农业非点源污染
农业非点源污染数据采集方法一：
采样准备
1、采样安排
a)水样的采集与监测项目的确定。
确定采集水样的位置，能够反映非点源污染的特征。同时，人
力能够到的地方，而且监测指标能够反映非点源污染的特点。
b)采样时间、采样频率的安排
为了更好的了解污染物的年间变化，在11年和12年，原则上
应以月单位进行水样采集，一旦出现天气突变情况，随时根据
情况调整时间。
c)除了特殊实验目的外（如研究雨季连续降雨），应当尽量排除
前一场降雨对实验的影响，以免造成实验数据分析的困难。
由于目前还无法实现自动采样，所有水样都依靠人工进行采集。
在实验过程中，根据实验情况调整采样时间，采样频率。
2、采样点的空间设置
为了研究污染物的空间变化，本次研究选择的土地类型包括：
水田，旱田，居民点，草地等。实验的水质采样点根据小流域
的出口入口及土地利用类型等水污染影响因素确定。利用GPS
定点采集水样。
3、实验方法
由于氮、磷是农业面源污染的重要原因，所以应利用GPS定点
采样，N、P、COD、BOD等。每项测定方法：
a)总氮：
b)总磷：
c)COD：
d)BOD：
e)……
农业非点源污染数据采集方法二：
SWAT模型需要输入主要农作物的播种、施肥、灌溉等作物管理措施，可模拟流域内农业面源污染的负荷。而其中的数据通过查阅辽宁省统计年鉴得出流域内的化肥使用情况，并对化肥进行折纯，得出TN、TP作为基肥加入到模型中。
农业非点源污染数据采集方法三：
对非点源污染负荷估算得出数据
农村非点源污染调查分析的主要对象为农业人口数量、农村综合污水、化肥农药使用和分散式饲养畜禽废水等。非点源污染过程复杂，影响因素众多，对非点源污染负荷的估算也有很多途径。
（1）生活污水
考虑到乡村没有集中的城镇下水道系统，因此将村中人口产生
的生活污染源这算为有机肥输入到模型中。本次研究应采用最
新版本的人口普查中人口数据，列出流域中各乡镇排污当量数
《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》（国务院第一次全国污染普查领导小组办公室，2008-3）并对清河凡河流域农村生活污水污染现状进行调查研究。
（2）农业化肥，进行实地调查，可得到典型区域施肥情况。
（3）畜禽养殖通过计算得到各禽畜的排污当量系数。
目录 实验一静水压强实验???????????????????????????????????????????1实验二伯努利方程式的验证?????????????????????????????????????3实验三雷诺实验??????????????????????????????????????????????6实验四管道沿程阻力实验??????????????????????????????????????9实验五管道局部阻力系数的测定????????????????????????????????12
实验一静水压强实验 （一）实验目的 1、测定静止液体中某点的静水压强，加深对静压公式p=p0+γh的理解； 2、测定有色液体的重度，并通过实验加深理解位置水头，压强水头及测压管水 头的基本概念，观察静水中任意两点测压管水头Z+p/γ=常数。 p=p0+γh 式中：P——被测点的静水压强； P0——水箱中水面的表面压强； γ——液体重度； h——被测点在表面以下的竖直深度。 可知在静止的液体内部某一点的静水压强等于表面压强加上液体重度乘以该点在液面下的竖直深度。 （四）实验步骤 1、打开密封水箱E顶上空气阀门a，此时水箱内水面上的压强p0=p a。观察各测压连通管内液面是否平齐，如果不齐则检查各管内是否阻塞并加以勾通。
2、读取A点、B点的位置高度Z A、Z B。 3、关闭空气阀门a，转动手柄，抬高长方形小水箱F至一定高度，此时表面压力P0＞P a，待水面稳定后读各测压管中水位标高▽=▽I（I=1、2、3、 4、5），并记入表中。 4、在保持P0＞P a的条件下，改变长方形小水箱F高度，重复进行2-3次。 5、打开空气阀门a，使水箱内的水面上升，然后关闭空气阀门a，下降长方形小水箱。 6、在P0＜P a的条件下，改变水箱水位重复进行2-3次。 （五）对表中数据进行分析 单位：mm
第一部分 概念题示例与分析 一 思考题 1-1 下图所示的两个U 形管压差计中,同一水平面上的两点A 、B 或C 、D 的压强是否相等？ 答：在图1—1所示的倒U 形管压差计顶部划出一微小空气柱。 空气柱静止不动，说明两侧的压强相等，设为P 。 由流体静力学基本方程式： 11gh gh p p A 水空气 ρρ ++= 11gh gh p p B 空气空气ρρ++= 空气水ρρ> ∴B A p p > 即A 、B 两点压强不等。 而 1gh p p C 空气ρ+= 1gh p p D 空气ρ+= 也就是说，C p 、D p 都等于顶部的压强p 加上1h 高空气柱所引起的压强，所以C 、D 两点压强相等。 同理，左侧U 形管压差计中，B A p p ≠ 而D C p p =。 分析：等压面成立的条件—静止、等高、连通着的同一种流体。两个U 形管压差计的A 、B 两点虽然在静止流体的同一水平面上，但终因不满足连通着的同一种流体的条件而非等压。 1- 2 容器中的水静止不动。为了测量A 、B 两水平面的压差，安装一U 形管压差计。图示这种测量方法是否可行？为什么？ 答：如图1—2，取1—1/ 为等压面。 水银 图1－1 1－1附图 121
