水測(cè)量與監(jiān)控技術(shù)試題及答案一、單項(xiàng)選擇題（每題2分，共20分）1.壓力式水位計(jì)的核心測(cè)量原理是基于（）A.聲波反射時(shí)間差B.靜水壓力與水深的線(xiàn)性關(guān)系C.浮子位移轉(zhuǎn)換電信號(hào)D.激光測(cè)距答案：B2.電磁流量計(jì)測(cè)量流速時(shí)，輸出信號(hào)與（）成正比A.流體電導(dǎo)率B.磁感應(yīng)強(qiáng)度C.流速與管徑乘積D.流速與磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積答案：D3.超聲波水位計(jì)測(cè)量誤差的主要來(lái)源是（）A.水面波動(dòng)B.傳感器老化C.空氣溫度變化D.太陽(yáng)輻射答案：C（溫度影響聲速，需溫度補(bǔ)償）4.溶解氧（DO）傳感器中，極譜式傳感器的工作原理是（）A.光學(xué)熒光淬滅B.電化學(xué)還原反應(yīng)C.離子選擇性電極D.熱導(dǎo)法答案：B5.浮子式水位計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)誤差主要由（）引起A.浮子密度變化B.鋼絲繩摩擦C.水位突變D.溫度膨脹答案：B6.水質(zhì)濁度測(cè)量中，常用的散射光檢測(cè)角度是（）A.0°B.90°C.180°D.45°答案：B（90°散射符合ISO標(biāo)準(zhǔn)）7.雷達(dá)水位計(jì)適用于（）場(chǎng)景A.高粉塵環(huán)境B.結(jié)冰水面C.強(qiáng)電磁干擾D.低介電常數(shù)液體答案：A（雷達(dá)不受粉塵、蒸汽影響）8.流速儀法測(cè)流時(shí)，一點(diǎn)法（0.6倍水深）適用于（）A.水深＜0.5mB.水深0.51.0mC.水深1.03.0mD.水深＞3.0m答案：B9.pH傳感器的斜率校準(zhǔn)通常使用（）標(biāo)準(zhǔn)溶液A.pH4.01和pH6.86B.pH7.00和pH9.18C.pH2.00和pH12.00D.任意兩種已知pH值答案：A10.水流量監(jiān)控系統(tǒng)中，無(wú)線(xiàn)傳輸方式選擇LoRa的主要優(yōu)勢(shì)是（）A.高速率B.低功耗長(zhǎng)距離C.高安全性D.實(shí)時(shí)性強(qiáng)答案：B二、填空題（每題2分，共20分）1.標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的密度為_(kāi)___kg/m3（取整數(shù)）。答案：10002.電磁流量計(jì)要求被測(cè)液體電導(dǎo)率不低于____μS/cm。答案：53.超聲波水位計(jì)的分辨率通?？蛇_(dá)____mm。答案：134.浮子式水位計(jì)的量程主要受限于____的長(zhǎng)度。答案：鋼絲繩（或測(cè)井）5.溶解氧傳感器的響應(yīng)時(shí)間一般需____分鐘（穩(wěn)定至90%讀數(shù)）。答案：256.水質(zhì)濁度的標(biāo)準(zhǔn)單位是____（符號(hào)）。答案：NTU（nephelometricturbidityunit）7.流速儀的檢定周期通常為_(kāi)___年。答案：128.pH傳感器的理論斜率（25℃）為_(kāi)___mV/pH。答案：59.169.雷達(dá)水位計(jì)的測(cè)量精度一般為量程的____%。答案：0.10.310.水流量監(jiān)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集模塊的核心部件是____。答案：微控制器（或ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器）三、簡(jiǎn)答題（每題6分，共30分）1.簡(jiǎn)述多普勒超聲波流速儀（ADCP）的工作原理。答案：ADCP向水中發(fā)射高頻超聲波脈沖，接收水中懸浮顆粒（散射體）反射的回波。由于顆粒隨水流運(yùn)動(dòng)，回波與發(fā)射波存在多普勒頻移Δf=2vcosθ/λ（v為流速，θ為波束角，λ為波長(zhǎng)）。通過(guò)測(cè)量Δf可計(jì)算流速，多波束組合可獲取斷面流速分布。2.比較壓力式水位計(jì)與雷達(dá)水位計(jì)的適用場(chǎng)景。答案：壓力式水位計(jì)：適用于靜水（如水庫(kù)、湖泊），需定期清淤防堵塞，受溫度影響需補(bǔ)償；雷達(dá)水位計(jì)：適用于動(dòng)水（河道、明渠）、高粉塵/蒸汽環(huán)境，非接觸測(cè)量，不受水質(zhì)影響，但需避免水面強(qiáng)波動(dòng)（如暴雨時(shí)）。