《光学含沙量测量仪率定规范》

ICS号

中国标准文献分类号

团体标准

T/CHESXXXX—XXXX

光学含沙量测量仪率定规范

CalibrationStandardofOpticalSedimentConcentrationApparatus

（征求意见稿）

XXXX-XX-XX发布XXXX-XX-XX实施

中国水利学会发布

T/CHESX-2019

光学含沙量测量仪率定规范

1范围

本标准规定了光学含沙量测量仪率定通用性要求、率定方法、数据分析及评估、率定结论等方面的内

容。

本标准适用于光学含沙量测量仪的率定，以建立仪器输出数据与水体含沙量的相关关系。

2规范性引用文件

下列文件对于本标准的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本标准。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改单）适用于本标准。

GB/T500095水文基本术语和符号标准

GB/T50159-2015河流泥沙悬移质泥沙测验规范

GB/T26497-2011电子天平

GB/T30435-2013电热干燥箱及电热鼓风干燥箱

SL07-2006悬移质泥沙采样器

SL42-2010河流泥沙颗粒分析规程

3术语、定义、符号及单位

3.1术语及定义

3.1.1光学含沙量测量仪OpticalSedimentConcentrationApparatus

利用入射光强与透射光强或散射光强之间关系进行水体含沙量测量的仪器。

3.1.2含沙量SedimentConcentration

单位体积的水样中挟带干泥沙的质量，单位是kg/m3或g/l。

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3.1.3浊度Turbidity

水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。单位是NTU或FNU、FTU。水质分析中规定：1L水中含