由1' 1p p =可知： )(2H R g p O H B ++ρ =gR H h g p Hg O H A ρρ+++)(2 gh p p O H A B 2ρ+= 将其代入上式，整理得 0)(2=-gR O H Hg ρρ ∵02≠-O H Hg ρρ ∴0=R R 等于零，即压差计无读数，所以图示这种测量方法不可行。 分析：为什么压差计的读数为零？难道A 、B 两个截面间没有压差存在吗？显然这不符合事实。A 、B 两个截面间确有压差存在，即h 高的水柱所引起的压强。 问题出在这种测量方法上，是由于导管内充满了被测流体的缘故。连接A 平面测压口的导管中的水在下行过程中，位能不断地转化为静压能。此时，U 型管压差计所测得的并非单独压差，而是包括位能影响在内的“虚拟压强”之差。当该导管中的水引至B 平面时，B —B ’已为等压强面，再往下便可得到无数个等压面。压差计两侧的压强相等，R 当然等于零。 这个结论很重要，在以后的讨论中常遇到。 1-3一无变径管路由水平段、垂直段和倾斜段串联而成，在等长度的A 、B 、C 三段两端各安一U 形管压差计。设指示液和被测流体的密度分别为0ρ和ρ，当流体自下而上流过管路时，试问：（1）A 、B 、C 三段的流动阻力是否相同？ （2）A 、B 、C 三段的压差是否相同？ （3）3个压差计的读数A R 、B R 、C R 是否相同？试加以论证。 答：（1） 因流动阻力 2 2 u d l h f λ=，该管路A 、B 、C 3段的λ、l 、d 、u 均相同， ∴f B f A f h h h , ,,== （2）在A 、B 、C 三段的上、下游截面间列柏努利方程式： f h u p gZ u p gZ ++ + =++ 2 2 2 22 12 11 1ρ ρ 化简，得 Z g h p f ?+=?ρρ A 段： A f A h p p p ,21ρ=-=? (a) B 段： B B f B gl h p p p ρρ+=-=?,43 (b) 1’ 图1-2 1-2 附图
流体力学综合实验数据处理表 水在管道内流动的直管阻力损失 由附录查得水温t=20C 时，密度3 /2.998m kg 粘度1 001.0 s pa 由公式 p h f （1） 22u d l h f （2） u d Re （3）可分别算出f h ， 和 Re 管内径管a=管b=管c d=0.02m 长度管a=管b=管c L=1m 以a 管第一组数据为例 p =10.323 10 pa 则2 .9981032.103 f h =10.34（J/k g ） 平均流速201.014.3360013.11 u =9.85m/s 则 =2 85.9134 .1002.02 =0.0043 Re = 001 .02 .99885.902.0 =196645 管b
管c 局部阻力系数 的计算 由公式22 u h f 得22u h f 不同开度下截止阀的局部阻力系数 管a 管b
离心泵的特性曲线 杨程H= f h g u g p g p 22 真表 0 f h 离心泵轴功率N=传电电 N 离心泵的效率 是理论功率与轴功率的比值，即 N N t 而理论功率t N 是离心泵对水所作的有效功，即)(102 kw QH N t 以第一组数据为例计算H= 10 201.014.3360002 .20102.99818000102.998125000215.21 m O H 2 N=95.075.01489 =1.601(kw) 2 .99821.1502.20 1.86 离心泵特性曲线
思考与讨论 1， 只管阻力产生的原因是什么？如何测定及计算？ 答：原因是流涕在管道内流动时，由于内摩擦力的存在，必然有能量的损耗，此损耗能量为直观阻力损失。测定及计算方法为 p h f （1） 22 u d l h f (2) 2， 影响本实验测量准确度的原因有哪些？怎样侧准数据？ 答：读数不精确，供水系统不稳定，电压不稳定，出口胶管排气未排完，如果要侧准数据，应该等仪器上显示的数据稳定后再读取。 3，根据实验测定数据，如何确定离心泵的工作点？水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失是否相同？ 答：根据极值数据来确定离心泵的工作点，水平或是垂直管中，对相同直径，相同条件下所测出的阻力损失不相同，
流体机械能转换实验 一、实验目的 熟悉流动流体中各种能量和压头的概念及其互相转换关系，在此基础上掌握柏努利方程。 二、实验原理 1. 流体在流动时具有三种机械能：即①位能，②动能，③压力能。这三种能量可以互相转换。当管路条件改变时（如位置高低，管径大小），它们会自行转换。如果是粘度为零的理想流体，由于不存在机械能损失，因此在同一管路的任何二个截面上，尽管三种机械能彼此不一定相等，但这三种机械能的总和是相等的。 2. 对实际流体来说，则因为存在内摩擦，流动过程中总有一部分机械能因摩擦和碰撞而消失，即转化成了热能。而转化为热能的机械能，在管路中是不能恢复的。对实际流体来说，这部分机械能相当于是被损失掉了，亦即两个截面上的机械能的总和是不相等的，两者的差额就是流体在这两个截面之间因摩擦和碰撞转换成为热的机械能。因此在进行机械能衡算时，就必须将这部分消失的机械能加到下游截面上，其和才等于流体在上游截面上的机械能总和。 3. 上述几种机械能都可以用测压管中的一段液体柱的高度来表示。在流体力学中，把表示各种机械能的流体柱高度称之为“压头”。表示位能的，称为位压头；表示动能的，称为动压头（或速度头）；表示压力的，称为静压头；已消失的机械能，称为损失压头（或摩擦压头）。这里所谓的“压头”系指单位重量的流体所具有的能量。 4. 当测压管上的小孔（即测压孔的中心线）与水流方向垂直时，测压管内液柱高度（从测压孔算起）即为静压头，它反映测压点处液体的压强大小。测压孔处液体的位压头则由测压孔的几何高度决定。 5. 当测压孔由上述方位转为正对水流方向时，测压管内液位将因此上升，所增加的液位高度，即为测压孔处液体的动压头，它反映出该点水流动能的大小。这时测压管内液位总高度则为静压头与动压头之和，我们称之为“总压头”。
