?粒子尺寸分布 ?沉積物濃度 ?河流流量 ?沉積物通量

LISST-SL2(StreamLined Isokinetic)流線(xiàn)型等動(dòng)力現(xiàn)場(chǎng)激光粒度儀是美國(guó) Sequoia 公司針對(duì)河流開(kāi)發(fā)的采用的激光小角度 前向散射技術(shù)的傳感器，該傳感器用來(lái)對(duì)河流的泥沙 通量以及河流的流量進(jìn)行 測(cè)量，該傳感器是美國(guó) Sequoia公司功能強(qiáng)大的多參數(shù)河流泥沙測(cè)量?jī)x器。

LISST-SL2傳感器采用了全 新的流線(xiàn)型設(shè)計(jì)，能夠較大 程度的降低水阻，傳感器尾 端的兩個(gè)導(dǎo)流片能夠確保 該傳感器在水中測(cè)量的時(shí) 候能夠始終朝向河流的上 游。河水和水體中的泥沙通過(guò) SL2內(nèi)部的抽水泵吸入到儀器內(nèi)部，系統(tǒng)通過(guò)采用一 個(gè)神奇的、固定的空速管傳感器來(lái)確保吸入的水的流 速同儀器所處的位置的流 速相同，從而確保數(shù)據(jù)的采 集是在等動(dòng)力的狀態(tài)下實(shí) 現(xiàn)的。當(dāng)吸入的水體通過(guò)密 封的光電測(cè)量傳感器的時(shí) 候，激光的前向散射數(shù)據(jù)被 采集。這些散射數(shù)據(jù)通過(guò) USGS B 型的線(xiàn)纜滾傳輸?shù)剿?nbsp;面的控制單元，然后傳輸給 計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

泥沙的尺寸分布，體積濃 度，溫度，平均粒徑，深度 以及流速等數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)顯 示和存取到在計(jì)算機(jī)上。有了流速、濃度和深度數(shù)據(jù)以 后，整條河流的輸沙量就可 以被計(jì)算出來(lái)。

LISST-SL 2不同于 LISST其他儀器，它僅僅是一個(gè)在水 中的測(cè)量傳感器，傳感器所 采集的數(shù)據(jù)通過(guò)兩線(xiàn)的電 纜絞盤(pán)被傳輸?shù)剿婵刂?/span> 單元，水面控制單元內(nèi)置可 充電電池組用來(lái)給傳感器 供電并且把采集到的數(shù)據(jù) 通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙傳輸給數(shù)據(jù) 采集和處理計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí) 時(shí)的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。這些 數(shù)據(jù)可以通過(guò)時(shí)間序列或 者垂向水深剖面的方式顯 示給操作人員。

特點(diǎn)： 

·  采用激光小角度前向散射技術(shù)，測(cè)量范圍 1-500 微米，滿(mǎn)足 ISO-13320-1 標(biāo)準(zhǔn)

· 等動(dòng)力，的泵控技術(shù)

·  2 線(xiàn)特殊通訊協(xié)議可配合 USGS-B 型電纜絞盤(pán)工作

·  實(shí)時(shí)顯示多參數(shù)測(cè)量：流速、溫度、濃度、深度、泥沙平均尺寸

·  全新無(wú)水阻流線(xiàn)型設(shè)計(jì)保證了測(cè)量的可控性和準(zhǔn)確性降低了氣泡產(chǎn)生的條件

·  雙尾翼能夠確保儀器同水流平行并且始終朝向上游

·  實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，操作人員可以及進(jìn)行時(shí)間序列或者剖面數(shù)據(jù)顯示

·  軟件可以輸出點(diǎn)式或者集成深度的泥沙數(shù)據(jù)

· 藍(lán)牙實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，避免了傳統(tǒng)串口線(xiàn)直連的局限性

技術(shù)指標(biāo)： 

光程長(zhǎng)度：3.2mm 濃度測(cè)量范圍：15-13500mg/l 濃度分辨率：<10mg/l

粒徑范圍：1-500μm，36 個(gè)粒徑等級(jí) 深度范圍：0.15-30m@0.02m 分辨率

流速測(cè)量范圍：0-3m/s@0.03m/s 分辨率

水溫測(cè)量范圍：0-25 度@0.1 

采樣時(shí)間：16 個(gè)樣品平均/2 秒 平均后數(shù)據(jù)立即傳輸給水面控制單元

機(jī)械和電氣參數(shù)： 水下傳感器尺寸：13cm（直徑）*75cm(長(zhǎng)度) 

