《水利信息化技术》课件-3.水情测报系统

水利信息化技术1.水情测报系统的基本情况水情测报系统的基本情况通常已经投入应用的水情测报系统中都包括两个部分：远距离遥测站以及中心监测站。通过对常见的水情测报系统获得数据的方式进行分析研究，可以把现有水情测报系统中获取水情数据的方式分为两大类：一类是人工方式，另一类是仪器监测方式。一、获取水情数据的方式水情测报系统的基本情况人工方式指的是借助人力进行监测，具体测量工作是由水情观测员在被测水域的实地进行人工测量。观测员通过携带的仪器对被测水域进行水情数据采集，然后通过人工方式进行记录和分析。通过这种方法获得水情数据快速、直接，但通常在测量时由于人为因素的干预，无法排除客观因素的影响，测量结果误差较大。1.人工方式水情测报系统的基本情况在通过仪器测量的方式中，可以将仪器监测方式按照不同监测点的不同安装要求以及具体的监测指标，具体将其分为水下测量、水面测量两种不同空间的分布式监测方法。2.仪器监测方式(1)水下测量。水下测量方法指的是将测量设备直接投入待测量的水域，同时将这些测量设备安装在被测水域的进、出水口以及断面处。通过这种方法，能够有效提高测量仪器在被测水域中的稳定性，降低了测量设备发生碰撞、丢失的可能性。但这种获取水情数据的方法不灵活，不能按照具体要求对被测水域具体位置进行测量，数据的准确性低。河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。水情测报系统的基本情况(2)水面测量。将测量设备固定在水面测量点上方进行测量。通过这种方法获得的数据只能代表固定测量区域的水情状况，当被测水域范围较大时，不能客观反映被测水域全体水情状况，所得数据代表性低。同时测量方式仅仅适用于离岸边较近的测量，而且土建难度及费用高。水情测报系统的基本情况01站网布设的合理性与预报模型的匹配度有很大的关系，当被测水域的地理环境与模型匹配度较低时会影响站点位置的合理性。当需要架设采集设备的地方距离岸边很远时，同时由于客观的地理以及自然因素的影响，所需测量设备将难以架设，且所需土建及维护费用较高。在系统设计中，站网密度不同，经考察我国已建的站网密度多在250～600平方千米/站，控制面积越大，站网布设越稀疏，投入也越大，无法准确控制被测水域的具体范围。0203系统的数据采集方法存在问题河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。国家与行业水环境与水资源质量标准或评价标准中已列入的项目。国家及行业正式颁布的标准分析方法中列入的监测项目。反映本地区水体中主要污染物的监测项目。专用站应依据监测目的选择监测项目。水情测报系统的基本情况1.选择原则二、监测项目河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。二、监测项目水情测报系统的基本情况1.监测项目分类国家或行业标准分析方法。等效或参照使用ISO分析方法或其他国际公认的分析以类聚方法。经过验证的新方法，其精密度、灵敏度和准确度不得低于常规方法。三、分析方法各监测项目的分析应在其规定保存时间内完成。全部水样的分析一般应在收到水样后10日内完成。潮汐河流水样中盐度如大于3%，应按海水分析方法测定。水情测报系统的基本情况2.水情传感器及其原理田中主讲人常用流量测量方法有容积法和速度法，另外，还有通过测量流体差压信号来反映流量的差压式流量测量法；以测量流体质量流量为目的的质量流量测量法。流速与流量测量传感器水情传感器及其原理2容积法容积法是在单位时间内以标准固定体积对流动介质连续不断地进行度量，以排出流体固定容积数来计算流量。这种通过排放次数求得介质总量的方法称为容积法，如椭圆齿轮流量计、腰轮流量计等。速度法是根据流体的一元流动连续方程，以测量流体在管道内固定截面上的平均流速作为测量依据来计算流量的，如节流式流量计、转子流量计、电磁流量计等。速度法河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。流速传感器是指通过对液体流量的感应而输出脉冲信号或电流、电压等信号的水流量感应仪器，这种信号的输出和液体流量成一定的线性比例，有相应的换算公式和比较曲线，因此可做水控方面的管理和流量计算，在热力方面配合换能器可测量一段时间介质能量的流失，如热能表。流速传感器主要和控制芯片、单片机，甚至PLC配合使用。流速传感器具有流量控制准确、可以循环设定动作流量、流速显示和流量累积计算的作用。一、流速测量传感器水情传感器及其原理2河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。传统的流速仪费时、费力，而且测量时不能实时检测。常见的可通过孔板、叶轮、超声波、电磁方式测量液体流速。随着科学技术的发展，也可以应用雷达(微波遥感)同时测流速和断面的流速剖面分布。水情传感器及其原理2流速测量传感器河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。

