CZ2021393A3 - Equipment for proportional sampling and measurement of the total liquid subcrown precipitation with a tilting shuttle and a distribution sampling cell - Google Patents
Equipment for proportional sampling and measurement of the total liquid subcrown precipitation with a tilting shuttle and a distribution sampling cell Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2021393A3 CZ2021393A3 CZ2021-393A CZ2021393A CZ2021393A3 CZ 2021393 A3 CZ2021393 A3 CZ 2021393A3 CZ 2021393 A CZ2021393 A CZ 2021393A CZ 2021393 A3 CZ2021393 A3 CZ 2021393A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- sampling
- water
- cell
- distribution
- shuttle
- Prior art date
Links
- 238000005070 sampling Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 title claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 241000446313 Lamella Species 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000005206 flow analysis Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000001404 mediated effect Effects 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000979 retarding effect Effects 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 239000005425 throughfall Substances 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F3/00—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow
- G01F3/24—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers moved during operation
- G01F3/28—Measuring the volume flow of fluids or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in successive and more or less isolated quantities, the meter being driven by the flow with measuring chambers moved during operation on carriers rotated by the weight of the liquid in the measuring chambers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
- G01N2001/2007—Flow conveyors
- G01N2001/2021—Flow conveyors falling under gravity
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Zařízení pro proporční vzorkování a měření úhrnu kapalných podkorunových srážek s překlopným člunkem a distribuční vzorkovací celoupatří do oblasti týkající se hodnocení vody v hydrologickém cyklu z různých úhlů pohledu. Slouží k získání reprezentativního, objemem váženého vzorku protékající vody. Využívá překlopného člunku, který se po dosažení kritického množství vody gravitačně překlopí a vzniklý proud vody je veden na vertikálně umístěnou distribuční vzorkovací celu. Množství vody zachycené distribuční vzorkovací celou i dobu jejího zdržení lze regulovat pomocí stavitelného hradítka a vzorkovací trubičky. Vhodnou volbou parametrů: objem misky člunku, tvar a objem distribuční vzorkovací cely, světlost vzorkovací trubičky, nastavení hradítka, lze dospět k požadovanému poměru dělení, které probíhá dle Bernoulliho rovnice – cela se souběžně vyprazdňuje malým otvorem ve dně - vzorkovací trubičkou a velkým otvorem ve stěně – štěrbinou vytvořenou nastavením hradítka. Překlopení je registrováno elektronicky či mechanicky, odebraný vzorek je ukládán ve vzorkovací nádobě umístěné pod zemí.The device for proportional sampling and measurement of liquid sub-crown rainfall totals with tipping boat and distribution sampling cell belongs to the field related to the assessment of water in the hydrological cycle from different points of view. It serves to obtain a representative, volume-weighted sample of flowing water. It uses a tipping boat, which, after reaching a critical amount of water, flips over by gravity, and the resulting water flow is led to a vertically located distribution sampling cell. The amount of water captured by the distribution sampling cell and its retention time can be regulated using an adjustable gate and a sampling tube. By choosing the appropriate parameters: the volume of the shuttle bowl, the shape and volume of the distribution sampling cell, the diameter of the sampling tube, the setting of the gate, it is possible to arrive at the desired division ratio, which takes place according to Bernoulli's equation - the cell is simultaneously emptied through a small hole in the bottom - the sampling tube and a large hole in the wall – through the gap created by setting the gate. Overturning is registered electronically or mechanically, the collected sample is stored in a sampling container located underground.
