[发明专利]用于确定液体中悬浮物负荷浓度的方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及对液体中的悬浮物负荷浓度进行量化的领域，并且更具体地涉及对处于高浓度的悬浮物负荷进行量化的领域。

背景技术

知道各种敞开的流道中的悬浮沉积物的量是经济上且环境上有益的。当然，在水中运输的颗粒以及附着到其上的污染物是物理、化学和生物损伤的原因。沉积物是影响全世界众多国家的最普遍的污染物之一。敞开明渠流的管理和环境保护需要定量地确定水中悬浮物负荷的量。另外，液体中的悬浮物负荷浓度可以随时间而变化。用于确定悬浮物负荷的传统重量分析技术依赖于样品的直接人工采集并且受众多限制（诸如没有连续监控，依赖于场地通达度、气候条件）影响。存在许多不同的替代方法来用实验方法确定水中的悬浮物负荷的浓度（诸如声学反向散射、块状光学（浊度）、激光衍射、压差、振管（Gray等人，Water Resources Research，2009，45，WooD29））。

在一些条件下，尤其是当悬浮沉积物浓度高时，当前方法可能完全无效或者非常难以实施。通常，当悬浮物负荷的浓度小于0.5%的体积浓度时，已知的方法适于确定悬浮物负荷的低浓度，而当浓度更高时则已知的方法是不适合的。为了避免信号饱和，将需要基于光学的方法（诸如吸光测定法或浊度测定法），在这些浓度下，光学测量长度如此短以致其失去表示实际系统的任何能力。在高悬浮物浓度下，也能出现测量数据的精确度和可靠性的问题。这在现场应用中是特别显著的，在现场应用中，数据读数可能受悬浮物的自然成分（典型地在粒度分布或粒子灰度特性变化的形式下）的影响。后者的缺点在基于浊度的方法中被很好地证明，并且还影响测量的其它原理（Gray等人，Water Resources Research，2009，45，WooD29）。除此之外，紊流状况通常形成难以解释的信号噪声。

US6,687,643公开了用压力传感器测量液体的密度的传感器。所述传感器测量液体中由固定距离限定的两个分开的位置处的压力。装置还包括温度传感器。

现有的用于监控悬浮沉积物浓度的密度法基于压差监控。该差动技术在用于确定玻璃微球的悬浮液的质量浓度的实验室条件下显示出良好精确度（Lewis等人，J.Environ.Qual.，1999，28，1490-1496）。在现场条件下，该技术被试验用来测量水-沉积物混合物的密度（Larsen等人，Proc.Of the 7^th Federal Interagency Sedimentation Conference，2011）。由于由紊流引起的高噪声水平而难以解释获得的信号。Tollner和共同完成人（Tollner等人，J.Hydraul.Eng.，Dec2005，1141-1144）确认了，基于压差测量监控悬浮沉积物浓度在现场条件下仍不可靠，在现场条件下存在河床形成运动和大的沉积物体。压力测量的上部点需要必须在所有情况下保持浸入的事实还阻止了在以显著的水深变化为特征的环境中（诸如河中）令人满意地实施差动方法。除此之外，选择太有限范围的两个压力传感器之间的竖直距离（目的在于防止上述问题发生）不可避免地具有使得信号的质量和代表性显著变差的影响。

当前的压差方法不能估计河的整个深度的悬浮物负荷浓度，这能导致在整个深度中悬浮物负荷浓度发生空间变化的情况下真实的悬浮物负荷浓度的不精确测量和不确定性。用于悬浮沉积物测量的所有现有方法都遭受一些限制并且不存在用于在所有流动和沉积物运输条件下通用的监控技术。

作为示例，在专利申请EP1167947中，披露了一种压差测量方法。液体的平均密度的测量基于两个浸入的压力传感器之间的压差读数。两个传感器需要被浸入水中。上部传感器必须始终被浸没。另外，压力传感器测量水深的选择的且有限的距离中的压差。这内在地限制了压差方法的灵敏度，这是因为考虑了重流体的有限重量。太局部地测量还降低了信号的代表性，这是因为重粒子的紊流再悬浮是已知的非常空间不均匀的过程。通过这样的方法，真实的悬浮物负荷在水的整个深度中未被估计，并且通常存在于流中的紊流团的噪声特征严重地影响测量的质量和代表性。

悬浮物负荷的压差测量在现场条件下也是不可靠的，在现场存在河床形成运动和大的沉积物体。

需要精确且可靠的数据，以量化液体的整个深度中的悬浮物负荷含量。

发明内容