RU2693744C1

RU2693744C1 - Method of sea level measurement and device for its implementation

Info

Publication number: RU2693744C1
Application number: RU2018114294A
Authority: RU
Inventors: Алексей Алексеевич Палей; Марина Алексеевна Васильева; Леонид Валерьевич Остроумов; Михаил Валерьевич Остроумов; Владимир Анатольевич Соколов
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2019-07-04

Abstract

FIELD: monitoring systems.

SUBSTANCE: invention is intended for monitoring of sea level in conditions of negative temperatures of atmospheric air. Summary: device is made in form of sealed vertically mounted on sea bottom cylindrical structure with through holes (18) in underwater and above-water parts. In the above-water part of the structure there is platform (4) leveled relative to the geodetic reference with a sea level sensor (5). Structure is equipped with a tight casing made in the form of a flexible cylindrical shell (19) with a variable inner volume. Lower base (21) of cylindrical shell (19) is tightly fixed on inner surface of cylindrical structure at height not higher than the lowest value for the whole observation period of sea level value. Upper base of cylindrical shell (19) is tightly fixed above leveled platform (4). Walls of cylindrical structure are made in form of heat-insulating structure. Through holes (18) made in above-water part of cylindrical structure are covered with porous heat-insulating material. In the process of monitoring, the distance between the water surface filling the inner volume of the structure and leveled platform (4) is periodically measured.

EFFECT: monitoring of sea level in conditions of negative temperatures of atmospheric air, high accuracy of measurements.

4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидрометеорологии и может быть использовано для мониторинга уровня моря в прибрежных районах, осуществляемого в вертикальных, сообщающихся с водами открытого моря и возвышающихся над максимально возможным уровнем моря сооружениях.The invention relates to the field of hydrometeorology and can be used to monitor sea level in coastal areas, carried out in vertical, communicating with the waters of the open sea and towering above the maximum possible sea level structures.

Как известно, прибрежные наблюдения за колебанием уровня моря ведутся на специальных оборудованных уровенных постах. В монографии В.П. Коровин, Б.М. Тимец «Методы и средства гидрометеорологических измерений», С. Петербург.: Гидрометеоиздат, 2000 на стр. 53-71 представлен обзор методов и средств измерений колебаний уровня моря. Выделяется следующие способы измерения: непосредственное измерение колебания уровня моря, например, с помощью уровенных реек, поплавковых самописцев уровня моря, электроконтактные методы и т.п.; и приборы, измерения косвенным путем, например, путем измерения гидростатического давления, затухания радиоактивного излучения и т.п. Описываемые в представленном источнике информации приборы методы измерения уровня, в основном включают в себя сообщающийся с морем успокоительные колодцы и различные устройства, регистрирующие уровень моря. Недостатком известных устройств является их высокая стоимость и ограниченная возможность эксплуатации в условиях низких температур. Известен способ определения уровня морской поверхности с помощью радиолокационного альтиметра, установленного на борту космического аппарата (см., например, патент №2548127 Ru С1). Известный способ позволяет дистанционно осуществлять мониторинг уровня моря и передавать полученную информацию в центр данных практически в реальном масштабе времени. Вместе с тем, известный способ не позволяет достичь требуемой точности измерения уровня, порядка ±1 см.As it is known, coastal observations of sea level fluctuations are carried out at special equipped level posts. In the monograph of V.P. Korovin, B.M. Timtsy, “Methods and Means of Hydrometeorological Measurements,” S. Petersburg .: Gidrometeoizdat, 2000, pp. 53-71, provides an overview of methods and tools for measuring sea level fluctuations. The following methods of measurement are distinguished: direct measurement of sea level fluctuations, for example, using level rails, sea level recorder float recorders, electrical contact methods, etc .; and devices that measure indirectly, for example, by measuring hydrostatic pressure, attenuation of radioactive radiation, etc. The methods of measuring the level described in the presented information source mainly include calming wells connected to the sea and various devices recording the sea level. A disadvantage of the known devices is their high cost and limited ability to operate in low temperature conditions. There is a method of determining the level of the sea surface using a radar altimeter mounted on board a spacecraft (see, for example, patent No. 2548127 En C1). The known method allows remote monitoring of sea level and transmitting the received information to the data center almost in real time. However, the known method does not allow to achieve the required level measurement accuracy, on the order of ± 1 cm.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ и устройство локационного измерения уровня моря, описание которого представлено в патенте №2447409 Ru С1.The closest technical solution to the claimed is a method and device for locating measurement of sea level, the description of which is presented in patent No. 2447409 Ru C1.

Известный способ предусматривает проведение мониторинга уровня поверхности моря в вертикальном, сообщающемся с водами открытого моря и возвышающемся над максимально возможным уровнем моря, сооружении. Путем электромагнитной локации определяют расстояние от приемно-излучающей антенны, закрепленной на фиксированной и нивелированной относительно геодезического репера платформе, выполненной на верхней, надводной части установленной на дне моря вертикальной опоры, до успокоенного с помощью специального демпфера уровня заполнившей сооружение воды.The known method provides for the monitoring of sea level in a vertical, communicating with the waters of the open sea and rising above the highest possible sea level structure. Electromagnetic location determines the distance from the receiving-emitting antenna, fixed on a fixed and leveled relative to the geodetic frame platform, made on the upper, above-water part of the vertical support installed on the seabed to the level of water filled with a special damper.