3.水質(zhì)電導(dǎo)率測(cè)量時(shí)，為何需要溫度補(bǔ)償？答案：電導(dǎo)率與溫度呈正相關(guān)（溫度每升1℃，電導(dǎo)率約增25%）。實(shí)際水樣溫度常偏離25℃標(biāo)準(zhǔn)溫度，需通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量，按公式K=Kt/[1+α(t25)]（α為溫度系數(shù)，一般取0.02）換算為25℃時(shí)的電導(dǎo)率，確保數(shù)據(jù)可比性。4.簡(jiǎn)述浮子式水位計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)誤差來(lái)源及減小措施。答案：誤差來(lái)源：鋼絲繩與滑輪的摩擦阻力、滑輪軸承磨損、浮子吃水深度變化（因水位變化導(dǎo)致浮子浸入體積改變）。減小措施：采用低摩擦材質(zhì)（如聚四氟乙烯滑輪）、定期潤(rùn)滑軸承、設(shè)計(jì)浮子直徑遠(yuǎn)大于水位變幅（減小吃水變化影響）。5.水流量監(jiān)控系統(tǒng)中，如何通過(guò)冗余設(shè)計(jì)提高數(shù)據(jù)可靠性？答案：（1）傳感器冗余：同一參數(shù)安裝2臺(tái)同類(lèi)型傳感器（如雙超聲波水位計(jì)），取均值或剔除異常值；（2）傳輸冗余：同時(shí)采用有線(xiàn)（RS485）和無(wú)線(xiàn)（GPRS）傳輸，優(yōu)先使用有線(xiàn)，故障時(shí)切換無(wú)線(xiàn)；（3）存儲(chǔ)冗余：本地SD卡存儲(chǔ)+云端數(shù)據(jù)庫(kù)同步，防止單端數(shù)據(jù)丟失。四、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.某水庫(kù)使用壓力式水位計(jì)，傳感器量程0100m，輸出信號(hào)420mA。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?01.3kPa，傳感器安裝于庫(kù)底（海拔100.0m），某時(shí)刻輸出電流為12mA，求此時(shí)庫(kù)水位（水密度取1000kg/m3，g=9.8m/s2）。答案：（1）電流與壓力的關(guān)系：12mA對(duì)應(yīng)量程的50%（(124)/(204)=0.5），故表壓P=0.5×100m×1000×9.8=490000Pa=490kPa。（2）絕對(duì)壓力=表壓+大氣壓=490+101.3=591.3kPa。（3）水位H=絕對(duì)壓力/(ρg)=591300/(1000×9.8)=60.34m（相對(duì)于庫(kù)底）。（4）庫(kù)水位海拔=庫(kù)底海拔+H=100.0+60.34=160.34m。2.某明渠采用矩形斷面（寬b=2.5m），使用超聲波時(shí)差法測(cè)流。已知超聲波發(fā)射頻率f=1MHz，聲速v=1500m/s，兩換能器間距L=3.0m（與水流方向夾角θ=45°），順流時(shí)間t1=1998μs，逆流時(shí)間t2=2002μs，求斷面平均流速v_avg及流量Q。答案：（1）時(shí)差Δt=t2t1=20021998=4μs=4×10??s。（2）流速v_w=(L2Δt)/(2t1t2cosθ)。因t1≈t2≈t=2000μs，簡(jiǎn)化為v_w=(LΔt)/(2t2cosθ)×t1t2≈(LΔt)/(2tcosθ)。代入數(shù)據(jù)：v_w=(3.0×4×10??)/(2×2000×10??×cos45°)=(12×10??)/(2×2000×10??×0.7071)=12/(2×2000×0.7071)≈0.00424m/s？（此處可能簡(jiǎn)化錯(cuò)誤，正確公式應(yīng)為v_w=(L/(2cosθ))(1/t11/t2)）正確計(jì)算：1/t11/t2=(t2t1)/(t1t2)=4×10??/(1998×2002×10?12)≈4×10?/(1998×2002)≈4×10?/4×10?≈1s?1（近似）。v_w=(L/(2cosθ))(1/t11/t2)=3.0/(2×0.7071)×1≈2.12m/s。（3）流量Q=v_avg×b×h（假設(shè)水深h=1.2m，題目未給，需補(bǔ)充條件？若題目默認(rèn)h=平均水深，可能需調(diào)整。若假設(shè)h=1.0m，則Q=2.12×2.5×1.0=5.3m3/s。）注：因題目未提供水深，實(shí)際應(yīng)補(bǔ)充條件。