Description
Zařízení pro proporční vzorkování a měření úhrnu kapalných podkorunových srážek s překlopným člunkem a distribuční vzorkovací celouDevice for proportional sampling and measurement of total liquid sub-crown precipitation with tipping shuttle and distribution sampling cell
Oblast technikyField of technology
Zařízení pro proporční vzorkování a měření úhrnu kapalných podkorunových srážek patří do oblasti týkající se hodnocení vody v hydrologickém cyklu z různých úhlů pohledu. Slouží k získání směsného vzorku vody, který kvalitativně a kvantitativně reprezentuje látkový tok vody a v ní rozpuštěných (obsažených) látek ve zvoleném časovém období (dny až měsíce). Je využitelné pro kvantifikaci látkového vstupu zprostředkovaného depozičními procesy do území. Své využití má tedy v hodnocení velikosti depoziční zátěže území toxickými látkami, nadměrným vstupem živin a okyselujících látek (ekologický monitoring) a tvorbě hydrologické a látkové bilance povodí. Je rovněž využitelné pro měření a vzorkování malých a kolísavých průtoků povrchového či podzemního odtoku vody.Equipment for proportional sampling and measurement of total liquid sub-crown precipitation belongs to the area related to the assessment of water in the hydrological cycle from different points of view. It is used to obtain a mixed water sample, which qualitatively and quantitatively represents the material flow of water and substances dissolved (contained) in it during the selected time period (days to months). It can be used for the quantification of substance input mediated by depositional processes into the territory. It is therefore used in the evaluation of the amount of depositional load of the territory by toxic substances, the excessive input of nutrients and acidifying substances (ecological monitoring) and the creation of the hydrological and substance balance of the watershed. It is also useful for measuring and sampling small and fluctuating flows of surface or underground water runoff.
Dosavadní stav technikyCurrent state of the art
Analýza látkového toku podkorunové srážky je standardně užívaným nástrojem pro stanovení velikosti látkového toku procesy atmosférické depozice především v zalesněných oblastech [1,2,3], Různé typy odběrových zařízení podkorunových srážek se užívají již řadu let. Obvykle se jedná o trvale otevřená zařízení (srážkoměry) s kruhovou záchytnou plochou o velikosti 100 až 500 cm2, jsou zhotovována z plastu či kovu, jejich hlavní fimkční součástí je nálevka (různého tvaru) spojená se zásobní lahví a celý komplet je umístěn ve stojanu s odběrovým ústím ve výšce 1 až 2 m nad zemí [2,4], Vzorek je většinou ukládán nad zemí (s různou úrovní izolace proti světlu a teplu), méně často pod zemí. Závažnou slabinou takovéhoto odběrového a měřicího uspořádání je potřeba velmi vysokého počtu zařízení (desítky až nižší stovky), aby byla s přiměřenou přesností reprezentována heterogenita korunového prostoru, který se na formování látkového toku podkorunovou depozicí zásadním způsobem podílí [5,6,7,8,9]. Takový postup je však velmi nákladný, náročný na obsluhu, a proto je jen zřídka aplikován. Dalším užívaným postupem je užití korýtkových (gutters, troughs) podkorunových srážkoměrů - jde obvykle o kovová koryta o šířce 10 až 25 cm různé délky, které díky své záchytné ploše částečně řeší problém potřeby velkého počtu (bodových) zařízení popsaných výše, produkují však velké množství vody, kterou je nezbytné v celém objemu ukládat - obdobný problém vzniká při měření a vzorkování stoku po kmeni u některých druhů dřevin. Významným metodickým problémem tedy stále zůstává zajištění spolehlivého proporčního (objemem váženého) vzorkování toku vody a v ní rozpuštěných látek při kvantitativně velmi kolísavém průtoku (v rozsahu až několika řádů), který je způsoben přirozenou dynamikou srážkové události.Material flow analysis of sub-crown precipitation is a standard tool used to determine the size of material flow in atmospheric deposition processes, especially in forested areas [1,2,3]. Different types of sub-crown precipitation collection devices have been used for many years. These are usually permanently open devices (rain gauges) with a circular catchment area of 100 to 500 cm 2 , they are made of plastic or metal, their main functional part is a funnel (of various shapes) connected to a storage bottle, and the whole set is placed in a stand with the sampling mouth at a height of 1 to 2 m above the ground [2,4], The sample is mostly stored above ground (with different levels of insulation against light and heat), less often underground. A serious weakness of such a sampling and measuring arrangement is the need for a very large number of devices (tens to lower hundreds) in order to represent with reasonable accuracy the heterogeneity of the crown space, which plays a fundamental role in the formation of material flow by sub-crown deposition [5,6,7,8, 9]. However, such a procedure is very expensive, difficult to operate, and is therefore rarely applied. Another procedure used is the use of troughs (gutters, troughs) under-crown rain gauges - these are usually metal troughs with a width of 10 to 25 cm and different lengths, which, thanks to their catchment area, partly solve the problem of the need for a large number of (point) devices described above, but they produce a large amount water, which must be stored in its entire volume - a similar problem arises when measuring and sampling the runoff along the trunk of some types of trees. Thus, ensuring reliable proportional (volume-weighted) sampling of the water flow and its dissolved substances at a quantitatively very fluctuating flow rate (up to several orders of magnitude), which is caused by the natural dynamics of the precipitation event, still remains a significant methodological problem.
