芝加哥河的照片被染成绿色。

圣帕特里克节,水文学&染芝加哥河绿色

每个人都喜欢庆祝圣帕特里克纪念日:穿着绿色;喝绿色啤酒;自1961年以来,就将芝加哥河染成绿色。

那一年,该市开始执行水污染控制措施,绿色染料被用作示踪剂,以确认非法排放的来源。人们注意到荧光染料对河流的影响,有人想纪念一下 圣帕特里克节 将整个河染成绿色。

他们最初使用100磅的荧光染料,河水保持绿色一周!

第二年,他们用了50磅水,河水保持了三天的绿色。如今,他们仅使用40磅的植物染料就能使河水保持数小时的绿色。

染料不仅用于定性示踪(例如,确定水源的命运),还用于定量测量。

原理 示踪剂测量 (也就是稀释法)是指如果您可以测量包含已知质量的溶解,充分混合的溶质的溶液的浓度,那么您可以轻松地计算出溶液的体积。为了测量水流,溶液是水,通常使用荧光染料或盐作为溶质。荧光染料可以将料流变成亮绿色(例如 荧光素)或鲜红色(例如 罗丹明),而盐改变了水的电导率。

稀释计量法可以精确地处理很难或不可能使用传统的面积速度方法(快速流动的湍流水)进行测量的水流类型。该过程的第一步是为传感器测量值与浓度之间的关系建立校准。电导探针用于盐,荧光计用于染料。无论哪种情况,最好在环境温度下用流水校准传感器值与现场浓度之间的关系。

校准包括在已知体积的溶剂中添加仔细测量的溶质量,然后在溶液的连续迭代稀释液中进行传感器测量,以获得多个校准点。所得的校准曲线应为线性。成功进行稀释测量的真正诀窍是在现场进行良好的校准。这对于荧光染料而言更具挑战性,因为非常小的输入量可以在非常大的水中产生所需的响应水平。这意味着要么使用实验室精密仪器测量溶质,要么使用许多迭代步骤以充分稀释校准溶液。两种方法在该领域中都可能存在问题。

盐是广泛优选的,因为它便宜,可靠且相对较容易校准。每当放电量需要大量盐以生成响应曲线时,或者当溶质需要长距离堆积(例如,到偏远的山间溪流)时,使用荧光染料都是有利的。 荧光计 测量对环境光,水中的浊度和曝气敏感。在校准和测量过程中,必须格外小心地控制这些条件。最好在晚上进行染料测量 –既可以控制环境光,又可以避免使溪流颜色突然变化而使旁观者感到震惊-但是,没有很多机构认为在黑暗中靠近偏僻,快速流动,湍流的溪流工作是安全的工作习惯。

无论哪种情况,测量本身都是相对简单的。团状注射法包括将传感器放置在确保完全混合的下游位置,然后将已知量的溶质倾倒在上游位置。在溶质经过监测点的同时对传感器进行监测,并且当电导率(盐)或荧光(染料)返回本底状态时,测量结束。对该突破波下和本底以上的区域进行积分,使用通过校准确定的常数转换为浓度,然后除以注入的溶质的质量以产生体积。

另一种方法是恒速注入,它需要泵或其他设备将固定的已知浓度的已知浓度溶液计量到物流中。流量可以按比例确定。可以将注入溶液和充分混合的流水之间的浓度相对差应用于预定的注入流量,以确定流流量。恒定速率注入方法可能需要耗时才能正确设置,但对于非常小的流尤其有效。

任何稀释度测量的关键假设是完全混合。

使用位于不同位置的两个或多个传感器是有利的。如果混合完成,则所有传感器的计算出的排放量应保持一致,否则应选择不同的混合范围。染料优于盐的一个优点是可以定性地观察混合过程。观察流线如何在自然流中建立和衰减总是非常有趣的。

几乎所有曾经进行荧光染料示踪剂测量的人都有一个有趣的故事要讲。

其中一些故事已进入水文神话领域。我的最爱之一是一些工程师,他们刚刚在新斯科舍省哈利法克斯(Halifax Nova Scotia)附近完成了一个研究项目,但剩下的水桶里装满了若丹明染料浓缩液。他们想处置这种染料,其中一名认为最好将其冲洗掉。他们不知道哈利法克斯当时没有进行污水处理(那是在1960年代),污水被排到了哈利法克斯海港的深处。根据故事,他们在不经意间把哈利法克斯港变成了红色!

如果您愿意分享任何有趣的示踪剂测量故事,请对此文章发表评论。


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2条留言
  • Mike Soloducha
    回复
    发表于2014年3月18日上午11:31

    关于示踪剂稀释的精彩文章。但是,这引出了一个问题,是否有计划在水瓶座中引入现场测量工具?

    问候,
    麦克风

    • Stu_Hamilton
      回复
      发表于2014年3月25日下午1:13

      嗨,迈克,

      简短的回答是“是”。溪流水文学家的每一个软件需求都是我们感兴趣的。

      长答案是“这很复杂”。我们正在迅速扩展我们的开发团队,以开发各种新功能。可以为各种相互竞争的优先事项提出有说服力的论据。我们的产品经理必须考虑每个功能要求如何适合为最大数量的客户提供最大利益的整体策略。我们正在竭尽全力,以尽快推出新功能。在接下来的几个月和几年中,您将在AQUARIUS中看到很多变化。

      斯图

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