有1mg二氧化硅（或白陶土、硅藻土）所构成的浊度为一个标准浊度单位，简称1度（NTU）。

3.1.4水样背景WaterSampleBackgroundValue

水样中除泥沙等固体颗粒之外对浊度产生影响的因子统称为水样背景，固体颗粒沉降后的液体浊度表

征水样背景，单位是NTU或FNU、FTU。

3.1.5透光率LightTransmittance

透过水样的光通量与入射光通量的百分比，单位是%。

3.1.6模型沙ModelSediment

实验室内用于模拟天然泥沙运动的固体颗粒，包括木屑、塑料颗粒、粉煤灰等类型。

3.1.7转速RotateSpeed

单位时间内搅拌器叶片绕轴转动的次数，单位是r/s或r/min。

3.2名称、符号及单位

本标准给出的名称、符号及单位见表3-1。

表3-1名称、符号及单位

序号名称符号单位

1含沙量Skg/m3、g/l

2浊度TNTU、FNU、FTU

3粒径Dmm、μm

4颗粒级配GC%

5水样背景WTNTU、FNU、FTU

6透光率LT%

7转速Rsr/s、r/min

8容重N/m3

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3

9泥沙干容重sN/m

4通用性要求

通用性要求规定光学含沙量测量仪、率定设备、人员、工作环境及其它为满足率定实验应达到的条件。

4.1含沙量测量仪

仪器外观及自检信息等应符合以下要求：

（1）传感器表面干净整洁，无杂质、污物及微生物等附着；

（2）部件无过压损坏；

（3）仪器密封良好，干燥剂正常；

（4）仪器电池无漏液、膨胀或破裂现象，线路无损坏；

（5）数据接口硬件正常，信号输出正常；

（6）仪器自检信息正常。

4.2率定设备

率定设备包括粒度分析仪、搅拌装置、电热干燥箱、电子天平、量筒及抽滤装置等。

4.2.1粒度分析仪

粒度分析仪用于测定泥沙颗粒粒径及级配，应符合《河流泥沙颗粒分析规程》（SL42-2010）有关要

求。颗粒分析筛还应满足以下要求：

（1）筛框规格

宜采用直径为90mm的筛框。

（2）筛孔形状

筛孔宜为圆孔。

（3）筛网材质

不应采用金属材质。

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4.2.2搅拌装置

搅拌装置用于形成均匀稳定含沙水体，包括搅拌桶及搅拌器。

（1）搅拌桶

①宜采用透明材质；

②宜为圆柱体；

③直径应不小于测量探头的5倍，并应大于30cm；

④水深应不小于30cm。

（2）搅拌器

①宜采用机械式搅拌器；

②搅拌器转速应可调节，搅拌转速与泥沙浓度有关，具体见表4-1。

表4-1搅拌器转速与水体含沙量关系表（转速为下限参考值）

模型沙天然沙

含沙量

D50<0.2mmD50≧0.2mmD50<0.2mmD50≧0.2mm

（g/L）（r/min）（r/min）（r/min）（r/min）

<0.5607585100

0.5/p>

1~285100115140

2~390110120145

3~495115125150

4~5100120130155

5~6105125135160

6~7110130140170

7~8115140145175

8~9120145150180

9~10125150155185

4.2.3电热干燥箱

电热干燥箱用于烘干泥沙样品。

（1）电热干燥箱放置环境应符合电热干燥箱及电热鼓风干燥箱（GB/T30435-2013）有关规定。

（2）工作温度宜设置为100℃~105℃，当泥沙样品为塑料材质或易受温度影响而改变性状时，工作温

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度应设置为60℃以下。

（3）泥沙样品烘至无明显水迹后，应继续烘干1小时，切断电源自然冷却。

4.2.4电子天平

用于称量泥沙样品的质量。

（1）电子天平工作环境、外观、计量性能、功能应符合《电子天平》（GB/T26497-2011）中级电子

天平规定。

（2）最大称量质量应不大于200g。

（3）感量不低于0.1mg。

（4）电子天平处于检定合格状态。

4.2.5量筒

用于测量水样体积。

（1）容量宜不小于1000mL。

（2）宜采用钢化玻璃材质。

（3）体积读数误差应不大于水样体积的0.5%。

4.2.6抽滤装置

用于从水沙试样中分离泥沙等固体颗粒物质，包括抽气泵、漏斗、滤膜及抽滤瓶等。

（1）抽气泵

①宜采用电动抽气泵。

②连续工作时间应大于30分钟。

（2）漏斗

①直径应不小于100mm。

②形状宜采用圆锥形漏斗。

