引言
水体中悬沙浓度是水文调查的重要常规项目。 一方面，由于悬沙浓度直接影响絮凝和沉降作用，对于水体物质的输运、河床冲淤演变具有重要意义。 另一方面，由于悬浮泥沙是水体中污染物迁移的主要载体 ,对水质中可吸附性污染物的时空分布和迁移转化存在显著影响。
悬沙浓度测定有对应的规范 ，目前普遍采用上海昕瑞浊度仪进行现场观测，配合水样的采集，通过序列的浊度值和浓度值进行相关性回归分析，得到相关函数，并借助相关函数对浊度仪里的全部浊度值进行转换 , 得到时空连续的水体泥沙实际含量 ，该方法即为“浊度标定法”。 OBS 准确标定是获取高精度悬沙浓度数据的关键环节。通常分为现场标定与室内标定两种。现场标定需要在 OBS 测量时同步采集相同水层的水样，保证研究对象的一致性。 室内标定可分为悬沙标定法与底沙标定法， 两者均在室内进行配置水样， 以使OBS 测量到不同的浊度值。 悬沙标定法研究的泥沙来自于研究水域中水样的悬浮泥沙， 而底沙标定法则为表层底质。
现场标定的难度和准确性受多种因素影响， 比如现场流速、采样器设计、人工操作等。 同时，由于以沙为主要成分的表层底质与以粉砂为主的悬沙两者间粒径存在较大差别 ，泥沙粒径也是影响 OBS 测量精度的首要因素。即使使用悬沙标定法，因垂向上悬沙粒径存在变化，无法做到室内实验测量与现场测量时的研究对象保持一致，因此标定方法的准确性均有待检验。
跟踪分析珠江三角洲口门悬移质多年、多个测次的大批量数据，发现利用常用瞬时式采样器采集的水样，进行标定时效果偏差，相关系数在 0.2~0.8 之间，且发现有较多异常值，偏差较大。 内河的现场采样标定效果相较河口区域存在明显的改善，但与仪器测试标定结果相比仍然不够理想。 初步推测该类型采样器的结构特点及河口复杂的水动力条件均对标定相关性产生影响。
本文主要通过剖析两种常用瞬时式采样器（竖式和横式）的工作原理，设计实验跟踪分析采样器工作实际情况，试图从采样器结构特点上寻找到影响浊度标定的关键因素，并提供该问题的解决方案。
2 数据来源
2019年， 在珠江河口进行多个航次的水样采集，采样地点和样品数见表 1 。 现场观测时，浊度仪OBS 和竖式采样器挂载在一个支架的同一水平面上，使用在线采集模式，通过绞车获取垂向剖面水体样品。浊度仪在线采集速率为 1Hz ，采用同层位上下 20cm 的多个数据， 利用三倍标准差法剔除异常数据后进行平均，作为该层位样品的 NTU 值。 现场对采集的水样用抽滤法收集悬浮物，并装载 5L 以上浓缩水样回实验室做后续配比标定。
3 实测现象与推测
3.1 采样器工作原理
使用竖式采样器时 , 通过绳缆下放采样器，在此过程中水流的冲击力会冲开采样器的上、下通道门。 下放速度越快，通道门打开角度越大，并借此达到筒内水体和外界的交换。 依据钢丝缆释放的长度或者捆绑的在线式浊度仪，可以确定其所达到的水深，放慢速度、停止、向上回收，借助水体流动方向的改变，封闭通道门，从而采集到指定深度的水样。横式采样器则在下水前借助机械构件让两端通道门保持打开状态，利用绞车钢丝缆释放的长度估计所达到的水深位置。 到达指定水深时，借助重力锤自由落下，击打机械构件，促使采样器通道门闭合。横式采样器依靠重锤击打构件，搭载的仪器无法使用在线模式。 而竖式采样器可以通过浊度仪获取实时水深数据，接近预定水深时，操作人员会减慢绞车的下放速度，直至采样器到达预定采集点。 在这个慢速逼近目标水深的过程中，采样器的通道门由于水流冲击力减小而提前闭合，导致采集到的水样并非目标水深位置的水体。
3.2 河口与内河标定效果差异
