Способ определения скоростей течения и глубин быстрых водотоков и устройство для его осуществления

 

Использование: в водно-технологических изысканиях при производстве геодезических и гидрологических работ. Сущность изобретения: в способе определения скоростей течения и глубин водотоков, включающем предварительное тарирование лота и поплавка, опускание лота с поплавком в водоток, измерение величины смещения поплавка, дополнительно измеряют время опускания лота и время всплытия поплавка, а искомые величины определяют по соответствующим формулам с учетом влияния турбулентности течения по результатам измерения, что приводит к повышению точности измерения скорости и глубины. Устройство для осуществления способа включает металлический лот с подвижным держателем, деревянный поплавок-интегратор, соединенный с держателем при помощи цангового зажима, систему электроэлементов и внешний источник электропитания. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к водно-техническим изысканиям и может быть использовано при производстве геодезических и гидрологических работ.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения величины смещения поплавка (при его всплытии от дна на поверхность речки) [1] Однако при больших скоростях течения и мутной воде трудно применить известные поплавки-интеграторы и известный способ определения глубины и скорости течения, т.к. эти поплавки или не заметны в очень мутной воде или сбиваются быстрым водотоком. Под влиянием такого водотока лоты смещаются на значительные величины по течению реки, а способов определения этого смещения нет, и оно обычно не учитывается.

Кроме того, измеренные параметры и расчеты не контролируются и не учитываются их изменения под влиянием турбулентных струй в общем водном потоке.

Технический результат изобретения повышение точности измерения и расширение области использования.

Указанный результат достигается тем, что в способе, включающем предварительное тарирование лота и поплавка, опускание лота с поплавком в водоток, измерение величины d смещения поплавка, дополнительно измеряют время t₂ опускания лота и время t_n всплытия поплавка, определяют глубины h₂, h_n, влияние K_t турбулентности течения на результаты измерения параметров поплавка и среднюю скорость V_nm течения водотока по формулам: h₂ V₀₂·t₂, h_n V_0n·t_n (1), где V₀₂ скорость опускания лота, V_on скорость всплытия поплавка.

В устройстве, содержащем лот с поплавком-интегратором, лот выполнен в виде металлического корпуса, внутри которого установлен с возможностью перемещения держатель, функционально связанный с деревянным поплавком-интегратором, при этом лот и поплавок-интегратор снабжены электроэлементами, связанными с внешним источником питания.

Используя показатели тарирования лота и поплавка и их соотношение (установленное по зависимости (1) производят контроль величин t₂ и t_n.

t₂/t_n K_u (5) При K ≈ K_u турбулентное течение практически не оказывает влияния на определение t_n, при К_u ≠ K оказывает существенное влияние. Используя соотношение (4-5), время всплытия поплавка-интегратора без влияния турбулентного течения t_nk находят
Полученные результаты контролируют по формуле (1), вычисляя глубину по показателям лота h₂ и по показателям поплавка h_n.

При h₂ ≈ h_n измерения выполнены с достаточной точностью и вышеприведенные расчеты обоснованы.

После определения по аэроснимкам значения d находят общую среднюю горизонтальную скорость перемещения лота и освобожденного от него поплавка:

а затем средние горизонтальные скорости всплытия поплавка (течение водотока) V_nm и опускание лота:

предварительно рассчитав поправку ΔV к этим скоростям (ввиду проскальзывания струй водотока при сносе лота). Из условий (6, 8) находят:


После этого устанавливают величины l_n, l₂ (соответственно параметры перемещения поплавка за время t_nk и лота за время t₂:

и производят контроль расчетов:
d l_n + l₂ (12),

Затем определяют элементарный расход воды и контролируют все измерения и расчеты:

q₂= l_n·V_2n (15)
При q₁ ≈ q₂ все виды работ выполнены с достаточной надежностью.

На фиг. 1 схематически представлен процесс производства измерений, а на фиг. 2 устройство для осуществления предложенного способа лот.

Лот состоит из массивного цилиндрического металлического корпуса 1 с изоляционной накладкой 2, на которой установлен кольцевой металлический электрод 3. Внутри корпуса расположен подвижный держатель 4 с металлическим цанговым зажимом 5. Нижней своей частью держатель соединен шарнирно с опорой 6, имеющей отжимающую пружину 7 и донные шипы 8. Цанговый зажим удерживает шарообразный деревянный поплавок 9 за его металлический хвостовик 10. Кольцевой металлический электрод 3 и металлический хвостовик 10 шара 9 соединены проводами 11 с внешним источником электропитания. Лот подвешивается на тросе 12, который вместе с проводами 1 наматывается на лебедочку. Вес лота (10-15 кг) подбирается таким, чтобы он свободно преодолевал течение при опускании на дно реки.

Перед началом работы производится тарирование лота и поплавка-интегратора.

Работает устройство следующим образом.

Подключенный к источникам электропитания лот опускают с вертолета на водную поверхность, при соприкосновении с которой в контрольной сети по проводам 11 возникает ток (до этого кольцевой электрод 3 и хвостовик 10 шара 9 были изолированы и в сети по проводам 11 ток отсутствовал), вода проводник тока в ней, сеть замыкается, что фиксируется и на электрочасах. В этот момент автоматически производится аэрофотосъемка (сеть соединяется и с фотокамерой, после работы в течение 0,5 сек фотоаппаратура отключается) и одновременно лот свободно опускается в воду. Когда он достигает дна, ток в сети исчезает, т. к. достигнув дна, опора 6 и держатель 4 останавливаются, а корпус 1, скользя по держателю 4, выдвигает его вверх. Вследствие этого цанга разжимается и освобождает хвостовик 10 поплавка 9. При этом сеть размыкается (ток в ней исчезает и время опускания лота t₂ автоматически фиксируется на часах), т.к. поплавок 9 с хвостовиком 10 начинает всплывать на поверхность.

Окрашенный в яркие белые и красные цвета поплавок (после всплытия) легко определяется на аэроснимках и глазомерно. При этом автоматически устанавливаем время всплытия поплавка t_n (по показателям работы фотокамеры).

Формула изобретения

1. Способ определения скоростей течения и глубин быстрых водотоков, включающий предварительное тарирование лота и поплавка, опускание лота с поплавком в водоток, измерение величины смещения поплавка, отличающийся тем, что дополнительно измеряют время t₂ опускания лота и время всплытия поплавка-интегратора, определяют глубины h₂ и h_н, влияние K_t турбулентности течения на результаты измерения параметров поплавка и среднюю скорость V_nm течения водотока по формулам
h₂ V₀₂t₂;
h_n V_ont_n;
K_t (h_n h₂)/V_on;
V_nm d/[t₂ + (t_n K_t)]·[1 + (t_n - K_t -t₂)/(t_n K_t + t₂)]
где V_o2 скорость опускания лота;
V_oп скорость всплытия поплавка.

2. Устройство для определения скоростей течения и глубин быстрых водотоков, содержащее лот с поплавком-интегратором, отличающееся тем, что лот выполнен в виде металлического корпуса, внутри которого установлен с возможностью перемещения держатель, функционально связанный с деревянным поплавком-интегратором, при этом лот и поплавок-интегратор снабжены электроэлементами, связанными с внешним источником питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2