水利工程模型試驗量測技術

第1章 緒論

1.1 水利工程模型試驗概況

1.2 水利工程模型試驗量測技術

1.2.1 水利工程模型試驗研究方向

1.2.2 水利工程模型試驗常用的儀器設備

第2章 模型試驗基礎設施與設備

2.1 試驗廳

2.2 供水系統(tǒng)

2.3 供電與接地系統(tǒng)

2.4 生潮系統(tǒng)

2.4.1 潮汐箱式

2.4.2 水泵尾門式

2.4.3 雙向泵控制流量式

2.4.4 水泵尾門和雙向泵組合控制流量式

2.5 生波系統(tǒng)

2.5.1 造波機分類

2.5.2 不規(guī)則造波機

2.6 生風系統(tǒng)

2.7 波浪水槽和水池

2.7.1 波浪水槽

2.7.2 波浪水池

第3章 模型試驗流速測量

3.1 畢托管流速儀

3.2 旋槳流速儀

3.2.1 電阻式傳感器

3.2.2 電感式傳感器

3.2.3 光電式傳感器

3.2.4 光電式旋槳流速儀

3.2.5 LGY-Ⅱ型智能流速儀

3.2.6 LGY-Ⅲ型多功能智能流速儀

3.3 旋槳流速流向儀

3.3.1 旋槳式流速流向儀

3.3.2 CSY-Ⅲ型旋槳式流速流向儀

3.4 熱阻式流速儀

3.4.1 熱阻式流速儀工作原理

3.4.2 熱阻式流速儀傳感器

3.4.3 熱阻式流速儀（熱線流速儀）

3.4.4 熱線流速儀

3.5 電磁流速儀

3.5.1 電磁流速儀工作原理

3.5.2 VM-801HA型電磁流速儀

3.5.3 P-EMS電磁流速儀

3.5.4 FL0-MATE2000型電磁流速儀

3.6 聲學多普勒流速儀

3.6.1 聲學多普勒流速儀工作原理

3.6.2 聲學多普勒流速儀組成

3.6.3 聲學多普勒流速儀應用

3.7 激光流速儀

3.8 粒子圖像測速系統(tǒng)

3.8.1 粒子圖像測速系統(tǒng)簡介

3.8.2 VDMS流場實時測量系統(tǒng)

3.8.3 POWERVIEW立體PIV系統(tǒng)

第4章 流量測量

4.1 量水堰

4.1.1 三角堰

4.1.2 矩形堰

4.1.3 復式堰

4.2 壓差式流量計

4.2.1 文杜里水計

4.2.2 LGB型標準孔板管道流量計

4.2.3 托巴管流量計

4.3 V錐流量計

4.3.1 V錐流量計工作原理

4.3.2 V錐流量計優(yōu)點

4.4 浮子流量計

4.4.1 浮子流量計工作原理

4.4.2 浮子流量計特點

4.4.3 金屬管浮子流量計

4.5 電磁流量計

4.5.1 電磁流量計工作原理

4.5.2 電磁流量計轉換器

4.5.3 IFM型系列和K300型系列電磁流量計

4.5.4 LDG型電磁流量計

4.5.5 LD型系列電磁流量計

4.5.6 E-madE型電磁流量計

4.6 渦輪流量計

4.7 渦街流量計

4.7.1 渦街流量計工作原理

4.7.2 FFM63智能渦街流量計

4.8 超聲波流量計

4.8.1 超聲波流量計工作原理

4.8.2 超聲波流量計特點

4.8.3 1010系列時差式超聲波流量計

4.8.4 ZCL一1系列智能超聲波流量計

4.8.5 SP一2系列智能超聲波流量計

4.8.6 TDS一100型超聲波流量計

4.8.7 ADFM聲學多普勒流量計

4.8.8 超聲波測流的新技術和新動向

4.9 其他流量計

4.9.1 容積式水量計(水表)

4.9.2 TSK檔板式流量計

4.9.3 水量計時器

4.9.4 JCL系列電腦水量計

第5章 模型試驗水位與波高測量

5.1 水位測針

5.2 水位儀

5.2.1 跟蹤式水位儀

5.2.2 探測式水位儀

5.2.3 振動式水位儀

5.2.4 光柵式水位儀

5.3 波高儀

5.3.1 電阻式波高儀

5.3.2 電容式波高儀

5.3.3 計算機波高測量系統(tǒng)

5.4 水位計

5.4.1 壓力式水位計

5.4.2 WYG一Ⅱ型水位采集系統(tǒng)

5.4.3 W1400壓力式水位計

5.4.4 超聲水位計

5.4.5 AwMSl6型超聲水位測量系統(tǒng)

5.4.6 其他水位計

第6章 模型試驗含沙量和泥沙顆粒級配測量

6.1 含沙量測量

6.1.1 烘干稱重法

6.1.2 比重瓶法

6.1.3 光電測沙儀

6.1.4 CYS一Ⅲ型智能測沙顆分儀

6.1.5 紅外光電測沙儀

6.1.6 同位素測沙儀

6.1.7 激光測沙儀

6.1.8 其他測沙儀

6.2 泥沙顆粒級配測量

6.2.1 光電顆分儀

6.2.2 音波震動式粒度儀

6.2.3 離心沉降式顆分儀

6.2.4 激光粒度儀

6.2.5 LS-CWM型激光粒度儀

……

第7章 模型試驗壓力測量

第8章 模型試驗地形測量

第9章 測量誤差與數(shù)據(jù)處理

第10章 計算機測試技術

參考文獻

我國河流眾多，海岸線漫長，類型多樣。建國后，尤其是改革開放39年來，我國水利水運事業(yè)發(fā)展十分迅猛，隨著葛洲壩水利樞紐工程、三峽工程和黃河小浪底樞紐工程的建設以及我國沿江沿海地區(qū)經濟的快速發(fā)展，各大河流治理的進展程度更快，港口航道建設也取得了前所未有的巨大成就。在近50年中，我國先后對長江、黃河等七大水系和洞庭湖、洪澤湖等天然水域均進行了大規(guī)模的河道治理和建設工程，在大運河、蘇南水網(wǎng)等人工運河也進行了治理工程，同時相應地進行了一大批港口工程的建設。為這些工程的規(guī)劃、設計和實施均離不開水利工程模型試驗，而模型試驗研究需要先進的儀器設備，由此水利工程模型試驗量測技術得到了快速的發(fā)展。

