泥沙輸移（sediment transport）在塑造河流形態(tài)、影響水庫(kù)淤積以及生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著核心作用。因此，準(zhǔn)確測(cè)量懸移質(zhì)泥沙含沙量對(duì)于洪水預(yù)報(bào)、水利工程和環(huán)境管理至關(guān)重要。

懸移質(zhì)泥沙含沙量的測(cè)量方法可分為傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代方法。傳統(tǒng)方法包括取樣、過(guò)濾、烘干和稱重，雖然準(zhǔn)確，但耗時(shí)、勞動(dòng)強(qiáng)度大，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。因此，現(xiàn)代儀器如光電、超聲、紅外及同位素傳感器等被廣泛應(yīng)用，雖然取得了一定成果，但這些儀器的精度仍未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，有的還需要針對(duì)特定測(cè)站建立經(jīng)驗(yàn)曲線或進(jìn)行大量數(shù)據(jù)分析，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

BT-Inline300智能水下激光測(cè)沙儀（以下簡(jiǎn)稱“BT-Inline300"）能夠?qū)崿F(xiàn)懸移質(zhì)濃度及粒度分布的長(zhǎng)期原位監(jiān)測(cè)，無(wú)需人工取樣。它可自動(dòng)、實(shí)時(shí)地提供數(shù)據(jù)，大大提高監(jiān)測(cè)效率，助力水文監(jiān)測(cè)高效發(fā)展。

理論原理

BT-Inline300采用“消光-散射聯(lián)合法"測(cè)量懸移質(zhì)泥沙含沙量。其原理是：首先利用散射信號(hào)分析顆粒粒度分布；由于消光量與顆粒濃度成正比、與粒徑成反比，將所得的顆粒分布引入消光分析后，儀器即可將光學(xué)衰減精確轉(zhuǎn)換為體積濃度，并進(jìn)一步換算為質(zhì)量濃度。該方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的含沙量測(cè)量，同時(shí)借助散射信號(hào)輸出粒度分布，使BT-Inline300可實(shí)時(shí)提供濃度與粒徑兩項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)。

采用消光-散射聯(lián)合方法，可在寬濁度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定測(cè)量，省去繁瑣的校準(zhǔn)步驟。即便處于洪水或工況急劇變化的場(chǎng)景下，BT-Inline300仍能連續(xù)、實(shí)時(shí)輸出懸移質(zhì)泥沙含量與粒度分布數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)

BT-Inline300在兩個(gè)水文站點(diǎn)進(jìn)行了部署。在第一個(gè)站點(diǎn)，儀器懸掛在圓形浮標(biāo)下方，水深0.5m；在第二個(gè)站點(diǎn)，儀器安裝在水文船上，水深2.2m。

與此同時(shí)，在儀器旁相同深度處，使用1000mL橫式采樣器采集懸移質(zhì)樣品。第一個(gè)站點(diǎn)共采集36個(gè)樣品，第二個(gè)站點(diǎn)采集38個(gè)樣品。通過(guò)重量法測(cè)定懸移質(zhì)泥沙含沙量，并與儀器測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

結(jié)果與討論

在兩個(gè)水文站點(diǎn)，BT-Inline300測(cè)得的懸移質(zhì)泥沙含沙量與重量法所得結(jié)果表現(xiàn)出良好的一致性。

圖4表明，BT-Inline300的懸移質(zhì)泥沙含沙量結(jié)果與重量法高度一致。同時(shí)，在第一個(gè)站點(diǎn)，BT-Inline300實(shí)現(xiàn)了連續(xù)測(cè)量，結(jié)果清晰展示了隨時(shí)間變化的波動(dòng)，多次快速峰值超過(guò)0.3kg/m³。相比之下，離散采樣的重量法僅能反映總體趨勢(shì)，無(wú)法捕捉這些即時(shí)事件。

圖5對(duì)比了BT-Inline300與重量法測(cè)得的懸移質(zhì)泥沙含沙量。在全部38個(gè)樣品中，兩組數(shù)據(jù)在0.01–1kg/m³的濃度范圍內(nèi)高度一致，兩條曲線趨勢(shì)幾乎完全相同，偏差極小。

這些結(jié)果證實(shí)，BT-Inline300能夠準(zhǔn)確重現(xiàn)傳統(tǒng)重量法所得的含沙量，同時(shí)具備實(shí)時(shí)、自動(dòng)化監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)。兩種方法的高度一致性驗(yàn)證了儀器在連續(xù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中的適用性，為替代勞動(dòng)密集型人工采樣提供了可靠方案。

結(jié)論

本文應(yīng)用實(shí)例表明，BT-Inline300在兩個(gè)水文站點(diǎn)獲得的懸移質(zhì)泥沙含沙量測(cè)驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)重量法高度一致。除了高精度外，該儀器還能實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高分辨率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，捕捉到離散采樣常常遺漏的短時(shí)泥沙波動(dòng)。這些優(yōu)勢(shì)使BT-Inline300成為動(dòng)態(tài)環(huán)境中泥沙監(jiān)測(cè)的高效可靠工具，可為洪水預(yù)報(bào)、水利工程及環(huán)境管理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。