SU830120A1 - Способ измерени расхода воды в реке - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В РЕКЕ

1

Изобретение относитс  к гидрометрии и может быть использовано дл  измерени  расхода воды средних и больших рек с движущегос  судна.

Известен способ 1 измерени  расхода воды в реке с движущегос  от берега к берегу судна, заключающийс  в том, что судно направл ют поперек реки, поперечное сечение которой дел т на р д отсеков, измер ют длину каждого отсека, на границах каждого из отсеков производ т постановку судна на  корь, в месте постановки судна измер ют глубину реки и среднюю скорость потока, а искомый расход воды вычисл ют по формуле

. , О)

гпр .-/Vt- V/t VbL- bUA, . где д- Д yte,

Q - полный расход воды; j. - расход воды в отсеке; м, -число отсеков; (1 - рассто ние между соседними вертикал ми (длины отсека); -глубина реки на вертикал х по обеим границам отсека;

i. nVi+i -средние скорости течени  реки на вертикал х по обеим границам отсека.

Недостатком известного способа  вл етс  его низка  точность, обусловленна  наличием погрешностей вождени  судна по створной линии и неравномерностью распределени  скоростей течени  потока по щирине отсека.

Наиболее близким техническим рещением к изобретению  вл етс  способ измерени  расхода воды в реке с движущегос  от бе0 рега к берегу судна, включающий непрерывные измерени  глубины реки, полного времени движени  судна, равнодействующей векторов скорости течени  и скорости движени  судна, а также угла между направле5 нием равнодействующей и произвольной осью Л системы отсчета с началом координат в точке начала движени  судна. При этом способе судно непрерывно ведут по створной линии, предварительно размеченной на отсеки, в которы.х измер ют средние значени  названных параметров, а расход определ ют по формуле .