水下傳感器重量：16kg（空氣）/7kg（水中） 

水面控制單元尺寸：40.6cmx31.8cm*16.5cm

水面控制單元重量：8.6kg

電池壽命：滿(mǎn)充電后可使用 6 個(gè)小時(shí)

LISST-SL2 是一款功能強(qiáng)大的泥沙和近海、河口應(yīng)用的激光測(cè)沙儀。傳感器采用了流線(xiàn)型 等動(dòng)力（等動(dòng)力就是檢測(cè)器入口流速同實(shí)際水的流速相同）設(shè)計(jì)，儀器能夠測(cè)量深度、透 光度、流速、水溫、泥沙濃度和沉積物尺寸分布。我們下面的例子是在美國(guó)華盛頓州 Castle Rock 市的 Cowlitz 河進(jìn)行的實(shí)際測(cè)量。

現(xiàn)場(chǎng)所獲取的數(shù)據(jù)

上圖顯示是處理以后的數(shù)據(jù)，從右往左分別是河流水體的透光度（類(lèi)似于濁度儀法測(cè)量）、河流流速、泥沙濃度和泥沙 的粒度分布。泥沙濃度圖上的紅色圓圈是美國(guó) USGS 工作人員采用人工物理方法采集到的泥沙烘干秤重以后的實(shí)際濃度。

這些數(shù)據(jù)非常直觀(guān)的顯示出了濁度傳感器無(wú)法建立同真實(shí)濃度之間的關(guān)系曲線(xiàn)，第四個(gè)圖顯示的是河流剖面的泥沙尺寸 分布，粒徑 φ6 在河流中有著非常好分布，并且河流泥沙的粒徑隨著深度的增加而變得粗糙。

泥沙濃度剖面

從左往右分別為 0.2m，0.7m，1.1m，1.6m，2m，2.4m，2.8m 深度的不同粒徑等級(jí)的濃度變化，注意隨著深度的增加 濃度逐漸變大而且泥沙的顆粒逐漸變粗，而且發(fā)生了間歇性的再懸浮現(xiàn)象

粒徑縱剖面和濃度關(guān)系曲線(xiàn)

左邊的圖顯示的是四種不同尺寸的粒子濃度隨深度變化的曲線(xiàn)。可以明顯地看到隨著深度的增加大尺寸的粒子也開(kāi)始增加，符合河流泥沙分布理論。垂直梯度可以用來(lái)計(jì)算摩擦速度(u*)。右側(cè)的圖顯示了通量或者說(shuō)是單位深度上的泥沙的輸送，另外，在該圖上混合均勻的沖刷搬運(yùn)泥沙（藍(lán)色線(xiàn)）有別于懸沙，這些細(xì)節(jié)在以往從來(lái)沒(méi)有被獲得過(guò)。

其他可以獲得信息

有了這些高分辨率的尺寸分布文件，用戶(hù)可以去完成，諸如：

-     時(shí)間序列測(cè)驗(yàn)，而獲取完整時(shí)間軸上的不同尺寸泥沙的脈動(dòng)。這些可以用來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究或者水利學(xué)建模。

-     全斷面的不同頻率的聲學(xué)后向散射的研究

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主要應(yīng)用

該儀器不光可以進(jìn)行詳細(xì)的科學(xué)研究，而且還可以提高水庫(kù)、水電站入水口的沉積管理，還可以進(jìn)削沙管理等。

上圖是美國(guó) USGS 在美國(guó)華盛頓州 Puyallup 河做的另外一個(gè)野外試驗(yàn)，可以看出(i) 越靠近河床底部泥沙顆粒越大; (ii) 越靠近河床底部泥沙含量越高(iii) 同步使用的紅外濁度儀沒(méi)有任何的結(jié)果變化（原因是 OBS 對(duì)于大尺寸粒徑的粒子反應(yīng)不敏感）。