水信息计算机应用基础.ppt
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1、1.1 水的作用水的作用1,水对生命的重要作用2,农业需要水,水是农业的命脉3,工业生产中作用-是工业的血液 1.3 水信息的基本内容水信息的基本内容水位:水体的自由水面高出水位:水体的自由水面高出基面基面以上的高程。其单位为米。以上的高程。其单位为米。水位基面水位基面水位基面水位基面:表达水位所用基面,两种:表达水位所用基面,两种:1,1,绝对基面绝对基面 2,2,测站基面。我国采用的绝对基面是测站基面。我国采用的绝对基面是黄海黄海基面,是以基面,是以黄黄海口海口某一海滨地点的特征海水面为零点的。某一海滨地点的特征海水面为零点的。水压水压:水在静止或流动时作用在建筑物与水接触的表面上的压力。
2、水在静止或流动时作用在建筑物与水接触的表面上的压力。压强压强:单位面积上的压力单位面积上的压力,分:静水压强分:静水压强(帕斯卡定律帕斯卡定律),),动水压强动水压强绝对压强绝对压强:以绝对真空为基准的以绝对真空为基准的相对压强相对压强:以当地大气压强为基准的以当地大气压强为基准的流速流速:水流过某一点的速度水流过某一点的速度流量流量:单位时间通过流管内某一横截面的流体的体积单位时间通过流管内某一横截面的流体的体积温度温度:表示表示物体物体冷热程度的冷热程度的物理量物理量(温标温标),T),T =1.8t=1.8t+32(t+32(t为摄氏温度数,为摄氏温度数,T T为华氏温度数为华氏温度数)
3、,),K=C+273.15K=C+273.15雨量雨量:在一定时段内,降落到水平面上在一定时段内,降落到水平面上(无渗漏、蒸发、流失等无渗漏、蒸发、流失等)的雨水深度的雨水深度(雨量计雨量计)降水量若小於降水量若小於0.10.1公公厘视为雨迹厘视为雨迹 。浊度浊度:指水中指水中悬浮物悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度对光线透过时所发生的阻碍程度.悬浮物悬浮物:泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮泥土、砂粒、微细的有机物和无机物、浮游生物、微生物和胶体物质等游生物、微生物和胶体物质等.与悬浮物质的含量与悬浮物质的含量,大小、形状大小、形状,折射系数折射系数等有关。等有关。1 1度度:1L:1L水
4、中含有水中含有1mgSiO21mgSiO2所构成的浊度为一个标准浊度单位所构成的浊度为一个标准浊度单位水质水质:标志着水体的物理标志着水体的物理标志着水体的物理标志着水体的物理(如色度、浊度、臭味等如色度、浊度、臭味等如色度、浊度、臭味等如色度、浊度、臭味等)、化学、化学、化学、化学(无机物和有机物的含量无机物和有机物的含量无机物和有机物的含量无机物和有机物的含量)和和和和生物生物生物生物(细菌、细菌、细菌、细菌、微生物微生物微生物微生物、浮游生物、底栖生物浮游生物、底栖生物浮游生物、底栖生物浮游生物、底栖生物)的特性及其组成的状况的特性及其组成的状况的特性及其组成的状况的特性及其组成的状况泥
5、沙泥沙:天然水流中所挟带的固体颗粒天然水流中所挟带的固体颗粒.单位单位:吨吨/平方公里平方公里雨量等级雨量等级 降水根据不同的物理特征分为:液态降水,固态降水。液态降水有毛毛雨、雨、雷阵雨、冻雨、阵雨等,固态降水有雪、雹、霰等,还有液态固态混合型降水:如雨夹雪等。在气象上用降水量来区分降水的强度。可分为:小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨,小雪、中雪、大雪和暴雪等。中国年降雨量最多与最少的地方中国年降雨量最多与最少的地方 MAX:我国台湾省北端基隆南侧的火烧寮,主要原因就在于它位于中央山脉的北坡,冬半年面迎从东海上来的潮湿季风,气流稍一抬升便大雨倾盆。其次是西藏自治区东南部、雅鲁藏布江下