Известный локационный измеритель уровня содержит датчик электромагнитной локации положения уровня жидкости относительно приемно-излучающей антенны. Датчик закреплен на неподвижном фиксированном относительно геоида верхнем атмосферном основании вертикального цилиндрического демпфера, уровень которого относительно геоида известен, а нижнее основание заглублено, герметично опираясь на дно в прибрежной части акватории моря. На уровне нижнего основания демпфера выполнен дроссель, обеспечивающий сообщение внутреннего сосуда демпфера с поверхностью моря. Диаграмма направленности приемно-излучающей антенны датчика направлена вниз в направлении силы тяжести и сориентирована вдоль оси демпфера, высота атмосферного участка которого над средним уровнем спокойного моря не менее максимально ожидаемого подъема уровня моря. Вся измерительная аппаратура помещена в защитный кожух, установлена на верхнем основании демпфера, и снабжена микропроцессором и автономным источником питания.Known location level meter contains a sensor electromagnetic location of the position of the liquid level relative to the receiving-emitting antenna. The sensor is mounted on a stationary fixed relative to the geoid upper atmospheric base of a vertical cylindrical damper, the level of which is relative to the geoid is known, and the lower base is recessed, hermetically resting on the bottom in the coastal part of the sea. At the level of the lower base of the damper, a choke is made, which ensures the communication of the inner vessel of the damper with the surface of the sea. The directional pattern of the receiving-emitting antenna of the sensor is directed downward in the direction of gravity and is oriented along the axis of the damper, the height of the atmospheric portion of which is above the average level of the calm sea is not less than the maximum expected rise in sea level. All measuring equipment is placed in a protective casing, mounted on the upper base of the damper, and equipped with a microprocessor and an autonomous power source.

Известный способ и локационный измеритель уровня моря обеспечивает высокую точность измерения уровня моря при волнении водной поверхности, характерной для свободной поверхности моря. Вместе с тем, при реализации данного способа высока вероятность замерзания водной поверхности при отрицательных значениях температуры воздуха, особенно для арктических морей, и обеспечить замер уровня моря не представляется возможным. Кроме того, в пространстве между датчиком уровня и поверхностью воды при понижении температуры воздуха, высока вероятность образования тумана, особенно в условиях северных широт, что усложняет прохождение электромагнитного луча, снижает точность измерения и не позволяет использовать широко распространенные обладающие высокой точностью локации лазерные датчики.The known method and the location meter sea level provides high accuracy of sea level measurement with waves of the water surface, characteristic of the free surface of the sea. At the same time, when implementing this method, the probability of freezing of the water surface is high at negative air temperatures, especially for the Arctic seas, and it is not possible to measure the sea level. In addition, in the space between the level sensor and the water surface when the air temperature drops, there is a high probability of fog formation, especially in the conditions of northern latitudes, which complicates the passage of an electromagnetic beam, reduces measurement accuracy and does not allow the use of widespread highly accurate laser sensors.

Цель предполагаемого изобретения - Обеспечение мониторинга уровня моря в условиях отрицательных значений температуры окружающего воздуха, и повышение точности измерения.The purpose of the proposed invention is to provide monitoring of sea level in conditions of negative ambient temperature values, and to improve the measurement accuracy.

Для достижения заявленной цели в известном способе мониторинга уровня моря, осуществляемого в вертикальном, сообщающемся с водами открытого моря и возвышающемся над максимально возможным уровнем моря сооружении, заключающийся в периодическом измерении расстояния между поверхностью воды, заполняющей внутренний объем сооружения и установленной в надводной части сооружения, нивелированной относительно геодезического репера платформой, в течение всего процесса мониторинга ограничивают отвод тепла от воды, заполняющей внутренний объем сооружения, и изолируют внутренний объем надводной части сооружения с нивелированной относительно геодезического репера платформой от воздухообмена с окружающей атмосферой.To achieve the stated goal in a known method of monitoring sea level, carried out in a vertical, communicating with the waters of the open sea and towering above the highest possible sea level structure, which consists in periodically measuring the distance between the water surface, filling the internal volume of the structure and installed in the surface part of the structure, leveled relative to the geodetic frame, the platform, during the whole monitoring process, limits the heat removal from water filling the internal volume m of the structure, and isolate the internal volume of the surface part of the structure with the platform leveled relative to the geodetic benchmark from air exchange with the surrounding atmosphere.

Известное устройство для мониторинга уровня моря, осуществляемого в вертикальном, сообщающемся с водами открытого моря и возвышающемся над максимально возможным уровнем моря сооружении, содержащее герметичное стационарно смонтированное вертикально на дне моря цилиндрическое сооружение, со сквозными отверстиями, выполненными как в нижней, погруженной под воду ее части, так и в верхней его, надводной части, внутри которой, не ниже максимально ожидаемого уровня моря, закреплена нивелированная относительно геодезического репера платформа с датчиком измерения уровня, снабжено дополнительным герметичным кожухом, выполненным в виде гибкой цилиндрической оболочки с переменным внутренним объемом, нижнее основание которой по периметру герметично закреплено на внутренней поверхности цилиндрического сооружения, на высоте не выше самого низшего за весь период наблюдений значения уровня моря, а верхнее основание герметично закреплено над нивелированной платформой, стены цилиндрического сооружения выполнены в виде теплоизолирующей конструкции, и сквозные отверстия, выполненные в верхней надводной части цилиндрического сооружения, перекрыты пористым с открытыми порами теплоизоляционным материалом;The known device for monitoring sea level, carried out in a vertical, communicating with the waters of the open sea and towering above the highest possible sea level structure, containing a cylindrical structure permanently mounted vertically at the bottom of the sea, with through holes, made as in the bottom, submerged under water and in its upper, surface part, inside which, not below the maximum expected sea level, leveled relative to the geodetic frame of the platform and with a level measurement sensor, it is equipped with an additional sealed enclosure made in the form of a flexible cylindrical shell with a variable internal volume, the lower base of which is tightly fixed around the inner surface of the cylindrical structure around the perimeter at a height not higher than the lowest for the entire observation period sea level values, and the upper base is hermetically fixed above the leveled platform, the walls of the cylindrical structure are made in the form of a heat insulating structure, and through holes are made The buildings in the upper surface part of the cylindrical structure are covered with insulating material that is porous with open pores;

поперечное сечение нижней части цилиндрического сооружения от уровня не выше уровня, соответствующему минимально возможному уровню моря в пункте наблюдений до уровня не ниже уровня сквозных отверстий перекрыто успокоителем, выполненным в виде установленных вдоль оси цилиндрического сооружения перегородок;the cross section of the lower part of the cylindrical structure from a level not higher than the level corresponding to the lowest possible sea level at the observation point to a level not lower than the level of through holes is blocked by a damper made in the form of partitions installed along the axis of the cylindrical structure;

сквозные отверстия в нижней части вертикальной цилиндрического сооружения выполнены на уровне, не менее, чем на 1 метр ниже возможного уровня нижней кромки льда в условиях максимального промерзания моря.the through holes in the lower part of the vertical cylindrical structure are made at a level not less than 1 meter below the possible level of the lower ice edge in conditions of maximum freezing of the sea.