（3）滤膜

①膜孔宜不大于0.05μm。

②滤膜材质宜采用聚四氟乙烯微孔滤膜。

（4）抽滤瓶体积宜不小于1000mL。

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4.3人员

率定实验人员分为实验操作员和数据记录校核员。

4.3.1实验操作员

（1）理解率定实验基本原理和仪器设备工作原理，熟悉率定实验流程、内容及方法。

（2）能够熟练使用粒度分析仪、搅拌装置、电热干燥箱、电子天平、量筒及抽滤装置。

（3）实验操作员应通过技术培训并保持相应培训记录。

（4）负责全面排查消除安全隐患。

4.3.2数据记录校核员

（1）熟悉含沙量与仪器输出数据有关实验数据记录表、水样背景对仪器输出数据影响实验数据记录表。

（2）熟悉率定实验流程。

（3）监督实验操作员开展率定实验，当发现仪器或数据异常时，应停止率定实验，记录登记，配合实

验操作员分析处置。

4.4工作环境及其它

4.4.1工作环境

率定实验环境应满足仪器设备正常工作条件要求，保障工作人员安全健康。基本要求有：

（1）率定实验应在室内进行。

（2）室温保持在10℃~26℃，湿度保持在20%~70%。

（3）电器设备安装应符合安全规定，宜配置稳压器。

（4）仪器设备应有专门的工作空间及存储空间。

（5）粒度分析仪、电子天平和量筒每年应开展至少一次检定或校准。

4.4.2其它

（1）率定实验水样应直接取自待测水体。

（2）率定实验沙样应直接取自待测水体。

（3）率定实验时，光学含沙量测量仪的传感器应布置在靠近搅拌桶中心位置，且距离边壁应不小于

10cm。

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5率定方法

5.1率定内容

率定内容主要为建立含沙量与仪器输出数据之间关系，测定水样背景对仪器输出数据的影响程度。仪

器输出数据通常用浊度表示，亦可用电压信号或电流信号等表示。若待测含沙量泥沙粒径及级配变化明显

时，应开展泥沙粒径及级配对仪器输出数据影响试验。

5.2率定周期

光学含沙量测量仪每次长期野外测验前或每年应开展一次率定实验。

5.3率定方案

率定方案内容包括含沙量等级确定、率定设备及水沙样品准备及率定流程等。

5.3.1含沙量等级确定

根据待测水体历史含沙量资料，确定率定实验含沙量等级，编制率定实验方案。

含沙量分为8个等级，各等级含沙量范围如表5-1所示。

分析待测水体历史含沙量，估算其含沙量上限和下限，选择对应含沙量等级，实例详见附录C。

率定实验时，每个含沙量等级内应至少开展8个不同含沙量样品测定，宜采用等差数列确定8个含沙

量。

表5-1含沙量分级

等级12345678

范围（g/l）0~1.01.0~2.02.0~3.03.0~5.05.0~8.08.0~10.010.0-15.015.0-30.0

5.3.2率定设备及水沙样品准备

率定设备按照4.2通用性要求进行配置。水样收集及处理方法应符合《河流泥沙悬移质泥沙测验规范》

（GB/T50159-2015）规定，收集水样的量与水体含沙量有关，要能够保证表5-1中每个等级的含沙量范围

中至少有8个样品。泥沙沉淀后的清水样应收集加盖保存，避免掺入杂质，泥沙样品应干燥后密封，用于

含沙量分级。

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5.3.3率定流程

率定实验具体流程如图5-1所示。

水样收集

提取沙样提取清水样

含沙量分级

室内率定

不合格

数据筛查

合格

数据分析

率定报告

图5-1率定实验流程

5.4率定过程

正式率定实验前应开展搅拌桶流场稳定性测定和评估，当认定搅拌桶流场不稳定时应更换搅拌装置。

测定水样背景对仪器输出数据的影响程度，根据水样背景程度，确定率定实验水体来源。

5.4.1搅拌桶流场稳定性实验

加入食品红等无污染有色溶解性染料，测定水体在搅拌器作用下流场稳定性。技术方案见附录A中图

A.1所示，数据记录表见附录B中表B.1所示。

流场稳定性实验流程为：

（1）关闭搅拌器，向搅拌桶中加入纯净水；

（2）水样静止10分钟，记录含沙量测量仪输出数据，测量次数不少于5次，间隔时间不小于3秒；

（3）添加食品红等有色溶解性染料，搅拌均匀，水样静止10分钟，记录含沙量测量仪输出数据，次

数不少于5次，间隔时间不小于3秒；

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（4）开启搅拌器，搅拌时间不低于5分钟，记录含沙量测量仪输出数据，次数不少于5次，间隔时间