《地理信息系统ArcGIS》 课程设计 专业：水文与水资源工程专业 姓名： 学号： 指导教师： 日期：2019年6月
目录 第一部分模型介绍 (1) 一、ArcGIS模型介绍 (1) 二、ArcSWAT模型介绍 (1) 第二部分ArcSWAT流域模拟 (1) 一、建立SWAT模型 (1) 二、流域划分 (2) 三、HRU分析 (7) 四、Write input tables (13) 五、SWAT 模型仿真 (17) 六、SWAT文件输出 (18) 七、查看文件 (19) 第三部分心得体会 (19)
第一部分模型介绍 一、ArcGIS模型介绍 地理信息系统（Geographical Information System简称GIS）是在计算机软硬件的支持下，对整个或者部分地球表层空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。ArcGIS是一个全面的、可伸缩的GIS平台，为用户构建一个完善的GIS系统提供完整的解决方案。 二、ArcSWAT模型介绍 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是由美国农业部（USDA）的农业研究中心（ARS，Agricultural Research Service）Jeff Amonld博士1994年开发的。模型开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响。它是一种基于GIS基础之上的分布式流域水文模型，近年来得到了快速的发展和应用，主要是利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程。ArcSW AT扩展模块是SW AT 模型在ArcSGIS平台上的图形用户界面。SW A T是一个具有很强物理机制的长时段的流域分布式水文模型。 第二部分ArcSWAT流域模拟 一、建立SWAT模型 在ArcGIS界面，打开ArcSWA T工具栏如下图： 点击SWAT Project Setup—New SW AT Project，建立一个新的SWAT项目 在弹出的ArcSW A T对话框中选择否
流体综合实验 实验目的 1）能进行光滑管、粗糙管、闸阀局部阻力测定实验，测出湍流区阻力系数与雷诺数关系曲线图； 2）能进行离心泵特性曲线测定实验，测出扬程与流量、功率与流量以及离心泵效率与流量的关系曲线图； 3）学习工业上流量、功率、转速、压力和温度等参数的测量方法，使学生了解涡轮流量计、电动调节阀以及相关仪表的原理和操作； 离心泵特性测定实验 一、基本原理 离心泵的特性曲线是选择和使用离心泵的重要依据之一，其特性曲线是在恒定转速下泵的扬程H、轴功率N及效率η与泵的流量Q之间的关系曲线，它是流体在泵内流动规律的宏观表现形式。由于泵内部流动情况复杂，不能用理论方法推导出泵的特性关系曲线，只能依靠实验测定。 1．扬程H的测定与计算 取离心泵进口真空表和出口压力表处为1、2两截面，列机械能衡算方程： （1－1）由于两截面间的管子较短，通常可忽略阻力项fhΣ，速度平方差也很小，故也可忽略，则有 （1－2）式中：H=Z2-Z1，表示泵出口和进口间的位差，m； ρ——流体密度，kg/m3 ； g——重力加速度m/s2； p 1、p 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压，Pa；
H 1、H 2 ——分别为泵进、出口的真空度和表压对应的压头，m； u 1、u 2 ——分别为泵进、出口的流速，m/s； z 1、z 2 ——分别为真空表、压力表的安装高度，m。 由上式可知，只要直接读出真空表和压力表上的数值，及两表的安装高度差，就可计算出泵的扬程。 2．轴功率N的测量与计算 N=N电×k （W）（1－3） 其中，N 电 为电功率表显示值，k代表电机传动效率，可取k=0.95 3．效率η的计算 泵的效率η是泵的有效功率Ne与轴功率N的比值。有效功率Ne是单位时间内流体经过泵时所获得的实际功率，轴功率N是单位时间内泵轴从电机得到的功，两者差异反映了水力损失、容积损失和机械损失的大小。 泵的有效功率Ne可用下式计算： N e=HQρg （1－4）故泵效率为 （1－5）四、实验步骤及注意事项 （一）实验步骤： １．实验准备： （1）实验用水准备：清洗水箱，并加装实验用水。 （2）离心泵排气：通过灌泵漏斗给离心泵灌水，排出泵内气体。 2、开始实验： （1）仪表自检情况，打开泵进口阀，关闭泵出口阀，试开离心泵，检查电机运转时声音是否正常，，离心泵运转的方向是否正确。 （2）开启离心泵，当泵的转速达到额定转速后，打开出口阀。 （3）实验时，通过组态软件或仪表逐渐改变出口流量调节阀的开度，使泵出口流量从1000L/h 逐渐增大到4000L/h，每次增加500L/h。在每一个流量下，待系统稳定流动5分钟后，读 取相应数据。离心泵特性实验主要需获取的实验数据为：流量Q、泵进口压力p 1 、泵出
