《光學(xué)含沙量測量儀率定規(guī)范》

ICS號

中國標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CHESXXXX—XXXX

光學(xué)含沙量測量儀率定規(guī)范

CalibrationStandardofOpticalSedimentConcentrationApparatus

（征求意見稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國水利學(xué)會發(fā)布

T/CHESX-2019

光學(xué)含沙量測量儀率定規(guī)范

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光學(xué)含沙量測量儀率定通用性要求、率定方法、數(shù)據(jù)分析及評估、率定結(jié)論等方面的內(nèi)

容。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于光學(xué)含沙量測量儀的率定，以建立儀器輸出數(shù)據(jù)與水體含沙量的相關(guān)關(guān)系。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改單）適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

GB/T500095水文基本術(shù)語和符號標(biāo)準(zhǔn)

GB/T50159-2015河流泥沙懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范

GB/T26497-2011電子天平

GB/T30435-2013電熱干燥箱及電熱鼓風(fēng)干燥箱

SL07-2006懸移質(zhì)泥沙采樣器

SL42-2010河流泥沙顆粒分析規(guī)程

3術(shù)語、定義、符號及單位

3.1術(shù)語及定義

3.1.1光學(xué)含沙量測量儀OpticalSedimentConcentrationApparatus

利用入射光強(qiáng)與透射光強(qiáng)或散射光強(qiáng)之間關(guān)系進(jìn)行水體含沙量測量的儀器。

3.1.2含沙量SedimentConcentration

單位體積的水樣中挾帶干泥沙的質(zhì)量，單位是kg/m3或g/l。

1

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3.1.3濁度Turbidity

水中懸浮物對光線透過時所發(fā)生的阻礙程度。單位是NTU或FNU、FTU。水質(zhì)分析中規(guī)定：1L水中含

有1mg二氧化硅（或白陶土、硅藻土）所構(gòu)成的濁度為一個標(biāo)準(zhǔn)濁度單位，簡稱1度（NTU）。

3.1.4水樣背景WaterSampleBackgroundValue

水樣中除泥沙等固體顆粒之外對濁度產(chǎn)生影響的因子統(tǒng)稱為水樣背景，固體顆粒沉降后的液體濁度表

征水樣背景，單位是NTU或FNU、FTU。

3.1.5透光率LightTransmittance

透過水樣的光通量與入射光通量的百分比，單位是%。

3.1.6模型沙ModelSediment

實驗室內(nèi)用于模擬天然泥沙運動的固體顆粒，包括木屑、塑料顆粒、粉煤灰等類型。

3.1.7轉(zhuǎn)速RotateSpeed

單位時間內(nèi)攪拌器葉片繞軸轉(zhuǎn)動的次數(shù)，單位是r/s或r/min。

3.2名稱、符號及單位

本標(biāo)準(zhǔn)給出的名稱、符號及單位見表3-1。

表3-1名稱、符號及單位

序號名稱符號單位

1含沙量Skg/m3、g/l

2濁度TNTU、FNU、FTU

3粒徑Dmm、μm

4顆粒級配GC%

5水樣背景WTNTU、FNU、FTU

6透光率LT%

7轉(zhuǎn)速Rsr/s、r/min

8容重N/m3

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3

9泥沙干容重sN/m

4通用性要求

通用性要求規(guī)定光學(xué)含沙量測量儀、率定設(shè)備、人員、工作環(huán)境及其它為滿足率定實驗應(yīng)達(dá)到的條件。

4.1含沙量測量儀

儀器外觀及自檢信息等應(yīng)符合以下要求：

（1）傳感器表面干凈整潔，無雜質(zhì)、污物及微生物等附著；

（2）部件無過壓損壞；

（3）儀器密封良好，干燥劑正常；

（4）儀器電池?zé)o漏液、膨脹或破裂現(xiàn)象，線路無損壞；

（5）數(shù)據(jù)接口硬件正常，信號輸出正常；

（6）儀器自檢信息正常。

4.2率定設(shè)備

率定設(shè)備包括粒度分析儀、攪拌裝置、電熱干燥箱、電子天平、量筒及抽濾裝置等。

4.2.1粒度分析儀

粒度分析儀用于測定泥沙顆粒粒徑及級配，應(yīng)符合《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》（SL42-2010）有關(guān)要

求。顆粒分析篩還應(yīng)滿足以下要求：

（1）篩框規(guī)格

宜采用直徑為90mm的篩框。

（2）篩孔形狀

篩孔宜為圓孔。

（3）篩網(wǎng)材質(zhì)

