泥沙分析系统软件设计Word格式.docx

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（lgSa+3.665）2+（lgφ-5.777）2=39.00

沉速判数Sa：

粒径判数φ：

式中：

ω——沉降速度，cm/s；

D——沉降粒径，mm；

ρs——泥沙密度，g/cm3；

2.65

ρω——清水密度，g/cm3；

g——重力加速度，cm/s2；

9.8米/S2=980cm/s2

ν——水的运动粘滞系数，cm2/s；

设计方法：

根据以上原理，采用了颗粒在粒径计管中的沉降距离为100厘米，计算机控制托盘旋转、上升接杯的自动控制方案。

为了提高系统工作的可靠性，方案中选择了步进电机和霍尔传感器组合的电子控制技术，摒弃了传统的气动或者液压驱动托盘的方式。

由于系统采用了精心设计的防水设计，加上可靠的电子电路设计，能够充分发挥电子自动化的稳定性，保证了长时间工作的可靠性。

相比传统方式，有明显优势。

为了提高效率，采用一台计算机控制8个工作台并行工作的方案，计算机通过一个RS485的串行接口，将8个工作台联接起来，可以控制8个工作台同时工作。

只要选择好温度、颗粒级配参数，就可以计算好每个级配的沉降时间，计算机控制旋转台来自动接杯，接杯的时间准确，运动位置精确，达到了分析自动化的效果。

从LDY-1中取得沙样包含了大量的测点沙重数据，需要进行进一步的分析和计算，依据《SL42-2010河流泥沙颗粒分析规程》中的相关公式进行河流泥沙颗粒分析。

计算公式：

以测点起算数据和水文数据为基础，依据《河流泥沙颗粒分析规程》中的计算方法，按照不同的垂线取样法（分为五点法、三点法、二点法、一点法四种）计算。

悬移质资料由光电数据（各粒级数据见以下说明）、率定数据（各粒级数据见以下说明）、水文数据（由测量中心内业提供TXT文件）三部分计算而成，其中光电数据计算由颗粒分析仪自带程序完成，率定数据经由率定仪分析后称量其各粒级沙重而来，然后进行筛上筛下接头。

河流悬沙取样以断面为一个单元，每个断面有若干条垂线，垂线有十一点法、九点法、七点法、六点法、五点法、三点法、二点法、一点法等取样方法，如某水道5#断面剖面图示意：

北水边南水边

12345（垂线号）

0.0（米）0.0（米）

0.2（米）0.2（米）0.2（米）0.2（米）

Q1Q2Q3Q4Q5Q6

0.6（米）0.6（米）0.6（米）0.6（米）

0.8（米）0.8（米）0.8（米）0.8（米）

1.0（米）1.0（米）

一点法

二点法

五点法三点法

五点法

从上图可知：

5#断面有五条垂线，1号垂线有两个测点，2号垂线有五个测点，3号垂线有五个测点，4号垂线有三个测点，5号垂线有一个测点。

如图所示的0.0（米）、0.2（米）、0.6（米）、0.8（米）、1.0（米）的含意是取样位置距水面的相对水深。

取样时每个取样点的流速各不相同，在计算垂线平均含沙量时要用到测点流速及垂线平均流速，以数据库的形式给出。

图中的Q1、Q2、Q3、……Qn,为垂线间部分流量，计算断面平均颗粒级配时要用到垂线间部分流量，以数据库的形式给出。

以测点样品为分析基础，测点粒径级分为0.50.350.250.1250.0880.0630.0310.0160.0080.0040.002（mm），确定测点级配；

以测点级配为起算数据计算垂线级配及相关的参数；

以垂线级配及相关的参数计算断面级配及相关参数。

注：

每个断面的垂线数是可变的；

每条垂线的测点数是可变的，但取样方法的类型只有八种：

十一点法、九点法、七点法、六点法、五点法、三点法、二点法、一点法，即每条垂线的取点数只有十一点法、九点法、七点法、六点法、五点、三点、二点、一点这八种可能。

平均沉速、平均粒径、中值粒径（D50）按光电法仪器内部程序计算。

1、测点级配的确定

1）粒径级配划分为：

0.50.350.250.1250.0880.0630.0310.0160.0080.004（mm）

当粒径>

0.063mm时用粒径计法

当粒径≤0.063mm时用光电法

接头时：

操作者输入筛上分级沙重、筛下全沙重、筛下全沙样取样体积、筛下沙样量筒液体积。

筛上分级沙重有：

0.50.350.250.1250.088〉0.088，共六个数据

要求计算总沙重，总沙重=筛上总重+筛下总重

筛上总重=筛上分级沙重之和

筛下总重=筛下全沙重×

筛下沙样量筒液体积÷

筛下全沙样取样体积

输出测点颗粒级配

2）求出测点含沙量（C）（kg/m3）

操作者给出取样体积V（ml）

Cm=（总沙重/1000）÷

（V（ml）/1000000）×

k=1000×

k×

总沙重/V

k：

取样系数；

V：

取样体积ml;