ArcSWAT Frequently Asked Questions Installation: 1.Problem: During installation an error message containing “ … unable to get installer types …” appears, preventing successful installation. Solution: Make that the following is loaded on your system: a.) .Net Framework 2.0 b.) ArcGIS DotNet Support (C:\Program Files\ArcGIS\DotNet). In order for ArcGIS DOTNet support to be installed, the .Net Framework 2.0 must be present on the target computer prior fo installing ArcGIS. Solutions to Interface Problems and How-To: 1.Problem: Error during Landuse/Soils/Slope overlay of “Item not found in this collection”. Cause: The SWAT2005.mdb crop or urban tables do not have a properly formatted OBJECTID field. Solution: Create a cop table with a sequential OBJECTID field by exporting the crop table back into the SWAT2005 database using ArcCatalog. Delete the old table and rename the new one to “crop” or “urban” 2.Problem: Error at beginning of Landuse/Soils/Slope overlay operation. Possible Cause: Land use lookup codes begin with a number and not a letter. All land use lookup codes in a user-defined landuse lookup table and also found in the crop and urban tables MUST begin with a letter. 3. Problem: Error during watershed delineation of, “You attempted to open a database already opened …”. Cause: There is a renegade lock on a table or feature class in your SWAT project database. Solution: Close the SWAT ArcMap project. Reopen the SWAT project a try the operation again. It is a goods idea to save your SWAT project during the watershed delineation task after each step is completed. 4.Problem: Error during the writing of SWAT input files, such as “Missing CN2 for hydrologic group …” . Cause: Soil lookup table of database usersoil table has problems. Solution: Soil names in the soil lookup and usersoil table CANNOT have “_” characters. These characters must be replaced by something else, such as “-“ or “#”. 5.Problem: Errors while reading in observed weather files Cause: Make that there are no extra empty rows at the end of the tables. Also, check observed data files to make sure that there are no dates that are skipped in the middle of the file. 6.Question: Observed weather data was loaded. However, during model setup, I can only select a simulation period that falls within the dates of my observed data. How setup a model “warm-up” period using simulated weather? Answer: You must add missing data values to the beginning of at least 1 of your observed weather