不小于3秒；

（5）数据分析，评估流场稳定性。

分别计算纯净水、有色染料、搅拌状态三种条件下读数相对误差ε1、ε2、ε3。

流场稳定性偏差：

ε=ε3-ε2-ε1

当2%时，流场稳定；否则应再次实验，如2%，则应更换搅拌装置。

5.4.2水样背景影响实验

原样水样对仪器输出数据（浊度）影响记为T1。原样泥沙和纯净水配制相同含沙量试样，相应仪器输

出值记为T2。T1与T2差值为水样背景（WT）。

水样背景对仪器输出数据（浊度）影响实验技术方案见附录A图A.2，数据记录表见附录B表B.2。实

验过程为：

（1）采用原样泥沙分别和原样清水、纯净水制备不同含沙水样；

（2）将原样清水配制含沙试样倒入搅拌桶，搅拌时间不少于5分钟；

（3）记录仪器输出数据（浊度），测量次数不少于5次，间隔时间不小于3秒，平均值为总浊度（T1）；

（4）清洗搅拌桶；

（5）将纯净水配制含沙试样倒入搅拌桶，重复上述实验，记录仪器输出数据（浊度），测量次数不少

于5次，间隔时间不小于3秒，平均值为泥沙产生浊度（T2）；

（6）再次清洗搅拌桶；

（7）数据分析，评估水样背景对仪器输出数据影响。

水样背景对仪器输出数据影响程度：

α=（T1-T2）/T1

当1.5%时，水样背景对仪器输出数据影响可忽略，率定实验含沙试样可直接由原样泥沙和纯净水

配制；否则，应考虑水样背景对仪器输出数据影响，率定实验含沙试样应由原样泥沙和原样清水配制。

5.4.3含沙量与仪器输出数据关系率定

含沙量与仪器输出数据（浊度）率定技术方案见附录A中图A.3所示，数据记录表见附录B中表B.3

所示。根据5.3.2实验结果，选择原样泥沙与原样清水或纯净水配制实验含沙水样。

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含沙量与仪器输出数据率定流程为：

（1）根据5.2确定含沙量等级，在对应每个含沙量等级中，按照等差数列设定8个含沙量，配制实验

含沙试样，依次编号；

（2）按编号顺序，将含沙试样倒入搅拌桶中，搅拌时间不少于5分钟；

（3）记录仪器输出数据（浊度），次数不少于5次，间隔时间不小于3秒；

（4）清洗搅拌桶；

（5）下一编号含沙试样实验，重复上述操作；

（6）数据分析，形成率定报告。

6数据分析

6.1数据筛查

数据筛查用于剔除相对误差偏大的实验数据。

仪器输出数据分别为V1、V2......Vn，(n≧5)，数据的算术平均值为V。

11n

（）

VV1V2VnVi6.1

nni1

测量结果相对误差为：

VV

i100%（6.2）

V

相对误差大于10%数据视为可疑数据，可疑数据不纳入上述计算（计算数据个数不得少于3个），相

对误差仍大于10%，应重新开展相关实验。

6.2率定关系确定

含沙量与仪器输出数据相关关系满足线性函数关系。根据含沙量等级实验，对每个等级分别确定率定

关系。

含沙量与仪器输出数据关系式为：

（6.3）

式中，——含沙量；

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——仪器输出数据；

、——待定系数。

宜采用WPS表格、Excel程序等绘图工具绘制直角坐标系散点图，含沙量及仪器输出数据分别作为纵

坐标和横坐标，选择趋势分析方法，添加线性趋势线，趋势线公式即对应式（6.3），显示相关度。

6.3率定结果评估

根据相关度，评估含沙量与仪器输出数据之间线性函数关系的符合程度，各等级下的相关系数下

限应满足表6-1的要求。

表6-1不同含沙量等级下含沙量与仪器输出数据之间相关系数下限值

浓度等级函数拟合相关度下限

10.98

20.96

30.95

40.93

50.92

60.91

70.90

80.85

相关度下限无法满足表6-1的要求，应重复5.3.3实验。如仍无法满足要求，根据实验目的，采用咨

询会形式，适当调整相关度下限。

7率定结论

根据数据分析给出率定结论，结论以报告形式展示，见附录D，包括泥沙样品来源、中值粒径、水样背

景、率定设备等信息，直接率定关系和相关度。

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标准用词说明

标准用词在特殊情况下的等效表述要求严格程度

应有必要、要求、要、只有…才允许

要求

不应不允许、不许可、不要

宜推荐、建议

推荐

不宜不推荐、不建议

可允许、许可、准许

允许

不必不需要、不要求

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附录A

（技术性附录）

搅拌桶流场稳定性测定实验如图A.1所示。

关闭搅拌器，搅拌桶加入纯净水

水样静止，记录读数

添加染料，水样静止，记录读数

开启搅拌器，记录读数

清洗搅拌桶

数据分析，评估流场稳定性

图A.1搅拌桶流场稳定性测定实验技术方案

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水样背景对仪器输出数据影响实验技术方案如图A.2所示。

用原样清水及纯净水分别配制含沙水样

将原样清水试样倒入搅拌桶并搅拌

搅拌均匀

记录仪器读数，总浊度T1

清洗搅拌桶

将纯净水试样倒入搅拌桶并搅拌

搅拌均匀

记录仪器读数，含沙量导致的浊度T2

再次清洗搅拌桶

数据分析，评估水样背景对浊度影响

图A.2水样背景对仪器输出数据的影响实验技术方案

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含沙量与仪器输出数据率定实验技术方案如图A.3所示。

配制不同浓度含沙水样并编号

将水样倒入搅拌桶并搅拌

搅拌均匀

记录仪器输出数据

清洗搅拌桶

将下一个水样倒入搅拌桶

数据分析，形成率定报告

图A.3含沙量与仪器输出数据率定实验技术方案

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附录B

（资料性附录）

表B.1搅拌桶稳定性实验数据记录表

时间仪器编号

地点

溶解性染料名称

实验操作员记录校核员

静止纯净水静止染料水紊动染料水流场稳定性偏差

实验编号备注

仪器输出数据ε1仪器输出数据ε2仪器输出数据ε3ε=ε3-ε2-ε1

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表B.2水样背景对仪器输出数据的影响实验数据记录表

时间仪器编号

地点

水样来源

水样描述

实验操作员记录校核员

实验编号含沙量（g/l）水样背景值仪器输出数据1仪器输出数据2备注

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注：仪器输出数据1为泥沙试样导致的总浊度；仪器读数2为泥沙导致的浊度，二者之差为水样背景值。

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表B.3含沙量与仪器输出数据的关系实验数据记录表

时间仪器编号

地点

实验操作员记录校核员

沙样来源中值粒径D50

实验编号含沙量（g/l）仪器输出数据备注