Novost předkládaného řešení spočívá v návrhu konstrukce, která umožňuje odběr proporčního (objemem váženého) vzorku reprezentujícího jednotky či nižší desítky procent celkového vzorkovaného toku vody a v ní rozpuštěných látek. Důležitým znakem je využití diskontinualizace a standardizace průtoku pomocí překlopného člunku (tipping bucket) a následné ovzorkování vody odtékající při jeho vyprázdnění pomocí specificky tvarované distribuční vzorkovací cely, konstruované tak, aby bylo možné řídit podíl vody, který je odebírán ze vzorkovaného průtoku. Zařízení sestává z měřicí a vzorkovací jednotky umístěné v přístrojové skříni na kovovém stojanu a podzemní jímky se vzorkovací nádobou na vzorek uložené v podzemí.The novelty of the presented solution lies in the design of the structure, which allows taking a proportional (weighted by volume) sample representing units or lower tens of percent of the total sampled flow of water and substances dissolved in it. An important feature is the use of discontinuity and standardization of the flow using a tipping bucket and subsequent sampling of the water flowing out when it is emptied using a specifically shaped distribution sampling cell, designed so that it is possible to control the proportion of water that is taken from the sampled flow. The device consists of a measuring and sampling unit located in an instrument box on a metal stand and an underground sump with a sampling container for the sample stored underground.
[1 ] BleekerA., Draaijers G., van der Veen D., Erisman J. W., Móls H., Fontejn P., GeusebroekM., 2003. Field intercomparison of throughfall measurements performed within the Framework of the Pan European intensive monitoring program of EU/ICP Forest. Environmnetal Pollution 125, 123-138.[1 ] BleekerA., Draaijers G., van der Veen D., Erisman J.W., Móls H., Fontejn P., GeusebroekM., 2003. Field intercomparison of throughfall measurements performed within the Framework of the Pan European intensive monitoring program of EU /ICP Forest. Environmnetal Pollution 125, 123-138.
- 1 CZ 2021 - 393 A3- 1 CZ 2021 - 393 A3
[2] Draaijers G.P.J., Hansen K., Thimonier A., Waldner P., 2016. Part XIV: Sampling and analysis of deposition. In: UNECE ICP Forest Programme Co-ordinating Centre (ed.): Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests. Thunen Institute of Forest Ecosystems, Eberswalde, Germany, 66 p.[2] Draaijers G.P.J., Hansen K., Thimonier A., Waldner P., 2016. Part XIV: Sampling and analysis of deposition. In: UNECE ICP Forest Program Co-ordinating Center (ed.): Manual on methods and criteria for harmonized sampling, assessment, monitoring and analysis of the effects of air pollution on forests. Thunen Institute of Forest Ecosystems, Eberswalde, Germany, 66 p.
[3] Levia D.F., Frost E.E., 2003. A review and evaluation of stemflow literature in the hydrologic and biogeochemical cycles offorested and agricultural ecosystems. Journal of Hydrology 274, 129.[3] Levia D.F., Frost E.E., 2003. A review and evaluation of stemflow literature in the hydrologic and biogeochemical cycles of forested and agricultural ecosystems. Journal of Hydrology 274, 129.
[4] Fenn M.E., Sickman J.O., Bytnerowicz A., Clow D.W., Molotch N.P., Pleim J.E., Tonnesen G.S., Weathers K.C., Padgett P.E., Campbell D.H., 2009. Methods for measuring atmospheric nitrogen deposition inputs in arid and montane ecosystmes of western north America. In: Legge A.H. (Ed.). Development in Environmental Science, vol. 9, pp. 179-228.[4] Fenn M.E., Sickman J.O., Bytnerowicz A., Clow D.W., Molotch N.P., Pleim J.E., Tonnesen G.S., Weathers K.C., Padgett P.E., Campbell D.H., 2009. Methods for measuring atmospheric nitrogen deposition inputs in arid and montane ecosystems of western North America. In: Legge A.H. (Ed.). Development in Environmental Science, vol. 9, pp. 179-228.
