T∕CI 1104-2025 海水 悬浮物的测定 浊度计法

ICS07.060CCSN51团体标准Seawater—determinationofsuspendedsubstance—turbidimetr2025-08-01发布2025-08-01实施IT/CI1104—2025前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14测量原理 24.1透射 24.2散射 35监测条件 36监测要素 36.1浊度 36.2深度 37监测层次 38仪器设备 48.1浊度计 48.2激光衍射粒度仪 58.3悬浮物采样设备 59监测步骤 59.1监测准备 59.2监测仪器投放与回收 59.3注意事项 510模型建立 610.1率定 610.2验证 611数据处理 7附录A（资料性）悬浮物物理特性对悬浮物浓度（浊度计法）测 8 9 附录D（规范性）3σ准则剔除粗大误差方法 T/CI1104—2025本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院）提出。本文件由中国国际科技促进会归口。本文件起草单位：浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院）、浙江省水文管理中心、杭州国海海洋工程勘测设计研究院有限公司、三门县水利局、中国计量大学、国科联盟（北京）国际信息科学研究院。本文件主要起草人：周小峰、许开平、王智罡、陈燕萍、顾重武、王蓓卿、孙志俊、杨自强、王维、叶小凡、孙海平、程晓明、郭泽琳、蔡晓明。本文件为首次发布。1T/CI1104—2025海水悬浮物的测定浊度计法本文件描述了用浊度计法测定海洋悬浮物浓度的方法。本文件适用于近岸、近海、远海和大洋海域的悬浮物自动监测。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T12763.2—2007海洋调查规范第2部分：海洋水文观测GB/T12763.8—2007海洋调查规范第8部分：海洋地质地球物理调查GB17378.4—2007海洋监测规范第4部分：海水分析NB/T31029—2019海上风电场工程风能资源测量及海洋水文观测规范T/CAOE42—2021海洋底质调查技术规程T/CI389—2024河流悬移质泥沙自动监测技术规程ISO7027.1—2016水质浊度的测定第1部分：定量方法（Waterquality—Determinationofturbidity—Part1：Quantitativemethods）ISO11657—2014水文测验河流和运河中悬移质泥沙采用替代技术对悬移质泥沙浓度进行测量（Hydrometry—Suspendedsedimentinstreamsandcanals—Determinationofconcentrationbysurrogatetechniques）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1悬浮物suspendedsubstance水体中的有机和无机颗粒态物质。3.2浊度turbidity由于水体中悬浮物的存在使透明度降低的程度，是水体光学性质的一种表达。3.3浊度计turbidimeter利用光透射或散射（或两者兼用）的方法测量水体浊度的仪器。2T/CI1104—20253.4激光衍射粒度仪laserparticlesizemeter激光照射到颗粒样品后，发生衍散射现象，散射角与颗粒直径成反比关系，散射光的能量分布与颗粒直径的分布直接相关，通过测量散射光的能量分布得到颗粒直径分布的仪器而为激光衍射粒度仪。4测量原理4.1透射如图1a）所示，光源与光电探测器相对放置，距离为l。光源发出强度为lo的准直光束。测量体积中悬浮物通过吸收和散射降低光束强度，从而导致光电探测器信号减弱。