实验一流体流动阻力的测定 一、实验目的 1．了解流体流过直管或管件阻力的测定方法。 2．掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系的变化规律。 3．熟悉液柱压差计和转子流量计的使用方法。 4．测定流体流过阀门、变径管件（突然扩大、突然缩小）的局部阻力系数ξ。 二、实验内容 1．测定流体流经直管（不锈钢管、镀锌管）时摩擦系数λ与雷诺数Re之间关系。2．测定全开截止阀、突然扩大及突然缩小的阻力系数ξ。 三、基本原理 流体在管路中流动时,由于粘性剪应力和涡流的存在,不可避免地引起流体压力的损失。流体在流动时所产生的阻力有直管摩擦阻力(又称沿程阻力)和管件的局部阻力。这两种阻力，一般都是用流体的压头损失h f或压强降?P f表示。 1.直管阻力 直管摩擦阻力h f与摩擦系数λ之间关系(范宁公式)如下: h f=λ·l d · u2 2 (1—1) 式中h f——直管阻力损失, J/kg； l——直管长度, m； d——直管内径, m； u——流体平均速度, m/s； λ——摩擦系数，无因次。 其中摩擦系数λ是雷诺数Re和管壁相对粗糙度ε/d的函数，即λ=f(Re,ε/d)。对一定相对粗糙度而言，λ=f(Re)；λ随ε/d和Re的变化规律与流体流动的类型有关。层流时，λ仅随Re变化，即λ=f(Re)；湍流时，λ既随Re变化又随相对粗糙度ε/d改变，即λ=f(Re,ε/d)。 据柏努利方程式可知阻力损失hf的计算如下： h f=(Z1-Z2)g+ ρ2 1p p- + 2 2 2 2 1u u- (1—2) 当流体在等直径的水平管中流动时，产生的摩擦阻力可由式(1—2)化简而得：
h f =p p 12 -ρ=?p ρ=ρf p ? (1—3) 式中 ρ——流体的平均密度， kg/m 3； p 1——上游测压截面的压强, Pa ； p 2——下游测压截面的压强, Pa ； ?p ——两测压点之间的压强差， Pa ； ?p f ——单位体积的流体所损失的机械能， Pa 。 其中压强差?p 的大小采用液柱压差计来测量，即在实验设备上于待测直管的两端或管件两侧各安装一个测压孔，并使之与压差计相连，便可测出相应压差?p 的大小。本实验的工作介质为水，在一定的管路中流体流动阻力的大小与流体流速密切相关。流速大，产生的阻力大，相应的压差大；流速小，阻力损失小，对应的压差也小。为扩大测量范围，提高测量的准确度，小流量下用水—空气∏型压差计；大流量下用水—水银U 型压差计。据流体静力学原理，对水—空气∏型压差计，压差?p 为 ?p=(ρ-ρ空气)g ?R ≈ρg ?R (1—4) 式中 ?R ——压差计的读数， mH 2O ； g ——重力加速度， m/s 2； ρ空气——空气在操作条件下的密度， Kg/m 3。 对于水—水银U 型压差计，有 ?p=(ρHg —ρ)g ?R (1—5) 式中 ρHg ——水银的密度， kg/m 3。 其余符号的意义同式(1—4)。 整理(1—1)和(1—3)两式得： λ=ρ ρp u d ???22 (1—6) 而 Re=du ρμ (1—7) 式中 μ——流体的平均粘度， Pa ·s 。 在实验设备中，管长l 与管内径d 已固定，用水进行实验，若水温不变，则ρ与μ也是定值。所以该实验即为测定直管段的流动阻力引起压强降?P 与流速的关系。流量V h 的测定用转子流量计，据管内径的大小可算出流速u 的值。调节一系列的流量就可测定和计算一系列的λ与Re 值，在双对数坐标中绘出—Re 关系曲线。 2．局部阻力 局 化，流体受到干扰和冲击，涡流现象加剧而造成的。局部阻力通常有两种表示方法，即当
实验四 化工流体过程综合实验 一、 实验目的 1?掌握光滑直管、粗糙直管阻力系数的测量方法，并绘制光滑管及粗糙管的 '-R e 曲线，将 其与摩擦系数图进行比较； 2?掌握阀门的局部阻力系数的测量方法； 3?了解各种流量计（节流式、转子、涡轮）的结构、性能及特点，掌握其使用方法；掌握节 流式流量计标定方法，会测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计流量标定曲线（流量 -压差 关系）及流量系数和雷诺数之间的关系（ C 。- R e 关系）； 4?了解离心泵的结构、操作方法，掌握离心泵特性曲线测定方法，并能绘制相应曲线。 二、 实验内容 1?测定光滑直管和粗糙直管摩擦阻力系数，绘制光滑管及粗糙管的 ? - Re 曲线； 2?测定阀门的局部阻力系数； 3?测定并绘制文丘里、孔板、喷嘴流量计（三选一）流量标定曲线（流量 -压差关系）及流 量系数和雷诺数之间的关系（ C 。- R e 关系）； 4?测量离心泵的特性曲线，并绘制相应曲线，确定其最佳工作范围。 三、 实验原理、方法和手段 1. 流体阻力实验 a. 直管摩擦系数，与雷诺数Re 的测定： 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即 ?二f （Re, ；/d ），对一定的相 对粗糙度而言，，=f （Re ）。 流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为: 又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） h f Pi - P 2 P
i_u 2 d 2 整理⑴⑵两式得 h f P f
2d ■:Pf u 2 d -管径，m ; ：Pf -直管阻力引起的压强降，Pa ; I -管长，m ; u -流速，m / s ; 3 『-流体的密度，kg / m ; 亠-流体的粘度，N ?s / m 2。 在实验装置中，直管段管长 I 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度 p 和粘度卩也是 定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降 , ；p f 与流速u （流量V ）之间 的关系。 根据实验数据和式⑶可计算出不同流速下的直管摩擦系数 入用式⑷计算对应的 Re ,从 而整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出 入与Re 的关系曲线。 b. 局部阻力系数'的测定： 式中： ■ -局部阻力系数，无因次； p 'f -局部阻力引起的压强降，Pa ; h 'f -局部阻力引起的能量损失， J /kg 。 式中: hf =