[5] Dohnal M., Černý T., Votrubová J., Tesař M., 2014. Rainfall interception and spatial variability of throughfall in spruce stand. Journal of Hydrology and Hydromechanics 62, 277-284.[5] Dohnal M., Černý T., Votrubová J., Tesař M., 2014. Rainfall interception and spatial variability of throughfall in spruce stand. Journal of Hydrology and Hydromechanics 62, 277-284.
[6] Klos P.Z., Chain-Guadarrama A., Link T.E., Finegan B., Vierling L.A., Chazdon R., 2014. Throughfall heterogeneity in tropical forested landscapes as a focal mechanism for deep percolation. Journal of Hydrology 519, 2180-2188.[6] Klos P.Z., Chain-Guadarrama A., Link T.E., Finegan B., Vierling L.A., Chazdon R., 2014. Throughfall heterogeneity in tropical forested landscapes as a focal mechanism for deep percolation. Journal of Hydrology 519, 2180-2188.
[7] Levia D.F., Frost E.E., 2006. Variability of thourghfall volume and solute inputs in wooded ecosystems. Progress in Physical Geography 30, 605-632.[7] Levia D.F., Frost E.E., 2006. Variability of thousandfall volume and solute inputs in wooded ecosystems. Progress in Physical Geography 30, 605-632.
[9] Siegert C.M., Levia D.F., Hudson S.A., Dowtin A.L., Zhang F, Mitchell M.J., 2016. Smallscale topographic variability influences tree species distribution and canopy throughfall partitioning in a temperate deciduous forest. Forest Ecology and Management 359, 109-117.[9] Siegert C.M., Levia D.F., Hudson S.A., Dowtin A.L., Zhang F, Mitchell M.J., 2016. Smallscale topographic variability influences tree species distribution and canopy throughfall partitioning in a temperate deciduous forest. Forest Ecology and Management 359, 109-117.
[10] Voss S., Zimmermann B., Zimmermann A., 2016. Detecting spatial structures in throughfall data: The effect of extent, sample size, sampling design, and variogram estimation method. Journal of Hydrology 540, 527-537.[10] Voss S., Zimmermann B., Zimmermann A., 2016. Detecting spatial structures in throughfall data: The effect of extent, sample size, sampling design, and variogram estimation method. Journal of Hydrology 540, 527-537.
Podstata vynálezuThe essence of the invention
Zařízení využívá tzv. překlopného člunku (tipping bucket), který je běžně užívaným nástrojem pro měření srážkových úhrnů a časového průběhu (kapalných) srážek. Zde je kromě tohoto účelu využit k diskontinualizaci a standardizaci toku vody, která je dále přiváděna na distribuční vzorkovací celu, která v požadovaném poměru rozdělí tok vody a v ní rozpuštěných látek. Voda po vstupu do zařízení plní misku překlopného člunku, ten se po dosažení kritického množství vody gravitačně překlopí a vzniklý proud vody je specificky uzpůsobenou geometrií jednotlivých součástí zařízení veden na distribuční vzorkovací celu umístěnou ve vertikální poloze v sousedství jedné z misek překlopného člunku. Množství vody zachycené distribuční vzorkovací celou i dobu jejího zdržení lze regulovat pomocí stavitelného hradítka instalovaného na jejím líci. Distribuční vzorkovací cela rozdělí proud na část vzorkovanou, která je odvedena vzorkovací hadicí do vzorkovací nádoby uložené v podzemní jímce a zbytek, který je vypouštěn volně na terén. Vzorkovací cyklus se opakuje při každém vyprázdnění misky překlopného člunku, počet a frekvence překlápění jsou mechanicky či elektronicky registrovány za účelem stanovení celkového objemu proteklé vody a její časové distribuce. Vhodnou volbou parametrů (objem překlopného člunku, tvar a objem distribuční vzorkovací cely, světlost vzorkovací trubičky a její poloha, nastavení hradítka) lze dospět k požadovanému poměru dělení, které probíhá dle Bemoulliho rovnice - cela se souběžně vyprazdňuje malým otvorem ve dně (vzorkovací trubička) a velkým otvorem ve stěně - štěrbinou vytvořenou nastavením hradítka. Zařízením je možné pokrýt na jedné straně srážkovou událost s extrémním úhrnem, resp. jejich skupinu, a na druhé straně získat dostatečné množství vzorku pro chemickou analýzu ve srážkově chudém období.The device uses a so-called tipping bucket, which is a commonly used tool for measuring precipitation