Универсальный дистанционный испаритель

(я)5 О 05 Р 9/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ ЕтЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Государственный гидрологический институт(72) В.В.Рогоцкий, С.А.Куринный и В.А,Колмаков53) 621,646 (088.8)56) Авторское свидетельство СССРй 1354167, кл. 6 05 О 9/00, 1986,54) УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ДИ СТАН ЦИОННЫЙ ИСПАРИТЕЛЬ,57) Изобретение относится к эксперименгальной гидрофизике и может быть использовано для дистанционных натурныхизмерений испарения с почвы и снежного дв.,Ю во 1 674068 А 1 покрова, накопления и водоотдачи снежного покрова, просачивания талых и дождевых вод через зону аэрации и изменения запасов влаги в слагающих ее почвогрунтах. Цель изобретения - повышение точности измерения составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова за счет получения непрерывных круглогодичных данных по испарению влаги. Испаритель содержит гнездо 11 с размещенным в нем почвенно-грунтовым монолитом 2, снабженным поддоном 4 со сливной трубкой 24, водосборный сосуд 12 для учета просочившихся через почву вод, связанный со сливной трубкой 20, Испаритель снабжен набором колец 28, 29 из полупрозрачного1674068 10 40 пластика различной высоты, общая высота которых соответствует высоте снежного покрова, На верхней кромке дополнительных секций колец 28, 29, установленных по уровню на специальном зимнем кожухе 30, крепится козырек 27, экранирующий ьоэдушный зазор между цилиндром снекного монолита и продолжением гнезда 11 испарителя, Для учета стока поверхностных вод и водоотдачи снежного покрова цилиндр снабжен вторым водосборным сосудом 13, сливным Отверстием и переточным 1 с;1 налом, посредством которого сосуд соединен со сливным Отверстием цилиндра 1,Изобретение относится к эксперименгальной гидрофиэике и может быть использовано для дистанционных натурных измерений испарения с почвы и со снежного покрова, накопления и водоотдачи снежного покрова, просачивания талых и дождевых вод через зону аэрации и измене 11 иа запасов влаги в сла 1 а 1 ощих ее почвогрунтах,Цель изобретения - повышение точности измерения составля 1 ощих водного баланса снежного л почвенного покрова за счет получения непрерывнь 1 х круглогодич-. ных данных по испарению влаги.,На фиг,1 показан испаригель в летнем 1 позиция ) и зимнем (11 позиция) режимах работы, разрез; на фиг,2 - дана блок-схема электрооборудования испарителя,Испаритель состоит из цилиндра 1, заряженного почвеннорунтовым монолитом 2, к основани 1 о которого с использованием перфорированного днища 3 крепится подДон 4 с оорат 11 ым гравийно-песчаным) фильтром 5, Цилинщ) 1 с монолитом 2 и ггоддоном 4 установлен посредством конических выемок 6, зыполненных в днище под Дона 4, на конических Огорах 7, на ОДНОЙ из которых смонтирован чувствительный элемент тензометри 1 еского датчика с температурной компенсацией. Опоры 7 устэ 1 говлены нижними концами в цилиндрических полостях Я, закрепленных на кольцевом кронштейне подставки 9 испарителя, которая имеет гибкую связь 10 с поддоном 4 испарителя и установлена на дне гнезда 11 испарителя, К днищу поддона 4 жестко прикреплены водосборные сосуды 12 и 13 для учета стока поверхностных вод тало 1 О и дождевого стока) и просачивания влаги через монолит ., соответственно, Во 15 20 25 30 35 Цилиндр 1 с монолитом 2 установлен на самоцентрирующихся конусообразных головках опор 7, одна иэ которых выполнена в виде датчика тензометрического типа, Опоры 7 установлены в цилиндрических углублениях кольцевого кронштейна. Кронштейн установлен на подставке 9 на дне гнезда 1 и имеет гибкую связь 10 с поддоЪом 4 цилиндра 1, Конструкция испарителя позволяет получать непрерывные круглогодичные данные по испарению с суши, что повышает надежность измерений составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова, 1 э.