本書是編著者對2004年11月出版的《河流海岸模型測試技術》一書的補充與完善。在本書中較系統(tǒng)地介紹了水利工程模型試驗概況、試驗基礎設施和設備；同時全面介紹了在水利工程模型試驗中的流速測量、流量測量、水位的波高測量、含沙量和泥沙顆粒級配測量、壓力測量和地形測量等的專用儀器設備的工作原理、性能特點、應用范圍和優(yōu)缺點；最后介紹了測量誤差與數(shù)據(jù)處理、計算機在模型測試中的應用技術和應用實例。本書為編著者多年來有關水利工程模型試驗量測技術研究成果的總結，在保持以往各類量測儀器設備完整的基礎上，盡可能多地介紹了當今國內外先進的量測技術、傳感技術以及最新的應用于水利工程模型試驗的儀器設備。本書可供教學和研究參考。

（1）水面量測( water level measurement)：對水體自由表面位置的測定。水面量測是水工、河工、港工試驗中重要量測項目之一，主要用于量測水位和波浪。

水位量測往往要與基準面的高程相聯(lián)系，對量測儀器的準確度和長期穩(wěn)定性有較高的要求。常用的儀器有測針和自動跟蹤水位計等。

波浪量測是通過測定水面波動的過程，從而推算出波高、波周期、波譜特性等參數(shù)。由于水面波動較快，故對量測儀器的動態(tài)特性有一定要求。波浪的量測可采用各種形式的波高儀。

現(xiàn)代的水工試驗，不論是水位還是波浪的量測，都采用電腦對水面量測的數(shù)據(jù)進行集中采集和數(shù)據(jù)處理。

（2）流速量測( flow velocity measurement)：對水質點運動速度的數(shù)值大小及方向的測定。流速量測是水流實驗中重要的量測內容之一。

在恒定流中，一般進行時均流速的量測；而在非恒定流中，則要量測流速隨時間的變化過程。對變化緩慢的非恒定流（例如潮流）可用間隔一定時間量測一短時段內時均流速的辦法來反映流速變化過程：對于脈動流速（不論在恒定流或是非恒定流中）的量測，都要測得流速隨時間變化的動態(tài)過程，并分析出流速脈動的頻率和強度等。

嚴格說來，為了描述流體的流動要進行三維流速量測。但不少試驗可忽略某一方向的流速，簡化為二維的流速量測。在某些管道流、明渠流中甚至可簡化為一維流速量測。

（3）流量量測（實驗室）( flow measurement in lab: discharge measurement in lab)：對單位時間內通過某一過水斷面的流體體積的測定。測定流量的儀表稱為流量計。目前實驗室內常用的有壓差類、堰槽類、轉子類、電磁類、超聲類等幾種類型。

（4）水溫量測( water temperature measurement)：使用溫度計對水體溫度場的測定。在與熱力因素有關的水力學試驗中，水溫是主要的量測項目之一。

（5）摻氣濃度量測( air concentration measurement) ：對水氣二相流中空氣濃度的測定。為了研究摻氣水流運動規(guī)律，有必要測定水流斷面平均含氣濃度及點時均含氣濃度和脈動含氣濃度。測量方法有多種，如水面線估量法、光學法、取樣法、同位素法、電學法等，常用的有取樣濃度儀、y射線濃度儀、電阻濃度儀及針形點摻氣濃度儀4種。

（6）壓強量測(pressure measurement)：對流體作用于單位面積上的法向力的測定，壓強通常分為相對壓強和絕對壓強。前者是測點水壓強與大氣壓強之差：后者是包括大氣壓強在內的總壓強。測定壓強的儀表稱為壓力計，按其作用原理可分為液柱式壓力計、機械式壓力計和電測壓力傳感器等。

隨著河流泥沙研究中的模型試驗包括研究泥沙運動基本規(guī)律的特性測試、水槽試驗和研究河床演變與河道整治的河工模型試驗等的不斷發(fā)展，其相關的量測控制技術也得到了很大的發(fā)展，特別是近20～30年來更是取得了長足的進步。在我國，規(guī)模宏大的河工模型試驗大廳不斷地興建，試驗設施和測試技術以及量測控制系統(tǒng)越來越先進，河工模型試驗取得了豐碩成果，推動了我國水利科研的相關領域在經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

河工模型試驗量測與控制技術作為水利水電科學技術的一個分支，所包含的內容十分廣泛，涉及多種學科和技術的應用，包括聲、光、電磁、力學、機械以及計算機、通信和視頻可視化等近代發(fā)展起來的高新技術。《河工模型量測與控制技術》一書全面系統(tǒng)地反映了與河工模型試驗量測技術有關的各個方面，本書從基礎設施、專用設備、量測儀器、測試技術、數(shù)據(jù)采集、自動控制等方面作了翔實的介紹，體現(xiàn)了理論與實踐結合、普及與提高并重的特點。2100433B

包括水面量測、流速量測、流量量測、壓強量測、水溫量測、流動顯示、摻氣濃度量測、空化噪聲量測、水激振動量測等。