RU201927U1

RU201927U1 - TRAP PROBE FOR WEIGHED WEIGHTS

Info

Publication number: RU201927U1
Application number: RU2020117829U
Authority: RU
Inventors: Сергей Романович Чалов; Галина Леонидовна Шинкарева; Андрей Юрьевич Тришин; Маргарита Сергеевна Пашкина
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2020-05-29
Publication date: 2021-01-21

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для исследования параметров вод и может быть использована в экологических, гидрохимических, инженерно-гидрометеорологических исследованиях водотоков как природного, так и антропогенного генезиса для сбора твердых частиц, перемещающихся в потоке на различных глубинах. Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в расширении арсенала известных средств отбора проб наносов в водных потоках, а также обеспечении возможности автономного отбора проб латерально перемещаемых взвешенных наносов с различных предварительно определенных глубинных горизонтов при различных скоростных характеристиках водных потоков. Заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для отбора проб взвешенных наносов в водных потоках, включающем трос, выполненный с возможностью крепления к нему с одной стороны сигнального буя, а с другой стороны – груза, обеспечивающего стабильное положение устройства в водном потоке, с закрепленными к нему, по меньшей мере, тремя ловушками взвешенных частиц наносов, согласно техническому решению, каждая ловушка выполнена в виде цилиндрического корпуса с открытыми торцами, представляющими собой вход и выход для набегающего водного потока, при этом со стороны входа ловушка снабжена гибким соединением, обеспечивающим ее подвижное закрепление к тросу, с возможностью горизонтального размещения корпуса ловушки при погружении в водный поток, а со стороны выхода к корпусу ловушки закреплена сетчатая емкость для сбора взвешенных частиц наносов. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.The claimed utility model relates to devices for studying water parameters and can be used in ecological, hydrochemical, engineering and hydrometeorological studies of watercourses of both natural and anthropogenic genesis to collect solid particles moving in the flow at different depths. The technical result achieved when using the claimed utility model consists in expanding the arsenal of known means of sampling sediment in water streams, as well as providing the possibility of autonomous sampling of laterally displaced suspended sediment from various predetermined depth horizons at different velocity characteristics of water streams. The claimed technical result is achieved by the fact that in the device for sampling suspended sediment in water flows, including a cable made with the possibility of attaching to it on one side of the signal buoy, and on the other hand - a load that ensures the stable position of the device in the water flow, with fixed to it, at least three traps of suspended sediment particles, according to the technical solution, each trap is made in the form of a cylindrical body with open ends, representing an inlet and outlet for the incoming water flow, while on the inlet side the trap is equipped with a flexible connection that provides it movable attachment to the cable, with the possibility of horizontal placement of the trap body when immersed in a water flow, and from the outlet side to the trap body there is a mesh container for collecting suspended sediment particles. 4 p.p. f-ly, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Заявляемая полезная модель относится к устройствам для исследования параметров вод и может быть использована в экологических, гидрохимических, инженерно-гидрометеорологических исследованиях водотоков как природного, так и антропогенного генезиса для сбора твердых частиц, перемещающихся в потоке на различных глубинах. The claimed utility model relates to devices for studying water parameters and can be used in ecological, hydrochemical, engineering and hydrometeorological studies of watercourses of both natural and anthropogenic genesis to collect solid particles moving in the flow at different depths.

Уровень техники. State of the art.

Количественное изучение как нисходящего вертикального, так и горизонтального потока частиц в реках, как правило, связано с использованием седиментационных ловушек. Они позволяют определять удельную интенсивность осадконакопления минеральных и органических частиц на единицу площади дна за выбранный промежуток времени. Существуют различные виды таких ловушек, преимущественно отличающиеся размером и формой приёмных (пробосборных) сосудов (например, цилиндр, воронка, бутылка). Расположение сосудов на различной глубине в процессе пробосбора влияет на относительную интенсивность осадконакопления. При увеличении глубины установки приёмного сосуда высота столба воды над ним возрастает и, соответственно, количество взвешенных наносов в нём также увеличивается. При установке горизонтально ориентированных ловушек глубина их установки зависит от уровня изучаемого подводного горизонта. Как правило, в качестве таких уровней используют приповерхностный, придонный и срединный горизонты. Для определения темпов осаждения частиц (для таких целей преимущественно используют вертикально ориентированные седиментационые ловушки), скоростей и объемов горизонтального перемещения вещества (для таких целей преимущественно используют горизонтально ориентированные ловушки), ловушки помещают в русло на определенный период времени, длительность которого определяется возможностью накопления необходимого для исследования количества наносов. Данный период накопления осадка зависит от мутности и расхода водного потока, а также фракционного состава взвешенных частиц в потоке. Обычно длительность такого эксперимента составляет от нескольких часов до нескольких суток. По окончании измерений ловушки извлекают из потока, воду в них отстаивают, после чего сливают верхний слой воды, а нижний слой фильтруют через предварительно взвешенный фильтр. Взвешенное вещество из горизонтальных ловушек высушивают при комнатной температуре.The quantitative study of both the vertical and horizontal downward flow of particles in rivers is usually associated with the use of sedimentation traps. They make it possible to determine the specific intensity of sedimentation of mineral and organic particles per unit of bottom area for a selected period of time. There are various types of such traps, mainly differing in the size and shape of receiving (sampling) vessels (for example, a cylinder, a funnel, a bottle). The location of the vessels at different depths during the sampling process affects the relative intensity of sedimentation. With an increase in the installation depth of the receiving vessel, the height of the water column above it increases and, accordingly, the amount of suspended sediment in it also increases. When installing horizontally oriented traps, the depth of their installation depends on the level of the studied underwater horizon. As a rule, the near-surface, near-bottom and middle horizons are used as such levels. To determine the sedimentation rate of particles (for such purposes, vertically oriented sedimentation traps are mainly used), the rates and volumes of horizontal movement of matter (for such purposes, horizontally oriented traps are mainly used), the traps are placed in the channel for a certain period of time, the duration of which is determined by the possibility of accumulation necessary for studies of the amount of sediment. This period of sediment accumulation depends on the turbidity and flow rate of the water flow, as well as the fractional composition of suspended particles in the flow. Usually the duration of such an experiment is from several hours to several days. At the end of the measurements, the traps are removed from the flow, the water is defended in them, after which the upper layer of water is drained, and the lower layer is filtered through a pre-weighed filter. The suspended matter from the horizontal traps is dried at room temperature.