totals and the time course of (liquid) precipitation. Here, in addition to this purpose, it is used to discontinuize and standardize the flow of water, which is further fed to the distribution sampling cell, which divides the flow of water and substances dissolved in it in the required ratio. After entering the device, the water fills the bowl of the tipping boat, which, after reaching a critical amount of water, is gravitationally tipped over and the resulting water flow is directed to a distribution sampling cell located in a vertical position next to one of the bowls of the tipping boat. The amount of water captured by the distribution sampling cell and its retention time can be regulated using an adjustable gate installed on its face. The distribution sampling cell divides the stream into the sampled part, which is taken through a sampling hose into a sampling container stored in an underground sump, and the rest, which is discharged freely onto the ground. The sampling cycle is repeated each time the bowl of the tipping boat is emptied, the number and frequency of tipping are mechanically or electronically registered in order to determine the total volume of water passed and its temporal distribution. By choosing the appropriate parameters (volume of the flip-up boat, shape and volume of the distribution sampling cell, the diameter of the sampling tube and its position, the setting of the gate) the desired division ratio can be reached, which takes place according to the Bemoulli equation - the cell is simultaneously emptied through a small hole in the bottom (sampling tube) and a large opening in the wall - a gap created by setting the gate. With the device, it is possible to cover, on the one hand, a precipitation event with an extreme amount, or their group, and on the other hand, to obtain a sufficient amount of sample for chemical analysis in a period of poor rainfall.
-2CZ 2021 - 393 A3-2CZ 2021 - 393 A3
Objasnění výkresůClarification of drawings
Na obr. 1 je znázorněno schéma instalace zařízení se stojanem a podzemní jímkou v terénu.Fig. 1 shows the installation diagram of the device with a stand and an underground pit in the field.
Na obr. 2 je schéma vlastního přístroje - vzorkovací a měřicí jednotky v přístrojové skříni (vlevo čelní pohled na řez přístrojovou skříní, vpravo boční pohled na řez přístrojovou skříní).Fig. 2 shows a diagram of the device itself - sampling and measuring units in the device box (on the left, a front view of a section of the device box, on the right, a side view of a section of the device box).
Na obr. 3 je zobrazen detail distribuční vzorkovací cely.Fig. 3 shows a detail of the distribution sampling cell.
Příklad uskutečnění vynálezuAn example of the implementation of the invention
V uspořádání pro vzorkování a měření toku srážkové vody je zařízení umístěno v přístrojové skříni 1 vyrobené z nerezového plechu. Přístrojová skříň je upevněna na kovovém stojanu 2 pomocí tří vertikálně umístěných stavěčích šroubů 3, které umožňují nastavení přesné vodoroviny (což je podmínka správné funkčnosti zařízení). Přístrojová skříň zároveň slouží jako chassis, na jejích vnitřních stěnách jsou upevněny jednotlivé části zařízení. Voda do přístroje vstupuje nátrubkem 4. umístěném na jeho zadní stěně. Distribučním potrubím ve svrchní části zařízení je přivedena na síto 5 (velikost oka 0,2 mm) upevněné v nosném rámu zdola přecházejícím v plochou nálevku se štěrbinovým výtokovým hrdlem 6. Tím je voda přivedena do jedné z misek 7 překlopného člunku (tipping bucket). Člunek je vyroben z polypropylenových desek, objem jedné misky překlopného člunku je cca 0,5 litru. Uvnitř misky překlopného člunku je umístěna retardační lamela 8 pro usměrnění toku v průběhu vyprazdňování obsahu misky při překlopení člunku. Člunek je umístěn na ose z nerezové kulatiny, která je na obou koncích osazena skleněnými ložisky 9 v ložiskových pouzdrech, která jsou instalována v přístrojovém chassis. Při vyprazdňování člunku je proud vody vržen na distribuční vzorkovací celu 10, která má tvar kvádru s odfrézovanou konickou