ARCSWAT模型使用 1. 模型介绍 SWAT（Soil and Water Assessment Tool）是由美国农业部（USDA）的农业研究中心（ARS，Agricultural Research Service）Jeff Amonld博士1994年开发的。模型开发的最初目的是为了预测在大流域复杂多变的土壤类型、土地利用方式和管理措施条件下，土地管理对水分、泥沙和化学物质的长期影响。它是一种基于GIS基础之上的分布式流域水文模型，近年来得到了快速的发展和应用，主要是利用遥感和地理信息系统提供的空间信息模拟多种不同的水文物理化学过程，如水量、水质以及杀虫剂的输移与转化过程。 SWAT模型综合了早期开发的SWRRB（the Simulator for Water Resources in Rural Basins）模型和ROTO（the Routing Outputs to Outlet）模型的特征，从1990s 问世以来，经历了SWAT94.2，96.2，98.1，99.2，2000等版本，模型在原理算法、结构、功能等方面都有很大的改进，现在使用的SWAT2005版本可以在Arcview、ArcGIS等常见的软件平台上运行，具有良好的用户界面，在ARCGIS上的SW AT 模型为ARCSW AT。本文使用的是ArcGIS 9.2支持下的ArcSW AT 2.0.0。 模型数据处理过程： SWAT模型所需的数据有地形、土壤、土地利用、气象、水文、营养物质等，根据研究目的不同可以选择建立不同的数据库，模型本身带有Land Cover/Plant Growth Database、Urban Database数据库。除此之外，还需要结合研究区域的特点和研究目的，建立用户数据库，其中包括耕作数据库、杀虫剂数据库、营养物质数据库、土壤数据库。模型数据处理流程如图2所示： 模型数据处理流程 模型的应用： 模型的应用主要表现在8个方面：校准与敏感性分析，气候变化模拟，GIS平台描述，水文评价，结构和数据输入效果评价，与其他模型比较，多种模型分析的结合，污染评价。
一、实验目的： 1.学习直管摩擦阻力f P ?,直管摩擦系数λ的测定方法。. 2.掌握直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系及其变化规律。 3.掌握局部摩擦阻力f P ?,局部阻力系数ζ的测定方法。. 4.学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的一些技巧。 5.熟悉离心泵的操作方法。 6.掌握离心泵特性曲线和管路特性曲线的测定方法、表示方法、加深对离心泵性能的了解。 二、实验内容: 1.测定实验管路内流体流动的阻力和直管摩擦系数λ。 2.测定实验管路内流体流动的直管摩擦系数λ与雷诺数Re 和相对粗糙度之间的关系曲线。 3.测定管路部件局部摩擦阻力f P ?和局部阻力系数ζ。 4.熟悉离心泵的结构与操作方法。 5.测定某型号离心泵在一定转速下的特性曲线。 6.测定流量调节阀某一开度下管路特性曲线。 三、实验原理: 1.直管摩擦系数λ与雷诺数Re 的测定: 直管的摩擦阻力系数是雷诺数和相对粗糙度的函数，即)/(Re,d f ελ=，对一定的相对粗糙度而言，(Re)f =λ。 流体在一定长度等直径的水平圆管内流动时，其管路阻力引起的能量损失为： ρ ρf f P P P h ?=-= 2 1 （1） 又因为摩擦阻力系数与阻力损失之间有如下关系（范宁公式） 2 2 u d l h f P f λρ == ? （2） 整理（1）（2）两式得 22u P l d f ???= ρλ （3）
μ ρ ??= u d Re （4） 式中： -d 管径，m ； -?f P 直管阻力引起的压强降，Pa ； -l 管长，m ； -u 流速，m / s ； -ρ流体的密度，kg / m 3； -μ流体的粘度，N ·s / m 2。 在实验装置中，直管段管长l 和管径d 都已固定。若水温一定，则水的密度ρ和粘度μ也是定值。所以本实验实质上是测定直管段流体阻力引起的压强降△P f 与流速u （流量V ）之间的关系。 根据实验数据和式（3）可计算出不同流速下的直管摩擦系数λ，用式（4）计算对应的Re ，整理出直管摩擦系数和雷诺数的关系，绘出λ与Re 的关系曲线。 2．局部阻力系数ζ的测定 22 'u P h f f ζρ =?= ' 2'2u P f ?????? ??=ρζ 式中： -ζ局部阻力系数，无因次； -?'f P 局部阻力引起的压强降，Pa ； -'f h 局部阻力引起的能量损失，J ／kg 。 图-1 局部阻力测量取压口布置图 局部阻力引起的压强降'f P ? 可用下面方法测量：在一条各处直径相等的直管段上，安装待测局部阻力的阀门，在上、下游各开两对测压口a-a'和b-b ＇如图-1，使 ab ＝bc ； a ＇b ＇＝b ＇c ＇，则 △P f ，a b ＝△P f ，bc ； △P f ，a ＇b ＇= △P f ，b ＇c ＇ 在a~a ＇之间列柏努利方程式 P a －P a ＇ =2△P f ，a b +2△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f (5) 在b~b ＇之间列柏努利方程式： P b －P b ＇ = △P f ，bc +△P f ，b ＇c ＇+△P ＇f = △P f ，a b +△P f ，a ＇b ＇+△P ＇f （6） 联立式(5)和(6)，则：'f P ?＝2(P b －P b ＇)－(P a －P a ＇)
