《泥沙分析系统软件设计》.docx

泥沙分析系统软件设计一、绪论二、LDY-1全白动泥沙率定仪基本原理三、〈〈SL42-2010河流泥沙颗粒分析规程》计算方法四、软件设计五、结论、绪论悬移质泥沙分析中，通过LDY-全自动率定仪得到的数据量庞大，如果采用传统方式进行处理则耗费较大的时间和精力，为此需要与之配套的数据处理软件通过软件进行天平称量、沙杯重量数据库，原始数据数据库，计算级配、垂线、断面数据、打印结果报告友好的软件设计，快捷的操作方式能够有效地提高数据处理的工作效率，并且计算机高速精确的计算能力可以很好地保证泥沙率定数据的准确度以往的经验证明，优秀的软件设计能够极大地解放工作人员的劳动力，保证工作的准确性因此，需要一套学习简单、使用方便、计算快捷的泥沙分析系统软件二、LDY-1全白动泥沙率定仪基本原理悬移质泥沙级配数据，以前通过粒径计手工获得依据〈〈SL42-2010河流泥沙颗粒分析规程》可以获得相关的计算公式粒径计法的基本原理是：以司笃克斯定律为基础，利用沙样颗粒在静水中的沉降规律，把制备好的沙样注入沉降管内，泥沙颗粒按大小分层沉降，粒径最大的最先到达管底，随后是粒径较小的颗粒依次沉降根据不同时刻沉积于管底的沙量和相应的沉降粒径，经过收集、烘干和称重并求出测点含沙量、测点颗粒级配，然后依据测点结果结合野外采集的水文数据资料，计算出垂线和断面的平均含沙量、平均颗粒级配、平均粒径、中值粒径、输沙率等，最后绘制垂线和断面泥沙颗粒级配曲线图，并从级配曲线图中找出影响河床演变和设计工作中需要的一些特征值，如D5dD90等。

通过粒径计手工获得这些数据工作量很大，效率极低为此设计了“LDY-1全自动泥沙率定仪”采用计算机及自动控制技术，实现了粒径计法的分析自动化工作原理：水中泥沙颗粒在清水中沉降，粒径大的颗粒沉降速度快，小的沉降速度慢，经过实践和理论计算，得出颗粒在沉降管中的沉降时间与沉降高度的关系如下：设颗粒在粒径计管中下沉的距离为L,颗粒的粒径为D,下沉的速度为3,则颗粒的沉降时间为：T=L/3由于颗粒的沉降速度3与颗粒的粒径D之间存在着确定的关系3=f(D),所以在已知粒径D的情况下，便可以求出颗粒的沉降时间T反之，亦可通过观测和控制颗粒的沉降时间T,反求出颗粒的直径Do在〈〈中华人民共和国水利行业标准SL42-2010,河流泥沙颗粒分析规程》采用了沙玉清公式和司托克斯公式沉降公式:当粒径等于或小于0.062mm时，采用司托克斯公式:D2g（一）D_1800『、•W当粒径为0.062~2.0mm时，采用沙玉清的过度区公式(lgSa+3.665)2+(lg力-5.777)2=39.00沉速判数Sa：式中：3沉降速度，cm/s;D沉降粒径，mm泥沙密度，g/cm3;2.65cm/s2;9.8米/S2=980cm/s2cm2/s;P3——清水密度，g/cm3;V水的运动粘滞系数，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、的自动控制方案。

为了提高系统工作的可靠性，统的气动或者液压驱动托盘的方式能够充分发挥电子自动化的稳定性，上升接杯g重力加速度，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，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三、〈〈SL42-2010河流泥沙颗粒分析规程》计算方法从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、Q&……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v0.063mm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X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)xk=1000xkx总沙重/Vk：取样系数；V：取样体积ml;取样体积：1000ml、2000ml、3000ml、4000ml2、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：“(FLMM心州如丛0*0.6•绵8%$电方膈CsM+3Cs0.2V°.2+尖0.6&+2Cs0.8V°.8+Cs1.°V1.0三点法的颗粒级配计算公式:P.2G0.M.2+咯.6Cs0.V.6+底％8&二点法的颗粒级配计算公式:"3.2R"G0.M.2+汝.8一点法垂线平均颗粒级配就是测点颗粒级配本身。

式中：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,,Csi.o: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D_(p.0Cs0.0V).0+2p).2Cs0.M.2+2p).4Cs0M.4+2pJ).6Cs0.6V.6+2巳80；0.8岫.p1.0Cs1.0^^.0)pmj=Cs0.0&+2Cs0.2&+2CC0.4V.4+2G0.M.6+2Cs0.M.8+P.0Cs1.°V.01）2点法cF0.i5Cs0isM).1^F0.8^Cs08^.85Pmj=Cs0.1V0.15Cs0.8M.852）、用测点流速加权法计算垂线平均含沙量五点法：p_Pm0°M.03R0M.23%M.62品撬％0M.0)pm=10Vm4=&淄/3&+2&乂（只有在五点法时才用到平均沉速）10三点法:丽如虹P幽迪壁08V0.2V).6V.8二点法:P_P0M2隔8%.8V).2'V.8一点法Pm与测点含沙量相同3其中：Pm；垂线平均含沙量（Kg/m）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/m'）；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=®线平均含沙量x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Pj=L2qs0qs1Pm1jqs1qs2Pm2j4sz^q”Pmnj■2qs0qs1qs1Qs^Qsn^2qsn'其中：Pj——断面平均小于某粒径沙重百分数（为；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（为；其中qs0=QxPmiqsoqsi=Q2XPm1•Pm22qs2=Q3XPm2.Pm32—Pmn1，Pmnqs(n-1)=Q-1X\J2qsn=QnxPmn① Ql,Q2,……，Qn为垂线间部分流量；② Pm1,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=qso+qsi+…+qs（n-i）+qsn33）、断面平均含沙量（Kg/m）断面平均含沙量*扫3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:—'PjDjD=100其中：AP为相邻粒径组的百分数之差：APj=Pj-瓦书Dj为相邻粒径组的几何平均值：Dj=JDj*Dj*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P的值与50的差的绝对值最小的一个插值确定为P,然后按以下经验公式计算：D50/Di.*(50—PX50—P41)P』—PP_1一巳1(1)D-D*D50—2Di(50—P=X50—P^1)P—P—1P—P150_3=D*一Di150-R」50-R"P」"R(3)D50=1OD50-1D5°-2D50-3(4)四、软件设计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报表数据报表导出打印报表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. 系统锁定与解锁数据库的备份和恢复4.3.2天平管理功能：软件。