Способ измерения расхода воды в реке
Союз Советскик
Социалистическик
Республик
О П И С А Н И Е,„sapigp
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 09.07.79 (21) 2794381/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з
G 01 F 1/06
Гесуддрстеевай кемитет до делам нзебретений и етермтий
Опубликовано 15.05.81. Бюллетень № 18
Дата опубликования описания 25.05.81 (53) УДК 681.121..87 (088.8) (72) Авторы изобретения
Н. С. Зубков и Е. А. Быбин! о
Государственный ордена Трудового Красно гидрологический институт (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В РЕКЕ (У ЧбИ)(Л +b +4)g. полный расход воды; расход воды в отсеке; число отсеков; расстояние между соседними вертикалями (длины отсека); глубина реки на вертикалях по обеим границам отсека;
Ц
Я
11. в„
h.„è1т„, 1
Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано для измерения расхода воды средних и больших рек с движущегося судна.
Известен способ (1) измерения расхода воды в реке с движущегося от берега к берегу судна, заключающийся в том, что судно направляют поперек реки, поперечное сечение которой делят на ряд отсеков, измеряют длину каждого отсека, на границах каждого из отсеков производят постановку судна на якорь, в месте постановки судна измеряют глубину реки и среднюю скорость потока, а искомый расход воды вычисляют по формуле
1=11 =т%" (1) 2
Ч„ и (-средние скорости течения реки на вертикалях по обеим границам отсека.
Недостатком известного способа является его низкая точность, обусловленная наличием погрешностей вождения судна по створной линии и неравномерностью распределения скоростей течения потока по ширине отсека.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения
1о расхода воды в реке с движущегося от берега к берегу судна, включающий непрерывные измерения глубины реки, полного времени движения судна, равнодействующей векторов скорости течения и скорости движения судна, а также угла между направлением равнодействующей и произвольной осью Х системы отсчета с началом координат в точке начала движения судна. При этом способе судно непрерывно ведут по створной линии, предварительно размеченной на отсеки, в которых измеряют средние значения названных параметров, а расход определяют по формуле
Q =Km", „, (г) 830120 рудования участка реки специальными створ- З0 где
3 где ;=%; Ч„" Н., ;,; о - расход воды в отсеке поперечного сечения, измеренный по поверхностной скорости; (. =Ч,с, -осредненная в пределах отсека
Сь В скорость судна, вычисленная по измерениям на границах отсека;
Ч„=g $;„,-осредненная в пределах отсека поверхностная скорость течения реки, нормальная к створной линии, вычисленная по измерениям на границах отсека;
Н„ — осредненная в пределах отсека глубина потока;
4. — время, в течение которого судно проходит от одной границы отсека до другой;
К -коэффициент перехода от расхода, измеренного по поверхностной скорости, к истинному.
Таким образом, общий расход Q получают суммированием расходов в отдельных отсеках. При измерении расхода воды этим способом отпадает необходимость в постановке судна на границах отсеков (21.
Однако при этом способе гидрометрическое судно необходимо перемещать строго по створной линии, что и составляет источник погрешностей измерений. Кроме того, к недостаткам известного способа следует отнести и дискретность измерений, производимых в отсеках, а также необходимость обоными знаками, условия хорошей видимости которых определяют пределы применимости способа.
Цель изобретения — повышение точности измерения расхода воды в реке и упрощение процесса.
Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения расхода воды в реке с движущегося от берега к берегу судна, включающем непрерывные измерения глубины реки, полного времени движения судна, равнодействующей векторов скорости течения и скорости движения судна, а также угла между направлением равнодействующей и произвольной осью Х системы отсчета с началом координат s точке начала движения судна.
Судно от берега к берегу ведут по произвольной траектории, и дополнительно непрерывно измеряют проекции вектора скорости судна на ось Х и перпендикулярную ей ось У, а расход воды определяют по формуле ц = к.гv,р„,н.«
-расход воды в реке;
-время измерения расхода воды (т.е. время движения судна; ñ fvc% ч,,*- сиорость сулна, 1,Ч,„-компоненты скорости судна; 4 т=% 1 + -скорость течения, нормальная
Ч =У .Со +
+агс Щ-,1 к траектории движения судна;
Vg - равнодействующая скоростей течения реки и движения судна — угол между направлением равнодействующей Ч и осью Х;
Н вЂ” глубина реки;
1(-коэффициент перехода от расхода, измеренного по поверхностной скорости, к истинному расходу.
На фиг. 1 показан участок реки с произвольной траекторией движущегося по ней судна и векторной диаграммой скоростей судна и воды в произвольной точке нахождения судна, в плане (ф =О с4у Х—
YcX угол между вектором скорости судна и осью
3 %, Х; = +> <(— 4 — угол между вектором равнодействующей и вектором скорости,нормальной к траектории движения судна; угол между нормалью и касательной;й И— направление нормали к траектории движения судна; на фиг. 2 — датчики, обеспечивающие измерение и выдачу первичных данных для вычисления расхода воды, а также кинематические связи между этими датчикаIVlH.