SWAT模型研究进展 随着人类活动日益增强,下垫面条件发生显著变化,影响了流域产汇流和水资源的时空变化,传统的集总式水文模型已不能很好地反映下垫面空间差异性造成的径流过程和各种物质循环过程的变化,分布式水文模型应运而生。 SWAT(Soil and Water AssessmentTool) 模型是美国农业部农业研究所(USDA-ARS)历经近30年开发的大尺度模型。模型以可以用来预测模拟大流域长时期内不同的土壤类型、植被覆盖、土地利用方式和管理耕作条件对产水、产沙、水土流失、营养物质运移、非点源污染的影响,甚至在缺乏资料的地区可以利用模型的内部生成器自动填补缺失资料。SWAT模型经历了不断的改进，已经在水文水资源及环境领域中得到广泛认可和普及。 SWAT主要基于SWRRB，并且吸收了GREAMS、GLEAMS、EPIC和ROTO 等模型的优点。模型自20世纪90年代初开发以来，已经经历了不断的发展。模型主要改进版本有： 1）SWAT94.2：添加了水文响应单元。 2）SWAT96.2：加人了植物截流、壤流的运算，径流营养物和杀虫剂的输送模拟和气候变化的分析方法，添加了自动施肥与灌溉作为管理选项， 用于计算潜在蒸散发的彭曼公式等模块也被加人。 3）SWAT98.1：改进了融雪模块、水质模拟以及营养物质循环，增加了放牧、施肥等作为管理选项，并增强了模型在南半球的适应性。 4）SWAT99.2：改进营养物循环和对各种水体(水库、池塘和湿地)水量平衡的处理方法，增加一种城市径流的模拟计算方法，将年代设置从2位变 为4位。 5）SWAT2000：改善“气象因子发生器’，，提供了更多的潜在蒸散发计算方法，太阳辐射、相对湿度、风速、潜在蒸散发等气象数据可以直接输 人或者根据“气象因子发生器”让模型自动产生，水库的数量不再受到 限制，并增加了Green&AmPt渗透方程和Muskingum模式分别计算入 渗与地下水平衡。 6）SWAT2005：改进了杀虫剂输移模块；增加了天气预报情景分析；增加了日以下补偿的降水量发生器；使在计算每日CN值是使用的滞留参数 可以是土壤水容量或者植物蒸散发的函数；增加了敏感性分析和自动率 定与不确定性分析模块。 近年来，SWAT模型在国内得到了广泛应用，主要包括3个方面：产流/产沙模拟、非点源污染研究及输入参数对模拟结果的影响研究。其中，径流模拟是SWAT应用的一个主要方面，在全国很多流域都有SWAT的应用案例。 王中根,刘昌明等用SWAT模拟了黑河干流山区莺落峡以上地区子流域月径流量和莺落峡日径流量,从模拟精度论证了模型完全适合在大流域应用。张雪松等以洛河上游卢氏水文站流域为研究区域,采用自动数字滤波技术校准径流,对模拟和实测值进行直接径流(地表径流与壤中流)与基流的分割校核,结果表明模型校核和验证期对径流的模拟都较好,对产沙预测和实际偏离较大,说明模型对降雨量小、产流产沙少的情况模拟不太理想。胡远安等介绍了SWAT模型在亚热带的江西芦溪小流域径流模拟,对水田模拟部分进行了局部修改,并进行了参数灵敏度分析,结果表明模型对长期径流量模拟比较精确,对日径流的模拟存在系统误差;丰水期的模拟比枯水期精确。黄清华,张万昌对黑河流域山区出山口径流的模拟
四川大学 化工原理实验报告 学院化学工程学院专业化学工程与工艺班号姓名学号实验日期年月日指导老师 一．实验名称 流体力学综合实验 二．实验目的 测定流体在管道内流动时的直管阻力损失，作出与Re的关系曲线。 观察水在管道内的流动类型。 测定在一定转速下离心泵的特性曲线。 标定孔板流量计，绘制Co与Re的关系曲线。 熟悉流量、压差、温度等化够不够仪表的使用。 三．实验原理 1求与Re的关系曲线 流体在管道内流动时，由于实际流体有粘性，其在管内流动时存在摩擦阻力，必然会引起流体能量损耗，此损耗能量分为直管阻力损失和局部阻力损失。流体在水平直管内作稳态流动（如图1所示）时的阻力损失可根据伯努利方程求得。 以管中心线为基准面，在1、2截面间列伯努利方程: 因，，故流体在等直径管的1、2两截面间的阻力损失为流体以流速u通过管内径d、长度为l的一段管道时，其直管阻力为
由上面两式得： 而 由此可见，摩擦系数与流体流动类型、管壁粗糙度等因素有关。由因次分析法整理可形象地表示为 式中： f h -----------直管阻力损失，J/kg ； λ------------摩擦阻力系数； d l .----------直管长度和管内径，m ； P ?---------流体流经直管的压降，Pa ； ρ-----------流体的密度， ； μ-----------流体黏度，Pa ·s ； u -----------流体在管内的流速，m/s ； 流体在一段水平等管径管内流动时，测出一定流量下流体流经这段管路所产生的压降，即可算得。两截面压差由差压传感器测得；流量由涡轮流量计测得，其值除以管道截面积即可求得流体平均流速。在已知管径和平均流速的情况下，测定流体温度，确定流体的密度和黏度 ，则可求出雷诺数，从而关联出流体流过水平直管的摩擦系数与雷诺数 的关系曲线图。 2求离心泵的特性曲线 离心泵的特性，可用该泵在一定转速下，扬程与流量 , 轴功 率与流量 ，效率与流量 三条曲线形式表示。若将扬程 H 、轴功率N 和效率 对流量之间的关系分别绘制在同一直角坐标上所得的 三条曲线，即为离心泵的特性曲线，如图二所示。 ①流量：离心泵输送的流量由涡轮流量计测定。 ②扬程H ：扬程是指离心泵对单位重量的液体所提供的外加能量。以离心
伯努利方程仪 实 验 指 导 书 深圳大学土木工程学院 2011.05
