DE598683C

DE598683C - Method and device for the measurement of bed load movements in rivers or other flowing waters

Info

Publication number: DE598683C
Application number: DET42018D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1933-01-22
Filing date: 1933-01-22
Publication date: 1934-06-15

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Geschiebebewegungen in Flüssen oder anderen strömenden Gewässern Die Messung von Geschiebebewegungen in Flüssen oder anderen strömenden Gewässern geschieht bisher unmittelbar, und zwar dadurch, daß ein an einer Seite offener Kasten mit netzartigen Wänden, z. B. aus Drahtgeflecht, ein sogenannter Geschiebefänger, auf die Sohle des Flusses abgesenkt und nach einer bestimmten Zeit, z: B. io Min., wieder gehoben und das von dem Geschiebefänger aufgenommene Geschiebe nach Gewicht und Zusammensetzung nach Korngrößen bestimmt wird. Da, soweit bis jetzt bekannt, die Geschiebeführung in mehrstündigen Perioden wechselt, ist es zur vollständigen Erfassung der Geschiebeführung notwendig, an jedem Meßpunkt eines Flußquerschnittes, z. B. alle 5 bis io m, eine Reihe von Messungen während einer mehrstündigen Zeitspanne vorzunehmen. Je nach der Flußbreite kann eine derartige Messung mehrere Tage dauern. Da die Geschiebeführung außerdem mit dem jeweiligen Wasserstand des Flusses wechselt, muß die Messung bei verschiedenen Pegelständen wiederholt werden, um z. B. ein Bild über den jährlichen Gesamtdurchfluß (Geschiebebilanz) abgeben zu können. Derartige Messungen erfordern, abgesehen von den erheblichen Kosten, einen solchen Zeitaufwand, daß z. B. bei kürzeren Hochwasseranschwellungen eine einigermaßen zuverlässige Messung des Gesamtgeschiebedurchflusses nicht mehr möglich ist. Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren, nach welchem sich die Messung von Geschiebebewegungen in Flüssen in einem Bruchteil der früher benötigten Zeit durchführen läßt. Dieses Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß der Geschiebedurchfluß mittelbar durch Vergleichung des von dem fließenden Geschiebe erzeugten Geräusches mit geeichten Vergleichswerten nach Menge und Zusammensetzung nach Korngrößen gemessen wird.Method and device for measuring bed load movements in rivers or other flowing waters The measurement of bed load movements in rivers or other flowing waters has so far happened directly, namely by that a box open on one side with reticulated walls, for. B. made of wire mesh, a so-called bed load catcher, lowered to the bottom of the river and after one a certain time, e.g. 10 min., lifted again and that which was picked up by the debris catcher Attachments are determined by weight and composition according to grain sizes. There, so far Up to now it is known that the bed load management changes in periods of several hours it is necessary to fully record the bed load management at each measuring point a river cross-section, e.g. B. every 5 to 10 m, a series of measurements during over a period of several hours. Depending on the width of the river, such a Measurement take several days. Since the bed load management is also linked to the respective If the water level of the river changes, the measurement must be made at different water levels be repeated to e.g. B. a picture of the annual total flow (bed load balance) to be able to deliver. Such measurements require, apart from the substantial ones Costs, such a time expenditure that z. B. with shorter flood swellings a reasonably reliable measurement of the total bed load flow is no longer possible is possible. The invention relates to a method by which the measurement of bed load movements in rivers in a fraction of the time previously required can be carried out. This method essentially consists in the bed load flow indirectly by comparing the noise generated by the flowing debris measured with calibrated comparative values according to quantity and composition according to grain size will.

Fließendes Geschiebe erzeugt ein schon mit bloßem Ohr deutlich wahrnehmbares Geräusch, dessen Tonhöhe von dumpfem Rollen bei grobem Gerölle bis zu leisem Rieseln bei feinem Kies oder Sand wechselt. Die Tonzusammensetzung (Klangfarbe) des Geräusches hängt bei einer gewissen Wassergeschwindigkeit von der Korngröße bzw. den einzelnen Korngrößen ab, aus denen sich ein Geschiebegemisch zusammensetzt. Die Stärke des Geräusches ist bestimmt durch die Menge des in der Zeiteinheit durch einen bestimmten Querschnitt fließenden Geschiebes.Flowing debris creates something that is clearly perceptible with the bare ear Noise, the pitch of which ranges from a muffled roll in the case of coarse rubble to a soft trickle changes with fine gravel or sand. The tone composition (timbre) of the noise depends on the grain size or the individual at a certain water speed Grain sizes from which a bed load mixture is composed. The strength of the Noise is determined by the amount of in the unit of time by a certain Cross section of flowing sediment.