Для реализации описанной выше технологии из уровня техники известна седиментационная ловушка для отбора проб, применяемая при эколого-токсикологических исследованиях в акваториях морских и пресноводных водоемах, раскрытая в материалах патента РФ на полезную модель №149987. Известная ловушка состоит из цилиндрического корпуса с размещенным внутри усеченным конусом, вершина которого обращена к пробосборнику. Цилиндрический корпус имеет перфорированное «ложное» дно и скобы по нижнему краю для фиксации якоря ловушки и скобы по верхнему краю для фиксации поплавка (или сигнального буя). В верхней части корпуса выполнены три прорези на равномерном расстоянии друг от друга, посредством которых обеспечивают возможность перемещения конуса, с фиксацией посредством винтов на нужной высоте.To implement the technology described above, a sedimentation trap for sampling is known from the prior art, which is used in ecological and toxicological studies in the waters of sea and freshwater bodies, disclosed in the materials of the RF patent for utility model No. 149987. The known trap consists of a cylindrical body with a truncated cone placed inside, the top of which faces the sample collector. The cylindrical body has a perforated "false" bottom and brackets along the lower edge for fixing the trap anchor and brackets along the upper edge for fixing the float (or signal buoy). In the upper part of the body, three slots are made at a uniform distance from each other, by means of which the cone can be moved, with fixation by means of screws at the required height.

Однако у данного устройства узел пробоотбора (а именно, корпус с размещенным внутри усеченным конусом) при погружении в водную среду располагается только на одной заранее определенной глубине, что не позволяет оценить изменчивость и распределение потока взвешенных наносов по глубине. Для решения данной задачи необходимо использование нескольких устройств, установленных на разной глубине в относительной близости друг от друга. Кроме того, данная ловушка преимущественно предназначена для исследования вертикального нисходящего потока частиц и недостаточно приспособлена для изучения латерального переноса вещества в речном потоке.However, in this device, the sampling unit (namely, a housing with a truncated cone located inside), when immersed in an aquatic environment, is located only at one predetermined depth, which does not allow assessing the variability and distribution of the flow of suspended sediments over depth. To solve this problem, it is necessary to use several devices installed at different depths in relative proximity to each other. In addition, this trap is predominantly intended for studying the vertical downward flow of particles and is not well suited for studying the lateral transport of matter in a river flow.

Из уровня техники также известна малая седиментационная ловушка МСЛ-110 (см. В.Н. Лукашин и др., «Малая седиментационная ловушка МСЛ-110», журнал «Океанология», 2011, том 51, 4, с.746-750). Она предназначена для определения потоков осадочного вещества и его компонентов в толще вод морей, озер и водохранилищ и состоит из троса и нескольких цилиндрических ловушек (пробоотборников), которые установлены вертикально и закреплены на разных глубинных уровнях.A small sedimentation trap MSL-110 is also known from the prior art (see V.N. Lukashin et al., "Small sedimentation trap MSL-110", the journal "Oceanology", 2011, volume 51, 4, p. 746-750) ... It is designed to determine the flows of sedimentary matter and its components in the water column of seas, lakes and reservoirs and consists of a cable and several cylindrical traps (samplers), which are installed vertically and fixed at different depth levels.

Известная ловушка неустойчива при погружении в водную среду, подвержена частому сносу течением, и может быть использована только в потоках с малой турбулентностью или ламинарных потоках. Кроме того, вертикальное ориентирование пробоотборников не позволяет получить достоверную картину распределения взвешенных наносов, поскольку достаточно большой поток частиц уносит течением, и они не успевают осесть в пробоотборных емкостях устройства.The known trap is unstable when immersed in an aquatic environment, is subject to frequent drift by the current, and can only be used in flows with low turbulence or laminar flows. In addition, the vertical orientation of the samplers does not allow obtaining a reliable picture of the distribution of suspended sediments, since a sufficiently large flow of particles is carried away by the current, and they do not have time to settle in the sample containers of the device.

Для сбора взвешенных частиц и установления вертикальных течений веществ известна многопозиционная седиментационная ловушка Лотос-3 (http://www.edboe.ru/products/lotos.htm). Она состоит из титановой несущей рамы с элементами для крепления тросов, конуса с баффлером, платформы с поворотным механизмом и блоком.A multi-position sedimentation trap Lotos-3 is known for collecting suspended particles and establishing vertical flows of substances (http://www.edboe.ru/products/lotos.htm). It consists of a titanium support frame with elements for fastening cables, a cone with a baffler, a platform with a swivel mechanism and a block.