伯努利方程仪（LBN-19） 实验指导书 一、实验目的 1、观察流体流经能量方程试验管的能量转化情况，对实验中出现的现象进行分析，加深对能量方程的理解。 2、掌握一种测量流体流速的方法。 3、验证静压原理。 二、实验装置 实验装置如下图所示，在实验桌上方放有稳压水箱、实验管路、毕托管、测压管、压差板、控制阀门和计量水箱。实验桌的侧下方则放置有供水箱及水泵。 测压板三、实验原理 不停运动着的一切物质，所具有的能量也在不停转化。在转化过程中，能量只能从一种形式转化为另一种形式，即遵守能量守恒定律。流体和其他物质一样，也具有动能和势能两种机械能，流体的动能与势能之间，机械能与其它形式的能量之间，也可互相转化，其转化关系，同样遵守能量转换守恒定律。 当理想不可压缩流体在重力场中沿管线作定常流动时，流体的流动遵循伯努力里能量方程。即 常数 =2 u 2g +γp + Z 式中：z —位置水头
压力水头 速度水头p γ 2g u 2 实际流体都是有粘性的，因此在流动过程中由于磨擦而造成能量损失。此时的能量方程变为： 其中能量损失hw 是由沿程磨擦损失hf 和局部能量损失hj 两部分组成。 本实验就是通过观察和测量对流体在静止与流动时上述的能量转化与守恒定律的验证。 四、实验操作 1、验证静压原理：启动水泵，等水罐满管道后，关闭两端阀门，这时观察能量方程实验管上各个测压管的液柱高度相同，因管内的水不流动没有流动损失，因此静止不可压缩均布重力流体中，任意点单位重量的位势能和压力势能之和保持不变，测点的高度和测点的前后位置无关。 2、测速：能量方程实验管上的每一组测压管都相当于一个皮托管，可测得管内任意一点的流体点速度，本实验台已将测压管开口位置设在能量方程实验管的轴心，故所测得动压为轴心处的，即最大速度。 根据以上公式计算某一工况各测点处的轴心速度和平均流速添入表格，可验证出连续性方程。对于不可压缩流体稳定的流动，当流量一定时，管径粗的地方流速小，细的地方流速大。 3、观察和计算流体、流径，能量方程实验管对能量损失的情况：在能量方程实验管上布置四组测压管，每组能测出全压和静压，全开阀门，观察总压沿着水流方向的下降情况，说明流体的总势能沿着流体的流动方向是减少的，改变给水阀门的开度，同时计量不同阀门开度下
实验报告 课程名称：过程工程原理实验（甲） 指导老师： 成绩：__________________ 实验名称：流体力学综合实验（一、二） 实验类型：工程实验 同组学生姓名：姿 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 1、流体流动阻力的测定实验 1.1 实验目的： 1.1.1 掌握测定流体流经直管、阀门时阻力损失的一般实验方法 1.1.2 测定直管摩擦系数λ与雷诺数 的关系，验证在一般湍流区内λ与 的关系曲线 1.1.3测定流体流经阀门时的局部阻力系数ξ 1.1.4 识辨组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用 1.2 实验装置与流程： 1. 2.1 实验装置： 实验对象部分由贮水箱、离心泵、不同管径和材质的水管、阀门、管件、涡轮流量计、U 形流量计等所组成。实验管路部分有两段并联长直管，自上而下分别用于测定粗糙管直管阻力系数和光滑管直管阻力系数。同时在粗糙直管和光滑直管上分别装有闸阀和截止阀，用于测定不同种类阀门的局部阻力阻力系数。 水的流量使用涡流流量计或转子流量计测量，管路直管阻力和局部阻力采用压差传感器测量。 1.2.2 实验装置流程示意图，如图1，箭头所示为实验流程： 其中：1——水箱 2——离心泵 3——涡轮流量计 4——温度计 5——光滑管实验段 6——粗糙管实验段 7——截止阀 8——闸阀 9、10、11、12——压差传感器 13——引水漏斗 图 1 流体力学综合实验装置流程示意图 Re Re
1.3 基本原理： 流体通过由直管、管件和阀门等组成的管路系统时，由于粘性剪应力和涡流应力的存在，要损失一定的机械能。流体流经直管时所造成的机械能损失成为直管阻力损失。流体通过管件、阀门时由于流体运动方向和速度大小的改变所引起的机械能损失成为局部阻力损失。 1.3.1直管阻力摩擦系数λ的测定： 由流体力学知识可知，流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为： （1） 公式中： f p ?：流体流经l 米直管的压力将，Pa ； λ：直管阻力摩擦系数，无因次； d ：直管内径，m ； f h ：单位质量流体流经l 米直管的机械能损失，J/kg ； ρ：流体密度，kg/ ； l ：直管长度，m ； u ：流体在管内流动的平均速度，m/s ； 由上面的式子可知： （2） 雷诺数： ρμ 式子中：μ：流体粘度，kg/(m ·s)。 湍流时λ是Re 和相对粗糙度（ε/ d ）的函数，须由实验测定。 由（2）可知，要测定λ，需要确定l 、d ，测定f p ?、u 、ρ、μ等参数。其中l 和d 由装置参数 表给出，ρ、μ通过测定流体温度，查相关手册而得，u 通过测定流体流量，再由管径计算得到。 本装置采用涡流流量计测量流量 π （3） 式中：v 为流量计测得的流量， /h f p ?可直接从仪表中读出 根据实验装置结构参数l 、d ，指示液密度，液体温度，以及实验测定的f p ? 、V ，求取Re 和λ，然后 将Re 和λ在双对数坐标图上绘制成曲线。 1.3.2 局部阻力系数ξ的测定： 流体通过某一管件或者阀门时的机械能损失表示为流体在小管径内流动时平均动能的某一倍数，局部阻力的这种算法，叫做阻力系数法。即： （4） 故： （5） 2 ρ2 u d l p h f f λ =?=2 ρlu 2f p d ?=λ2ρ2 ' u p h f f ξ =?=ρg u 22 ' f p ?=ξ