где .-VHTfHi-ti; 0 - расход воды в отсеке поперечного сечени , измеренный по поверхностной скорости; Vf-V . пределах отсека скорость судна, вычисленна  по измерени м на границах от сека; ( пределах отсека поверхностна  скорость течени  реки, нормальна  к створной линии, вычисленна  по измерени м на границах отсека; -осредиенна  в пределах отсека глубина потока; ij - врем , в течение которого судно проходит от одной границы отсека до другой; -коэффициент перехода от расхода , измеренного по поверхностной скорости, к истинному. Таким образом, общий расход Q получают суммированием расходов в отдельных отсеках. При измерении расхода воды этим способом отпадает необходимость в постановке судна на границах отсеков 2. Однако при этом способе гидрометрическое судно необходимо перемещать строго по створной линии, что и составл ет источник погрешностей измерений. Кроме того, к недостаткам известного способа следует отнести и дискретность измерений, производимых в отсеках, а также необходимость оборудовани  участка реки специальными створ ными знаками, услови  хорошей видимости которых определ ют пределы применимости способа. Цель изобретени  - повышение точности измерени  расхода воды в реке и упрощение процесса. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в способе измерени  расхода воды в реке с движущегос  от берега к берегу судна, включающем непрерывные измерени  глубины реки , полного времени движени  судна, равнодействующей векторов скорости течени  и скорости движени  судна, а также угла между направлением равнодействующей и произвольной осью X системы отсчета с началом координат в точке начала движени  судна. Судно от берега к берегу ведут по произвольной траектории, и дополнительно непрерывно измер ют проекции вектора скорости судна на ось X и перпендикул рную ей ось У, а расход воды определ ют по формуле .H-ctt , V tlVHTгде Ц расход воды в -расход воды в реке; -врем  измерени  расхода воды (т.е. врем  движени  судна; ( скорость судна, VtxjVtv-компоненты скорости судна; ((-Cost -скорость течени , нормальна  +arct§ -ci к траектории движени  судна; Vj - равнодействующа  скоростей течени  реки и движени  судна угол между направлением равнодействующей Уц и осью X; Н - глубина реки; К -коэффициент перехода от расхода , измеренного по поверхностной скорости, к истинному расходу. На фиг. 1 показан участок реки с произвольной траекторией движущегос  по ней судна и векторной диаграммой скоростей судна и воды в произвольной точке нахождени  судна, в плане ( arettf - угол м.ежду вектором скорости судна и осью Х- | arctg| -. угол между вектором равнодействующей и вектором скорости, нормальной ,к траектории движени  судна; - угол между нормалью и касательной;М- М - направление нормали к траектории движени  судна; на фиг. 2 - датчики, обеспечивающие измерение и выдачу первичных данных дл  вычислени  расхода воды, а также кинематические св зи между этими датчиками . Измерение расхода по данному способу производ т, направл   судно с измерительной аппаратурой (датчиками) по произвольной траектории из точки A-f ъ точку Л 4. При этом непрерывно измер ют на ходу судна глубину Н реки, врем  Т движени  судна по траектории A., равнодействующую скоростей течени  реки и движена  судна VR, угол о( между направлением равнодействующей и произвольной осью X, выход щей из точки А J начала движени  судна у одного из берегов, а также проекции вектора скорости судна на ось X и ей перпендикул рную ось у, т.е. ( и Vty). Устройство содержит гироскоп 1, стабилизирующий положение площадки, на которой установлен преобразователь 2 угла поворота и датчик 3 компонент и Vcy скорости судна. Преобразователь 2 угла кинематически св зан со штангой 4, на противоположном конце которой закреплен датчик 5 с лопастью 6 гидрофлюгера, предназначенные дл  измерени  равнодействующей V скоростей течени  реки и движени  судна. Штанга 4 зафиксирована в подшипнике 7. На том же конце штанги 4 установлен датчик 8 глубины (например, вибратор эхолота). Измерение расхода воды в реке производ т в следующей последовательности. Перед началом измерени  в точке А, (см. фиг. 1 и фиг. 2) включаетс  питание аппаратуры и запускаетс  гироскоп 1, стабилизирующий положение площадки, на которой установлен преобразователь (например , потенциометр) 2, измер ющий угол, и датчик 3 (например, двухкомпонентный акселерометр), предназначенный дл  регистрации компонент VCJQ и Vcy скорости судна. Затем производитс  разворот площадки так, чтобы акселерометр, фиксирующий Vc, был ориентирован в сторону противоположного берега реки, т.е. задаетс  направление оси X. После этого поворачивают щтангу 4 в положение , при котором лопасть 6 гидрофлюгера окажетс  совмещенной с осью X. Если при этом выходной сигнал потенциометра отличаетс  от нул , то корпус потенциометра плавно вращают относительно стабилирующей площадки и закрепл ют в положении, при котором выходной сигнал равен нулю. После включени  эхолота и по влени  записи глубины на его батиграмме начинаетс  процесс измерени  расхода воды. Судно отходит от берега и, достигнув глубины, обеспечивающей работу эхолота (0,5-0.7 м), перемещаетс  по произвольной траектории A,AZ, в сторону противоположного берега. Ориентированный гироскопом по направлению осей X и У интегрирующий акселерометр 3 непрерывно, начина  с момента начала двиг жени  судна, выдает информацию о величине и знаке компонентов скорости судна УСХ.И VCY . Лопасть 6 гидрофлюгера с.датчиком 5 скорости устанавливаетс  в процессе движени  по направлению равнодействующей V( скоростей течени  реки и потока, возникающего при движении судна, и образует с осью X угол , который преобразуетс  в потенциометре 2 в электрический сигнал.

Сигналы с потенциометра 2, датчиков 3, 5 и 8 поступают в вычислительное устройство (не показано), производ щее обработку информации, интегрирование по формуле (1) и выдачу результата на цифровой индикатор . Задачей оператора непосредственно при измерении расхода воды  вл етс  только контроль за работой аппаратуры и оборудовани  в процессе движени  судна и сн тие показаний с цифрового индикатора по окончании рабочего галса.

Claims (2)

1.Наставление гидрометеорологическим J станци м и пастам. Л., «Гидрометеоиздат,

1978, вып. 6, часть 1, с. 145-146.

2.Smoom G. F. и Novak С. Е. Measurement of discharge ву the moving-boat method .-Technigues of water resources investigations of the United States Geological

0 survey. 1969. Ach. 11, B. 3 p, 1-22 (прототип ).

фиг.1