Однако конструкция данной ловушки довольно сложна и предназначена преимущественно для отбора проб в океане на глубинах до 6000 м. Кроме того, при ее изготовлении требуется использование высокотехнологичного оборудования.However, the design of this trap is rather complex and is intended primarily for sampling in the ocean at depths of up to 6000 m. In addition, its manufacture requires the use of high-tech equipment.

Известна речная седиментационная ловушка, раскрытая в материалах полезной модели РФ №120776. Известное устройство содержит трос, полый осевой штырь и, по меньшей мере, три колбы, закрепленные с помощью держателей на различных уровнях и установленные в основании, прикрепленном к штырю. Количество колб определяет количество уровней измерений. К штырю закреплены три металлических диска, зафиксированные с зазором относительно друг друга, в верхнем диске выполнены отверстия, число которых равно числу колб, на каждом следующем диске выполнено на одно отверстие меньше, при этом нижний диск выполнен без отверстий, каждая из колб пропущена через отверстие, по крайней мере, одного диска с опорой ее дна на сплошную часть другого диска. Known river sedimentation trap, disclosed in the materials of the utility model of the Russian Federation No. 120776. The known device contains a cable, a hollow axial pin and at least three flasks, fixed with holders at different levels and installed in a base attached to the pin. The number of flasks determines the number of measurement levels. Three metal discs are fixed to the pin, fixed with a gap relative to each other, holes are made in the upper disc, the number of which is equal to the number of flasks, on each next disc there is one less hole, while the lower disc is made without holes, each of the flasks is passed through the hole of at least one disk with its bottom supported on the solid part of another disk.

Известное решение позволяет провести отбор проб взвешенных наносов с разных глубин (в описанном случае – с трех уровней, по числу используемых колб). Однако в данной конструкции колбы при погружении в водный поток располагаются вертикально, что позволяет ловушке хорошо собирать взвешенные наносы водотоков лишь в относительно маловодные периоды, когда скорости течения водного потока невелики и частицы успевают осесть в вертикально ориентированных колбах. При больших расходах воды и наносов, значительное количество частиц будет проходить мимо ловушки, что может существенно исказить результаты исследования. Кроме того, из-за вертикального расположения колб, данную ловушку затруднительно использовать при изучении горизонтального переноса вещества водотоком.The known solution allows sampling of suspended sediments from different depths (in the described case - from three levels, according to the number of flasks used). However, in this design, when immersed in a water flow, the flasks are positioned vertically, which allows the trap to collect well suspended sediment from streams only in relatively dry periods, when the flow rates of the water flow are low and particles have time to settle in vertically oriented flasks. At high water and sediment flow rates, a significant number of particles will pass by the trap, which can significantly distort the study results. In addition, due to the vertical arrangement of the flasks, this trap is difficult to use when studying the horizontal transfer of matter by a watercourse.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является решение батометра градиентного (http://www.smart-pribor.ru/gidrometeorologicheskoe-oborudovanie/batometry-probootborniki-vody/bg-5h1-batometr-gradientnyj/). Устройство состоит из трубчатого корпуса, блока емкостей для отбора проб с верхней и нижней крышками, и синхронно замыкающего емкости механического устройства. The closest in technical essence to the claimed utility model is the gradient bottle solution (http://www.smart-pribor.ru/gidrometeorologicheskoe-oborudovanie/batometry-probootborniki-vody/bg-5h1-batometr-gradientnyj/). The device consists of a tubular body, a block of sampling containers with top and bottom covers, and a mechanical device synchronously closing the container.

Недостатками данного устройства является недостаточная герметизация, а также малый объем емкостей, не позволяющий проводить отбор большого количества взвешенного материала за длительный период наблюдений (например, несколько суток). Кроме того, поскольку замыкание крышек происходит непосредственно при участии исследователя, данная полезная модель нуждается в постоянном контроле. The disadvantages of this device are insufficient sealing, as well as a small volume of containers, which does not allow taking a large amount of suspended material over a long observation period (for example, several days). In addition, since the closing of the covers takes place directly with the participation of the researcher, this utility model needs constant monitoring.

Раскрытие краткой сущности полезной модели.Disclosure of the brief essence of the utility model.

Техническая проблема, решаемая посредством заявляемой полезной модели, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипу заявляемого решения за счет создания простой в монтаже и надежной в эксплуатации конструкции ловушки, обеспечивающей возможность отбора проб взвешенных наносов с различных глубинных уровней водотоков с различными расходами воды и объемами взвешенных наносов.The technical problem solved by the claimed utility model consists in the need to overcome the disadvantages inherent in analogues and the prototype of the proposed solution by creating an easy-to-install and reliable trap design that provides the ability to take samples of suspended sediment from different depth levels of watercourses with different water flows and the volume of suspended sediment.