п. ф-лы, 2 ил,досборные сосуды 12 и 13 снабжены устройствами для дистанционного измерения в них уровня воды, содержащими поплавки 14, которые с помощью тросиков 15, перекинутых через блоки 16, уравновешены противовесами 17. Блоки 16 посажены на осях многооборотных потенциометров 18,В стенке цилиндра 1 над поверхностью почвы выполнено сливное отверстие 19, которое посредством трубки 20 связано с полостью водосборного сосуда 12, Для извлечения собравшейся в сосуде 12 воды на верхней кромке цилиндра 1 установлен штуцер 21, который трубкой 22 сообщен с отстойником водосборкого сосуда, Отстойник 23 поддона 4 сообщен посредством трубки 24 с полостью водосборного сосуда 13. Для извлечения собравшейся в сосуде 13 (просочившейся через монолит 2) воды на верхней кромке цилиндра 1 установлен штуцер 25, который посредством трубки 26 связан с отстойником сосуда 13. Верхняя кромка цилиндра 1 снабжена козырьком 27, который, не касаясь стенок гнезда 11 испарителя, перекрывает образующуюся между ними кольцевую щель.В комплект испарителя входит набор колец 28, 29 из полупрозрачного пластика различной высотой (5, 10, 15, 20 см), коорые закрепляются на верхней кромке цилиндра 1 и устанавливаемом на зимний период дополнительно 1 л кожухе 30. Щель между внутренним и внешним рядом колец 28, 29 перекрывается съемным козырьком 31, который крепится на кромке верхнего кольца внешнего ряда независимо От верхнего кольца внутреннего ряда, Козырек 31 снабжен шпильками 32 для удобства установки и снятия колец, Наборы колец соответству1674068 ют максимальной высоте Нй снежного покрова в месте установки испарителя.Электрооборудование установки включает тензометрический датчик 33 с электронным усилителем сигналов и датчики 34 и 35 дистанционных уровнемеров водосборных сосудов 12 и 13, которые связаны кабельными линиями с управляемым коммутатором 36, блоки 37 питания и регистрирующим устройством 38, выполненным в виде цифрового измерительного прибора. ных средств, обьединенных в электронную где Е - суммарное испарение с поверхносхему. сти монолита испарителя, мм;Электронная схема установки, предназ Х - атмосферные осадки за расчетныйначенная для регистрации результатов из- период по осадкомеру, мм;мереиий веса монолита 2 и уровней ЛО - изменение запасов поверхностнакопившейся в мерных сосудах 12, 13 ных и почвенных вод в монолите, мм;жидкости, взаимосвязь которых показана У - сток воды с поверхности монолита,на фиг,2, работает следующим образом, 45 мм;Измевение веса монолита 2 произво-- просачивание влаги через почвенныйдится с помощью тензометрического датчи- монолит, мм;ка 33, Электрический сигнал, величина Р 1 и Р 2 - начальный и конечный отсчетыкоторого зависит от приложенного к чувст- по тензометрическому датчику, мВ;вительному элементу физического воздей К - градуировочный коэффициент,ствия, через усилитель и кабельную линию, НУ 1, НУ 2 - начальный и конечный отпоступает на вход управляемого коммута- счеты уровней воды в водосборном сосудетора 36. Питание схемы датчика 33 осущест- поверхностных вод, мм;вляется от блока литания постоянного тока 1/Р- соотношение площадей сечения5 водосборного сосуда и монолита испарителя;Н 11, Н 2 - начальный и конечный отсчеты уровней воды в водосборном сосуде просочившейся влаги, мм,аоеании ынотооборотных линейных напряжением 9 В. 5Измерение величины уровней воды в водосборных сосудах 12, 13 осуществляется с помощью поплавковых уровнемеров, датчики 34, 35 которых построены на испольУстановка работает следующим образом,В процессе сезонного хода влагообмена происходят циклические колебания накопления и срабатывания поверхностных и почвенных запасов влаги в монолите испарителя, являющемся физической моделью соответствующих участков территории на поверхностный сток, водоотдачу снежного покрова, просачивание через монолит 2, испарение с поверхности снега и почвы и транспирацию растительного покрова. Все это приводит к определенным изменениям веса монолита 2 испарителя и объемов