Die Aufnahme des Geräusches kann erfolgen durch ein in den Fluß versenktes oder am Boden eines Schiffes angebrachtes Mikrophon.The sound can be picked up by a sunk in the river or a microphone attached to the bottom of a ship.

ach Verstärkung des Mikrophonstromes durch geeignete Mittel, z. B. Widerstandsverstärker, kann das Geräusch zur subjektiven Beurteilung am Lautsprecher abgehört oder objektiv nach den Methoden der Klanganalyse, durch geeignete Vorrichtungen nach Stärke, z. B. mittels photographisch registrierenden Amperemeters, und nach Tonhöhe und Tonzusammensetzung (Klangfarbe) durch eine Klanganalyse, z. B. mittels Oszillographen, aufgenommen werden.after amplification of the microphone stream by suitable means, e.g. B. Resistance amplifier, the noise can be used for subjective judgment on the loudspeaker listened to or objectively according to the methods of sound analysis, by suitable devices by strength, e.g. B. by means of photographically registering Ammeter, and after pitch and tone composition (timbre) through a sound analysis, z. B. by means of an oscilloscope.

Die Meßvorrichtung kann zwecks Bestimmung der Menge des Geschiebedurchflusses in der Zeiteinheit dadurch punktweise geeicht werden, daß gleichzeitig mit der Geräuschstärkenmessung an derselben Stelle - Probeentnahmen von Geschiebe mittels des bekannten Geschiebefängers gemacht werden, somit ein bestimmter Ausschlag des Amperemeters einem bestimmten, in der Zeiteinheit durch einen bestimmten Ouerschnitt fließenden Geschiebegeivicht zugeordnet werden kann. Um die an verschiedenen Punkten eines Flußquerschnittes aufgenommenen Geräuschstärken untereinander vergleichen zu können, muß, da die Geräuschstärke von der Dicke des Geschiebestromes abhängig ist, das Mikrophon in stets gleicher Höhe über der Flußsohle aufgehängt werden.The measuring device can be used to determine the amount of bed load flow be calibrated point by point in the time unit that simultaneously with the noise level measurement at the same point - taking samples of bed load using the well-known bed load catcher be made, thus a certain deflection of the ammeter corresponds to a certain, Bed load flowing through a certain cross-section in the unit of time can be assigned. To the at different points of a river cross-section To be able to compare recorded noise levels with each other, since the noise level depends on the thickness of the bed load flow, the microphone is always the same Height above the river bed.

Die Eichung der Vorrichtung zwecks Bestimmung der Korngröße eines Geschiebes oder der verschiedenen Korngrößen, aus denen sich ein Geschiebegemisch zusammensetzt, kann erfindungsgemäß dadurch erfolgen, daß in einer Versuchsanstalt für eine Reihe von Geschieben einheitlicher oder gemischter Kornzusammensetzung unter genau erfaßbaren Versuchsbedingungen Geräuschaufnahmen gemacht werden. Nach den Methoden der Klanganalyse wird sodann für jedes Geräusch das zu ihm gehörende Klangspektrum ermittelt, das sich in der Form eines sogenannten Bandspektrums darstellt.The calibration of the device for the purpose of determining the grain size of a Attachments or the different grain sizes that make up an attachment mixture composed, can be done according to the invention in that in a research institute for a number of attachments of uniform or mixed grain composition Noise recordings are made under precisely detectable test conditions. To With the methods of sound analysis, each noise becomes the one that belongs to it Sound spectrum determined, which is represented in the form of a so-called band spectrum.