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в расширении арсенала известных средств отбора проб наносов в водных потоках, а также обеспечении возможности автономного отбора проб латерально перемещаемых взвешенных наносов с различных предварительно определенных глубинных горизонтов при различных скоростных характеристиках водных потоков. Преимуществом заявляемой модели является также универсальность устройства, простота его монтажа и легкость обслуживания, что позволяет проводить отбор проб в течение достаточно продолжительного срока (от нескольких дней до нескольких недель). Устройство также может быть легко адаптировано под большее или меньшее количество уровней измерения посредством изменения количества ловушек.The technical result achieved when using the claimed utility model consists in expanding the arsenal of known means of sampling sediment in water streams, as well as providing the possibility of autonomous sampling of laterally displaced suspended sediment from various predetermined depth horizons at different velocity characteristics of water streams. The advantage of the proposed model is also the versatility of the device, ease of installation and ease of maintenance, which allows sampling for a sufficiently long period (from several days to several weeks). The device can also be easily adapted to more or fewer measurement levels by changing the number of traps.

Заявленный технический результат достигается тем, что в зонде-ловушке, представляющем собой устройство для отбора проб взвешенных наносов в водных потоках, включающее трос, выполненный с возможностью крепления к нему с одной стороны сигнального буя, а с другой стороны – груза, обеспечивающего стабильное положение устройства в водном потоке, с закрепленными к нему, по меньшей мере, тремя ловушками взвешенных частиц наносов, согласно техническому решению, каждая ловушка выполнена в виде цилиндрического корпуса с открытыми торцами, представляющими собой вход и выход для набегающего водного потока, при этом со стороны входа ловушка снабжена гибким соединением, обеспечивающим ее подвижное закрепление к тросу, с возможностью горизонтального размещения корпуса ловушки при погружении в водный поток, а со стороны выхода к корпусу ловушки закреплена сетчатая емкость для сбора взвешенных частиц наносов. Емкость для сбора взвешенных частиц наносов может быть выполнена в виде сетчатого мешка из мелкоячеистой сетки с размером ячейки не менее 20 мкм и не более 30 мкм. Диаметр цилиндрического корпуса ловушки составляет не менее 100 мм, а его длина не менее 200 мм и не более 300 мм. Корпус ловушки может быть выполнен из полипропилена. Гибкое соединение обеспечивает удаленное размещение ловушки от троса на расстоянии не менее 30 см.The claimed technical result is achieved by the fact that in the trap probe, which is a device for taking samples of suspended sediment in water flows, including a cable made with the possibility of attaching a signal buoy to it on one side, and on the other hand, a load ensuring the stable position of the device in the water flow, with at least three traps of suspended sediment particles attached to it, according to the technical solution, each trap is made in the form of a cylindrical body with open ends, representing an inlet and outlet for the incoming water flow, while from the inlet side a trap equipped with a flexible connection providing its movable attachment to the cable, with the possibility of horizontal placement of the trap body when immersed in a water flow, and from the outlet side to the trap body there is a mesh container for collecting suspended sediment particles. The container for collecting suspended sediment particles can be made in the form of a mesh bag made of fine mesh with a mesh size of at least 20 microns and not more than 30 microns. The diameter of the cylindrical body of the trap is at least 100 mm, and its length is at least 200 mm and not more than 300 mm. The trap body can be made of polypropylene. Flexible connection allows for remote placement of the trap from the cable at a distance of at least 30 cm.

Техническая проблема решается посредством установки заявляемого зонда-ловушки, представляющего собой комплект из нескольких корпусов-ловушек, располагаемых друг под другом на разной глубине (например, приповерхностный слой, срединный слой, придонный слой) и закрепленных на тросе, растянутом между грузом и якорным буем. The technical problem is solved by installing the inventive probe-trap, which is a set of several trap bodies, located one under the other at different depths (for example, near-surface layer, middle layer, bottom layer) and fixed on a cable stretched between the cargo and the anchor buoy.

Краткое описание чертежей.Brief description of the drawings.

Полезная модель поясняется следующими чертежами, где: The utility model is illustrated by the following drawings, where:

на фиг.1 представлена подробная схема заявляемого устройства, размещенного в водном потоке; figure 1 presents a detailed diagram of the inventive device placed in the water stream;

на фиг. 2 схематично представлена конструкция отдельной ловушки.in fig. 2 schematically shows the design of a separate trap.

Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:

1 – поверхность воды,1 - water surface,

2 – сигнальный буй,2 - signal buoy,

3 – якорный буй,3 - anchor buoy,

4 – ловушка,4 - trap,

5 – трос,5 - rope,

6 – груз,6 - cargo,

7 – цилиндрический корпус ловушки,7 - cylindrical body of the trap,

8 – емкость пробоотбора (пробоотборника),8 - capacity of sampling (sampler),

9 – зажим.9 - clamp.

Осуществление полезной модели.Implementation of the utility model.