Технический результат в предполагаемом изобретении достигается за счет того, что в предлагаемом техническом решении ограничивается отвод тепла от содержащейся во внутреннем объеме цилиндрического сооружения воды. Ограничение отвода тепла обеспечивается, прежде всего, путем исключения возможности испарения жидкости с поверхности воды, заполняющей сообщающееся с морем цилиндрическое сооружение. Поверхность воды изолируют от воздухообмена с окружающей атмосферой, испаряющаяся с водной поверхности влага не выносится в атмосферу, а возвращается обратно в жидкость. Исключаются потери тепла на испарения жидкости с верхнего слоя воды, образующего водную поверхность. Ограничению отвода тепла от воды, содержащейся во внутреннем объеме цилиндрического сооружения, обеспечивается также путем выполнения стен защитного корпуса в виде теплоизолирующей конструкции и перекрытием сквозных отверстий, выполненных в верхней надводной части цилиндрического сооружения, пористым с открытыми порами теплоизоляционным материалом. Предлагаемое техническое решение позволяет использовать специфические особенности морской воды, плотность которой при солености более 24,7

повышается с понижением температуры. Плотность воды, находящейся на поверхности при понижении температуры окружающего воздуха повышается. Охлажденная вода опускается вниз и замещается поднимающейся со дна моря более легкой теплой водой. Используется тепло придонной вод, и снижается вероятность замерзания контролируемой водной поверхности. Подвод тепла к водной поверхности внутрь сооружения осуществляется конвекцией, т.е. перемещением к охлаждаемой наружной поверхности теплых струй придонной воды и увод в теплую придонную область охлажденных на поверхности струй холодной воды. Отвод же тепла от воды в окружающую среду осуществляется только за счет теплопроводности стен сооружения, т.е. передачей энергии теплового движения микрочастиц стен сооружения от более нагретых участков, контактирующих с водой на внутренней части сооружения до внешней наружной поверхности, контактирующей с холодным льдом или с холодной атмосферой. Выполнение стен сооружения в виде теплоизолирующей конструкции и перекрытие надводной части сооружения пористым с открытыми порами теплоизоляционным материалом позволяет ограничить отвод тепла от воды. Так как эффективность передачи тепла путем конвекции значительно эффективнее передачи тепла путем теплопроводности, предложенный способ позволяет установить равенство тепловых потоков при температуре поверхности находящейся в сооружении воды не ниже температуры ее замерзания. Предварительные расчеты показывают, что теплосодержание подледной воды толщиной более 1 м может предохранить от замерзания водной поверхности в теплозащитном сооружении с внутренним диаметром не менее 0,2 м, имеющем теплоизолирующую стену с теплоизолирующим эквивалентом не менее 60 мм пенопласта, имеющего теплопроводность не более 0,04 вт/м.град, даже в условиях Арктических морей.The technical result in the proposed invention is achieved due to the fact that the proposed technical solution is limited to the removal of heat from water contained in the internal volume of the cylindrical structure. The limitation of heat removal is provided, first of all, by excluding the possibility of evaporation of liquid from the surface of the water, filling a cylindrical structure communicating with the sea. The surface of the water is isolated from the air exchange with the surrounding atmosphere, the moisture evaporating from the water surface is not taken out into the atmosphere, but is returned back to the liquid. Heat losses due to evaporation of liquid from the upper layer of water forming a water surface are excluded. The limitation of heat removal from water contained in the internal volume of a cylindrical structure is also ensured by making the walls of the protective housing in the form of a heat insulating structure and blocking the through holes made in the upper surface part of the cylindrical structure with porous open-pore thermal insulation material. The proposed solution allows the use of specific features of sea water, the density of which at a salinity of more than 24.7

increases with decreasing temperature. The density of water on the surface increases as the ambient temperature decreases. The cooled water descends and is replaced by lighter warm water rising from the bottom of the sea. Bottom water heat is used, and the probability of freezing of the monitored water surface is reduced. Heat is supplied to the water surface inside the structure by convection, i.e. moving to the cooled outer surface of warm jets of bottom water and leading cold water jets to the warm bottom area. The removal of heat from water to the environment is carried out only due to the thermal conductivity of the walls of the structure, i.e. transferring the energy of thermal motion of microparticles of the building walls from the hotter areas that come into contact with water on the inside of the building to the outside outside surface that is in contact with cold ice or a cold atmosphere. The construction of the walls of the building in the form of a heat-insulating structure and the overlapping of the surface part of the building with a porous insulating material with open pores makes it possible to limit the heat removal from water. Since the efficiency of heat transfer by convection is much more efficient than heat transfer by heat conduction, the proposed method allows to establish the equality of heat fluxes at the surface temperature of the water in the structure not lower than its freezing temperature. Preliminary calculations show that the heat content of under-ice water with a thickness of more than 1 m can prevent the water surface from freezing in a heat-shielding structure with an internal diameter of not less than 0.2 m, having a heat-insulating wall with a heat-insulating equivalent of not less than 60 mm of foam plastic having a heat conductivity of not more than 0.04 w / m.grad, even in the Arctic seas.