不應(yīng)采用金屬材質(zhì)。

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4.2.2攪拌裝置

攪拌裝置用于形成均勻穩(wěn)定含沙水體，包括攪拌桶及攪拌器。

（1）攪拌桶

①宜采用透明材質(zhì)；

②宜為圓柱體；

③直徑應(yīng)不小于測量探頭的5倍，并應(yīng)大于30cm；

④水深應(yīng)不小于30cm。

（2）攪拌器

①宜采用機(jī)械式攪拌器；

②攪拌器轉(zhuǎn)速應(yīng)可調(diào)節(jié)，攪拌轉(zhuǎn)速與泥沙濃度有關(guān)，具體見表4-1。

表4-1攪拌器轉(zhuǎn)速與水體含沙量關(guān)系表（轉(zhuǎn)速為下限參考值）

模型沙天然沙

含沙量

D50<0.2mmD50≧0.2mmD50<0.2mmD50≧0.2mm

（g/L）（r/min）（r/min）（r/min）（r/min）

<0.5607585100

0.5/p>

1~285100115140

2~390110120145

3~495115125150

4~5100120130155

5~6105125135160

6~7110130140170

7~8115140145175

8~9120145150180

9~10125150155185

4.2.3電熱干燥箱

電熱干燥箱用于烘干泥沙樣品。

（1）電熱干燥箱放置環(huán)境應(yīng)符合電熱干燥箱及電熱鼓風(fēng)干燥箱（GB/T30435-2013）有關(guān)規(guī)定。

（2）工作溫度宜設(shè)置為100℃~105℃，當(dāng)泥沙樣品為塑料材質(zhì)或易受溫度影響而改變性狀時，工作溫

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度應(yīng)設(shè)置為60℃以下。

（3）泥沙樣品烘至無明顯水跡后，應(yīng)繼續(xù)烘干1小時，切斷電源自然冷卻。

4.2.4電子天平

用于稱量泥沙樣品的質(zhì)量。

（1）電子天平工作環(huán)境、外觀、計量性能、功能應(yīng)符合《電子天平》（GB/T26497-2011）中級電子

天平規(guī)定。

（2）最大稱量質(zhì)量應(yīng)不大于200g。

（3）感量不低于0.1mg。

（4）電子天平處于檢定合格狀態(tài)。

4.2.5量筒

用于測量水樣體積。

（1）容量宜不小于1000mL。

（2）宜采用鋼化玻璃材質(zhì)。

（3）體積讀數(shù)誤差應(yīng)不大于水樣體積的0.5%。

4.2.6抽濾裝置

用于從水沙試樣中分離泥沙等固體顆粒物質(zhì)，包括抽氣泵、漏斗、濾膜及抽濾瓶等。

（1）抽氣泵

①宜采用電動抽氣泵。

②連續(xù)工作時間應(yīng)大于30分鐘。

（2）漏斗

①直徑應(yīng)不小于100mm。

②形狀宜采用圓錐形漏斗。

（3）濾膜

①膜孔宜不大于0.05μm。

②濾膜材質(zhì)宜采用聚四氟乙烯微孔濾膜。

（4）抽濾瓶體積宜不小于1000mL。

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4.3人員

率定實驗人員分為實驗操作員和數(shù)據(jù)記錄校核員。

4.3.1實驗操作員

（1）理解率定實驗基本原理和儀器設(shè)備工作原理，熟悉率定實驗流程、內(nèi)容及方法。

（2）能夠熟練使用粒度分析儀、攪拌裝置、電熱干燥箱、電子天平、量筒及抽濾裝置。

（3）實驗操作員應(yīng)通過技術(shù)培訓(xùn)并保持相應(yīng)培訓(xùn)記錄。

（4）負(fù)責(zé)全面排查消除安全隱患。

4.3.2數(shù)據(jù)記錄校核員

（1）熟悉含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)有關(guān)實驗數(shù)據(jù)記錄表、水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)影響實驗數(shù)據(jù)記錄表。

（2）熟悉率定實驗流程。

（3）監(jiān)督實驗操作員開展率定實驗，當(dāng)發(fā)現(xiàn)儀器或數(shù)據(jù)異常時，應(yīng)停止率定實驗，記錄登記，配合實

