Способ измерения расхода воды в реке

Способ измерения расхода воды в реке

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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= _#_ -скорость течения, нормальная

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