Изоляция внутреннего объема надводной части сооружения с нивелированной относительно геодезического репера платформой от воздухообмена с окружающей атмосферой позволяет сформировать в пространстве между нивелированной платформой и поверхностью воды замкнутое воздушное пространство, воздух в котором может быть полностью очищен от аэрозольных частиц. Гомогенная конденсация влаги и образование капель в естественных условиях пересыщения невозможна. Туман в пространстве между нивелированной платформой и поверхностью воды не образуется. Для замера уровня могут быть использованы высокоточные лазерные дальномеры. Кроме того, путем перекрытия поперечного сечения нижней части сообщающегося с морем сооружения долевыми перегородками обеспечивается разделение движущегося внутри сооружения водного потока на множество отдельных не взаимодействующих между собой струй. Обеспечивается плоскопараллельное вертикальное перемещение уровенной поверхности воды внутри трубы как при наполнении сооружения при подъеме уровня моря, так и при истечении из него воды при понижении уровня моря. Плоскостность уровенной поверхности воды внутри сооружения способствует более устойчивому отражению от нее электромагнитных сигналов, в том числе, и в оптическом диапазоне, что позволяет использовать высокоточные лазерные датчики для измерения уровня.The isolation of the internal volume of the surface part of the structure with the platform leveled with respect to the geodetic benchmark from the air exchange with the surrounding atmosphere makes it possible to form in the space between the leveled platform and the water surface a closed air space in which the air can be completely cleaned of aerosol particles. Homogeneous condensation of moisture and the formation of droplets under natural conditions of supersaturation is impossible. Fog in the space between the leveled platform and the surface of the water is not formed. To measure the level can be used high-precision laser rangefinders. In addition, by overlapping the cross section of the lower part of the structure connected to the sea by dividing partitions, the water flow inside the structure is divided into many separate jets that do not interact with each other. A plane-parallel vertical movement of the level surface of the water inside the pipe is provided, both when the structure is filled when the sea level rises, and when water flows out of it when the sea level drops. The flatness of the level surface of the water inside the structure contributes to a more stable reflection of electromagnetic signals from it, including in the optical range, which allows the use of high-precision laser sensors to measure the level.

На рис. 1 представлена схема предлагаемого измерителя уровня. На рис. 2 представлены его поперечные сечения.In fig. 1 shows the scheme of the proposed level meter. In fig. 2 shows its cross sections.

