способ определения скоростей течения и глубин быстрых водотоков и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01P5/00 Измерение скорости текучих сред, например воздушных потоков; измерение скорости твердых тел, например судов, самолетов и тп, относительно текучей среды |
Автор(ы): | Трунов И.Т., Мишкович В.И., Клавдиенко Н.В., Кривоногов В.Г. |
Патентообладатель(и): | Ростовская-на-Дону государственная академия строительства |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-02-16 публикация патента:
20.08.1996 |
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.
Рисунок 1, Рисунок 2
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 hн, влияние Kt турбулентности течения на результаты измерения параметров поплавка и среднюю скорость Vnm течения водотока по формуламh2 V02t2;
hn Vontn;
Kt (hn h2)/Von;
Vnm d/[t2 + (tn Kt)][1 + (tn - Kt -t2)/(tn Kt + t2)]
где Vo2 скорость опускания лота;
Voп 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.
Описание изобретения к патенту
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 tn всплытия поплавка, определяют глубины h2, hn, влияние Kt турбулентности течения на результаты измерения параметров поплавка и среднюю скорость Vnm течения водотока по формулам:
h2 V02t2, hn V0ntn (1),
где V02 скорость опускания лота,
Von 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 tn. t2/tn Ku (5)
При K Ku турбулентное течение практически не оказывает влияния на определение tn, при Кu K оказывает существенное влияние. Используя соотношение (4-5), время всплытия поплавка-интегратора без влияния турбулентного течения tnk находят
Полученные результаты контролируют по формуле (1), вычисляя глубину по показателям лота h2 и по показателям поплавка hn. При h2 hn 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) Vnm и опускание лота:
предварительно рассчитав поправку V к этим скоростям (ввиду проскальзывания струй водотока при сносе лота). Из условий (6, 8) находят:
После этого устанавливают величины ln, l2 (соответственно параметры перемещения поплавка за время tnk и лота за время t2:
и производят контроль расчетов:
d ln + l2 (12),
Затем определяют элементарный расход воды и контролируют все измерения и расчеты:
q2= lnV2n (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 tn (по показателям работы фотокамеры).
Класс G01P5/00 Измерение скорости текучих сред, например воздушных потоков; измерение скорости твердых тел, например судов, самолетов и тп, относительно текучей среды