假設(shè)水深h=1.5m，則Q=2.12×2.5×1.5=7.95m3/s。3.某水質(zhì)監(jiān)測(cè)站測(cè)量pH值，使用pH計(jì)校準(zhǔn)后斜率為58mV/pH（25℃）。測(cè)量時(shí)，傳感器輸出電位為150mV，參比電極電位為+250mV，求水樣pH值（已知標(biāo)準(zhǔn)氫電極電位為0mV）。答案：（1）電池電動(dòng)勢(shì)E=參比電位測(cè)量電位=250mV(150mV)=400mV。（2）pH=(EE0)/(S)，其中E0為pH=7時(shí)的電動(dòng)勢(shì)（理論值為0mV，實(shí)際校準(zhǔn)后為0mV）。（3）pH=400mV/58mV/pH≈6.90（若E0=0）。五、綜合分析題（每題10分，共20分）1.設(shè)計(jì)一個(gè)小型水庫(kù)的水位流量監(jiān)控系統(tǒng)，需實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)水位、入庫(kù)流量、出庫(kù)流量監(jiān)測(cè)。要求：（1）列出主要傳感器及選型依據(jù)；（2）設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)方案；（3）分析可能的誤差來(lái)源及校準(zhǔn)方法。答案：（1）傳感器選型：水位：雷達(dá)水位計(jì)（非接觸，抗漂浮物干擾，量程050m，精度±3mm）。入庫(kù)流量：超聲波多普勒流量計(jì)（ADCP，適用于河道斷面，量程0.0210m/s，精度±1%）。出庫(kù)流量：電磁流量計(jì)（安裝于放水管道，口徑匹配，電導(dǎo)率＞5μS/cm，精度±0.5%）。（2）數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)：采集模塊：STM32微控制器+RS485轉(zhuǎn)4G模塊，將傳感器信號(hào)（雷達(dá)420mA、ADCPRS485、電磁RS485）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。傳輸：4G無(wú)線(xiàn)傳輸至云平臺(tái)（如阿里云），同時(shí)本地SD卡存儲(chǔ)（1分鐘間隔）。存儲(chǔ)：云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)（MySQL）存儲(chǔ)時(shí)間序列數(shù)據(jù)，支持歷史查詢(xún)與報(bào)警閾值設(shè)置。（3）誤差來(lái)源及校準(zhǔn)：水位：雷達(dá)波受水面泡沫反射（定期清理水面漂浮物）、溫度對(duì)聲速影響（內(nèi)置溫度傳感器補(bǔ)償）；校準(zhǔn)方法：人工水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)比，每月1次。入庫(kù)流量：ADCP波束角偏差（出廠(chǎng)校準(zhǔn)）、懸浮物濃度變化（定期清洗換能器）；校準(zhǔn)方法：流速儀法比對(duì)，每季度1次。出庫(kù)流量：電磁流量計(jì)電極污染（定期酸洗）、管道非滿(mǎn)管（加裝壓力傳感器監(jiān)測(cè)滿(mǎn)管狀態(tài)）；校準(zhǔn)方法：體積法（放水至已知容量水池）校準(zhǔn)，每年1次。2.某城市供水管網(wǎng)需新增余氯在線(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分析：（1）余氯傳感器的選型及工作原理；（2）安裝位置的選擇依據(jù)；（3）數(shù)據(jù)異常（如讀數(shù)驟降）的可能原因及排查方法。答案：（1）傳感器選型：選擇恒電壓式電化學(xué)傳感器（三電極系統(tǒng)：工作電極、參比電極、對(duì)電極）。工作原理：在工作電極施加恒定電壓（約0.6VvsAg/AgCl），余氯（ClO?）在電極表面發(fā)生還原反應(yīng)（ClO?+2H?+2e?→Cl?+H?O），產(chǎn)生與余氯濃度成正比的電流信號(hào)，經(jīng)放大后輸出420mA。（2）安裝位置：優(yōu)先選擇管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)（如加壓泵站出口、小區(qū)入口），反映用戶(hù)端實(shí)際水質(zhì)；避開(kāi)管道彎頭、閥門(mén)（避免流速突變導(dǎo)致混合不均）；安裝于直管段（前10D后5D，D為管徑），確保流體穩(wěn)定；加裝旁路采樣（避免主管道壓力過(guò)高損壞傳感器）。（3）數(shù)據(jù)