prohlubní, je vyrobena z polypropylenu. Vstup do ní je kryt žaluziovou maskou 11 a stavitelným hradítkem 12. kterým lze měnit dobu zdržení vody a tím proporci vzorkování. Z nejnižšího bodu distribuční vzorkovací cely (v pracovním umístění) je vyvedena stavitelná vzorkovací trubička 13 s vnitřním průměrem 4 mm. Polohu horního okraje lze měnit, což je vedle nastavení hradítka dalším prostředkem pro řízení podílu vody, který je odveden jako vzorek. Voda, která je takto odebrána, dále vstupuje do vyrovnávací nádobky 14. Vyrovnávací nádobka slouží k eliminaci obtížně definovatelného hydraulického odporu navazující vzorkovací hadice 15, a zároveň jako retenční objem pro vystupující vzorek. Je zhotovena z průhledného PMMA, aby bylo možné vizuálně kontrolovat funkčnost a čistotu zařízení. Vzorek dále postupuje vzorkovací hadicí, která je zaústěna do vzorkovací nádoby 16 (PE kanystr o objemu 15-20 litrů), shora kryté tepelně izolační deskou 17 (polystyren o tl. cca 10cm), umístěné v podzemní jímce 18. Uložení vzorku v podzemí, ve tmě a relativním chladu, je důležitou podmínkou pro chemickou stabilitu odebraného vzorku. Zbylá voda, která nevystupuje jako součást vzorku, stéká do nejnižšího bodu odpadového žlabu, odkud je prostřednictvím výstupního nátrubku 19 a navazující hadice volně vypuštěna na terén. Průtok vody je měřen pomocí registrace počtu překlopení člunku prostřednictvím (magnetického) mechanického počítadla 20. které je aktivováno průchodem feritového magnetu integrovaného v těle překlopného člunku. Průtok může být dále registrován elektronicky pomocí magnetického snímače 21 se záznamem do připojeného dataloggeru 22. Tímto způsobem je navíc možné získat informaci o čase překlopení člunku, která je využitelná pro následné upřesnění změřeného srážkového úhrnu. Přesnost měření přeteklého objemu totiž klesá s rostoucím průtokem (jde o obecný principiální příznak všech člunkových zařízení užívaných k měření průtoku). Při elektronické registraci překlopení a znalosti délky intervalu mezi překlopeními (s přesností na 0,1 s) lze však chybu měření korigovat pomocí rovnice, jejíž parametry se odvodí z kalibrační křivky zařízení. Obecný tvar této rovnice jeIn the arrangement for sampling and measuring the flow of precipitation water, the device is placed in the instrument box 1 made of stainless steel sheet. The instrument box is fixed on the metal stand 2 by means of three vertically located adjusting screws 3, which enable the setting of the exact horizontal plane (which is a condition for the correct functionality of the device). The instrument cabinet also serves as a chassis, individual parts of the device are fixed on its inner walls. Water enters the device through the nozzle 4. located on its back wall. Through the distribution pipe in the upper part of the device, it is fed to a sieve 5 (mesh size 0.2 mm) fixed in a supporting frame from below passing into a flat funnel with a slotted outlet neck 6. The water is thus fed into one of the bowls 7 of the tipping bucket. The boat is made of polypropylene plates, the volume of one bowl of the tilting boat is about 0.5 liters. A retarding lamella 8 is placed inside the bowl of the tipping boat for directing the flow during the emptying of the contents of the bowl when the boat is tipped over. The boat is placed on an axis made of stainless steel, which is fitted at both ends with glass bearings 9 in bearing cases, which are installed in the instrument chassis. When emptying the boat, the stream of water is thrown onto the distribution sampling cell 10, which has the shape of a cuboid with a milled conical depression, and is made of polypropylene. The entrance to it is covered by a louver mask 11 and an adjustable gate 12, which can be used to change the water retention time and thus the sampling proportion. An adjustable sampling tube 13 with an inner diameter of 4 mm is brought out from the lowest point of the distribution sampling cell (in the working location). The position of the upper edge can be changed, which, in addition to the gate setting, is another means of controlling