驗操作員分析處置。

4.4工作環(huán)境及其它

4.4.1工作環(huán)境

率定實驗環(huán)境應(yīng)滿足儀器設(shè)備正常工作條件要求，保障工作人員安全健康。基本要求有：

（1）率定實驗應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行。

（2）室溫保持在10℃~26℃，濕度保持在20%~70%。

（3）電器設(shè)備安裝應(yīng)符合安全規(guī)定，宜配置穩(wěn)壓器。

（4）儀器設(shè)備應(yīng)有專門的工作空間及存儲空間。

（5）粒度分析儀、電子天平和量筒每年應(yīng)開展至少一次檢定或校準(zhǔn)。

4.4.2其它

（1）率定實驗水樣應(yīng)直接取自待測水體。

（2）率定實驗沙樣應(yīng)直接取自待測水體。

（3）率定實驗時，光學(xué)含沙量測量儀的傳感器應(yīng)布置在靠近攪拌桶中心位置，且距離邊壁應(yīng)不小于

10cm。

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5率定方法

5.1率定內(nèi)容

率定內(nèi)容主要為建立含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)之間關(guān)系，測定水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)的影響程度。儀

器輸出數(shù)據(jù)通常用濁度表示，亦可用電壓信號或電流信號等表示。若待測含沙量泥沙粒徑及級配變化明顯

時，應(yīng)開展泥沙粒徑及級配對儀器輸出數(shù)據(jù)影響試驗。

5.2率定周期

光學(xué)含沙量測量儀每次長期野外測驗前或每年應(yīng)開展一次率定實驗。

5.3率定方案

率定方案內(nèi)容包括含沙量等級確定、率定設(shè)備及水沙樣品準(zhǔn)備及率定流程等。

5.3.1含沙量等級確定

根據(jù)待測水體歷史含沙量資料，確定率定實驗含沙量等級，編制率定實驗方案。

含沙量分為8個等級，各等級含沙量范圍如表5-1所示。

分析待測水體歷史含沙量，估算其含沙量上限和下限，選擇對應(yīng)含沙量等級，實例詳見附錄C。

率定實驗時，每個含沙量等級內(nèi)應(yīng)至少開展8個不同含沙量樣品測定，宜采用等差數(shù)列確定8個含沙

量。

表5-1含沙量分級

等級12345678

范圍（g/l）0~1.01.0~2.02.0~3.03.0~5.05.0~8.08.0~10.010.0-15.015.0-30.0

5.3.2率定設(shè)備及水沙樣品準(zhǔn)備

率定設(shè)備按照4.2通用性要求進(jìn)行配置。水樣收集及處理方法應(yīng)符合《河流泥沙懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范》

（GB/T50159-2015）規(guī)定，收集水樣的量與水體含沙量有關(guān)，要能夠保證表5-1中每個等級的含沙量范圍

中至少有8個樣品。泥沙沉淀后的清水樣應(yīng)收集加蓋保存，避免摻入雜質(zhì)，泥沙樣品應(yīng)干燥后密封，用于

含沙量分級。

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5.3.3率定流程

率定實驗具體流程如圖5-1所示。

水樣收集

提取沙樣提取清水樣

含沙量分級

室內(nèi)率定

不合格

數(shù)據(jù)篩查

合格

數(shù)據(jù)分析

率定報告

圖5-1率定實驗流程

5.4率定過程

正式率定實驗前應(yīng)開展攪拌桶流場穩(wěn)定性測定和評估，當(dāng)認(rèn)定攪拌桶流場不穩(wěn)定時應(yīng)更換攪拌裝置。

測定水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)的影響程度，根據(jù)水樣背景程度，確定率定實驗水體來源。

5.4.1攪拌桶流場穩(wěn)定性實驗

加入食品紅等無污染有色溶解性染料，測定水體在攪拌器作用下流場穩(wěn)定性。技術(shù)方案見附錄A中圖

A.1所示，數(shù)據(jù)記錄表見附錄B中表B.1所示。

流場穩(wěn)定性實驗流程為：

（1）關(guān)閉攪拌器，向攪拌桶中加入純凈水；

（2）水樣靜止10分鐘，記錄含沙量測量儀輸出數(shù)據(jù)，測量次數(shù)不少于5次，間隔時間不小于3秒；

（3）添加食品紅等有色溶解性染料，攪拌均勻，水樣靜止10分鐘，記錄含沙量測量儀輸出數(shù)據(jù)，次

數(shù)不少于5次，間隔時間不小于3秒；

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（4）開啟攪拌器，攪拌時間不低于5分鐘，記錄含沙量測量儀輸出數(shù)據(jù)，次數(shù)不少于5次，間隔時間