Заявляемое устройство представляет собой пассивный пробоотборник, устанавливаемый в водных потоках на длительный (до нескольких недель) период времени. Зонд-ловушка для взвешенных наносов состоит из комплекта цилиндрических ловушек 4, закрепленных на тросе 5 с грузом 6 с одной стороны и сигнальным буем 2 с другой. В качестве такого троса может быть использован металлический витой трос или (при небольших глубинах использования, до 5 м) металлическая труба. Длина троса определяется предварительно, перед погружением устройства в водную среду. Каждая ловушка представляет собой полый цилиндрический корпус 7, открытый с обоих торцов. В качестве материала для изготовления цилиндрического корпуса ловушки предпочтительно использовать полипропилен, что минимизирует постороннее загрязнение пробы взвешенных наносов неорганическими поллютантами. Это важно при дальнейшем эколого-химическом анализе пробы взвеси, например на содержание тяжелых металлов. Однако могут быть использованы и другие доступные материалы. Наиболее оптимальные габаритные размеры корпуса были установлены опытным путем. Для отбора интегральной пробы с конкретного подводного горизонта диаметр цилиндра корпуса ловушки должен превышать размер турбулентных вихрей в водном потоке. Для крупных водотоков для этой цели достаточно корпуса диаметром около 100 мм. Больший диаметр не приводит к повышению собираемости или повышению степени достоверности пробы, соответственно, нет необходимости в лишних затратах на материал. Минимальная длина корпуса составляет около 200 мм, а максимальная – около 300 мм. Эмпирически определено, что длина цилиндра более 200 мм снижает потери взвешенного вещества, проходящего через цилиндр ловушки, за счет создания подпора от цилиндра. На крупных водотоках при меньшей длине цилиндра часть взвешенного материала может вымываться из ловушки, что может исказить данные по общему объему взвеси. Однако, на водотоках с малыми скоростями течения возможно использование цилиндров и с меньшими габаритами. Длина корпуса более 300 мм возможна, однако при увеличении размеров составляющих конструкции возникают сложности с работой на реке из-за больших габаритов. The claimed device is a passive sampler installed in water streams for a long (up to several weeks) period of time. The probe-trap for suspended sediment consists of a set of cylindrical traps 4, fixed on a cable 5 with a load 6 on one side and a signal buoy 2 on the other. A metal twisted cable or (at shallow depths of use, up to 5 m) a metal pipe can be used as such a cable. The length of the rope is determined in advance, before immersing the device in the aquatic environment. Each trap is a hollow cylindrical body 7, open at both ends. It is preferable to use polypropylene as a material for manufacturing the cylindrical body of the trap, which minimizes extraneous contamination of the sample of suspended sediments with inorganic pollutants. This is important for further environmental-chemical analysis of the suspension sample, for example, for the content of heavy metals. However, other available materials can be used. The most optimal overall dimensions of the body were established empirically. To take an integral sample from a specific underwater horizon, the cylinder diameter of the trap body must exceed the size of turbulent vortices in the water flow. For large streams, a hull with a diameter of about 100 mm is sufficient for this purpose. A larger diameter does not lead to an increase in the collection rate or an increase in the degree of reliability of the sample, accordingly, there is no need for extra material costs. The minimum body length is about 200 mm and the maximum is about 300 mm. It has been empirically determined that a cylinder length of more than 200 mm reduces the loss of suspended matter passing through the trap cylinder by creating a back pressure from the cylinder. In large watercourses with a shorter cylinder length, part of the suspended material can be washed out of the trap, which can distort the data on the total volume of suspended matter. However, on watercourses with low flow velocities, it is possible to use cylinders with smaller dimensions. A hull length of more than 300 mm is possible, however, with an increase in the size of the components of the structure, difficulties arise with working on the river due to its large dimensions.

