。制定《同位素測沙儀率定規(guī)范》，對其他類型測沙儀的率定工作具有借鑒意義。

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　　作者：郭涵1，趙新生2，胡明利3