对两年12个航次 1126 个水样品悬浮物浓度现场标定实验数据的跟踪调查，发现在河口动力条件比较复杂情况下，使用瞬时式采样器采集的水样进行标定时，相关系数仅在 0.2~0.8 之间，且异常值较多，偏差较大。 内河 11 个全潮 596 个数据标定的相关系数大部分在 0.9 以上。 作为对比，基于不同泥沙形态的底泥，通过室内制作的 20 个批次 510 个浑样，进行昕瑞浊度仪器测试标定，相关系数均在 0.99 以上。可见，内河的现场采样标定效果相较河口区域存在明显的改善，但与仪器测试标定结果相比仍然不够理想。 工作中发现，在提取浊度仪数据 NTU 时，考虑采样器高度是 0.4m ，将采样点的水深数据人为分别减少 0.4 、 0.8 和 1.2m 后，并根据更改后的水深数据去提取对应的浊度值。减少 0.4m 后的标定效果明显改善。由此初步推测标定效果与内河和河口的垂向流态、竖式采样器适用环境的局限相关。
4 实验验证
竖式采样器：由于在抵达预定水深前，操作人员会减慢绞车的下放速度采样器的通道门因此已提前闭合，导致采集的水样并非目标水深位置的水体。以常用的有机玻璃竖式采样器为例 （下端通道门直径 95mm 、厚度 4.3mm ，入水口口径 55mm ，顶部通道门直径 123mm ）， 结合冲击力公式计算可知通道门被水流冲开的速度约为 0.23m/s 。 在深水池做实验，配合搭载深高速水深仪和摄像机，观测数据结果表明，当下降速度 ＜0.2m/s 时，水流无法冲开通道门；当下降速度保持在 0.2~0.4m/s 时，通道门介于不完全打开状态；当下降速度 ＞0.4 m/s 时，则完全打开。 同时发现，竖式采样器在上升过程中，绞车的瞬间减速或者暂停，采样器通道门都会在水流惯性冲击下重新开、闭，导致在采样器上
升过程中，其所封闭的水体与外界发生持续的交换。横式采样器：一般通过绞车读数盘读取水深，在预定层位处下放重锤，击打机械构件，促使采样器闭合，采集对应水深的水样。 因浊度仪在线模式需要电缆实时监测水深数据，在水流作用下，电缆常会与绞车缆绳缠绕，致使重锤无法下落，更可能损坏电缆。因此，配套横式采样器进行测量时只能采用自容模式。 但即使有足够的铅块等重物压载的情况下，在水深较大、流速较急时， 采样器在水流的水平拖曳力作用下仍会有较大偏角 θ, 即横式采样器采集到的水体与浊度仪对应水深的水体不一致。 通过三角函数换算可知，采样器采集的水体比预设水位较浅， 而后处理浊度值只能依据预设水深读取。将浊度值读取水深点分别减少 0.4 、 0.8 和 1.2m ，标定效果明显改善验证了该推测。
4.2 内河与河口的流态差异
在河口地区，水体的流态垂向分布同时受到径流和涨落潮潮流影响，悬沙时空分布差异较大。 以珠江河口内伶仃洋东、西滩为例，表、中和底层水体悬浮物浓度变化区间差异较大，表层和中层浊度数据变化在 10~60 NTU 之间，分布状态接近“单峰”，而底层浊度数据变化区间增大至 110 NTU ， 呈明显的“多峰”状态，且底层出现极大值的概率增加，高浊度值的数据所占比例较大。
5 结论
综上所述， 瞬时式采样器适用环境的局限导致采集水样与浊度仪所测量水体存在偏差， 显著影响悬移质浓度标定相关性。 采集点无法精确控制或无法完全封闭已经采集的水样，成为影响标定结果的重要原因。对于河口地区，由于受潮汐、径流等的影响，流态较为复杂，悬浮物浓度时空分布紊乱，采样器局限所带来的影响会被明显放大。而在内河地区，浓度时空分布比较均匀，该影响较小。 为减少此类影响，建议在进行水样采集时，采用自带水深定位、全自动浊度记录控制的监测采样器，或者使用瞬时式采样器时，注意操作的规范性，并结合实际情况在后续数据使用时进行相应的校正处理。