6、游河谷中的巴昔卡MIN:在西部的新疆维吾尔自治区和青海省。其中新疆的吐鲁番盆地、塔里木盆地和青海省的柴达木盆地等,年雨量一般在25毫米以下2 浊度单位1.FTU 1.FTU 2.NTU 2.NTU 3.JTU 3.JTU 4.EBC 4.EBC 1.FTU1.FTU,浊度,即水的混浊程度,由水中含有微量不,浊度,即水的混浊程度,由水中含有微量不溶性悬浮物质,胶体物质所致,溶性悬浮物质,胶体物质所致,ISOISO标准所用的测标准所用的测量单位为量单位为FTUFTU(浊度单位),(浊度单位),FTUFTU与与NTUNTU(浊度(浊度测定单位)一致。制酒行业用测定单位)一致。制酒行业用EBCEBC单
7、位,单位,1FTU=4EBC 1FTU=4EBC 2 水质划分标准n n地表水环境质量标准地表水环境质量标准基本项目标准限值基本项目标准限值 单位:单位:mg/L mg/L n n序号序号 类类 类类 类类 类类 类类 n n饮用水类:饮用水类:n n饮用水饮用水I I类类 :国家级自然保护区国家级自然保护区,水质未受污染。,水质未受污染。n n饮用水饮用水II II类:较清洁,过滤后可成为饮用水。类:较清洁,过滤后可成为饮用水。n n饮用水饮用水IIIIII类:过滤清洁后可用作普通工业用水类:过滤清洁后可用作普通工业用水 n n污水污水类类 n nIVIV类:普通农业用水,灌溉用。类:普通农
8、业用水,灌溉用。n nV V类:普通景观用水。类:普通景观用水。n n劣劣V V类:无用脏水。类:无用脏水。3 水质监测内容水质监测内容监测项目为:pH、COD、BOD、SS、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、挥发性酚类、氰化物、砷、汞、铬(六价)、总硬度、铅、氟、镉、铁、锰、溶解性总固体、高锰酸盐指数、硫酸盐、氯化物、大肠菌群,以及反映本地区主要水质问题的其它项目。含沙量:每立方米水中所含悬沙的重量,以千克/米3计。输沙率:单位时间内流过河流某断面的泥沙重量泥石流:在山区,有一种含沙量极高的突发性高速水流1.4水信息的作用及意义水信息的作用及意义 计算机信息技术是以电子计算机及输入输出设备作为主要硬件
9、,以信息数据储存、分析和处理程序为软件,以数字化指令的建立和发送为主要技术核心的,通过网络化为主要联络沟通方式的实用新型技术。1.4.1水信息的功能水信息的功能1 水情自动测报系统是防汛抗旱的耳目和参谋,是防洪决策、水资源优化调度、水工程运行管理的重要手段,是一项重要的防洪非工程措施。2 水利信息化是利用系统工程的原理,是有限的水资源发挥最大效能的重要技术手段,是实现水利现代化的必由之路。3 信息具有共享性、廉价复制性、可存储性和时效性的特征。1.4.2水利信息化的意义水利信息化的意义 当前和今后一个时期,加快水利信息化步伐,以水利信息化带动水利现代化,当前和今后一个时期,加快水利信息化步伐,
10、以水利信息化带动水利现代化,是一项事关水利发展全局的重大战略任务。是一项事关水利发展全局的重大战略任务。1 1 加快水利信息化建设是顺应全球信息化发展潮流的迫切需要当前,信息资源日益成为重要生产要素、加快水利信息化建设是顺应全球信息化发展潮流的迫切需要当前,信息资源日益成为重要生产要素、无形资产和社会财富,信息网络逐渐普及并日趋融合,信息化与经济全球化相互交织,推动着全球无形资产和社会财富,信息网络逐渐普及并日趋融合,信息化与经济全球化相互交织,推动着全球产业分工深化和经济结构调整。水利信息化是国家信息化建设的重要组成部分,产业分工深化和经济结构调整。水利信息化是国家信息化建设的重要组成部分,