Измеритель уровня включает в себя корпус 1, выполненный в виде теплоизолирующей конструкции, внутри которого смонтирована вертикально на дне моря вертикальная опора 2 таким образом, чтобы ее верхняя надводная ее часть, всегда, не менее чем на 1 м была выше уровня поверхности воды. Теплоизолирующая конструкция может быть выполнена по схеме известных конструкций, например, по схеме сендвич трубы (см, например, http://krovgid.com/communikacii/dymoxod-iz-sendvich-truby.html). Монтаж вертикальной опоры 2 на дне моря может быть осуществлен путем ее заглубления и укрепление в донном грунте, либо путем монтажа ее на заглубленном в грунт основании фундамента 3, которое может быть выполнено известным способом. См., например, http://vse-lekcii.ru/mosty-i-tonneli/stroitelstvo-gorodskih-mostovyh-sooruzhenij/ustrojstvo-phundamenta-opory. Основное требование к монтажу - это ее вертикальность. Ось вертикальной опоры должна быть направлена по направлению вектора силы тяжести, и стабильность положения конструкции ее верхней части относительно земной поверхности, геоида. Стены корпуса 1 выполнены в виде теплоизолирующей конструкции. Например, в виде известной конструкции сэндвича, см. http://experttrub.ru/dymovye/sendvich-truba-dlya-dymoxoda.html, к которой в дополнение к теплоизоляционным требованиям предъявляются требования по устойчивости ее в условиях гидрометеорологического воздействия, в том числе ветра, ветровых волн, ледового покрытия. Монтаж вертикальной опоры 2 может быть выполнен аналогично известным правилам закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сети. Положение закрепленной на вертикальной опоре 2 платформы 4 для датчика уровня 5 фиксируется и нивелируется относительно геодезического репера нивелированием не ниже IV класса. Платформа 4, фиксированная и нивелированная относительно геодезического репера, с датчиком уровня 5 и необходимой для его функционирования аппаратурой смонтированы в верхней части корпуса 1 на уровне не ниже максимально возможного уровня воды 6 (на рис. 1 обозначено Мах. Уров). Вся верхняя часть корпуса 1, которая в условиях самого низкого уровня моря находится над водой и может быть снабжена системой подогрева. Система подогрева может быть выполнена по известным схемам, например, по принципу, аналогичному систем борьбы с наледью и сосульками на крышах зданий, с использованием тепла нагревательного кабеля 7 соединенного через реле включения 8 с источником питания 9. Датчик температуры воздуха 10 установлен в верхней части корпуса 1. В нижней части корпуса 1 не выше минимально возможного уровня воды установлен датчик температуры воды 11. Выходы датчиков температуры воздуха 10 и температуры воды 11 соединены с входом блока сравнения температур 12, установленного в верхней части корпуса 1 и своим выходом соединенного с реле включения 8 источника питания 9. Блок сравнения температур 12 настроен на выдачу сигнала на включение реле 9 источника питания 10 при понижении значения температуры, поступающего с датчика воды 11, ниже -1°С. Торцевое сечение корпуса 1 перекрыто теплоизолирующей крышкой 13 с вентиляционным отверстием 14 и накрыто технологическим сооружением 15 сообщающимся с атмосферным воздухом. При отсутствии надобности в технологическом помещении, оно может быть заменено обычным влагозащитным колпаком. Поперечное сечение нижней части корпуса 1, на уровне не выше самого низкого за всю историю наблюдений уровня моря, перекрыто успокоителем, выполненным в виде установленных вдоль оси корпуса 1 перегородок 16. Высота установленных вдоль оси корпуса 1 перегородок 16 (на рис. 1 обозначена буквой Н) и размер поперечного сечения образованных ими каналов (на рис. 1 и рис. 2 обозначено буквой d) определяются на стадии проектирования, и зависит от внутреннего диаметра трубы D и требований стабильности поверхности уровня водной поверхности 6 над успокоителем, которая определяется требованиями датчика уровня. Так, например, при использовании лазерного датчика уровня высота перегородок Н выполняется размером не менее десятой доли внутреннего диаметра корпуса D. Размер поперечного сечения каналов d, образованных перегородками 16, устанавливается в диапазоне от 1 до 10 см. Для исключения вероятности попадания на установившуюся внутри корпуса 1 уровенную поверхность воды 6 различных загрязнений, с нижней части, успокоитель с перегородками 16 может быть перекрыт сеткой 17 с размером ячейки в диапазоне от 5 до 10 мм. По длине нижней части корпуса 1, возвышающейся над поверхностью дна моря, до уровня нижней части успокоителя с перегородками 16, в боковой части корпуса 1 выполнены сквозные отверстия 18, обеспечивающие сообщение внутреннего объема корпуса 1 с морем. С целью исключения возможности промерзания воды внутри корпуса 1, длина нижней части корпуса 1, находящаяся между нижней кромкой льда в условиях максимального промерзания моря и донной поверхностью должна быть не менее 1,0 метра. Во внутреннем объеме защитного корпуса 1, в пространстве между самым низшим за весь период наблюдения значением уровня моря (на рис. 1 обозначено НТУ) и датчиком уровня 5 установлена замкнутая газонепроницаемая гибкая оболочка 19. Замкнутая газонепроницаемая гибкая оболочка 19 может быть выполнена в виде гибкой тонкостенной цилиндрической оболочки, смонтированной на жестком, выполненном в виде беличьего колеса каркасе, образуемом из верхнего 20 и нижнего 21 оснований, закрепленных на вертикальной опоре 2 и соединенных между собой каркасными стержнями 22. В верхнем основании установлены штуцеры 23 и 24 для подключения системы очистки от аэрозольных частиц воздушного пространства внутри замкнутой газонепроницаемой гибкой оболочки 19. Верхнее основание 20 выполнено в виде сплошного воздухонепроницаемого диска и закреплено на вертикальной опоре 2 без зазора и герметично. Гибкая тонкостенная оболочка 19 герметично охватывает верхнее основание 20. Конструктивное выполнение может быть и другим. Обязательным требованием для оформления конструкции стыка верхнего основания с вертикальной опорой 2 и гибкой тонкостенной оболочкой 19 - изоляция водной поверхности от внутреннего воздушного пространства корпуса 1. Нижнее основание 21 выполнено в виде кольца с каналами для прохода морской воды вовнутрь гибкой тонкостенной оболочки. Гибкая тонкостенная оболочка 19 на уровне нижнего основания герметично крепится по периметру внутренней поверхности корпуса 1. Гибкая тонкостенная оболочка 19 может быть выполнена из любого известного воздухонепроницаемого гибкого материала, например, из ткани болонья (http://textiletrend.ru/pro-tkani/iskusstvennyie/bolonya.html), металлизированной пленки (https://propolyethylene.ru/plenka/metallizirovannaya.html) и пр. В исходном состоянии гибкая тонкостенная оболочка 19 может быть выполнена в виде цилиндрической оболочки, боковые поверхности которой выполненной из ткани в складу, типа плиссе, гофре, крэш (https://cvet-v-odezhde.ru/kaleidoskop/187-plisse-gofre-crash-raznica-skladki) и пр. Торцевые же части оболочки имеют конструктивные элементы, обеспечивающие герметичность стыка с верхним основанием 20 с одной стороны и с внутренней поверхностью корпуса 1 на уровне нижнего основания, с другой стороны. Каких-либо специальных требований к конструктивному выполнению складок на боковых поверхностях гибкой оболочки 19 не предъявляется. Их конструкция должна обеспечивать возможность изменения внутреннего объема оболочки без изменения давления содержащегося в ней воздуха. То есть, количество складок, и их конструктивное выполнение на боковой поверхности гибкой оболочки 19, должно обеспечивать увеличение внутреннего объема надводной части оболочки, не меньшего, чем увеличение объема воды, поступающей вовнутрь корпуса 1 вследствие подъема уровня моря.The level meter includes a housing 1, made in the form of a heat insulating structure, inside of which a vertical support 2 is mounted vertically on the bottom of the sea so that its