根据比尔-朗伯（Beer-Lambert）定律，光电探测器信号lt与悬浮物浓度c之间存在相关关系，该关系由式1表示：lt=loe-kcl………（1）式中：lt——光源通过距离为l、悬浮物浓度为c的水体后的透射光强度；lo——发射光源的入射强度；k——一个常数，取决于悬浮物、水和仪器的特性；l——光源与光电探测器间距离。悬浮物物理特性对透射式浊度计测量悬浮物浓度具有重要影响，详见附录A。透射式浊度计常用于低悬浮物浓度（通常＜1000mg/L）海域的监测。注：透射式浊度计测量体积为光源与光电探测器间的柱状区域，散射式浊度计测量体积为发射光束和接收光束交图1光学透射法和散射法基本原理3T/CI1104—20254.2散射如图1b）所示，光源与光电探测器以相对角度φ放置，光电探测器接收测量体积中悬浮物散射的一部分光。根据米氏（Mie）散射理论，光电探测器信号ls与悬浮物浓度c存在相关关系，该关系由式2表示：ls=k3loce-k2c……（2）式中：lo——发射光源的入射强度；k2——一个常数，取决于悬浮物、水和仪器的特性；k3——校准系数，取决于仪器的几何形状、悬浮物物理特性、光的波长和传输距离。悬浮物物理特性对散射式浊度计测量悬浮物浓度具有重要影响，详见附录A。散射式浊度计常用于高悬浮物浓度（通常≥1000mg/L）海域的监测。5监测条件采用浊度计法进行海洋悬浮物浓度自动监测，应对下列监测条件进行调查了解：a）监测区域悬浮物粒度特征及潮周期变化情况；b）监测区域憩流时段悬浮物絮凝情况；c）监测区域悬浮物浓度量级及潮周期变化情况；d）监测区域悬浮物浓度是否在监测仪器测量范围内；e）监测区域是否有非自然光直接严重干扰传感器；f）分析监测区域水质情况，判断水质是否属于重度污染、油性污染等。6监测要素6.1浊度监测单位为NTU、FTU、FAU或FNU，关于浊度计量单位的说明见附录B，准确度为±2%（F.S）。6.2深度包括现场水深和仪器沉放深度，监测单位为米（m准确度为±2%。7监测层次监测层次应按实测水深进行分层，并符合表1的规定。注：当实测水深小于等于50m时，监测层次参照NB/T31029—2019中表4.4.5的规定；当实测水深大于50m4T/CI1104—2025表1标准监测层次单位：mD≤2———5D＞200注2：底层的规定如下：当50m＜D≤200m时，底层离底的距离为水深的底层离底的距离，根据水深测量误差、海浪状况、船只漂移情况和海底地形特征综合考虑，8仪器设备8.1浊度计参照ISO11657—2014中6.2的规定，对浊度计进行分类。a）透射式浊度计（Transmissometer利用光学透射法测量水体浊度的仪器，光源与光电探测器相对放置，光电探测器测量透射光强，即未被悬浮物散射和吸收的部分，通过测量透射光的强度来量化水体中悬浮物浓度。b）散射式浊度计（Nephelometer利用光学散射法测量水体浊度的仪器，在悬浮物物理特性不变的情况下，光电探测器接收的散射光强与测量体积中悬浮物浓度成正比关系。根据光源与光电探测器的相对放置角度φ,散射式浊度计可分为两大类：1）浊度计（TurbidityMeter）的光电探测器通常测量90°或前向散射角度的光强；2）光学后向散射（OpticalBackscatter，OBS）仪器的光电探测器测量后向散射光强，光源与光电探测器的相对放置角度为25°左右，并具有小测量体积（取决于悬浮物浓度）。T/CI1104—20258.2激光衍射粒度仪可选用现场或室内激光衍射粒度仪进行悬浮物粒度分析。8.3悬浮物采样设备悬浮物采集一般使用横式采水器、南森采水器或分层采水器等，根据监测区域水深选择合适的采样设备，或根据监测任务具体要求确定。9监测步骤9.1监测准备监测前应做以下准备：a）对仪器、下放架、绞车、吊挂装置和通信设备进行全面检查；b）仪器投放前应先测量现场水深，测量方法应符合GB/T12763.2—2007中4.8的规定；c）实时显示和自容式仪器工作时，采样时间间隔宜为仪器最小采样时间间隔；d）仪器电缆接口处应确保水密。