the proportion of water that is discharged as a sample. The water that is removed in this way then enters the equalization vessel 14. The equalization vessel serves to eliminate the difficult-to-define hydraulic resistance connected to the sampling hose 15, and at the same time as a retention volume for the exiting sample. It is made of transparent PMMA in order to visually check the functionality and cleanliness of the device. The sample continues through the sampling hose, which is fed into the sampling container 16 (PE canister with a volume of 15-20 liters), covered from above with a heat-insulating plate 17 (polystyrene with a thickness of approx. 10 cm), located in an underground sump 18. Storage of the sample underground, in the dark and relative cold, is an important condition for the chemical stability of the sample taken. The rest of the water, which does not come out as part of the sample, flows to the lowest point of the waste chute, from where it is freely discharged onto the terrain via the outlet nozzle 19 and the connecting hose. The water flow is measured by registering the number of tipping shuttles through a (magnetic) mechanical counter 20. which is activated by the passage of a ferrite magnet integrated in the body of the tipping shuttle. The flow rate can also be registered electronically using a magnetic sensor 21 with a recording in the connected data logger 22. In this way, it is also possible to obtain information about the time the boat overturned, which can be used for subsequent refinement of the measured precipitation total. The accuracy of the overflow volume measurement decreases with increasing flow rate (this is a general principle characteristic of all shuttle devices used to measure flow rate). However, with electronic registration of overturning and knowledge of the length of the interval between overturnings (accurate to 0.1 s), the measurement error can be corrected using an equation whose parameters are derived from the calibration curve of the device. The general form of this equation is
V = a . fb kde:V = a . f b where:
-3 CZ 2021 - 393 A3-3 CZ 2021 - 393 A3
V = množství odebrané vody za čas [1. s1] t = doba mezi překlopeními člunku [s] a, b = konstanty odvozené z rovnice empirické kalibrační křivkyV = amount of water withdrawn per time [1. s 1 ] t = time between shuttle flips [s] a, b = constants derived from the equation of the empirical calibration curve
Při objemu člunku cca 0,5 litru je zařízení dobře využitelné až do rychlosti překlápění Ix za 5 s, což odpovídá průtoku 0,1 l.s1, z čehož je možné odvodit maximální záchytnou plochu připojeného zařízení pro záchyt srážek - při maximálních očekávatelných intenzitách dešťů se jedná o cca 2 až 3 m2 či analogického průtoku z jiného typu zařízení. Představovaná konstrukce umožňuje vzorkování v poměru 1:36 až 1:88.With a boat volume of approx. 0.5 litres, the device can be easily used up to a tipping speed of Ix in 5 s, which corresponds to a flow rate of 0.1 ls 1 , from which it is possible to derive the maximum catchment area of the connected rainfall catchment equipment - at the maximum expected rain intensities it is about 2 to 3 m 2 or similar flow from another type of device. The presented design allows sampling in the ratio 1:36 to 1:88.
Zvýšení kapacity zařízení je možné zvětšením jeho součástí. Vzorkovaná voda může pocházet z různých typů zařízení, jejichž společným znakem je produkce relativně velkých objemů vody (jednotky až nízké desítky m3 za sledované období) a velmi nevyrovnaný průtok kolísající v rozsahu několika řádů (korýtkové srážkoměry, zařízení pro sběru stoku po kmeni - stemflow).Increasing the capacity of the device is possible by increasing its components. The sampled water can come from different types of equipment, the common feature of which is the production of relatively large volumes of water (units to low tens of m 3 for the monitored period) and a very uneven flow fluctuating in the range of several orders of magnitude (trough rain gauges, equipment for collecting sewage after the trunk - stemflow ).