С одного торца к цилиндрическому корпусу посредством зажимов 9 (например, хомутов) закреплена емкость пробосборника 8 из сетчатого материала, выполненная, например, в виде сетчатого мешка. Объем такого мешка-пробосборника зависит от длительности ожидаемого периода наблюдения и мутности речного потока. Мелкоячеистая сетка (в качестве таковой может быть использован, например, мельничный газ) имеет размер ячейки не менее 20 мкм. Меньший размер ячейки приведет к быстрому заиливанию пробоотборного мешка, что воспрепятствует прохождению через него водной массы, и при больших скоростях течения может привести к потере целостности конструкции. Более крупный размер ячейки может привести к потере части мелкодисперсного взвешенного материала, переносимого водным потоком, в связи с тем, что средняя крупность взвеси для рек составляет от 20 до 30 мкм. Ловушки корпусами закреплены к тросу таким образом, что при помещении в водную среду, имеющую течение, корпус ловушки устанавливается горизонтально ориентировано, открытым торцом к направлению течения. Ловушки закреплены к тросу посредством гибких соединений, обеспечивающих возможность свободной установки ловушек при погружении в водную среду. Гибкое соединение может быть выполнено, например, в виде пары проволочных элементов, закрепленных с одной стороны к корпусу ловушки со стороны его открытого торца, а с другой стороны, закрепленных (или привязанных) к тросу. При этом длина проволочных элементов выбрана с обеспечением размещения ловушки в потоке на расстоянии от троса не менее 30 см. Такое расстояние позволяет избежать влияния троса на поток наносов на входе в корпус ловушки. Горизонтальное, удаленное от троса, расположение ловушек позволяет улавливать максимально возможное количество взвешенного вещества, прошедшего через площадь сечения корпуса ловушки, что в отличие от аналогов данного устройства, обеспечивает получение наиболее репрезентативного образца взвешенных наносов разной крупности на водотоках различного размера. С одного конца троса (в нижней его части при установке устройства в водную среду) закреплен груз, обеспечивающий стабилизацию устройства при погружении в водную среду. В качестве такого груза может быть использован, например, мешок с песком или достаточно крупный якорь. Вес груза определяют, исходя из необходимой глубины погружения устройства и скорости течения таким образом, чтобы он обеспечивал неподвижность конструкции ловушки в течение всего периода измерения. Как правило, на крупных водотоках с большими скоростями течения вес груза составляет 50-100 кг. С другого конца к тросу (в верхней его части при установке устройства в водную среду) закреплен сигнальный буй, по которому фиксируют размещение устройства в водной среде. Сигнальный буй 2, предназначенный для облегчения поиска устройства в конце периода пробоотбора, может быть выполнен, например, следующей конструкции: буй маркерный из ПВХ (https://www.shvartov.ru/product/buy-markernyy-185h150mm-zheltyy). В дополнение к сигнальному может быть использован якорный буй, предпочтительно снабженный светоотражающей лентой. Якорный буй 3 может быть выполнен, например, следующей конструкции: буй швартовый из ПВХ с металлическим штоком и вертлюгом (https://www.shvartov.ru/product/buy-shvartovyy-450-mm-krasnyy). Сигнальный и якорный буи закрепляют к тросу таким образом, чтобы они оставались на поверхности воды 1 при погружении устройства в водную среду.From one end to the cylindrical body by means of clamps 9 (for example, clamps) the container of the sample collector 8 made of mesh material, made, for example, in the form of a mesh bag, is fixed. The volume of such a sampling bag depends on the length of the expected observation period and the turbidity of the river flow. Fine mesh (as such can be used, for example, mill gas) has a mesh size of at least 20 microns. Smaller mesh sizes will cause the sampling bag to silt quickly, preventing the passage of water through it, and at high flow rates can lead to loss of structural integrity. A larger cell size can lead to the loss of part of the finely dispersed suspended material carried by the water flow, due to the fact that the average particle size of suspended matter for rivers is from 20 to 30 microns. The trap bodies are fixed to the cable in such a way that when placed in an aqueous medium with a flow, the trap body is installed horizontally oriented, with its open end facing the direction of flow. The traps are fixed to the cable by means of flexible connections, which allow free installation of the traps when immersed in the aquatic environment. The flexible connection can be made, for example, in the form of a pair of wire elements, fixed on one side to the trap body from the side of its open end, and on the other side, fixed (or tied) to the cable. In this case, the length of the wire elements was chosen to ensure that the trap was placed in the flow at a distance of at least 30 cm from the cable. This distance allows avoiding the influence of the cable on the sediment flow at the entrance to the trap body. The horizontal, remote from the cable, the location of the traps allows capturing the maximum possible amount of suspended matter that has passed through the cross-sectional area of the trap body, which, in contrast to analogues of this device, provides the most representative sample of suspended sediments of various sizes on watercourses of various sizes. At one end of the cable (in its lower part when the device is installed in an aquatic environment), a weight is fixed, which stabilizes the device when immersed in an aquatic environment. As such a load can be used, for example, a bag of sand or a fairly large anchor. The weight of the weight is determined on the basis of the required immersion depth of the device and the flow rate so that it ensures the stability of the trap structure during the entire measurement period. As a rule, on large watercourses with high flow rates, the weight of the cargo is 50-100 kg. At the other end, a signal buoy is fixed to the cable (in its upper part when the device is installed in the aquatic environment), along which the placement of the device in the aquatic environment is fixed. Signal buoy 2, designed to facilitate the search for a device at the end of the sampling period, can be made, for example, of the following design: PVC marker buoy (https://www.shvartov.ru/product/buy-markernyy-185h150mm-zheltyy). In addition to the signal buoy, an anchor buoy can be used, preferably fitted with reflective tape. Anchor buoy 3 can be made, for example, of the following design: a mooring buoy made of PVC with a metal rod and a swivel (https://www.shvartov.ru/product/buy-shvartovyy-450-mm-krasnyy). The signal and anchor buoys are fixed to the cable in such a way that they remain on the surface of the water 1 when the device is immersed in the aquatic environment.

Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

При необходимости оценки количества и состава взвешенного вещества, перемещаемого водным потоком, целесообразно проводить отбор проб на трех подводных горизонтах – приповерхностном, срединном и придонном. Соответственно, для таких измерений необходимо наличие трех ловушек. Для более детального исследования распределения взвеси в толще водной среды, может быть использовано большее количество ловушек.If it is necessary to assess the amount and composition of suspended matter transported by the water flow, it is advisable to take samples at three underwater horizons - near-surface, middle and bottom. Accordingly, such measurements require the presence of three traps. For a more detailed study of the distribution of suspended matter in the water column, a larger number of traps can be used.