upper surface part is always at least 1 m above the surface of the water. Thermal insulation design can be performed according to the scheme of known structures, for example, according to the sandwich pipe scheme (see, for example, http://krovgid.com/communikacii/dymoxod-iz-sendvich-truby.html). Installation of a vertical support 2 on the bottom of the sea can be carried out by its deepening and strengthening in the bottom soil, or by mounting it on the foundation foundation 3 that is recessed into the ground, which can be done in a known manner. See, for example, http://vse-lekcii.ru/mostyi-i-tonneli/stroitelstvo-gorodskih-mostovyh-sooruzhenij/ustrojstvo-phundamenta-opory. The main requirement for installation is its verticality. The axis of the vertical support should be directed in the direction of the vector of gravity, and the stability of the position of the structure of its upper part relative to the earth's surface, the geoid. The walls of the housing 1 are made in the form of a heat insulating structure. For example, in the form of a well-known sandwich construction, see http://experttrub.ru/dymovye/sendvich-truba-dlya-dymoxoda.html, to which, in addition to the thermal insulation requirements, there are requirements for its stability under hydrometeorological conditions, including wind, wind waves, ice cover. The installation of the vertical support 2 can be performed similarly to the well-known rules for laying out centers and benchmarks at the points of the geodetic and leveling network. The position of the platform 4 fixed on the vertical support 2 for the level sensor 5 is fixed and leveled relative to the geodetic frame by leveling not lower than class IV. Platform 4, fixed and leveled relative to the geodetic frame, with a level sensor 5 and the equipment necessary for its operation are mounted in the upper part of housing 1 at a level not lower than the maximum possible water level 6 (in Fig. 1, Mach. Level is indicated). The entire upper part of the hull 1, which in the conditions of the lowest sea level is above water and can be equipped with a heating system. The heating system can be performed according to well-known schemes, for example, according to the principle similar to the anti-frost and icicle control systems on the roofs of buildings, using the heat of the heating cable 7 connected via a switch-on relay 8 to a power source 9. An air temperature sensor 10 is installed in the upper part of the body 1. At the bottom of housing 1, no higher than the minimum possible water level, a water temperature sensor 11 is installed. The outputs of the air temperature sensors 10 and water temperature 11 are connected to the input of the temperature comparison unit 12, installed lennogo the top of the body 1 and its output connected to the switching relay 8 power source 9. The comparator 12 is set temperatures for issuing a signal for switching the relay 9 power supply 10 at low temperature, supplied from the water sensor 11 below -1 ° C. The end section of the housing 1 is blocked by a heat insulating cover 13 with a vent 14 and is covered with a technological structure 15 communicating with atmospheric air. In the absence of the need for a technological room, it can be replaced by a conventional moisture protection cap. The cross section of the lower part of housing 1, at a level not higher than the lowest sea level in the entire history of observations, is blocked by a damper made in the form of partitions installed along the axis of the housing 1 1. Height 16 of the partitions installed along the axis of the housing 1 (in Fig. 1 it is indicated by the letter H ) and the size of the cross section of the channels formed by them (in Fig. 1 and Fig. 2, denoted by the letter d) are determined at the design stage, and depends on the internal diameter of the pipe D and the requirements of the stability of the surface level of the water surface 6 above the damper m, which is determined by the requirements of the sensor. So, for example, when using a laser level sensor, the height of the partitions H is made with a size of at least one tenth of the inner diameter of the housing D. The cross-sectional size of the channels d formed by the partitioning 16 is set in the range from 1 to 10 cm. To exclude the likelihood of falling into the steady state inside the housing 1 level water surface 6 different contaminants, from the bottom, the damper with partitions 16 can be covered with a grid 17 with a cell size in the range from 5 to 10 mm. Along the length of the lower part of the hull 1, rising above the surface of the sea bottom, to the level of the lower part of the damper with partitions 16, through holes 18 are made in the side part of the hull 1, which allow the inner volume of the hull 1 to communicate with the sea. In order to exclude the possibility of freezing of water inside the housing 1, the length of the lower part of the housing 1, located between the lower edge of the ice in conditions of maximum freezing of the sea and the bottom surface should be at least 1.0 meter. In the internal volume of the protective housing 1, in the space between the lowest for the entire observation period, the sea level value (in Fig. 1 indicated by the NTU) and the level sensor 5 are installed closed gas-tight flexible shell 19. Closed gas-tight flexible shell 19 can be made in the form of flexible thin-walled cylindrical shell mounted on a rigid, made in the form of a squirrel wheel frame, formed from the upper 20 and lower 21 bases, mounted on a vertical support 2 and interconnected frame terzhnyami 22. The upper base of installed fittings 23 and 24 for connecting the system clean of particulate matter within the closed airspace gas impermeable flexible membrane 19. The upper base 20 is in the form of a continuous airtight disc and secured to a vertical support 2 without clearance and sealed. Flexible thin-walled shell 19 hermetically covers the upper base 20. Constructive execution may be different. A mandatory requirement for the design of the joint of the upper base with a vertical support 2 and a flexible thin-walled shell 19 is the isolation of the water surface from the internal air space of the housing 1. The lower base 21 is made in the form of a ring with channels for the passage of seawater to the inside of the flexible thin-walled shell. Flexible thin-walled sheath 19 at the level of the lower base is hermetically fastened around the perimeter of the inner surface of the housing 1. Flexible thin-walled sheath 19 can be made of any known air-tight flexible material, for example, from Bologna fabric (http://textiletrend.ru/pro-tkani/iskusstvennyie /bolonya.html), metallized film (https://propolyethylene.ru/plenka/metallizirovannaya.html), etc. In the initial state, the flexible thin-walled shell 19 can be made in the form of a cylindrical shell, the lateral surfaces of which are made of fabric in a warehouse, type plis e, corrugation, crash (https://cvet-v-odezhde.ru/kaleidoskop/187-plisse-gofre-crash-raznica-skladki) and others. But the end parts of the shell have structural elements that ensure the tightness of the joint with the upper base 20 on the one hand and with the inner surface of the housing 1 at the level of the lower base, on the other hand. Any special requirements for the constructive implementation of the folds on the side surfaces of the flexible shell 19 is not presented. Their design should provide the ability to change the internal volume of the shell without changing the pressure of the air contained in it. That is, the number of folds, and their constructive execution on the lateral surface of the flexible shell 19, should ensure an increase in the internal volume of the surface part of the shell, not less than an increase in the volume of water entering the inside of the housing 1 due to a rise in sea level.