测量蒸发的仪器常用的有小型蒸发器、大型蒸发桶和蒸发皿等几种。小型蒸发器是口径为20cm、高约10cm的金属圆盆，盆口成刀刃状，为防止鸟兽饮水，器口上部套一个向外张成喇叭状的金属丝网圈。测量时，将仪器放在架子上，器口离地70cm,每日放入定量清水，隔24h后，用量杯测量剩余水量，所减少的水量即为蒸发量。大型蒸发桶是一个器口面积为0.3m²的圆柱形桶，桶底中心装一直管，直管上端装有测针座和水面指示针，桶体埋入地中，桶口略高于地面。每日20时观测，将测针插入测针座，读取水面高度，根据每天水位变化与降水量计算蒸发量。二、蒸发量测量水情传感器及其原理2河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。蒸发皿的规格大都和雨量筒一样，也是20cm直径的圆形器皿，皿口上沿也高出地面70cm。蒸发皿深10cm。正是因为它的厚度小于直径才称为皿。每天向蒸发皿中加进2cm深的水层，晚上把余水倒进量杯，量出剩余水深。用20cm减去剩余水深就是当天的蒸发量。如果当天有雨，余水中还要扣除当天的降水量。这就是蒸发皿的直径和离地面高度都要和雨量筒一致的原因。否则，两者就不能简单相减。二、蒸发量测量水情传感器及其原理2河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。含沙量测量，分为直接直接测量、间接测量。水情传感器及其原理2三、含沙量测量过滤法烘干法比重法含沙量直接测量含沙量直接测量是最原始的方法，其通过现场取样，然后通过过滤法、烘干法等方法将泥沙中的水除去，以确定其含沙量。含沙量直接测量方法又可分为过滤法、烘干法和比重法等。河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。比重法是一种较经典的方法。比重法可以用比重计，也可以用比重瓶等测量含沙量。采用比重瓶来测量含沙量的一般步骤为：三、含沙量测量水情传感器及其原理2由于比重瓶的质量和容积一般在实验前都已测定好，所以比重法和烘干法相比，比重法的测量过程要相对简单快速，但比重法较烘干法有一定的误差。用比重瓶进行取样，得出比重瓶装满水沙样品的质量用比重瓶含沙时的总质量减去比重瓶本身的质量，得出沙样的质量将沙样质量除以比重瓶的容积就得出含沙量河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。三、含沙量测量水情传感器及其原理2含沙量直接测量方法的设备简单、方法易行、精度较高，其被认为是目前较为准确的含沙量测量方法之一。但含沙量直接测量方法必须经过取样、去水、称重等环节，因此费时又费力；同时在取样时破坏了试验环境，不能定点、连续测量。河流(湖、库)等地表水全国重点基本站监测项目应符合表中必测项目要求，同时也应根据不同功能水域污染物的特征，增加表中某些选测项目。(2)潮汐河流潮流界内、入海河口及港湾水域应增测总氮、无机磷和氯化物。(3)重金属和微量有机污染物等可参照国际、国内有关标准选测。(4)若水体中挥发酚、总氰化物、总砷、六价铬、总汞等主要污染物连续三年未检出时，附近又无污染源，可将监测采样频次减为每年一次，在枯水期进行。一旦检出，仍应按原规定执行。含沙量间接检测方法是通过泥沙的某些特性来确定含沙量的方法。间接测定方法不破坏实验环境，是含沙量实时动态检测的最佳方法。多年来国内外的科技人员一直在积极探求含沙量的现代测试方法，如同位素法、振动法、光学法、声学法、电容法、遥感光谱分析法等。水情传感器及其原理2三、含沙量测量含沙量间接检测3.地表水环境质量标准地表水环境质量标准本标准按照地表水环境功能分类和保护目标，规定了水环境质量应控制的项目及限值，以及水质评价、水质项目的分析方法和标准的实施与监督。本标准适用于中华人民共和国领域内江河、湖泊、运河、渠道、水库等具有使用功能的地表水水域。具有特定功能的水域执行相应的专业用水水质标准。一、范围地表水环境质量标准《生活饮用水卫生规范》(GB3838-2002)和本标准表3.4至表3.6所列分析方法标准及规范中所含条文在本标准中被引用即构成为本标准条文，与本标准同效。当上述标准和规范被修订时，应使用其最新版本。二、引用标准地表水环境质量标准三、水域功能和标准分类I类主要适用于源头水、国家自然保护区。主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵汤等。Ⅱ类要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。Ⅲ类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。IV类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。V类其标准值(1)地表水环境质量标准基本项目标准限值见表。(2)集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值见表。(3)集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值见表。地表水环境质量标准三、水域功能和标准分类对应地表水上述五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别的标准值。水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值。同一水域兼有多类使用功能的，执行最高功能类别对应的标准值。实现水域功能与达功能类别标准为同一含义。(1)地表水环境质量标准基本项目标准限值见表。(2)集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值见表。(3)集中式生活饮用水地表水源地特定项目标准限值见表。标准值其标准