11、“金水工程金水工程”(即(即水利信息化工程)被确定为国家信息化建设水利信息化工程)被确定为国家信息化建设“十二金十二金”业务系统之一。业务系统之一。2 2 加快水利信息化建设是武装和改造传统水利的迫切需要。水利信息化是实现水利现代化的重要标志。加快水利信息化建设是武装和改造传统水利的迫切需要。水利信息化是实现水利现代化的重要标志。推进水利现代化,很重要的一个方面就是要充分利用现代信息技术,武装和改造传统水利,提高水推进水利现代化,很重要的一个方面就是要充分利用现代信息技术,武装和改造传统水利,提高水利工作的信息化和自动化水平。有效解决洪涝灾害、干旱缺水、水污染和水土流失等四大水问题,利工作的信
12、息化和自动化水平。有效解决洪涝灾害、干旱缺水、水污染和水土流失等四大水问题,提升水利服务经济社会发展的整体能力和水平,必须大力推进水利信息化,广泛利用现代信息技术,提升水利服务经济社会发展的整体能力和水平,必须大力推进水利信息化,广泛利用现代信息技术,提高水资源的调控能力、水工程的自动化水平和水管理的信息化水平。提高水资源的调控能力、水工程的自动化水平和水管理的信息化水平。3 3 加快水利信息化建设是发展民生水利的迫切需要民生水利工程点多面广,要确保工程建成管好、长期加快水利信息化建设是发展民生水利的迫切需要民生水利工程点多面广,要确保工程建成管好、长期发挥效益,就必须有现代化的信息系统作支撑
13、。目前,民生水利工程的信息化建设相对滞后,各类发挥效益,就必须有现代化的信息系统作支撑。目前,民生水利工程的信息化建设相对滞后,各类民生水利工程的综合性应用平台建设尚未启动,信息化网络在覆盖范围和容量上还远远满足不了民民生水利工程的综合性应用平台建设尚未启动,信息化网络在覆盖范围和容量上还远远满足不了民生水利发展需要。特别是农村饮水安全工程的信息化基础设施还很薄弱,小型水库普遍缺乏自动监生水利发展需要。特别是农村饮水安全工程的信息化基础设施还很薄弱,小型水库普遍缺乏自动监控系统,大部分蓄滞洪区通信设施比较落后,山区防御山洪灾害的信息化手段严重不足。控系统,大部分蓄滞洪区通信设施比较落后,山区防
14、御山洪灾害的信息化手段严重不足。4 4 加快水利信息化建设是提高水利管理能力和水平的迫切需要解决我国日益复杂的水资源问题,既要加加快水利信息化建设是提高水利管理能力和水平的迫切需要解决我国日益复杂的水资源问题,既要加快水利基础设施建设,着力提高水利保障能力和水平,又要落实最严格的水资源管理措施,保证水快水利基础设施建设,着力提高水利保障能力和水平,又要落实最严格的水资源管理措施,保证水资源永续利用和水利工程持续发挥效益。水利信息化建设不仅是一场新技术革命,更是一场深刻的资源永续利用和水利工程持续发挥效益。水利信息化建设不仅是一场新技术革命,更是一场深刻的管理革命。管理革命。5 5 加快水利信息
15、化建设是推动水利部门职能转变的迫切需要进入信息社会,政府的公共管理环境发生了加快水利信息化建设是推动水利部门职能转变的迫切需要进入信息社会,政府的公共管理环境发生了深刻变化。充分开发和有效利用信息资源,已成为履行政府职能的客观要求,也是推动政府职能转深刻变化。充分开发和有效利用信息资源,已成为履行政府职能的客观要求,也是推动政府职能转变的重要途径。变的重要途径。n n 水利作为公益型和信息密集型行业,在信息时代所承担的社会管理和公共服务职能更加凸显。水利作为公益型和信息密集型行业,在信息时代所承担的社会管理和公共服务职能更加凸显。水利信息化优先水利信息化优先 总之,我们要以放眼世界信息化潮流的
16、宽广视野,站在经济社会可持续发展的战略高度,着眼建设现代水利的宏伟目标,充分认识加快水利信息化的重大意义,进一步增强使命感、责任感和紧迫感,把水利信息化建设作为水利发展的优先领域,推动水利信息化实现新的突破和历史性跨越。1.5 水信息的现状及发展方向水信息的现状及发展方向 中国水利在过去二十多年信息化过程中积累了许多宝贵的经验。当今计算机、通信、网络等高新技术的发展为实现中国的“数字水利”提供了坚实的技术基础和前所未有的发展机会。现状:(一)信息的标准化和规范化工作相对滞后(二)对信息工作的认识不到位(三)水利信息化发展水平不高1.5.2发展方向发展方向 “数字水利”是一个以空间信息为基础,融
