《水利信息化技術》課件-3.水情測報系統

水利信息化技術1.水情測報系統的基本情況水情測報系統的基本情況通常已經投入應用的水情測報系統中都包括兩個部分：遠距離遙測站以及中心監(jiān)測站。通過對常見的水情測報系統獲得數據的方式進行分析研究，可以把現有水情測報系統中獲取水情數據的方式分為兩大類：一類是人工方式，另一類是儀器監(jiān)測方式。一、獲取水情數據的方式水情測報系統的基本情況人工方式指的是借助人力進行監(jiān)測，具體測量工作是由水情觀測員在被測水域的實地進行人工測量。觀測員通過攜帶的儀器對被測水域進行水情數據采集，然后通過人工方式進行記錄和分析。通過這種方法獲得水情數據快速、直接，但通常在測量時由于人為因素的干預，無法排除客觀因素的影響，測量結果誤差較大。1.人工方式水情測報系統的基本情況在通過儀器測量的方式中，可以將儀器監(jiān)測方式按照不同監(jiān)測點的不同安裝要求以及具體的監(jiān)測指標，具體將其分為水下測量、水面測量兩種不同空間的分布式監(jiān)測方法。2.儀器監(jiān)測方式(1)水下測量。水下測量方法指的是將測量設備直接投入待測量的水域，同時將這些測量設備安裝在被測水域的進、出水口以及斷面處。通過這種方法，能夠有效提高測量儀器在被測水域中的穩(wěn)定性，降低了測量設備發(fā)生碰撞、丟失的可能性。但這種獲取水情數據的方法不靈活，不能按照具體要求對被測水域具體位置進行測量，數據的準確性低。河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。水情測報系統的基本情況(2)水面測量。將測量設備固定在水面測量點上方進行測量。通過這種方法獲得的數據只能代表固定測量區(qū)域的水情狀況，當被測水域范圍較大時，不能客觀反映被測水域全體水情狀況，所得數據代表性低。同時測量方式僅僅適用于離岸邊較近的測量，而且土建難度及費用高。水情測報系統的基本情況01站網布設的合理性與預報模型的匹配度有很大的關系，當被測水域的地理環(huán)境與模型匹配度較低時會影響站點位置的合理性。當需要架設采集設備的地方距離岸邊很遠時，同時由于客觀的地理以及自然因素的影響，所需測量設備將難以架設，且所需土建及維護費用較高。在系統設計中，站網密度不同，經考察我國已建的站網密度多在250～600平方千米/站，控制面積越大，站網布設越稀疏，投入也越大，無法準確控制被測水域的具體范圍。0203系統的數據采集方法存在問題河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。國家與行業(yè)水環(huán)境與水資源質量標準或評價標準中已列入的項目。國家及行業(yè)正式頒布的標準分析方法中列入的監(jiān)測項目。反映本地區(qū)水體中主要污染物的監(jiān)測項目。專用站應依據監(jiān)測目的選擇監(jiān)測項目。水情測報系統的基本情況1.選擇原則二、監(jiān)測項目河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。二、監(jiān)測項目水情測報系統的基本情況1.監(jiān)測項目分類國家或行業(yè)標準分析方法。等效或參照使用ISO分析方法或其他國際公認的分析以類聚方法。經過驗證的新方法，其精密度、靈敏度和準確度不得低于常規(guī)方法。三、分析方法各監(jiān)測項目的分析應在其規(guī)定保存時間內完成。全部水樣的分析一般應在收到水樣后10日內完成。潮汐河流水樣中鹽度如大于3%，應按海水分析方法測定。水情測報系統的基本情況2.水情傳感器及其原理田中主講人常用流量測量方法有容積法和速度法，另外，還有通過測量流體差壓信號來反映流量的差壓式流量測量法；以測量流體質量流量為目的的質量流量測量法。流速與流量測量傳感器水情傳感器及其原理2容積法容積法是在單位時間內以標準固定體積對流動介質連續(xù)不斷地進行度量，以排出流體固定容積數來計算流量。這種通過排放次數求得介質總量的方法稱為容積法，如橢圓齒輪流量計、腰輪流量計等。速度法是根據流體的一元流動連續(xù)方程，以測量流體在管道內固定截面上的平均流速作為測量依據來計算流量的，如節(jié)流式流量計、轉子流量計、電磁流量計等。速度法河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。流速傳感器是指通過對液體流量的感應而輸出脈沖信號或電流、電壓等信號的水流量感應儀器，這種信號的輸出和液體流量成一定的線性比例，有相應的換算公式和比較曲線，因此可做水控方面的管理和流量計算，在熱力方面配合換能器可測量一段時間介質能量的流失，如熱能表。流速傳感器主要和控制芯片、單片機，甚至PLC配合使用。流速傳感器具有流量控制準確、可以循環(huán)設定動作流量、流速顯示和流量累積計算的作用。一、流速測量傳感器水情傳感器及其原理2河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。傳統的流速儀費時、費力，而且測量時不能實時檢測。常見的可通過孔板、葉輪、超聲波、電磁方式測量液體流速。隨著科學技術的發(fā)展，也可以應用雷達(微波遙感)同時測流速和斷面的流速剖面分布。水情傳感器及其原理2流速測量傳感器河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。