Реализация предлагаемого способа мониторинга осуществляется следующим образом. Процесс мониторинга предваряют установкой в прибрежной области моря вертикального сооружения со средствами мониторинга уровня моря и специальными средствами, ограничивающими теплообмен между содержащейся во внутреннем объеме сооружения водой и атмосферным воздухом. Ограничение теплообмена осуществляют путем изоляции поверхности воды от воздухообмена с окружающей средой и путем выполнения сооружения в виде цилиндрического корпуса с теплоизолирующими стенами и перекрытия сквозного отверстия сообщения внутреннего объема сооружения с атмосферой пористым с открытыми порами теплоизоляционными материалами. После монтажа вертикального сооружения производится изоляция поверхности воды, поступающей вовнутрь сооружения от атмосферного воздуха. Изоляция поверхности воды от воздухообмена с окружающей атмосферой может быть осуществлена путем нанесения на поверхность воды, заполнившей внутренний объем сооружения, защитной пленки. См., например, SU, N 285680, кл. Е02В 15/00, 1971, SU, N 285680, кл. Е02В 15/00, 1971. Состояние пленки постоянно контролируется в осенний период, и в случае необходимости производится ее восстановление до наступления морозов. Толщина пленки составляет доли мм и не сказывается на точность проводимых измерений, либо, при значительных значениях толщины пленки, учитывается при регистрации полученных значений уровня. Для обеспечения длительного необслуживаемого режима работ по мониторингу уровня моря изоляция поверхности воды от воздухообмена с окружающей средой может быть осуществлена путем заблаговременного монтажа внутри сооружения дополнительного герметичного кожуха, выполненным в виде замкнутой газонепроницаемой гибкой оболочки 19. Монтаж оболочки 19 осуществляется в пространстве между самым низшим за весь период наблюдения значением уровня моря (на рис. 1 обозначено НТУ) и должна охватывать нивелированную платформу 4 с датчиком уровня 5. В этом случае в пространстве между поверхностью контролируемой поверхностью жидкости и нивелированной платформой 4, на которой монтируется датчик уровня 5, формируется замкнутый объем воздуха, герметично изолированный от атмосферного воздуха. После монтажа сооружения производится очистка содержащегося в замкнутом объеме воздуха от аэрозольных частиц и нивелирование относительно геодезического репера платформы с датчиком измерения уровня. Далее, путем периодического измерения расстояния между нивелированной относительно геодезического репера платформы проводят работы по мониторингу уровня моря. Причем, учитывая, что в пространстве между нивелированной относительно геодезического репера платформой и поверхностью, заполняющей сооружение морской воды, исключена возможность образования тумана, могут быть использованы лазерные дальномеры. Таким образом, ограничивается теплообмен между содержащейся во внутреннем объеме сооружения водой и атмосферным воздухом, предотвращается вероятность замерзания водной поверхности и формируются условия для использования высокоточных лазерных дальномеров.The implementation of the proposed method of monitoring is as follows. The monitoring process is preceded by the installation of a vertical structure in the coastal area of the sea with means of monitoring sea level and special means limiting the heat exchange between the water contained in the internal volume of the structure and atmospheric air. The limitation of heat transfer is carried out by isolating the water surface from air exchange with the environment and by building in the form of a cylindrical body with insulating walls and blocking the through hole of the internal volume of the building with an atmosphere porous with open pores with heat-insulating materials. After installation of the vertical structure, the surface of the water entering the structure from the atmospheric air is insulated. Isolation of the water surface from the air exchange with the surrounding atmosphere can be carried out by applying a protective film to the surface of the water that filled the internal volume of the structure. See, for example, SU, N 285680, cl. EV 15/00, 1971, SU, N 285680, cl. Е02В 15/00, 1971. The condition of the film is constantly monitored during the autumn period, and, if necessary, it is restored before the onset of frost. The film thickness is a fraction of mm and does not affect the accuracy of the measurements, or, for significant values of film thickness, is taken into account when registering the obtained level values. To ensure long-term maintenance-free operation of sea level monitoring, isolation of the water surface from air exchange with the environment can be accomplished by pre-assembly inside the construction of an additional sealed enclosure made in the form of a closed gas-tight flexible shell 19. The shell 19 is installed in the space between the lowest the observation period is the value of the sea level (in Fig. 1 is indicated by the NTU) and should cover a leveling platform 4 with a level sensor 5. In this In the case of a space between the surface of the controlled liquid surface and the leveled platform 4, on which the level sensor 5 is mounted, a closed volume of air is formed, hermetically isolated from atmospheric air. After the installation of the facility, the air contained in the closed volume is cleaned from aerosol particles and the level with respect to the geodetic reference frame of the platform with a level measurement sensor is leveled. Further, by periodically measuring the distance between the platform leveled relative to the geodetic frame, work on sea level monitoring is carried out. Moreover, given that in the space between the platform leveled relative to the geodetic frame and the surface that fills the seawater structure, the possibility of fog formation is excluded, laser range finders can be used. Thus, heat exchange between the water contained in the internal volume of the structure and atmospheric air is limited, the likelihood of freezing of the water surface is prevented, and conditions for the use of high-precision laser range finders are created.