Предварительно выбирают место установки устройства, определяют глубину водного объекта в выбранной зоне, и, тем самым определяют необходимую длину троса. По длине троса в выбранных точках жестко закрепляют ловушки описанной выше конструкции. Со стороны открытого торца корпуса посредством гибкого соединения закрепляют ловушки к тросу. С одного конца троса жестко закрепляют груз, а с другого – сигнальный и якорный буи. Собранное таким образом устройство погружают в водную среду. После установки устройства трос оказывается растянут между грузом или якорем с одной стороны и плавучем буем – с другой. Ловушки при погружении в водную среду под действием течения разворачиваются таким образом, что открытый торец ловушек расположен со стороны набегающего водного потока. Течение, переносящее взвешенные частицы различной крупности, направлено в сторону открытых торцов ловушек. Сетка, расположенная с противоположного торца, под действием течения расправляется, образуя емкость пробоотбора. Водный поток протекает сквозь корпуса ловушек, при этом взвешенные частицы задерживаются на сетчатой поверхности емкости пробоотбора (мешка). Соответственно, ловушки, установленные на различных глубинных горизонтах, обеспечивают сбор частиц с них. Устройство оставляют для сбора взвешенных наносов на период до нескольких недель. По окончании периода пробоотбора ловушки вынимают из водного потока, сетчатые емкости пробоотборники (мешки) отделяют от корпусов ловушек и высушивают перед транспортировкой. При дальнейшем анализе в лабораторных условиях из сетчатых пробоотборников извлекают собранную взвесь, которую используют для дальнейшего изучения. Разъемное соединение корпусов ловушек с тросом позволяет установить ловушки на различной глубине, в любом количестве, что способствует упрощению технологии пробоотбора и, вместе с тем, повышению информативности о распределении взвешенных наносов в водном потоке. The place of installation of the device is pre-selected, the depth of the water body in the selected zone is determined, and thereby the required length of the cable is determined. Traps of the design described above are rigidly fixed along the length of the cable at the selected points. From the side of the open end of the body, the traps are fixed to the cable by means of a flexible connection. At one end of the cable, the cargo is rigidly fixed, and at the other end, the signal and anchor buoys. The device thus assembled is immersed in an aqueous medium. After installing the device, the cable is stretched between the cargo or anchor on one side and the floating buoy on the other. When immersed in an aquatic environment, the traps are deployed under the action of the current in such a way that the open end of the traps is located on the side of the oncoming water flow. The flow carrying suspended particles of various sizes is directed towards the open ends of the traps. The grid, located at the opposite end, expands under the action of the flow, forming a sampling container. The water flow flows through the trap bodies, while the suspended particles are retained on the mesh surface of the sampling container (bag). Accordingly, traps installed at different depth horizons provide collection of particles from them. The device is left to collect suspended sediment for up to several weeks. At the end of the sampling period, the traps are removed from the water flow, the mesh samplers (bags) are separated from the trap bodies and dried before transportation. During further analysis in laboratory conditions, the collected suspension is extracted from the mesh samplers, which is used for further study. The detachable connection of trap bodies with a cable allows traps to be installed at different depths, in any quantity, which simplifies the sampling technology and, at the same time, increases the information content on the distribution of suspended sediment in the water flow.

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

Для подтверждения работоспособности заявляемого устройства, а также достижении технического результата, было изготовлено опытное устройство, апробированное в различные фазы водного режима на реках Селенга, Обь, Енисей, Лена, где с его помощью удалось осуществить отбор репрезентативных проб взвешенных наносов с 3-х глубинных горизонтов.To confirm the operability of the proposed device, as well as to achieve the technical result, an experimental device was manufactured, tested in various phases of the water regime on the Selenga, Ob, Yenisei, Lena rivers, where it was possible to take representative samples of suspended sediment from 3 deep horizons ...

Устройство содержало три ловушки, корпус которых выполнен из полипропиленовых труб с одним раструбом ТУ 4926-001-78044889-2005 диаметром 110 мм, длиной 250 мм. С помощью трубных хомутов ТХУ 4" диаметром 110-116 мм к корпусу с одного его торца прикреплен мешочек из мелкоячеистой сетки (мельничный газ с диаметром пор 28 мкм), формирующий емкость для пробоотбора. Ловушки были прикреплены к тросу посредством гибких проволочных соединений. К нижнему концу троса закреплен холщовый мешок с песком весом более 30 кг, выполняющий функцию груза. В качестве якорного и сигнального буя использовано следующее устройство: надувной буй из ПВХ с упрочненным рымом (https://boats18.ru/catalog/moreman/stoyanka-i-shvartovka/1706/).The device contained three traps, the body of which was made of polypropylene pipes with one socket TU 4926-001-78044889-2005 with a diameter of 110 mm and a length of 250 mm. With the help of pipe clamps THU 4 "with a diameter of 110-116 mm, a small mesh bag (mill gas with a pore diameter of 28 microns) is attached to the body at one end, forming a container for sampling. The traps were attached to the cable by means of flexible wire connections. the end of the rope is attached to a canvas bag with sand weighing more than 30 kg, which serves as a cargo The following device was used as an anchor and signal buoy: an inflatable PVC buoy with a reinforced eye (https://boats18.ru/catalog/moreman/stoyanka-i- shvartovka / 1706 /).

Выполнено несколько циклов полевых работ с использованием описанного устройства на реках Селенга (июль 2017), Лена (август 2018, июнь 2018), Обь (сентябрь и ноябрь 2018, июль 2019), Енисей (июнь 2019), Колыма (август 2019). Отработанная глубина рек, на которых проводилась инсталляция зонда-ловушки – от 5 (р. Селенга) до 20 м (р. Енисей у г. Игарка), что впервые позволило получить образцы взвешенных наносов с разных глубин речного потока крупных рек. Время пробоотбора составляло от 7 дней (р. Селенга) до 10 дней на р. Обь, Лена и Колыма. По окончании периода пробоотбора устройство изымали из водного потока и анализировали содержимое емкостей для сбора проб. Several cycles of field work were carried out using the described device on the rivers Selenga (July 2017), Lena (August 2018, June 2018), Ob (September and November 2018, July 2019), Yenisei (June 2019), Kolyma (August 2019). The worked out depth of the rivers where the trap probe was installed was from 5 (Selenga River) to 20 m (Yenisei River near Igarka), which for the first time made it possible to obtain samples of suspended sediment from different depths of the river flow of large rivers. Sampling time ranged from 7 days (Selenga river) to 10 days on the Selenga river. Ob, Lena and Kolyma. At the end of the sampling period, the device was removed from the water stream and the contents of the collection containers were analyzed.

