內容簡介
《河工模型量測與控制技術》介
封面目錄
序前言
第1章緒論
1.1河工模型試驗概況
1.2長江河工模型的發展過程
1.3河工模型量測與控制技術概述
第2章模型試驗基礎設施
2.1試驗場地與大廳
2.1.1試驗大廳
2.1.2簡易式工棚
2.1.3泥沙分析室
2.2供水系統
2.2.1水泵房的設定
2.2.2供配水管路
2.2.3回水渠
2.2.4蓄水池
2.3供沙系統
2.3.1攪拌池
2.3.2沉沙池
2.3.3機械式加沙設備
2.3.4孔口箱加沙設備
2.3.5循環管道加沙設備
2.3.6螺桿泵變頻調速加沙設備
2.3.7脈寬調速軌道車加沙機設備
2.4供電系統
2.5接地系統
第3章模型試驗專用設備
3.1水槽
3.1.1固定水槽
3.1.2活動水槽
3.1.3波浪水槽與波浪水池
3.1.4量測儀器檢定專用水槽
3.1.5水槽的供水、供沙系統
3.2生潮系統
3.2.1氣壓式潮水箱
3.2.2可變溢流式
3.2.3雙向泵式
3.2.4可變溢流和雙向泵組合控制式
3.3造波系統
3.3.1造波機
3.3.2造波系統的潮流模擬裝置
3.4生風系統
3.5河工模型斷面板排序系統
第4章流量測量與控制
4.1量水堰
4.2差壓式流量計
4.3電磁流量計
4.4渦輪流量計
4.5水錶流量計
4.6超音波流量計
4.6.1時差法測量原理
4.6.2都卜勒法測量原理（頻差法）
4.6.3超音波流量計的基本性能
4.7流量的自動控制
第5章水位測量與控制
5.1水位測針
5.2跟蹤式水位儀
5.3探測式水位儀
5.4光柵式水位儀
5.5壓力式水位儀
5.6超音波水位儀
5.7電阻式波高儀
5.7.1基本原理與電路分析
5.7.2水流泡漩檢測
5.8電容式波高儀
5.9ZK位自動測量與控制系統
5.9.1水位自動測量系統
5.9.2水位自動控制系統
第6章流速與流向測量
6.1畢託管流速儀
6.2鏇槳流速儀
6.2.1電阻式鏇槳流速儀
6.2.2光電式鏇槳流速儀
6.3鏇槳式流速流向儀
6.4熱線熱膜流速儀
6.5電磁流速儀
6.6超聲都卜勒流速儀
6.7雷射流速儀
6.8粒子圖像流場測速系統
第7章模型地形測量
7.1電阻式地形儀
7.2光電式地形儀
7.3超音波地形儀
7.4跟蹤式地形儀
7.4.1三維地形測量系統的組成
7.4.2三維地形測量系統的主要性能
7.4.3三維地形測量系統的人機界面
第8章含沙量和顆粒級配的測量與控制
8.1光電測沙儀
8.1.1光電測沙儀的電路原理及結構
8.1.2含沙量的測定
8.2超音波測沙儀
8.2.1反射式超音波測沙儀
8.2.2衰減式超音波測沙儀
8.2.3超音波濃度測量儀
8.2.4綜合液體濃度儀
8.3電磁濃度計
8.4光電顆粒分析儀
8.5聲波振篩式顆粒分析儀
8.5.1聲波振動式全自動篩分粒度儀
8.5.2RPs型系列電動式音波篩分儀
8.6離心沉降式顆分儀
8.6.1測量原理
8.6.2BT—1500離心沉降式粒度分布儀
8.6.3CG—1離心沉降式粒度分布測定儀
8.7雷射粒度分析儀
8.7.1儀器結構及工作原理
8.7.2雷射粒度分析的特性
8.7.3MS—2000型雷射衍射粒度分析儀
8.8顆粒圖像處理儀
8.8.1儀器的組成與測量原理
8.8.2性能與特點
8.8.3BT—1600圖像顆粒分析系統
8.8.4Winner100動態顆粒圖像分析儀
8.9超聲粒度分析儀
8.9.1沉降式超聲顆分儀
8.9.2超聲衰減粒度儀
8.10顆粒級配的線上自動檢測
8.11含沙量的自動控制
8.11.1均一渾水系統的含沙量自動控制系統
8.11.2循環管道的含沙量自動控制系統
8.11.3螺桿泵調速加沙控制系統
第9章水溫測量
9.1靜水溫度測量
9.2多點水流溫度測量
9.2.1溫度感測器
9.2.2計算機水流多點測溫系統
第10章電子測量及其在河工模型試驗中的套用
10.1電子測量方法及感測器
10.1.1電子測量的內容與特點
10.1.2測量方法及儀表的功能
10.1.3測量儀表的基本性能
10.1.4感測器
10.2電子儀器常用的測量電路
10.2.1電橋電路
10.2.2RC正弦波振盪器
10.2.3運算放大器
10.2.4儀器放大器
10.2.5信號的隔離與濾波電路
……
10.3虛擬儀器技術及套用
第11章智慧型檢測系統與數據融合
