[发明专利]一种水质成分吸收系数和散射系数的测量方法

摘要

本发明涉及水质成分吸收系数和散射系数的测量方法，本发明用光谱仪检测不同水深时穿透玻璃缸体的平行光且由标准板反射的透射光的辐照度，得到杂质消光系数，再结合待测水体的出水反射率、杂质质量‑体积浓度等参数通过辐射传输方程及杂质消光系数方程计算出水质成分吸收系数及散射系数。采用本发明得到的测量结果与自然水体中杂质的实际情况重合度相符，用于水质定量遥感及水质光学方法分析时精度较高；同时，本发明的方法适用于对包括极细粒成分和分子态的杂质在内的所有光活性杂质成分的水体，为解决现有技术检测水体范围较窄的问题提供了新的思路。

主权项

1.一种水质成分吸收系数和散射系数的测量方法，其特征在于，包括以下步骤完成：S1通过光谱仪实地测量待测水体的辐亮度L(θ)及水平放置的标准板的辐亮度L0，并计算待测水体水面在散射角θ时的出水反射率Rw(θ)；其中：L(θ)为光谱仪探头轴线在与太阳光线夹角为θ的方向测量得到的水体辐亮度；L0为标准板辐亮度；R0为标准板反射率；S2在待测水体所在地采集水样，通过水体消光系数测量装置测量待测水体消光系数k，以及杂质消光系数ks，并分析得到水样的杂质质量‑体积浓度D；所述水体消光系数测量装置，包括：玻璃缸，用于盛装待测水体，所述玻璃缸包括高透玻璃制成的平面底壁；水深探测单元，用于监测玻璃缸内的待测水体深度；水深调节单元，用于向玻璃缸内注入或抽走待测水体；其中，水深调节单元包括注水模块、抽水模块、微处理器和指令输入模块，所述注水模块、抽水模块、水深探测单元、指令输入模块均与微处理器连接，微处理器根据指令输入模块输入的目标深度值及水深探测单元反馈的当前深度值控制注水模块或/和抽水模块改变玻璃缸内的水深；光源，设置于玻璃缸上方，用于沿竖直方向向玻璃缸内投射平行光；标准板，设置于玻璃缸下方，用于反射平行光穿透玻璃缸后的透射光；所述光谱仪，用于检测标准板所反射透射光的反辐射亮度，所述光谱仪包括光线探头，所述光线探头的探测口朝向标准板被透射光照射的区域；水体消光系数的测量包括以下步骤完成：S21向玻璃缸内加入待测水体至当前批次设定水深hn；S22通过光源向待测水体投射平行光，所述平行光穿透玻璃缸底壁并投射于标准板；S23标准板反射投射其上的透射光，光谱仪的探头接收透射光经标准板的反射的光线，并测量得到当前反辐射亮度Ln，反辐射亮度为：其中：E0为入射光光源的辐照度，Tws为水表面透过率，Tg为玻璃缸的透过率，Rb‑标准板的反射率；S24通过水深调节单元改变玻璃缸内的水深至当前批次设定水深hm，重复步骤S22‑S23，得到当前反幅射亮度Lm；S25将任意两个批次测量的反射幅亮度Ln、Lm相除，得到待测水体消光系数为：S26基于纯水消光系数kw及上一步骤得到的待测水体消光系数k求取杂质消光系数为：ks＝k‑kw   ④其中:kw为纯水消光系数，ks为杂质消光系数；S3基于步骤以1及步骤2得到的出水反射率Rw(θ)、杂质质量‑体积浓度D、及消光系数k，通过辐射传输方程及杂质消光系数方程计算水质成分吸收系数αs和水质成分散射系数βs：辐射传输方程为：消光系数方程为：ks＝D(βs+αs)   ⑥进而得到水质成分散射系数，及水质成分吸收系数如下：水质成分散射系数为：水质成分吸收系数为：其中：Rw(θ)为水面出水反射率，βw为纯水散射系数，Pw(θ)为水散射相函数，βs为水质成分散射系数，P_s(θ)为杂质散射相函数，kw为纯水消光系数，ks为杂质消光系数，D为杂质质量‑体积浓度，αs为水质成分吸收系数。