9.2监测仪器投放与回收监测仪器投放与回收应符合以下要求：a）投放前打开仪器的工作电源；b）下放时入水位置应避开机舱排污口或其他污染源；c）下放深度应根据现场测量的水深确定，避免仪器触底；d）对于实时显示的仪器，仪器沉放深度通常由仪器本身所配压力传感器测得，保证仪器在各监测层次采集不少于10组观测数据，对于自容式仪器，仪器沉放深度参照钢丝绳测现场水深的方法进行测量，保证仪器在各监测层次采集不少于10组观测数据，并记录仪器在各监测层次监测开始和结束时间；e）下放速度应控制在1.0m/s，并在监测过程中保持稳定，若船只摇晃剧烈，应增大下放速度，但不宜超过1.5m/s；f）监测完毕，宜以1.0m/s的速度回收仪器；g）仪器回收至接近水面时，应停留于水下至仪器旋转、摆动微弱或停止后提出水面；h）当海况恶劣时，应将仪器停留在海面以下5m左右处，观察船只摇晃规律，待船只处于平衡状态时迅速回收仪器；i）仪器回收至甲板后，应关闭工作电源；j）填写监测工作记录表（见附录表C.1）。9.3注意事项海洋悬浮物浓度监测过程中应注意以下几点：a）监测前全面检查所用船只及仪器设备；b）监测前测试仪器电压，确保满足监测时段内的供电需求；6T/CI1104—2025c）监测前校准仪器内部时间；d）监测前仪器应在水面以上进行压力校准；e）监测所用仪器设备应满足悬浮物浓度监测技术要求，并在检定或校准有效期内；f）多站位悬浮物浓度同步监测时，宜采用相同类型的仪器，若选用不同类型的仪器，应对不同类型仪器分辨率及测量结果的一致性进行比对；g）每次测量前、后，仪器宜进行期间核查或用同准确度等级的其他仪器进行现场比对；h）每次测量前、后，宜采用Formazine浊度标准监测仪器漂移情况；i）监测数据应在每次测量完成后立即下载，存储并分析原始数据，采用3σ准则处理各监测层次数据，方法见附录D，若发现数据异常，宜立即补测；j）利用监测船进行海上仪器投放和回收时，应在迎风舷作业；k）与海水直接接触的仪器设备回收后应立即用淡水冲洗干净，并定期做维护保养；l）仪器传感器应避免暴晒和碰撞。10模型建立10.1率定浊度计率定应符合以下要求：a）用于率定分析的悬浮物样品应覆盖整个浊度监测范围，可在涨急、涨憩、落急、落憩时段水体表层至底层采集，悬浮物采水量应符合GB/T12763.8—2007中6.1.4的规定，可根据需要增加采样频次，悬浮物采样应与仪器测量同步，并记录采样时间；b）悬浮物粒度分析可选用现场或室内激光衍射粒度仪，采用现场激光衍射粒度仪应参照T/CAOE42—2021中8.3的规定，采用室内激光衍射粒度仪应参照GB/T12763.8—2007中6.3.2.3的规定，粒级划分应符合GB/T12763.8—2007中附录A的规定；c）悬浮物浓度分析方法应符合GB17378.4-2007中第27章的规定；d）悬浮物中值粒径（D50）相差小于或等于5μm时，可将所有的悬浮物浓度（重量法）分析数据与浊度计监测数据进行相关分析，否则应将粒度特征相近样品的悬浮物浓度（重量法）分析数据归类，并与相应的浊度计监测数据进行相关分析；e）悬浮物浓度（重量法）分析数据与浊度计监测数据的相关关系，在浊度计线性响应区可使用一次单项式或一次多项式表示，在浊度计非线性响应区可使用二次多项式表示；f）填写仪器率定记录表（见附录表C.2）。10.2验证浊度计率定关系的验证应符合以下要求：a）用于验证的悬浮物样品，可在整点时刻水体中层采集，采水量应符合GB/T12763.8—2007中6.1.4的规定，可根据需要增加采样频次，悬浮物样品采集应与浊度计测量同步，并记录采样时间；b）用于验证的悬浮物粒度样品，可选用现场或室内激光衍射粒度仪分析，采用现场激光衍射粒度仪应参照T/CAOE42—2021中8.3的规定，采用室内激光衍射粒度仪应参照GB/T12763.8—2007中6.3.2.3的规定，粒级划分应符合GB/T12763.8—2007中附录A的规定；T/CI1104—2025c）用于验证的悬浮物浓度样品，分析方法应符合GB17378.4—2007中第27章的规定；d）根据相应的率定关系将水体中层浊度计监测数据转化为悬浮物浓度，并与悬浮物浓度（重量法）分析数据比对，相对误差应在±10%以内；e）填写模型验证记录表（见附录表C.3）。