不小于3秒；

（5）數(shù)據(jù)分析，評估流場穩(wěn)定性。

分別計算純凈水、有色染料、攪拌狀態(tài)三種條件下讀數(shù)相對誤差ε1、ε2、ε3。

流場穩(wěn)定性偏差：

ε=ε3-ε2-ε1

當(dāng)2%時，流場穩(wěn)定；否則應(yīng)再次實驗，如2%，則應(yīng)更換攪拌裝置。

5.4.2水樣背景影響實驗

原樣水樣對儀器輸出數(shù)據(jù)（濁度）影響記為T1。原樣泥沙和純凈水配制相同含沙量試樣，相應(yīng)儀器輸

出值記為T2。T1與T2差值為水樣背景（WT）。

水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)（濁度）影響實驗技術(shù)方案見附錄A圖A.2，數(shù)據(jù)記錄表見附錄B表B.2。實

驗過程為：

（1）采用原樣泥沙分別和原樣清水、純凈水制備不同含沙水樣；

（2）將原樣清水配制含沙試樣倒入攪拌桶，攪拌時間不少于5分鐘；

（3）記錄儀器輸出數(shù)據(jù)（濁度），測量次數(shù)不少于5次，間隔時間不小于3秒，平均值為總濁度（T1）；

（4）清洗攪拌桶；

（5）將純凈水配制含沙試樣倒入攪拌桶，重復(fù)上述實驗，記錄儀器輸出數(shù)據(jù)（濁度），測量次數(shù)不少

于5次，間隔時間不小于3秒，平均值為泥沙產(chǎn)生濁度（T2）；

（6）再次清洗攪拌桶；

（7）數(shù)據(jù)分析，評估水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)影響。

水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)影響程度：

α=（T1-T2）/T1

當(dāng)1.5%時，水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)影響可忽略，率定實驗含沙試樣可直接由原樣泥沙和純凈水

配制；否則，應(yīng)考慮水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)影響，率定實驗含沙試樣應(yīng)由原樣泥沙和原樣清水配制。

5.4.3含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)關(guān)系率定

含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)（濁度）率定技術(shù)方案見附錄A中圖A.3所示，數(shù)據(jù)記錄表見附錄B中表B.3

所示。根據(jù)5.3.2實驗結(jié)果，選擇原樣泥沙與原樣清水或純凈水配制實驗含沙水樣。

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含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)率定流程為：

（1）根據(jù)5.2確定含沙量等級，在對應(yīng)每個含沙量等級中，按照等差數(shù)列設(shè)定8個含沙量，配制實驗

含沙試樣，依次編號；

（2）按編號順序，將含沙試樣倒入攪拌桶中，攪拌時間不少于5分鐘；

（3）記錄儀器輸出數(shù)據(jù)（濁度），次數(shù)不少于5次，間隔時間不小于3秒；

（4）清洗攪拌桶；

（5）下一編號含沙試樣實驗，重復(fù)上述操作；

（6）數(shù)據(jù)分析，形成率定報告。

6數(shù)據(jù)分析

6.1數(shù)據(jù)篩查

數(shù)據(jù)篩查用于剔除相對誤差偏大的實驗數(shù)據(jù)。

儀器輸出數(shù)據(jù)分別為V1、V2......Vn，(n≧5)，數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值為V。

11n

（）

VV1V2VnVi6.1

nni1

測量結(jié)果相對誤差為：

VV

i100%（6.2）

V

相對誤差大于10%數(shù)據(jù)視為可疑數(shù)據(jù)，可疑數(shù)據(jù)不納入上述計算（計算數(shù)據(jù)個數(shù)不得少于3個），相

對誤差仍大于10%，應(yīng)重新開展相關(guān)實驗。

6.2率定關(guān)系確定

含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系滿足線性函數(shù)關(guān)系。根據(jù)含沙量等級實驗，對每個等級分別確定率定

關(guān)系。

含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)關(guān)系式為：

（6.3）

式中，——含沙量；

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——儀器輸出數(shù)據(jù)；

、——待定系數(shù)。

宜采用WPS表格、Excel程序等繪圖工具繪制直角坐標(biāo)系散點圖，含沙量及儀器輸出數(shù)據(jù)分別作為縱

坐標(biāo)和橫坐標(biāo)，選擇趨勢分析方法，添加線性趨勢線，趨勢線公式即對應(yīng)式（6.3），顯示相關(guān)度。

6.3率定結(jié)果評估

根據(jù)相關(guān)度，評估含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)之間線性函數(shù)關(guān)系的符合程度，各等級下的相關(guān)系數(shù)下