Průmyslová využitelnostIndustrial applicability
Zařízení je určeno pro výzkumnou činnost v rámci ekologických a biogeochemických experimentů, pro ekologický monitoring a sledování dodržování depozičních limitů. Jako produkt malosériové výroby může být využíváno institucemi meteorologického, hydrologického, ekologického a geologického zaměření.The facility is intended for research activities within the framework of ecological and biogeochemical experiments, for ecological monitoring and monitoring compliance with deposition limits. As a product of small-scale production, it can be used by meteorological, hydrological, ecological and geological institutions.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-393A CZ309604B6 (en) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Equipment for proportionally sampling and measuring the total liquid subcrown precipitation with a tilting shuttle and a distribution sampling cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CZ2021-393A CZ309604B6 (en) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Equipment for proportionally sampling and measuring the total liquid subcrown precipitation with a tilting shuttle and a distribution sampling cell |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CZ2021393A3 true CZ2021393A3 (en) | 2023-03-08 |
| CZ309604B6 CZ309604B6 (en) | 2023-05-10 |
Family
ID=85384241
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CZ2021-393A CZ309604B6 (en) | 2021-08-24 | 2021-08-24 | Equipment for proportionally sampling and measuring the total liquid subcrown precipitation with a tilting shuttle and a distribution sampling cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CZ (1) | CZ309604B6 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ308075B6 (en) * | 2009-10-16 | 2019-12-18 | Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. | Mobile rainfall sampler |
| CN108387405A (en) * | 2018-03-11 | 2018-08-10 | 云南大学 | Rainfall intelligence sampler suitable for various wild environments |
| CN211954294U (en) * | 2020-05-13 | 2020-11-17 | 南京思摩特传感器有限公司 | Tipping bucket formula flow monitoring sample all-in-one |
-
2021
- 2021-08-24 CZ CZ2021-393A patent/CZ309604B6/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CZ309604B6 (en) | 2023-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Di Mauro et al. | Saharan dust events in the European Alps: role in snowmelt and geochemical characterization | |
| Azimi et al. | Trace metal determination in total atmospheric deposition in rural and urban areas | |
| Johnson et al. | Organic carbon fluxes within and streamwater exports from headwater catchments in the southern Amazon | |
| Halvorson et al. | Issues of scale for evaluating soil quality | |
| Dämmgen et al. | Practical considerations for addressing uncertainties in monitoring bulk deposition | |
| Larsson et al. | A dual porosity model to quantify phosphorus losses from macroporous soils | |
| Azimi et al. | Heavy metal determination in atmospheric deposition and other fluxes in northern France agrosystems | |
| Hansen et al. | Atmospheric deposition to forest ecosystems | |
| Vremec et al. | Sensitivity of evapotranspiration and seepage to elevated atmospheric CO2 from lysimeter experiments in a montane grassland | |
| Tav et al. | Determination of fog-droplet deposition velocity from a simple weighing method | |
| CZ2021393A3 (en) | Equipment for proportional sampling and measurement of the total liquid subcrown precipitation with a tilting shuttle and a distribution sampling cell | |
| Kohfahl et al. | Comparing precision lysimeter rainfall measurements against rain gauges in a coastal dune belt, Spain | |
| AU2008246228A1 (en) | Soil moisture sampling device | |
| CZ35658U1 (en) | Equipment for proportional sampling and measuring the total liquid subcrown precipitation with a tilting shuttle and a distribution sampling cell | |
| Dunkerley | A new method for determining the throughfall fraction and throughfall depth in vegetation canopies | |
| CN105354423B (en) | The method for determining the background value of heavy metal element in lake or reservoir sediments | |
| CN109238802A (en) | Soil body measurement method | |
| CN205898791U (en) | Gangue leachate melts and infiltrates indoor simulation soil column device | |
| KR100790513B1 (en) | Hydrometer | |
| Germer et al. | Multi-step outflow and evaporation experiments–Gaining large undisturbed samples and comparison of the two methods | |
| CN108267802B (en) | Method for manufacturing comprehensive measuring device for forest rain penetration | |
| CZ35227U1 (en) | Rain gauge for quantifying liquid settled precipitation from wind-driven fog and low clouds | |
| CN206470152U (en) | A kind of two-dimentional rainfall infiltration experimental rig | |
| Kleiss | Methods for measuring sedimentation rates in bottomland hardwood (BLH) wetlands | |
| CN116295685A (en) | Simple tipping bucket type full-quantity runoff sediment self-meter and calculation method of total sediment quantity of runoff erosion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20210824 |