Die Auswertung des vom Mikrophon aufgenommenen Geräusches nach Tonstärke, Tonhöhe und Tonzusammensetzung und der Vergleich mit den Eichwerten kann unmittelbar auf dem Schiff an Ort und Stelle erfolgen, oder es werden die Geräusche nach bekannten Methoden auf Schallplatten aufgenommen und später in der Versuchsanstalt ausgewertet. Das letztere Verfahren bringt eine so erhebliche Zeitersparnis mit sich, daß es möglich ist, auch bei kurzen Hochwasseranschwellungen eine zuverlässige Bestimmung des Geschiebedurchflusses auszuführen, was bei dem eingangs erwähnten Verfahren nicht möglich ist.The evaluation of the noise picked up by the microphone according to tone strength, Pitch and tone composition and the comparison with the calibration values can be done directly be done on the ship on the spot, or the noises will be based on known Methods recorded on records and later evaluated in the research institute. The latter method saves so much time that it a reliable determination is possible even with brief flood swellings of the bed load flow, which is the case with the method mentioned at the beginning not possible.

Tonhöhe und Tonzusammensetzung des aufzunehmenden Geräusches sind außer von der Korngröße oder den Korngrößen noch von der Wassergeschwindigkeit abhängig, die somit stets mitgemessen werden muß. Dies geschieht mittels sogenannten hydroinetrischen Flügeln, deren Umdrehungszahl in der Zeiteinheit ein Maß für die Wassergeschwindigkeit gibt. Bei den hauptsächlich zur Anwendung kommenden Meßvorrichtungen für Wassergeschwindigkeiten wird die Flügelgeschwindigkeit entweder auf elektrischem oder auf akustischemƒWege zum Beobachter oder dessen Registriervorrichtung weitergeleitet. Bei der elektrischen übertragung -wird z. B. bei jeder 25. Umdrehung der Flügelwelle ein Stromkreis auf kurze Zeit geschlossen und der Stromstoß zur Betätigung einer elektromagnetischen Zählvorrichtung verwendet, oder es ist mit der Flügelwelle der Läufer einer kleinen Wechselstrommaschine gekuppelt, die je nach der größeren oder geringeren Umdrehungsgeschwindigkeit einen mehr oder minder starken Wechselstrom erzeugt, dessen Stärke auf dem Meßschiff aufgezeichnet wird. . Bei den hydrometrischen Flügeln nach C. W. P r i c e erfolgt die Übertragung auf akustischem Wege; z. B. löst jede 25. Umdrehung des Flügels einen kleinen Hammer aus, dessen Aufschlaggeräusch mittels -eines Höhrrohres abgehört wird.The pitch and composition of the sound to be recorded are apart from the grain size or the grain sizes also dependent on the water velocity, which must therefore always be measured. This is done by means of so-called hydroinetric Wings whose number of revolutions in the unit of time is a measure of the speed of the water gives. In the mainly used measuring devices for water velocities the wing speed is determined either electrically or acoustically forwarded to the observer or his registration device. With the electric transmission -is z. B. at every 25th revolution of the vane shaft a circuit closed for a short time and the current surge to operate an electromagnetic Counting device is used, or it is a small rotor with the wing shaft AC machine coupled, depending on the higher or lower speed of rotation generates a more or less strong alternating current, the strength of which on the measuring ship is recorded. . In the case of hydrometric wings according to C. W. P r i c e the acoustic transmission; z. B. solves every 25th rotation of the wing a small hammer, the sound of which can be heard by means of a hearing tube will.

Erfindungsgemäß kann die Übertragung und Aufzeichnung der vom hydrometrischen Flügel abgegebenen akustischen oder elektrischen Impulse oder der Stromschwankungen dadurch erfolgen, daß diese Impulse dem Mikrophonstrom überlagert werden. Vorteil'hafterweise werden dabei der hydrometrische Flügel und dessen Übertragungs-bzw. Umwandlungsorgane unmittelbar an dem Unterwassermikrophon angebracht, beispielsweise der hydrometrische Flügel am Kopf eines Fischbauchgewichtes, in dessen Innerm das Mikrophon und die von dem Flügel gesteuerten Organe liegen.According to the invention, the transmission and recording of the hydrometric Acoustic or electrical impulses emitted by the wing or the fluctuations in current take place in that these pulses are superimposed on the microphone current. Advantageously the hydrometric wing and its transmission or. Transformation bodies attached directly to the underwater microphone, for example the hydrometric Wings on the head of a fish belly weight, inside the microphone and the organs controlled by the wing lie.