取样体积：

1000ml、2000ml、3000ml、4000ml

2、垂线计算

通过输入或数据库形式获取水文数据即测点流速、垂线平均流速、垂线间部分流量

1）计算垂线平均颗粒级配（提示几点法按顺序取数）

五点法的颗粒级配计算公式：

Pmj=

三点法的颗粒级配计算公式：

二点法的颗粒级配计算公式：

一点法垂线平均颗粒级配就是测点颗粒级配本身。

Pmj：

垂线平均小于某粒径沙重百分数（%）；

P0.0,……,P1.0:

相对水深或有效水深处的测点小于某粒径沙重百分数（%）；

Cs0.0,……,Cs1.0:

相对水深或有效水深处的测点含沙量，（kg/m3）；

V0.0,……,V1.0:

相对水深或有效水深处的测点流速，m/s；

封冻期：

1）6点法

1）2点法

2）、用测点流速加权法计算垂线平均含沙量

五点法：

Pm=

=

（只有在五点法时才用到平均沉速）

三点法：

二点法：

一点法Pm与测点含沙量相同

其中：

Pm；

垂线平均含沙量（Kg/m3）

Pm0.0,Pm0.2,……,Pm1.0:

相对应的相对水深处或有效水深处的测点含沙量（Kg/m3）；

V0.0,……,V1.0:

相对应的相对水深处或有效水深处的测点流速（m/s）；

Vm:

垂线平均流速（m/s）；

3）垂线平均输沙率（Kg/s·

m2）

垂线平均输沙率=垂线平均含沙量×

垂线平均流速

4）垂线平均粒径、垂线中值粒径、垂线平均沉速

4、断面计算

1）断面平均颗粒级配的计算

j=

j——断面平均小于某粒径沙重百分数（%）；

qs0,qs1,……,qsn:

以取样垂线分界的部分输沙率（Kg/s）；

pm1j,pm2j,……,pmnj:

各取样垂线平均小于某粒径沙重百分数（%）；

其中qs0=Q1×

Pm1

qs0

qs1=Q2×

qs2=Q3×

┋

qs（n-1）=Qn-1×

qsn=Qn×

Pmn

①Q1,Q2,……,Qn为垂线间部分流量；

②Pm1,Pm2,……,Pmn:

为垂线平均含沙量；

2）、断面输沙率（Kg/s,T/S）

断面输沙率=部分输沙率之和=qs0+qs1+…+qs（n-1）+qsn

3）、断面平均含沙量（Kg/m3）

断面平均含沙量=

其中：

断面流量为部分流量之和。

4）断面平均粒径、中值粒径、平均沉速

断面平均粒径的计算公式为：

为相邻粒径组的百分数之差：

为相邻粒径组的几何平均值：

中值粒径D50计算采用的经验公式：

具体方法是：

将垂线或断面的级配值Pi按11级排序，查找Pi的值与50的差的绝对值最小的一个插值确定为Pi，然后按以下经验公式计算：

（1）

（2）

（3）

（4）

4.1.软件运行环境

WINDOWS-XP操作系统、SQLServer数据库、office2003、.netframework3.5框架。

4.2．软件设计

采用MicrosoftVisualStudio2008开发平台及MicrosoftSQLServer2008数据库进行软件开发。

4.3．软件模块

主要有用户管理、天平管理、天平联机称重、空杯数据库、沙样数据库、级配计算、垂线计算、断面计算、各种数据报表等模块组成

4.3.1用户管理

系统的帐户类型分为管理员和职员，管理员帐号拥有管理系统账户的功能。

支持的功能如下：

1.设置用户权限和基本信息

2.更改用户口令

3.系统锁定与解锁

4.数据库的备份和恢复

4.3.2天平管理

●功能：

软件本身可以支持多种型号的电子分析天平，能够极大提高软件的适用性，目前系统数据库默认支持的常用天平型号有限，列出如下：

1.丹佛T-20022/T-4002

2.赛多利斯（型号BS210S/BS110S）

3.梅特勒

4.国产串口天平

输入

处理

输出

天平型号

是否重复验证

指令格式、通讯格式

格式验证

天平数据库中的天平信息

●精度：

千分之一或者万分之一天平

●灵活性：

能够支持用户自定义天平以及自定义天平指令

软件通过合理的用户界面能够支持自定义天平，用户可以根据相关指示，将其他型号的天平指令添加到软件天平数据库中，可以支持更多型号的天平。

从而降低用户成本，方便更多的用户使用已有资源。

4.3.3天平联机称重

1.能够自动设置上一次使用的天平为首先天平

2.能够自动设置默认通信参数

3.支持天平通讯测试功能

软件每一次运行都会选择首选天平为本次操作要使用的天平。

如果要更改首选天平，只需要到界面中更改相关设置，如果当前工作室没有上面列出的天平，请选择兼容格式的天平。

或者，在天平界面中按照软件提示中添加您自己的天平。

软件通过串口Rs232连接天平，系统会自动检测当前的串口。

支持通过usb转串口的方式连接计算机与电子天平。

用户按照天平的使用说明书，配置天平的通信格式，一般波特率设置为1200，奇偶校验选择无，数据位和停止位请参照天平说明书。

默认选中“保存为首选天平”，以便以后自动设置天平参数。

天平联机成功后，可以进行：

空杯称重和沙样称重。

称重过程支持以下功能，提高称重效率：

1.自动计算并保存称重结果、减少用户点击鼠标次数

2.支持手动输入数据或者更改数据

3.支持快速查找指定编号的沙杯

4.支持倒计时自动称重，提高称重效率

5.支持重量数据导入和导出功能，能够从其他文件中导入已有数据，比如Access数据库或者Excel文件中的重量数据

获取对应型号天平的参数

天平的相关通信设置

空杯编号

获取电子天平的称重数据

空杯数据库和沙样数据库中的记录

手动输入的重量数据

验证数据合理性

Excel数据文件

提取沙杯编号和重量数据

Access数据库文件

重量精度为小数点后4位，沙杯编号为4位阿拉伯数字

能够扩展到推移质的沙重称量过程中，很好地结合到一起。

4.3.4整编计算

整编打印的功能是将同一个断面下的多条垂线数据集中计算成果。

并且可以将多种不同的测量方法得到的结果拼接，以获得更完整的级配数据。

整编打印的顺序与水文管理类似，但是必须在水文管理中建立相关的水文资料并获得测点的级配后才能够进行整编计算垂线和断面级配曲线。

年份、测次、水道、断面

对应断面下的垂线数据

悬移质断面计算结果、级配曲线、D50

年份、测次、水道、断面、垂线

对应垂线下的测点数据

悬移质垂线计算结果、级配曲线、D50

粒径计数据+光电数据

断面下的整编测点数据

整编测点平均输沙率、平均流速

计算结果在小数点后4位

●速度：

单个断面的计算在1秒内完成

能够做到批处理，一次对多个断面进行快速计算；

可以扩展到推移质的断面成果计算；

可以整编采用”筛分仪”和“激光率定仪”分析得到的数据；

4.3.5报表生成和打印

数据计算的最终结果以报表的形式显示在软件界面中，并且支持以Excel格式的报表导出。

在Excel表格中绘制对数级配曲线，方便电子阅历与保存。

断面整编数据

填入报表

断面成果表

垂线整编数据

垂线成果表

测点整编数据

测点成果表

沙重整编数据

沙重成果表

水文数据

水文成果表

中值粒径数据

中值粒径表

报告的格式统一，所有形成报告的资料页码统一在资料右下角。

新程序在生成报告后，自动进行页码编号。

能够快速生成报表，并立即显示在窗口中，具有预览功能。

能够将excel和word报告整合在一起编号并打印成册，减少人员操作复杂度。

通过以上技术手段实现了泥沙分析的自动化和智能化，填补了国内在此分析项目上的空白，高效、精确、系统的完成了泥沙各种数据的分析。

5.1天平数据库输入数据（界面、表格、结果表格）

空杯：

图5-1空杯称重表

图5-2从本地数据库或者外部数据库中导入沙杯自重

沙重：

图5-3手动或者电子天平输入沙杯与沙总重，输出沙重并验证

图5-4导入沙重，输入外部数据库或者Excel文件，输出选择的沙重

5.2.级配数据（界面、表格、结果表格）

图5-5输入测点沙重（或者对应的沙杯编号）

图5-6点击“获取测点级配”输出测点级配表格数据

图5-7整编计算输入光电数据，输出整编测点级配

5.3垂线数据（界面、表格、结果表格）

图5-8输入垂线序号和垂线下各测点权重，权重依据公式可得（一般选默认值）

图5-9输出垂线成功数据

5.4断面数据（界面、表格、结果表格）

图5-10输入断面下各部分断面权重（依据公式）

图5-11输出断面计算结果

5.5其它数据结果（界面、表格、结果表格）