限應(yīng)滿足表6-1的要求。

表6-1不同含沙量等級下含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)之間相關(guān)系數(shù)下限值

濃度等級函數(shù)擬合相關(guān)度下限

10.98

20.96

30.95

40.93

50.92

60.91

70.90

80.85

相關(guān)度下限無法滿足表6-1的要求，應(yīng)重復(fù)5.3.3實驗。如仍無法滿足要求，根據(jù)實驗?zāi)康?，采用?/p>

詢會形式，適當(dāng)調(diào)整相關(guān)度下限。

7率定結(jié)論

根據(jù)數(shù)據(jù)分析給出率定結(jié)論，結(jié)論以報告形式展示，見附錄D，包括泥沙樣品來源、中值粒徑、水樣背

景、率定設(shè)備等信息，直接率定關(guān)系和相關(guān)度。

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標(biāo)準(zhǔn)用詞說明

標(biāo)準(zhǔn)用詞在特殊情況下的等效表述要求嚴(yán)格程度

應(yīng)有必要、要求、要、只有…才允許

要求

不應(yīng)不允許、不許可、不要

宜推薦、建議

推薦

不宜不推薦、不建議

可允許、許可、準(zhǔn)許

允許

不必不需要、不要求

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附錄A

（技術(shù)性附錄）

攪拌桶流場穩(wěn)定性測定實驗如圖A.1所示。

關(guān)閉攪拌器，攪拌桶加入純凈水

水樣靜止，記錄讀數(shù)

添加染料，水樣靜止，記錄讀數(shù)

開啟攪拌器，記錄讀數(shù)

清洗攪拌桶

數(shù)據(jù)分析，評估流場穩(wěn)定性

圖A.1攪拌桶流場穩(wěn)定性測定實驗技術(shù)方案

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T/CHESX-2019

水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)影響實驗技術(shù)方案如圖A.2所示。

用原樣清水及純凈水分別配制含沙水樣

將原樣清水試樣倒入攪拌桶并攪拌

攪拌均勻

記錄儀器讀數(shù)，總濁度T1

清洗攪拌桶

將純凈水試樣倒入攪拌桶并攪拌

攪拌均勻

記錄儀器讀數(shù)，含沙量導(dǎo)致的濁度T2

再次清洗攪拌桶

數(shù)據(jù)分析，評估水樣背景對濁度影響

圖A.2水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)的影響實驗技術(shù)方案

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含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)率定實驗技術(shù)方案如圖A.3所示。

配制不同濃度含沙水樣并編號

將水樣倒入攪拌桶并攪拌

攪拌均勻

記錄儀器輸出數(shù)據(jù)

清洗攪拌桶

將下一個水樣倒入攪拌桶

數(shù)據(jù)分析，形成率定報告

圖A.3含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)率定實驗技術(shù)方案

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附錄B

（資料性附錄）

表B.1攪拌桶穩(wěn)定性實驗數(shù)據(jù)記錄表

時間儀器編號

地點

溶解性染料名稱

實驗操作員記錄校核員

靜止純凈水靜止染料水紊動染料水流場穩(wěn)定性偏差

實驗編號備注

儀器輸出數(shù)據(jù)ε1儀器輸出數(shù)據(jù)ε2儀器輸出數(shù)據(jù)ε3ε=ε3-ε2-ε1

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表B.2水樣背景對儀器輸出數(shù)據(jù)的影響實驗數(shù)據(jù)記錄表

時間儀器編號

地點

水樣來源

水樣描述

實驗操作員記錄校核員

實驗編號含沙量（g/l）水樣背景值儀器輸出數(shù)據(jù)1儀器輸出數(shù)據(jù)2備注

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注：儀器輸出數(shù)據(jù)1為泥沙試樣導(dǎo)致的總濁度；儀器讀數(shù)2為泥沙導(dǎo)致的濁度，二者之差為水樣背景值。

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T/CHESX-2019

表B.3含沙量與儀器輸出數(shù)據(jù)的關(guān)系實驗數(shù)據(jù)記錄表

時間儀器編號

地點

實驗操作員記錄校核員

沙樣來源中值粒徑D50

實驗編號含沙量（g/l）儀器輸出數(shù)據(jù)備注