Измерение расхода по данному способу производят, направляя судно с измерительной аппаратурой (датчиками) по произвольной траектории из точки А в точку А .
При этом непрерывно измеряют на ходу судна глубину Н реки, время Т движения судна по траектории А1 — А равнодействующую скоростей течения реки и движения судна V, угол а(между направлением равнодействующей и произвольной осью Х, выходящей из точки А начала движения судна у одного из берегов, а также проекции вектора скорости судна на ось X и ей перпендикулярную ось у, т.е. (V „и V > ) .
Устройство содержит гироскоп 1, стабилизирующий положение площадки, на которой установлен преобразователь 2 угла поворота и датчик 3 компонент V< и Ve скорости судна. Преобразователь 2 угла кинематически связан со штангой 4, на противоположном конце которой закреплен датчик 5 с лопастью 6 гидрофлюгера, предназначенные для измерения равнодействующей V скоростей течения реки и движения судна. Штанга 4 зафиксирована в подшипнике 7. На том же конце штанги 4 установлен датчик 8 глубины (например, вибратор эхолота) .
Измерение расхода воды в реке производят в следующей последовательности.
Перед началом измерения в точке А, (см. фиг. 1 и фиг. 2) включается питание аппаратуры и запускается гироскоп 1, стабилизирующий положение площадки, на которой установлен преобразователь (напри5 мер, поте нциометр) 2, измеряющий угол, и датчик 3 (например, двухкомпонентный акселерометр), предназначенный для регистрации компонент V«.x и V«y скорости судна.
Затем производится разворот площадки так, чтобы акселерометр, фиксирующий V«x, был ориентирован в сторону противоположного берега реки, т.е. задается направление оси Х.
После этого поворачивают штангу 4 в положение, при котором лопасть 6 гидрофлюгера окажется совмещенной с осью Х. Если при этом выходной сигнал потенциометра отличается от нуля, то корпус потенциометра плавно вращают относительно стабилирующей площадки и закрепляют в положении, при котором выходной сигнал равен нулю.
После включения эхолота и появления записи глубины на его батиграмме начинается процесс измерения расхода воды. Судно отходит от берега и, достигнув глубины, обеспечивающей работу эхолота (0,5 — 0.7 м), перемешается по произвольной траектории
А -+А в сторону противоположного берега.
Ориентированныи гироскопом по направлению осей Х и Уинтегрируюший акселерометр
3 непрерывно, начиная с момента начала дви-. жения судна, выдает информацию о величине и знаке компонентов скорости судна V«,Än
V«:> Лопасть 6 гидрофлюгера с-датчиком
5 скорости устанавливается в процессе движения по направлению равнодействующей
V скоростей течения реки и потока, возникающего при движении судна, и образует с осью Х угол 4, который преобразуется в потенциометре 2 в электрический сигнал.
Сигналы с потенциометра 2, датчиков 3, 5 и 8 поступают в вычислительное устройство (не показано), производящее обработку информации, интегрирование по формуле (1) и выдачу результата на цифровой индикатор. Задачей оператора непосредственно при измерении расхода воды является только контроль за работой аппаратуры и оборудования в процессе движения судна и снятие показаний с цифрового индикатора по окончании рабочего галса.
Формула изобретения
Способ измерения расхода воды в реке с движущегося от берега к берегу судна, включающий непрерывные измерения глубины реки, времени движения судна, равнодействующей векторов скорости течения и скорости движения судна, а также углу между направлением равнодействующей и произвольной осью Х система отсчета с началом координат в точке начала движения судна, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения процесса, судно от берега к берегу ведут по произвольной траектории, дополнительно непрерывно измеряют проекции вектора скорости судна на ось Х и перпендикулярную ей ось У, а расход воды определяют по форт
g = Kf с. Y„° H.d.e, где Я вЂ” расход воды в реке;
- время измерения расхода воды;
«:x>Y«:y - компоненты скорости судна; ю
Я,„ — скорость судна;
"icr=
2.
+u Yg - равнодействующая скоростей 25 течения реки и движения судна, С -угол между направлением равнодействующей V и осью Х; Н вЂ” глубина реки; 1 — коэффициент перехода от расхода, измеренного по поверх-. ностной скорости, к истинному расходу. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Наставление гидрометеорологическим станциям и пастам. Л., «Гидрометеоиздат», 1978, вып. 6, часть 1, с. 145 — 146. 2. Smoom G. F. u Novak С. Е. Measurement of discharge ву the moving — boat method.— Technigues of water resources investigations of the United States Geological 40 survey. 1969. Ach. 11, В. 3 р. 1 — 22 (прототип) . 830120 х 1l Фиа 2 Редактор Т. Парфенова Заказ 2666/10 Составитель И. Попов Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга Тираж 702 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП ° «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
