Способ измерения расхода воды в реке

(51) М. К . б 01 Г 1/06 Гесуддрстееенмй кемитет до делам нзебретений и етермтий(72) Авторы изобретения Н. С. Зубков и Е. А. Быбин о Государственный ордена Трудового Красно гидрологический институт(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ В РЕКЕ(уиФч и)( л ь +Ь 4)полный расход воды;расход воды в отсеке;число отсеков;расстояние между соседнимивертикалями (длины отсека);глубина реки на вертикаляхпо обеим границам отсека; Ь,мат1Изобретение относится к гидрометрии и может быть использовано для измерения расхода воды средних и больших рек с движущегося судна.Известен способ 1 измерения расхода воды в реке с движущегося от берега к берегу судна, заключающийся в том, что судно направляют поперек реки, поперечное сечение которой делят на ряд отсеков, измеряют длину каждого отсека, на границах каждого из отсеков производят постановку судна на якорь, в месте постановки судна измеряют глубину реки и среднюю скорость потока, а искомый расход воды вычисляют по формулеЧ=Ь 9Р) 2иу -средние скорости течения рекина вертикалях по обеим границам отсека.Недостатком известного способа является его низкая точность, обусловленная наличием погрешностей вождения судна по створной линии и неравномерностью распределения скоростей течения потока по ширине отсека.Наиболее близким техническим решениемк изобретению является способ измерения 10 расхода воды в реке с движущегося от берега к берегу судна, включающий непрерывные измерения глубины реки, полного времени движения судна, равнодействующей векторов скорости течения и скорости движения судна, а также угла между направлением равнодействующей и произвольной осью Х системы отсчета с началом координат в точке начала движения судна. При этом способе судно непрерывно ведут по створной линии, предварительно размеченной на отсеки, в которых измеряют средние значения названных параметров, а расходопределяют по формулец- " , (г)рудования участка реки специальными створ- ЗО гле 3где ;=Ъ; ЬН; 1;,р- расход воды в отсеке поперечного сечения, измеренный по поверхностной скорости;7 =Ч,с ,-осредненная в пределах отсекас, Вскорость судна, вычисленная по измерениям на границах отсека;Чнт =М 3 мА-осредненная в пределах отсекаповерхностная скорость течения реки, нормальная к створной линии, вычисленная по измерениям на границах отсека;Н - осредненная в пределах отсекаглубина потока;4, - время, в течение которого судно проходит от одной границы отсека до другой;К -коэффициент перехода от расхода, измеренного по поверхностной скорости, к истинному.Таким образом, общий расход С 4 получают суммированием расходов в отдельных отсеках. При измерении расхода воды этим способом отпадает необходимость в постановке судна на границах отсеков 21.Однако при этом способе гидрометрическое судно необходимо перемещать строго по створной линии, что и составляет источник погрешностей измерений. Кроме того, к недостаткам известного способа следует отнести и дискретность измерений, производимых в отсеках, а также необходимость обоными знаками, условия хорошей видимости которых определяют пределы применимости способа,Цель изобретения - повышение точности измерения расхода воды в реке и упрощение процесса.Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения расхода воды в реке с движущегося от берега к берегу судна, включающем непрерывные измерения глубины реки, полного времени движения судна, равнодействующей векторов скорости течения и скорости движения судна, а также угла между направлением равнодействующей и произвольной осью Х системы отсчета с началом координат в точке начала движения судна. Судно от берега к берегу ведут по произвольной траектории, и дополнительно непрерывно измеряют проекции вектора скорости судна на ось Х и перпендикулярную ей ось У, арасход воды опред 1 еляют по формулей= кы,р,н ы5 1 О 5 2 О 25 Чщ - равнодействующая скоростейтечения реки и движения суднаА - угол между направлением равнодействующей Ч и осью Х;Н - глубина реки;К, -коэффициент перехода от расхода, измеренного по поверхностной скорости, к истинному расходу.На фиг. 1 показан участок реки с произвольной траекторией движущегося по ней судна и векторной диаграммой скоростей судна и воды в произвольной точке нахождения судна, в плане ( Д = агсФуфХ -МсХ угол между вектором скорости судна и осью%Х; = +с" - -- угол между вектором равнодействующей и вектором скорости,уормальной к траектории движения судна;угол между нормалью и касательной;йИ - направление нормали к траектории движения судна; на фиг. 2 - датчики, обеспечивающие измерение и выдачу первичных данных для вычисления расхода воды, а также кинематические связи между этими датчиками.