基于图像的沙含量测试技术研究文献综述

 2022-11-23 11:11

文 献 综 述

1 研究的背景和意义

我国是一个多沙河流国家,泥沙问题较为突出。三峡水库运行期来沙情况关系到水库使用寿命和重庆的防洪安全。因此自投入运行以来,相关部门对水库来沙情况进行了持续观测。三峡水库上游干支流有金沙江(上游干流)、乌江、嘉陵江、岷江、横江等,为了探索入库泥沙年度总量、年际变化规律以及各支流占比组成,做好三峡水库泥沙预报,在乌江武隆水文站、嘉陵江北碚水文站、岷江高场水文站、横江横江(二)水文站观测断面,开展泥沙观测。水体泥沙含量的测量,在水利水电工程建设、水文观测预报、工业取水等方面,是一个十分重要的问题。一直以来上述各观测站采用取样称重法观测断面输沙情况,传统上含沙量测量是采用取样称重的方法:取一定体积的具有代表性的样品,经过预处理,然后烘干、称重,即可求知含沙量。这种方法在很大程度上取决于所取样品的代表性,而且操作过程繁杂,费时费力,不能快速测定含沙量。传统方法虽然经典,但不便于过程的连续,实时检测。难以满足泥沙预报的需要,探索一套快速测沙方法势在必行。

2 方案原理

2.1 浊度计测量原理

文献[10-12]指出光学后向散射浊度计(Optical Back Scattering 简称 OBS )是一种光学测量仪器,它通过接收红外辐射光的散射量监测悬浮物质,然后通过相关分析,建立水体浊度与泥沙浓度的相关关系,进行浊度与泥沙浓度的转化,得到泥沙含量。这种方法,操作简单,能够快速,实时,连续测量。适用于水体含沙量波动较大的潮汐河口,沿海悬浮泥沙的监测。

测量原理:OBS 浊度计的核心是一个光学传感器。众所周知,光线在水体中传输,由于介质作用会发生吸收和散射,根据散射信号接收角度的不同可分为透射,前向散射(散射角度小于90°),90°散射和后向散射(散射角度大于90°)。从理论上讲监测任一角度的光线散射量均可测量浊度,如图1。散射浊度计主要是监测散射角为140°~ 160°之间的红外光散射信号, 此间散射信号稳定。之所以选择红外光线是因为红外辐射在水体中衰减率较高,太阳中的红外部分完全被水体所衰减,这样OBS 发射光束不会受到强干扰,图 2 清楚地显示出水体的体积散射特征,散射角度和悬浮物质的变化情况。图中表明了三种特征。第一,散射率随散射角度增大而减小;第二,在后向散射范围内散射率比较稳定;第三,在后向散射接收范围内无机物质的散射强度明显大于气泡和有机物质。

图 1  光学散射示意图 图 2  散射强度与散射角度特征图

2.2浊度计结构

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