17、合各种水文模型和水利业务的专业化系统平台,是对真实水文水利过程的数字化重现,它把水活动的自然演变搬进了实验室和计算机,成为真实水利的虚拟对照体。它是水利信息化的发展方向。1 数字水利数字水利“数字水利数字水利”是未来是未来中国中国水利事业水利事业发展发展的方向。只的方向。只有在各种先进技术的基础上,结合水利行业特点,有在各种先进技术的基础上,结合水利行业特点,打造具有中国特色的打造具有中国特色的“数字水利数字水利”工程,才能更工程,才能更好更快地使水利事业服务于社会;好更快地使水利事业服务于社会;“数字水利数字水利”的发展不是一蹴而就的,是一个长期的漫长的过的发展不是一蹴而就的,是一个长期的漫
18、长的过程,在这个过程中,需要各行业进行紧密配合,程,在这个过程中,需要各行业进行紧密配合,才有可能达到目的;才有可能达到目的;“数字水利数字水利”是一个开发动是一个开发动态的概念,也就是说态的概念,也就是说“数字水利数字水利”必然要运用随必然要运用随时出现的相关新技术,这样才能确保时出现的相关新技术,这样才能确保“数字水利数字水利”工程的技术先进性。工程的技术先进性。2 发展方向发展方向 信息技术是当今世界创新速度最快、通用性最广、渗透性最强的高技术之一。水利信息化就是要充分利用现代信息技术,深入开发和广泛利用信息资源,促进信息交流和资源共享,实现各类水利信息及其处理的数字化、网络化、集成化、
19、智能化,全面提升水利为国民经济和社会发展服务的能力和水平。第第2章章 水信息的检测方法水信息的检测方法 水信息检测方法:研究如何将水情参数得以准确的识别与采集,其的好坏直接决定着能否进行水信息的准确获得,属于自动化传感器技术领域。2.1 水位的检测方法水位的检测方法 水尺:直接观读江河、湖泊、水库、灌渠水位的水尺:直接观读江河、湖泊、水库、灌渠水位的标尺(水则标尺(水则,志桩)志桩)(直立式直立式,倾斜式倾斜式,矮桩式矮桩式,悬锤式悬锤式)超声波超声波浮子式浮子式压阻式压阻式电容式电容式感应式感应式2.1.2超声波超声波n n 超声波液位计是由微处理器控制的数字物位仪表。在测量中脉冲超声波由传
20、感器(换能器)发出,声波经物体表面反射后被同一传感器接收,转换成电信号。并由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测物体的距离。由于采用非接触的测量,被测介质几乎不受限制,可广泛用于各种液体和固体物料高度的测量。1 超声波液位计测量水位的原理超声波液位计测量水位的原理 n n超声波液位计工作时,高频脉冲声波由换能器(探头)发出,遇被测物体(水面)表面被反射,折回的反射回波被同一换能器(探头)接收,转换成电信号。脉冲发送和接收之间的时间(声波的运动时间)与换能器到物体表面的距离成正比,声波传输的距离S与声速C和传输时间T之间的关系可以用公式表示:S=CT/2 2.1.3 浮子式浮子式 浮子式
21、水位计 利用浮子跟踪水位升降,以机械方式直接传动记录。用浮子式水位计需有测井设备(包括进水管),适合岸坡稳定、河床冲淤不大的低含沙河段。浮子式水位计在中国应用较广。1 工作原理工作原理n n 仪器以浮子感测水位变化,工作状态下,浮仪器以浮子感测水位变化,工作状态下,浮子、平衡锤与悬索连接牢固,悬索悬挂在水位轮子、平衡锤与悬索连接牢固,悬索悬挂在水位轮的的“V”V”形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用,形槽中。平衡锤起拉紧悬索和平衡作用,调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。调整浮子的配重可以使浮子工作于正常吃水线上。在水位不变的情况下,浮子与平衡锤两边的力是在水位不变的情况下,浮子与平衡锤