11.1智慧型檢測系統的基本結構
11.2分機連線與接口系統
11.3數據融合的原理與套用
11.4智慧型檢測套用實例與展望
第12章測量誤差與數據處理簡介
12.1測量的概念
12.2誤差的基本概念及其分類
12.3誤差分析及處理
12.4試驗數據處理
第13章模型自動量測控制系統套用實例
13.1長江葛洲壩工程泥沙模型量測控制系統
13.2長江三峽水利樞紐工程壩區泥沙模型量測控制系統
13.3三峽工程庫尾泥沙模型量測控制系統
13.4南水北調中線穿黃模型量測控制系統
13.5潮汐模型直流脈寬調速生潮控制系統的研製及套用
13.6深圳河潮汐模型生潮設備與數據自動採集系統
13.7河工模型溫排水試驗測控設備的研製與套用
13.8長江防洪模型量測控制系統
13.9基於變頻調速的潮汐模擬系統設計與套用
13.10長江口綜合整治模型量測控制系統的設計
前言
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展，其相關的量測控制技術也得到了很大的發展，特別是近20～30年來更是取得了長足的進步。在我國，規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發展。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套用，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、數據採集、自動控制等方面作了翔實的介紹，體現了理論與實踐結合、普及與提高並重的特點。在以往不少的教科書中，對於模型試驗有關設施、儀器、量測技術方面都有涉及，在有關科技文獻中也有不少介紹，但全面的、全過程的、全方位的系統介紹，既能注重套用又能反映先進水平的書籍還不多見。本書在總結實踐經驗的基礎上，介紹了新的設備、量測儀器和控制系統，以及近幾年興起的高新技術——虛擬儀器技術、智慧型檢測系統與數據融合技術在河工模型中的套用和實例，反映了當前河工模型試驗測控技術的先進性。本書語言簡練、邏輯合理，密切聯繫實際，易為從事這方面工作者學習和掌握，具有廣泛的實用性。本書是編著者通過長期辛勞實踐所取得的成果，也是博收眾長、集體智慧的結晶。相信本書的出版，將能促進和加強河工模型試驗量測與控制技術這一領域的技術交流。精彩書摘
模型試驗是科學試驗中一項重要的研究方法與專門技術，套用甚廣。河工模型試驗是運用河流動力學知識，根據水流和泥沙運動的力學相似原理，模擬與原型相似的邊界條件和動力學條件，研究河流在天然河流情況下或在有水工建築物的情況下水流結構、河床演變過程和工程方案效果的一種方法[1]。河流模擬是預測河流演變過程的重要手段，它包括了數值模擬和河工模擬（簡稱數模和河工模型）兩個部分，是一項專門研究水流和泥沙運動以及河床演變的技術。數模和河工模型在科研及工程實踐上得到廣泛套用，特別是進入21世紀後，隨著計算機技術的迅猛發展，數模的套用到達一個嶄新的階段。根據數理方程利用數學模型使用電子計算機進行計算的方法，在河流問題的研究中獲得了廣泛的套用與發展，具有迅速、準確、能節約大量人力、物力與時間的顯著優點。與物模相比，國際上一些已開發國家在數模的套用上已居於領先地位。儘管如此，目前物模在重大水利工程及科研方面的套用仍有不可替
代的作用，如在河槽形態的發展中不能適當的簡化以及問題的三維性質占有十分重要的地位時，或在試驗範圍內水流通過重要的水工建築物情況下，難以用數理方程表達時，數學模型仍然不能代替物理模型。在許多情況下，常採用數學模型與物理模型相結合的研究方式，以求得問題的解決，例如，在長江葛洲壩和三峽樞紐工程的泥沙問題的研究中，就大量地採用兩者相結合的方法。我國河流上建有越來越多的大、中型水利工程，如長江的三峽、南水北調、防洪與河道整治等工程，以及各種港口碼頭、航道、取排水設施、灘涂開發利用等，這些水利工程的建設將顯
著改變河流原有的水文情勢及生態環境，包括水文泥沙條件、河床演變、航道安全、生物物種和河流濕地等一系列的顯著變化。作為一個複雜而又特殊的自然綜合體，河流在自然情況下以及在修建建築物後所發生的演變過程，對人類生產活動影響甚大。為了保障防洪安全、維護河流資源的綜合利用，保護生態與環境，人們通過研究預測與治理來制訂工程規劃，並進一步控制河床演變過程。