Werden die elektrischen bzw. akustischen Impulse oder die Stromschwankungen der Wechselstrommaschine elektrisch mit dem Mikrophon gekoppelt, so ist nur ein einziges Leiterpaar zwischen der in das Wasser zu versenkenden Vorrichtung und dem Meßschiff erforderlich.Are the electrical or acoustic impulses or the current fluctuations the alternator is electrically coupled to the microphone so is only one only pair of conductors between the device to be submerged in the water and the Measurement ship required.

Wird von dem hydrometrischen Flügel z. B. alle a5 Umdrehungen ein Kontaktwerk gesteuert, so kann der ausgelöste Stromstoß durch induktive Koppelung auf den Mikrophonstromkreis übertragen werden und einen zusätzlichen Ausschlag des aufzeichnenden Instrumentes bewirken, so daß er synchron mit der Geschiebemessung auf den Registrierstreifen des Geschiebeabhörgerätes vermerkt wird.If the hydrometric wing z. B. every a5 revolutions Contact system controlled, so the triggered current surge can be through inductive coupling transferred to the microphone circuit and an additional deflection of the recording instrument so that it is synchronized with the bed load measurement is noted on the recording strip of the attachment listening device.

Ist der hydrometrische Flügel mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt, so kann der erzeugte Wechselstrom durch eine induktive Koppelung dem Mikrophonstrom überlagert werden; man erhält in dieser Weise einen durch das Kiesgeräusch mittelbar modulierten Strom, dessen Trägerfrequenz der Umdrehungszahl des hydrometrischen Flügels entspricht.If the hydrometric wing is coupled to an alternator, the generated alternating current can be coupled to the microphone current by inductive coupling be superimposed; in this way one gets one indirectly through the gravel noise modulated Current, the carrier frequency of which corresponds to the number of revolutions of the hydrometric wing.

Wird der von C. W. P r i c e angegebene Hydrometerflügel mit Schallhammer verwendet, so kann der Hammer gegen die Membrane eines mit dem Unterwassermikrophon parallel geschalteten zusätzlichen Mikrophons schlagen; der hierdurch ausgelöste Stromstoß zeigt sich in der Aufzeichnung des Mikrophonstromes als zusätzlicher Ausschlag.Will the hydrometer blade specified by C. W. P r i c e with sonic hammer used, the hammer can be used against the membrane of one with the underwater microphone hit additional microphones connected in parallel; the one triggered by this Current surge shows up in the recording of the microphone current as an additional rash.

Durch die vorstehend beschriebene Verbindung von Unterwassermikrophon und hydrometrischem Flügel kommen die bisher notwendigen besonderen Kabel für die Geschwindigkeitsmessung nebst den zugehörigen Anzeigeinstrumenten in Wegfall. Durch die synchrone Registrierung von Geschiebegeräusch und Wassergeschwindigkeit in einem und demselben. Diagramm kann die Auswertung besonders genau und schnell bewerkstelligt werden.By connecting the underwater microphone as described above and hydrometric wing come the special cables previously necessary for the Speed measurement together with the associated display instruments in elimination. By the synchronous registration of bed load noise and water speed in one and the same. Diagram, the evaluation can be carried out particularly precisely and quickly will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Weight quantitative method for measuring the sediment movement in rivers and other streaming water after use and the composition according to particle size, characterized in that the measurement is carried out indirectly on the signal generated by the current flowing sediment noise. a. Method according to Claim i, characterized in that the assessment of the measurement results is carried out on the basis of randomly generated noises recorded in the research institute, which are caused by sediment mixtures precisely known in terms of their composition and quantity. 3. The method according to claim i, characterized in that the attachment noise is recorded by a tone color analysis in the form of a sound spectrum. q .. The method according to claim i, characterized in that the sound of the bed load is recorded on records. 5. Device for the method according to claim i, characterized by the connection of an underwater microphone for listening to the bed load noise with a hydrometric wing for measuring the water speed for the purpose of synchronous registration of the noise and the speed in one and the same diagram. 6. The device according to claim 5, characterized by an additional microphone cooperating with the underwater microphone for receiving acoustic signals triggered by the hydrometric wing by means of known devices.