[发明专利]一种基于透射光浊度仪控制的亚潮带区域近底多层悬沙样品的采集装置及其方法

说明书

一种基于透射光浊度仪控制的亚潮带区域近底多层悬沙样品的采集方法，用于提供近底水沙坐底测量中现场水样浊度仪标定所需全部浊度区间的悬沙样品，所述悬沙样品通过设置有透射光浊度仪的自动悬沙采集器采集。基于以上方法的一种采集装置，包括有自动悬沙采集器及安装自动悬沙采集器用的座底四脚架构件；所述的座底四脚架构件包括有防沉降板、四脚架骨架及安装支架；所述的自动悬沙采集器包括有集水舱、集水舱封盖、控制集水舱封盖开闭的开关件及透射光浊度仪。本发明的一种基于透射光浊度仪控制的亚潮带区域近底多层悬沙样品的采集方法及其装置，用于提供散射光浊度仪标定作业所需的不同浊度区间的悬沙样品；采集过程为实时响应当前水流状况的动态采集。

技术领域

本发明属于水文观测技术领域，具体涉及一种基于透射光浊度仪控制的亚潮带区域近底多层悬沙样品的采集装置及其方法。

背景技术

现代的水文观测中的光学浊度仪是运用光的投射原理或散射原理，该方法主要取决于光与沙粒的相互作用，当光通过悬沙水体时，溶剂要吸收光能，吸收的数量与吸收介质及水体宽度有关，同时泥沙颗粒要对光进行散射。当光源发出的入射光线投射到被检测的水样时，一部分光线穿透水样继续前进直达投射光检波器，从该检波器测定出透射光的强度，与光源的入射光强度进行比较，即可检测出水样的浊度，根据这种原理制造出的浊度仪就是透射光浊度仪(Turbidimeter)。另外，当光源发出的入射光线投射到被检测的水样时，除了前述的一部分光线穿透水样直达透射光检波器之外，还有一部分入射光可从投射光的垂直方向到达散射光检波器，从该检波器可测定出散射光强度，与光源的入射光强度进行比较，即可检出被检测水样的浊度，根据这种原理制造出的浊度仪就是散射光浊度仪(Nephelometer)。在水文观测中，由于透射光浊度仪的光发射器和光接收器之间间隙较小，因此所测量的水体体积太过局限，测量值不具有代表性，而散射光浊度仪测量的水体为探头前10cm左右的开放式水域，因此测量值更具有代表性。因此，在现有水文观测中，主流的、较为公认的浊度仪为散射光浊度仪。

然而，不论哪种类型浊度仪，浊度本来就是悬浮微粒浓度的替代参数，在水文观测中最终关心的是水体泥沙浓度，因此需要对浊度仪测量的NTU值与泥沙浓度进行率定。当入射光进入某一水体被吸收后，透过光的强度与入射光的强度之间的关系由朗伯-贝尔定律确定：

I＝I₀(-α₀expcl)

式中，I为透射光强度；I₀为入射光强度；α₀是消光系数，与位置的性质有关；c是溶液中物质的质量浓度；l为光源与接收器间距离。从上式可知，接受光强与介质的浓度就有一个确定的函数关系了。朗伯-贝尔定律是在理想状态下得到的，实际情况则较复杂，如颗粒间互相遮掩，浓度分布不均匀，沙粒粒径及形状不同等，所以不同区域的悬沙水样，同一台浊度仪其所测量的NTU与悬沙浓度关系曲线是不同的，均需要分别进行率定。其中，透射光浊度仪测量的NTU与悬沙浓度关系曲线为单调递减得负相关关系，而散射光浊度仪测量的NTU与悬沙浓度关系曲线先是正相关关系，在浊度仪达到测量上限后开始表现为负相关关系。

座底观测中的OBS的标定问题：

亚潮带区域的近底区间的观测、采集和研究一直是本领域的热点和难点。在近底观测中，水体含沙量观测目前使用散射光浊度仪进行观测，根据以上说明可知，散射光浊度仪在测量后，需要进行标定实验才可以将测量的浊度值转换为水体含沙量，但是，实验过程受到水体中泥沙的粒径影响尤为明显，不能保证室内标定实验使用的水体泥沙粒径与现场一致。更为重要的是，近底观测过程中，由于受到潮汐作用及大小潮过程的变化，整个测量过程中，现场水体的泥沙粒径也不是唯一的，也是在变化的，其中大、小潮的粒径差异尤为明显，因此，在室内实验中选取合适的泥沙粒径更为困难。利用现场在测量过程中采集的悬沙水样进行标定实验，可以真实反映现场测量中对应粒径的标定曲线，并且对大、小潮现场悬沙样品进行分类标定，也可以针对不同粒径反演出针对大小潮的不同的标定曲线。

现有自动采集装置的综述总结：