測量蒸發(fā)的儀器常用的有小型蒸發(fā)器、大型蒸發(fā)桶和蒸發(fā)皿等幾種。小型蒸發(fā)器是口徑為20cm、高約10cm的金屬圓盆，盆口成刀刃狀，為防止鳥獸飲水，器口上部套一個向外張成喇叭狀的金屬絲網圈。測量時，將儀器放在架子上，器口離地70cm,每日放入定量清水，隔24h后，用量杯測量剩余水量，所減少的水量即為蒸發(fā)量。大型蒸發(fā)桶是一個器口面積為0.3m2的圓柱形桶，桶底中心裝一直管，直管上端裝有測針座和水面指示針，桶體埋入地中，桶口略高于地面。每日20時觀測，將測針插入測針座，讀取水面高度，根據每天水位變化與降水量計算蒸發(fā)量。二、蒸發(fā)量測量水情傳感器及其原理2河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。蒸發(fā)皿的規(guī)格大都和雨量筒一樣，也是20cm直徑的圓形器皿，皿口上沿也高出地面70cm。蒸發(fā)皿深10cm。正是因為它的厚度小于直徑才稱為皿。每天向蒸發(fā)皿中加進2cm深的水層，晚上把余水倒進量杯，量出剩余水深。用20cm減去剩余水深就是當天的蒸發(fā)量。如果當天有雨，余水中還要扣除當天的降水量。這就是蒸發(fā)皿的直徑和離地面高度都要和雨量筒一致的原因。否則，兩者就不能簡單相減。二、蒸發(fā)量測量水情傳感器及其原理2河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。含沙量測量，分為直接直接測量、間接測量。水情傳感器及其原理2三、含沙量測量過濾法烘干法比重法含沙量直接測量含沙量直接測量是最原始的方法，其通過現場取樣，然后通過過濾法、烘干法等方法將泥沙中的水除去，以確定其含沙量。含沙量直接測量方法又可分為過濾法、烘干法和比重法等。河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。比重法是一種較經典的方法。比重法可以用比重計，也可以用比重瓶等測量含沙量。采用比重瓶來測量含沙量的一般步驟為：三、含沙量測量水情傳感器及其原理2由于比重瓶的質量和容積一般在實驗前都已測定好，所以比重法和烘干法相比，比重法的測量過程要相對簡單快速，但比重法較烘干法有一定的誤差。用比重瓶進行取樣，得出比重瓶裝滿水沙樣品的質量用比重瓶含沙時的總質量減去比重瓶本身的質量，得出沙樣的質量將沙樣質量除以比重瓶的容積就得出含沙量河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。三、含沙量測量水情傳感器及其原理2含沙量直接測量方法的設備簡單、方法易行、精度較高，其被認為是目前較為準確的含沙量測量方法之一。但含沙量直接測量方法必須經過取樣、去水、稱重等環(huán)節(jié)，因此費時又費力；同時在取樣時破壞了試驗環(huán)境，不能定點、連續(xù)測量。河流(湖、庫)等地表水全國重點基本站監(jiān)測項目應符合表中必測項目要求，同時也應根據不同功能水域污染物的特征，增加表中某些選測項目。(2)潮汐河流潮流界內、入海河口及港灣水域應增測總氮、無機磷和氯化物。(3)重金屬和微量有機污染物等可參照國際、國內有關標準選測。(4)若水體中揮發(fā)酚、總氰化物、總砷、六價鉻、總汞等主要污染物連續(xù)三年未檢出時，附近又無污染源，可將監(jiān)測采樣頻次減為每年一次，在枯水期進行。一旦檢出，仍應按原規(guī)定執(zhí)行。含沙量間接檢測方法是通過泥沙的某些特性來確定含沙量的方法。間接測定方法不破壞實驗環(huán)境，是含沙量實時動態(tài)檢測的最佳方法。多年來國內外的科技人員一直在積極探求含沙量的現代測試方法，如同位素法、振動法、光學法、聲學法、電容法、遙感光譜分析法等。水情傳感器及其原理2三、含沙量測量含沙量間接檢測3.地表水環(huán)境質量標準地表水環(huán)境質量標準本標準按照地表水環(huán)境功能分類和保護目標，規(guī)定了水環(huán)境質量應控制的項目及限值，以及水質評價、水質項目的分析方法和標準的實施與監(jiān)督。本標準適用于中華人民共和國領域內江河、湖泊、運河、渠道、水庫等具有使用功能的地表水水域。具有特定功能的水域執(zhí)行相應的專業(yè)用水水質標準。一、范圍地表水環(huán)境質量標準《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》(GB3838-2002)和本標準表3.4至表3.6所列分析方法標準及規(guī)范中所含條文在本標準中被引用即構成為本標準條文，與本標準同效。當上述標準和規(guī)范被修訂時，應使用其最新版本。二、引用標準地表水環(huán)境質量標準三、水域功能和標準分類I類主要適用于源頭水、國家自然保護區(qū)。主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級保護區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場、仔稚幼魚的索餌湯等。Ⅱ類要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)。Ⅲ類主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)。IV類主要適用于農業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。V類其標準值(1)地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值見表。(2)集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值見表。(3)集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值見表。地表水環(huán)境質量標準三、水域功能和標準分類對應地表水上述五類水域功能，將地表水環(huán)境質量標準基本項目標準值分為五類，不同功能類別分別執(zhí)行相應類別的標準值。水域功能類別高的標準值嚴于水域功能類別低的標準值。同一水域兼有多類使用功能的，執(zhí)行最高功能類別對應的標準值。實現水域功能與達功能類別標準為同一含義。(1)地表水環(huán)境質量標準基本項目標準限值見表。(2)集中式生活飲用水地表水源地補充項目標準限值見表。(3)集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值見表。標準值其標準