Измерение расхода по данному способу производят, направляя судно с измерительной аппаратурой (датчиками) по произвольной траектории из точки Ав точку А а При этом непрерывно измеряют на ходу судна глубину Н реки, время Т движения судна по траектории А 1 - А равнодействующую скоростей течения реки и движения судна Ч, угол ( между направлением равнодействующей и произвольной осью Х, выходящей из точки Аначала движения судна у одного из берегов, а также проекции вектора скорости судна на ось Х и ей перпендикулярную ось у, т.е. (Чси Ч).Устройство содержит гироскоп 1, стабилизирующий положение площадки, на которой установлен преобразователь 2 угла поворота и датчик 3 компонент Ч и Чсу скорости судна. Преобразователь 2 угла кинематически связан со штангой 4, на противоположном конце которой закреплен датчик 5 с лопастью 6 гидрофлюгера, предназначенные для измерения равнодействующей Ч скоростей течения реки и движения 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 производят в следующей последовательности.Перед началом измерения в точке А, (см. фиг. 1 и фиг. 2) включается питание аппаратуры и запускается гироскоп 1, стабилизирующий положение площадки, на которой установлен преобразователь (напри5мер, потенциометр) 2, измеряющий угол, и датчик 3 (например, двухкомпонентный акселерометр), предназначенный для регистрации компонент Чси Чсу скорости судна. Затем производится разворот площадки так, чтобы акселерометр, фиксирующий Ч, был ориентирован в сторону противоположного берега реки, т.е. задается направление оси Х. После этого поворачивают штангу 4 в положение, при котором лопасть 6 гидрофлюгера окажется совмещенной с осью Х. Если при этом выходной сигнал потенциометра отличается от нуля, то корпус потенциометра плавно вращают относительно стабилирующей площадки и закрепляют в положении, при котором выходной сигнал равен нулю. После включения эхолота и появления записи глубины на его батиграмме начинается процесс измерения расхода оды. Судно отходит от берега и, достигнув глубины, обеспечивающей работу эхолота (0,5 - 0,7 м), перемещается по произвольной траектории А-+А в сторону противоположного берега. Ориентированныи гироскопом по направлению осей Х и Уинтегрирующий акселерометр 3 непрерывно, начиная с момента начала дви-. жения судна, выдает информацию о величине и знаке компонентов скорости судна Чи Чс. Лопасть 6 гидрофлюгера с.датчиком 5 скорости устанавливается в процессе движения по направлению равнодействующей Ч скоростей течения реки и потока, возникающего при движении судна, и образует с осью Х угол 4, который преобразуется в потенциометре 2 в электрический сигнал.Сигналы с потенциометра 2, датчиков 3, 5 и 8 поступают в вычислительное устройство (не показано), производящее обработку информации, интегрирование по формуле (1) и выдачу результата на цифровой индикатор. Задачей оператора непосредственно при измерении расхода воды является только контроль за работой аппаратуры и оборудования в процессе движения судна и снятие показаний с цифрового индикатора по окончании рабочего галса. 8301206Формула изобретенияСпособ измерения расхода воды в рекес движущегося от берега к берегу судна,включающий непрерывные измерения глубины реки, времени движения судна, равнодействующей векторов скорости теченияи скорости движения судна, а также углумежду направлением равнодействующей ипроизвольной осью Х система отсчета с началом координат в точке начала движениясудна, отличающийся тем, что, с целью10 повышения точности измерения и упрощенияпроцесса, судно от берега к берегу ведут попроизвольной траектории, дополнительно непрерывно измеряют проекции вектора скорости судна на ось Х и перпендикулярнуюей ось У, а расход воды определяют по фортЯ=1 с нт Н (Н,где Я - расход воды в реке;- время измерения расхода воды;схУс - компоненты скорости судна;юЯ Р - скорость судна;чнт=ЧфГ -скорость течения, нормальная+арДк траектории движения судна;У 1 - равнодействующая скоростей25 течения реки и движения судна,ф -угол между направлением равнодействующей Ч и осью Х;Н - глубина реки;1 - коэффициент перехода от расхода, измеренного по поверх-.ностной скорости, к истинномурасходу.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Наставление гидрометеорологическимстанциям и пастам. Л., Гидрометеоиздат,1978, вып. 6, часть 1, с. 145 - 146.2. Ятоогп 6. Г. и Хоча 1 с С. Е, Меазцгегпеп 1 о 1 Йзсйагде ву 1 Ье точ 1 пд - Ьоа 1 гпе 1 Ьод. - Тесйп 1 дцез о 1 ча 1 ег гезоцгсез 1 пчез(1 да 11 опз о 1 Ве Уп 1 тес 1 Ыатез бео 1 орса40 зцгчеу. 1969. Асй. 11, В. 3 р, 1 - 22 (прототип).830120 х по едактор Т. Парфеновааказ 2666/10ВНИИПИ Гпо дел113035, МоскФилиал ППП П Составитель Иехред А. Бойкасираж 702 Корректор В. БутягаПодписноеитета СССРоткрытийя на 6., д. 4/5ул. Проектная, 4 осударственно м изобретени а, Ж - 35, Р атент, г. Уж го ко й и аушск город