22、两边的力是平衡的。当水位上升时,浮子产生向上浮力,使平衡的。当水位上升时,浮子产生向上浮力,使平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转,平衡锤拉动悬索带动水位轮作顺时针方向旋转,水位编码器的显示读数增加;水位下降时,则浮水位编码器的显示读数增加;水位下降时,则浮子下沉,并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转,子下沉,并拉动悬索带动水位轮逆时针方向旋转,水位编码器的显示器读数减小。水位编码器的显示器读数减小。压阻式原理及应用范围压阻式原理及应用范围 n n 采用扩散硅压阻芯体或陶瓷压阻芯体,316全不锈钢结构,主要适用于水箱、水灌、水池、容器及水塔等方便螺纹安装检测液位场合的测量与控制。2.1.5电
23、容式电容式n n 电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高电容式液位计是采用测量电容的变化来测量液面的高低的。它是一根金属棒插入盛液容器内,金属棒作为电容低的。它是一根金属棒插入盛液容器内,金属棒作为电容的一个极,容器壁作为电容的另一极。的一个极,容器壁作为电容的另一极。两电极间的介质即两电极间的介质即为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数为液体及其上面的气体。由于液体的介电常数11和液面上和液面上的介电常数的介电常数22不同,比如:不同,比如:1212,则当液位升高时,两电,则当液位升高时,两电极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大。反之当液极间总的介电常数值随之加大因而电容量增大
24、。反之当液位下降,位下降,值减小,电容量也减小。值减小,电容量也减小。所以,可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高所以,可通过两电极间的电容量的变化来测量液位的高低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值,低。电容液位计的灵敏度主要取决于两种介电常数的差值,而且,只有而且,只有11和和22的恒定才能保证液位测量准确,因被测的恒定才能保证液位测量准确,因被测介质具有导电性,所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容介质具有导电性,所以金属棒电极都有绝缘层覆盖。电容液位计体积小,容易实现远传和调节,适用于具有腐蚀性液位计体积小,容易实现远传和调节,适用于具有腐蚀性和高压的介质的液位测量。和高压
25、的介质的液位测量。电容式液位测量原理电容式液位测量原理同心双筒结构电容式测量液位公式电容式测量液位公式n n当当H=0H=0时,分布电容时,分布电容n n n n当当H0H0时时n n即有即有 C=CH-C0=2.1.6感应式数字水位传感器感应式数字水位传感器功能特点功能特点n n数字化取样n n模拟量输出n n抗干扰能力强n n整体浇注,结实耐用2.2水流速测量方法水流速测量方法 1、用超声脉冲多普勒方法 2、旋浆式测量方法 3、电磁式测量方法 4、雷达式测量方法 流速仪的分类流速仪的分类n n 测量河流、湖泊和渠道等水体的水流速度的仪器。有机械、电测和超声三种类型。机械型以转子式为主,有旋
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