11数据处理监测数据应按如下方法处理：a）根据相应的率定关系将浊度计测量数据转化为悬浮物浓度，并对转化后的数据进行备份，记录数据存储路径；b）率定关系线延长使用应符合T/CI389—2024中7.6.5的规定，一次单项式或一次多项式外延部分不超过20%，二次多项式外延部分不超过15%；c）填写数据处理记录表（见附录表C.4）。8T/CI1104—2025（资料性）悬浮物物理特性对悬浮物浓度（浊度计法）测量的影响A.1总则悬浮物物理特性，如粒径、形状和物质组成，对水体光学特性有重要影响，其中一些特性对于评估本文件中描述的悬浮物浓度（浊度计法）测量的准确度和精密度至关重要。本文件中描述的悬浮物浓度（浊度计法）适用于悬浮物粒径分布、形状和物质组成相对稳定的海域。A.2粒径悬浮物粒径对于光学透射法和散射法测量悬浮物浓度至关重要，因为粒径从根本上反映了颗粒表面积，海洋悬浮物的粒径范围大（0.1μm～1000μm10μm颗粒克重的表面积是100μm颗粒克重的10倍。悬浮物粒径大于光波波长时，随着悬浮物粒径增大，光学透射法和散射法测量灵敏度逐渐降低。例如，对于黏土4μm）和粉砂（4μm～63μm）而言，光学后向散射（OpticalBackscatter，OBS）仪器通常在浓度低于约2000mg/L时呈现线性响应；而对于砂（63μm～2000μm）来说，则是低于约10000mg/L。悬浮物粒径与海洋水动力情况息息相关。一般情况下，水动力越强，更多的粗颗粒沉积物发生再悬浮，水体中悬浮物粒径普遍增大；相反，当水动力减弱时，水动力不足以维持粗颗粒悬浮物悬浮，粗颗粒悬浮物沉降到床面，水体中悬浮物粒径普遍减小。因而，在潮周期内，悬浮物粒径会随着水动力的强弱更替而变化，浊度与悬浮物浓度的率定关系也随水动力的强弱更替而变化。在黏性细颗粒环境中，使用浊度计测量和反演水体悬浮物浓度时，必须考虑絮凝作用。如果要获得精确的反演结果，应该绘制不同水动力条件下的率定曲线。A.3形状米氏（Mie）散射理论假设颗粒为球形，然而在自然界中，这种形状并不常见。对于透射式浊度计（transmissometer）和测量90°或前向散射角度浊度的浊度计（turbidityMeter颗粒形状的影响较小。对于测量后向散射角度浊度的光学后向散射（opticalbackscatter，OBS）仪器，颗粒形状的影响较大。在体积相同的情况下，球形颗粒散射能力最弱，不规则立方体居于中间，而板状颗粒因其较大的表面积而产生最大的散射效应。海洋悬浮物形状随着粒径增大而趋向多样化。在实际应用中，由于自然混合矿物-有机物悬浮物中可能存在各种不同形状，因此评估颗粒形状的影响相当困难。A.4物质组成有机颗粒的密度低于矿物颗粒，在给定质量的情况下，有机颗粒总散射面积更大。矿物颗粒的光散射效率与孟赛尔（Munsell）明度呈正相关关系，在矿物粒径、形状和浓度相同的情况下，浊度随矿物颗粒明度值的增大而增大。例如，光学后向散射（OpticalBackscatter，OBS）仪器在10μm磁铁矿（低明度）颗粒悬浮液中测量的浊度值大约是在相同粒径、形状和浓度的方解石（高明度）颗粒悬浮液中测量的浊度值的1/10。有机和矿物颗粒以及明与暗矿物颗粒的比例随时间的变化会导致浊度的明显变化。9T/CI1104—2025（规范性）浊度计量单位采用ISO7027.1—2016中5.2规定的Formazine浊度标准中使用的“度（Unit）”作为浊度计量单位。按照不同测量方式，主要有下述以Formazine标准液为计量标准确定的常用浊度单位：a）NTU（NephelometricTurbidityUnit）——光散射浊度单位；b）FTU（FormazineTurbidityUnit）——Formazine浊度单位；c）FAU（FormazineAttenuatedUnit）——Formazine光衰减测量单位；d）FNU（FormazineNephelometricUnit）——Formazine光散射测量单位。这些单位之间的换算关系：1NTU=1FTU