Так, на р. Селенга, количество взвеси, осевшей на сетчатой поверхности ловушек составило соответственно: придонный слой – 420 г, срединный слой – 350 г, поверхностный слой – 310 г. Взвесь, отобранная с придонного горизонта (0,5 м от дна), характеризуется исключительно песчаным гранулометрическим составом, взвесь, отобранная со срединного и поверхностного слоя, характеризуется более мелкой песчано-илистой фракцией. Количественное распределение осевших наносов по глубине потока и их литологический состав описывают общую закономерность распределения мутности воды по глубине потока: количество взвешенных наносов увеличивается от поверхности до дна потока. Увеличение песчаной фракции наносов в придонном слое связано с захватом частиц, перемещающихся во влекомой форме, что является русловым источником поступления наносов, преобладание илистой фракции взвешенных наносов характеризуется бассейновым происхождением. Убывание размера частиц от дна потока к его поверхности объясняется их гидравлической крупностью и транспортирующей способностью потока. So, on the river. Selenga, the amount of suspended matter deposited on the mesh surface of the traps was respectively: the bottom layer - 420 g, the middle layer - 350 g, the surface layer - 310 g. The suspension sampled from the bottom horizon (0.5 m from the bottom) is characterized by exclusively sandy granulometric composition, the suspension taken from the middle and surface layers is characterized by a finer sandy-silty fraction. The quantitative distribution of settled sediments along the flow depth and their lithological composition describe the general regularity of the distribution of water turbidity along the flow depth: the amount of suspended sediments increases from the surface to the bottom of the flow. An increase in the sandy fraction of sediments in the bottom layer is associated with the capture of particles moving in a traction form, which is a channel source of sediment inflow, the predominance of the silty fraction of suspended sediments is characterized by a basin origin. The decrease in the size of particles from the bottom of the flow to its surface is explained by their hydraulic size and the transporting ability of the flow.

В зависимости от длительности пробоотбора и мутности исследуемой реки, количество взвеси в ловушке-пробоотборнике составляет до 600 г. Проведенный гранулометрический анализ взвеси из ловушек показал, что наибольшей изменчивостью характеризуется доля песчаных фракций, (коэффициент вариации С_v был близок к 0,5). Илистые частицы распространены по створу достаточно равномерно, о чем говорит наименьшее значение С_v около 0,15. В связи с тем, что конструкция устройства позволяет устойчивое размещение ловушки-пробоотборника на длительный срок, возможно получение достаточного количества наносов для проведения фракционирования (разделения на гранулометрические фракции и последующего независимого анализа полученных образцов), что является важным преимуществом устройства по сравнению с другими видами отбора. Depending on the duration of sampling and the turbidity of the investigated river, the amount of suspended matter in the sampler trap is up to 600 g. The granulometric analysis of the suspended matter from the traps showed that the proportion of sand fractions is characterized by the greatest variability (the coefficient of variation of С _v was close to 0.5). Silty particles are distributed fairly evenly throughout the alignment, as evidenced by the smallest value of C _v about 0.15. Due to the fact that the design of the device allows the stable placement of the sampler trap for a long time, it is possible to obtain a sufficient amount of sediments for fractionation (separation into particle size fractions and subsequent independent analysis of the obtained samples), which is an important advantage of the device in comparison with other types of sampling. ...

Таким образом, заявляемый зонд-ловушка позволяет охарактеризовать изменения фракционного состава взвешенного вещества с изменением глубины. Частицы разной крупности отличаются по сорбирующим свойствам, и в настоящее время проводится определение химического состава взвешенного вещества, полученного с помощью зонда-ловушки, для выявления изменений в распределении поллютантов (например, тяжелых металлов) в речном потоке в зависимости от глубины и скорости течения. Thus, the inventive probe-trap makes it possible to characterize changes in the fractional composition of suspended matter with a change in depth. Particles of different sizes differ in sorbing properties, and the chemical composition of suspended matter obtained using a trap probe is currently being determined to detect changes in the distribution of pollutants (for example, heavy metals) in the river flow depending on the depth and flow rate.

Claims

1. A trap probe, which is a device for sampling suspended sediment in water flows, including a cable made with the possibility of attaching a signal buoy to it on one side, and on the other side - a load that ensures a stable position of the device in the water stream, with fixed there are several traps of suspended sediment particles to it, characterized in that each trap is made in the form of a cylindrical body with open ends, representing an inlet and outlet for the incoming water flow, while from the inlet side the trap is equipped with a flexible connection that ensures its movable attachment to the cable, with the possibility of horizontal placement of the trap body when immersed in a water stream, and from the outlet side to the trap body there is a mesh container for collecting suspended sediment particles.

2. The probe-trap according to claim 1, characterized in that the container for collecting suspended sediment particles is made in the form of a mesh bag made of a fine mesh with a cell size of at least 20 microns and not more than 30 microns.

3. A trap probe according to claim 1, characterized in that the diameter of the cylindrical body of the trap is at least 100 mm, and its length is at least 200 mm and not more than 300 mm.

4. A trap probe according to claim 1, wherein the trap body is made of polypropylene.

5. Probe-trap according to claim. 1, characterized in that the flexible connection provides remote placement of the trap from the cable at a distance of at least 30 cm.