Вертикальное сооружение устанавливается на дне моря, в той ее прибрежной части, где исключается возможность промерзания воды до дна, где расстояние между нижней частью кромки льда и дном в самых суровых зимних условиях не меньше 1 метра.The vertical structure is installed at the bottom of the sea, in that coastal part, where the possibility of water freezing to the bottom, where the distance between the lower part of the ice edge and the bottom in the harshest winter conditions is not less than 1 meter, is excluded.

Монтаж вертикального сооружения должен обеспечивать вертикальную устойчивость установленной внутри корпуса 1 опоры 2 и крепление на ней платформы на весь срок эксплуатации сооружения. Монтаж опоры 2 может быть осуществлен в соответствии с известными правилами закладки центров и реперов на пунктах геодезической и нивелирной сетей.The installation of a vertical structure must ensure the vertical stability of the support 2 installed inside the housing 1 and the fastening of the platform on it for the entire service life of the structure. The mounting of the support 2 can be carried out in accordance with the known rules of laying out centers and reper on points of the geodetic and leveling networks.

Внутренний объем нижней части корпуса 1 через сквозные отверстия 18 и образованные перегородками 16 успокоителя каналы сообщается с морем. Уровень поверхности воды 6 внутри корпуса 1 устанавливается горизонтально на уровне, соответствующем среднему уровню моря. Горизонтальность уровня поверхности воды 6 в корпусе 1 обеспечивается наличием перегородок 16, исключающих волновые колебания на поверхности. Поднимающейся и опускающейся объем воды внутри трубы перегородками 16 делится на отдельные изолированные друг от друга струи, между которыми отсутствует какое-либо взаимодействие, а высота уровня их поверхности определяется средним значением давления воды внутри трубы, и которое в свою очередь определяется средним значением уровня моря. Получаемая с датчика температуры воздуха 10 и температуры воды 11 информация, поступает в блок сравнения температур 12. Блок сравнения температур 12 при понижении температуры, ниже -1°С выдает сигнал на реле включения 8 источника питания 9. Источник питания 9 соединяется с системой подогрева воздуха 7, повышается температура воздуха, чем обеспечивается дублирование предотвращения замерзания водной поверхности в корпусе 1. Приходящий во внутренний объем корпуса 1 воздух, поступающий через вентиляционное отверстие 14, изолирован от поступления в область, где производится локация водной поверхности, что исключает возможность образования тумана в области производимых измерений. Измерения уровня может быть осуществлено самыми точными, лазерными измерителями уровня. Путем локации определяется положение уровня поверхности воды 6 внутри корпуса 1, который, вследствие того, что корпус сообщается с водами открытого моря, соответствует уровню моря. Выполнение корпуса 1 в виде теплоизолирующей конструкции позволяет снизить тепловые потоки от теплой воды, заполнившей внутренний объем корпуса 1 и исключить возможность замерзания измеряемой поверхности воды. Современные теплоизоляционные материалы позволяют обеспечить высокое качество теплоизоляции корпуса 1, при которой исключается замерзание водной поверхности внутри корпуса 1. Кроме того, нижняя часть корпуса 1 закреплена в свободной от промерзания до дна части моря, в которой уровень сообщения внутреннего объема трубы с морем находится на уровне, значение которого не менее, чем на 1 метр ниже возможного уровня нижней кромки льда в условиях максимального промерзания моря. У морской воды соленостью более 24,7%₀, плотность воды с понижением температуры увеличивается, и верхние охлажденные слои воды (как более тяжелые) опускаются вниз; на поверхность поднимаются менее плотные и более теплые воды. В предлагаемом техническом решении нижняя часть вертикального корпуса закреплена в свободной от промерзания до дна части моря, в которой уровень сообщения внутреннего объема корпуса с морем находится на уровне, значение которого не менее, чем на 1 метр ниже возможного уровня нижней кромки льда в условиях максимального промерзания моря. Таким образом, обеспечивается возможность притока во внутреннюю часть корпуса более теплого воздуха из морской толщи незамерзающей воды, что снижает вероятность замерзания поверхности воды в корпусе 1. Для гарантированного исключения возможности замерзания может быть предусмотрен подогрев верхней части корпуса 1.The internal volume of the lower part of the housing 1 through the holes 18 and formed by the walls 16 of the damper channels communicates with the sea. The level of the water surface 6 inside the hull 1 is set horizontally at the level corresponding to the average sea level. The horizontal level of the surface of the water 6 in the housing 1 is provided by the presence of partitions 16, excluding wave oscillations on the surface. The rising and descending volume of water inside the pipe by partitions 16 is divided into separate jets isolated from each other, between which there is no interaction, and the height of their surface is determined by the average water pressure inside the pipe, and which in turn is determined by the average sea level. The information received from the air temperature sensor 10 and water temperature 11 enters the temperature comparison unit 12. The temperature comparison unit 12 lowers the temperature below -1 ° C and sends a signal to the on relay 8 of the power supply 9. The power supply 9 is connected to the air heating system 7, the air temperature rises, which ensures duplication of prevention of freezing of the water surface in the housing 1. The air entering the internal volume of the housing 1, which enters through the vent hole 14, is isolated from the area where the water surface is located, which eliminates the possibility of fog formation in the area of the measurements made. Level measurements can be made with the most accurate laser level gauges. By location is determined by the position of the level of the surface of the water 6 inside the hull 1, which, due to the fact that the hull communicates with the waters of the open sea, corresponds to sea level. The implementation of the housing 1 in the form of a heat insulating structure allows to reduce the heat flow from the warm water that filled the internal volume of the housing 1 and to exclude the possibility of freezing of the measured water surface. Modern insulation materials allow high quality insulation of the housing 1, which prevents freezing of the water surface inside the housing 1. In addition, the lower part of the housing 1 is fixed in the part of the sea that is free from frost penetration to the bottom, in which the level of the internal volume of the pipe with the sea whose value is not less than 1 meter below the possible level of the lower ice edge in conditions of maximum freezing of the sea. In seawater with a salinity of more than 24.7% ₀ , the density of water increases with decreasing temperature, and the upper cooled layers of water (as heavier) descend; less dense and warmer waters rise to the surface. In the proposed technical solution, the lower part of the vertical hull is fixed in the free from frost penetration to the bottom of the sea, in which the level of communication of the internal volume of the hull with the sea is at a level whose value is not less than 1 meter below the possible level of the lower ice edge in conditions of maximum freezing seas. Thus, it is possible to inflow warmer air from the seafloor of the non-freezing water into the inside of the hull, which reduces the likelihood of freezing of the water surface in the hull 1. To guarantee the exclusion of the possibility of freezing, the upper hull 1 may be heated.

Таким образом, предлагаемое техническое решение, благодаря новым, ранее неизвестным признакам в сочетании с известными признаками формирует в вертикальных, сообщающихся с водами открытого моря и возвышающихся над максимально возможным уровнем моря сооружениях, благоприятные условия для формирования незамерзающей водной поверхности. Качество водной поверхности и отсутствие вероятности образования тумана в области производимых измерений позволяет использовать самые высокоточные локационные измерители дальности, вплоть до возможности использования лазерной локации, что позволяет повысить точность измерения и достичь цели изобретения.Thus, the proposed technical solution, thanks to new, previously unknown features in combination with known features, forms in the vertical, communicating with the waters of the open sea and towering above the maximum possible sea level structures, favorable conditions for the formation of non-freezing water surface. The quality of the water surface and the absence of the probability of the formation of fog in the area of the measurements made allows the use of the most highly accurate radar range meters, up to the possibility of using a laser location, which allows to improve the measurement accuracy and achieve the purpose of the invention.

Claims

1. The method of monitoring sea level, carried out in a vertical interconnected with the waters of the open sea and rising above the highest possible sea level structure, which consists in periodically measuring the distance between the water surface, filling the internal volume of the structure, and the platform, which is leveled relative to the geoid platform, differs the fact that during the whole monitoring process they limit the heat removal from the water filling the internal volume of the structure and isolate the internal bemsya topside structures leveled with respect to the geodesic frame platform from the air with the surrounding atmosphere.

2. A device for monitoring sea level, carried out in a vertical intercommunicating with the waters of the open sea and towering above the highest possible sea level structure, containing a sealed cylindrical structure permanently mounted vertically on the bottom of the sea with through holes made as in the lower part submerged under water , and in its upper, surface part, inside which the platform with sensors is leveled relative to the geodetic frame not lower than the maximum expected sea level com measurement level, characterized in that it is provided with an additional sealed enclosure made in the form of a flexible cylindrical shell with a variable internal volume, the lower base of which around the perimeter is tightly fixed on the inner surface of the cylindrical structure at a height not higher than the lowest for the entire observation period of the sea level value , and the upper base is hermetically fixed above the leveled platform, the walls of the cylindrical structure are made in the form of a heat insulating structure, while the well The vent holes made in the upper surface part of the cylindrical structure are covered with insulating material that is porous with open pores.

3. A device for monitoring sea level according to claim 2, characterized in that the cross section of the lower part of the cylindrical structure from a level not higher than the lowest possible sea level at the observation point to a level not lower than the level of through-holes is blocked by a damper made in the form of cylindrical along the axis partitions structures.

4. A device for monitoring sea level according to claim 3, characterized in that the through holes in the lower part of the cylindrical structure are made at least 1 meter below the possible level of the lower ice edge in conditions of maximum freezing of the sea.