поступающих в водосборные сосуды поверхностных и просачивающихся вод. В связи с этим наблюдения за элементами водного баланса почвенного монолита испарителя, включая периоды залегания снежного покрова, состоят в периодическом в заданные сроки (например, каждые 3 ч) съеме информации об изменениях веса монолита 2 испарителя и приращениях объемов воды в мерных сосудах 12, 13, Указанные измерения осуществляют с помощью дистанционпотенциометров. Применение последнихобеспечивает изменение уровня с точностью до 0,1 мм. Изменение в водосборномсосуде 12 или 13 высотного положения по 5 плавка ведет к смещению токосъемногоконтакта потенциометра, который через кабельную линию связан с управляемым коммутатором 36,Управляемый коммутатор 36, функцио 10 нально связанный с датчиками 33, 34, 35,обеспечивает последовательное их подключение к измерительному прибору 38, что позволяет производить дистанционноеизмерение изменений веса монолита 2 и15 уровней в водосборных сосудах 12, 13 в заданной последовательности и с необходимой дискретностью как вручную, так и вавтоматическом режиме.Блок 37 питания обеспечивает электро 20 снабжение энергопотребляющих блоков установки при питании как от сетевых, так иавтономных источников электроэнергии,В теплое время года измерения элементов водного баланса состоят в периодиче 25 ском съеме в заданные (например,общеметеорологические) сроки показанийтензометрического датчика 33 и дистанционных уровнемеров по цифровому регистратору и вычислении,.по следующим30 формулам:Е= Х+ ЛО-У-, мм (1)Ь О = (Р 1 - Р 2)К, мм Р)=(Ну 2 Ну 1) Р, мм (3)1 = (Н 12 - Н 11) - , мм (4)В зимкее время года на верхней кромкецилиндра 1 испарителя устанавливаетсядополнительная секция колец 28 или 29 иэполупрозрачного пластика, По мере увеличения высоты снежного покрова устаиавливаатся дополнительные секции колец 28или 29 с таким расчетом, чтобы верхняя ихкромка несколько возвышалась над поверхностью снежного покрова, Аналогичнымобразом, с помощью специального кожуха30, врезанного основанием в почвенныйгоризонт, устанавливается ряд секций колец, которые кэк бы служат продолжениемгнезда 11 испарителя. Воздушный зазормежду внешним и внутренним рядом колецперекрывается козырьком 27, который крепится на верхнем ксльце внешнего ряда незагисимо от колец зиутреннего ряда.Полость в нижней части кожуха служит дляприема случайно попадающего в воздушный зазор снега. При уплотнении и стаиваиии снежного покрова производитсяпоследовательное снятие лишних секцийколец 28, 29,Наблюдения проводятся в том же порядке, как и в теплое время года с той лишьразницей, что перед каждой установкой илиснятием дополнительных секций колец 28,29 отсчеты по теизометрическому датчику33 снимаются дважды до и после проводимой операции.Особенности режима почвенных влагозапэсов в зимнее время, а именно их постоянство и отсутствие подвижной влаги У =. О,1 = О) в отдельные периоды, позволяют про"водить измерения приращения запасов воды в снежном покрове по формулеЬО 0=. ЛО - ЛУЧ, мм(5)где Ь Оо - изменение запасов воды на поверхности монолита, мм;Л О - изменение запасов поверхностных и почвенных вод в монолите, мм;ЛЙ - изменение запасов почвеннойнлэ и в монолите, ммПоскогьку по принятому условию ЬЯ==О,.о ЛО 0- ЛО, и величина ЬО 0 находится по формуле 2). ПО мере накопления В ВОДосбориых сосудах 12, 13 поверхностных и просачивающлхся через монолит 2 вод периодически ироводят( я их откачка нэ поВерхность Вск" кумным насосом и контрольные замеры обьема воды, взятие ее проб на химаиализ. Для удобства откачиваиия воды при наличии снежного покрова штуцеры 21 и 25 трубок наращиваются вакуумными шлангами, концы которых подвешиваотся на внешних секциях дополнительных колец 28, 29. При необходимости производства регламентного ухода (1 раз в 2 года) монолит 2 извлекается из гнезда 11, в подвешенном состоянии от него отсоединяется кольцевой кронштейн, после чего открывается доступ к основным узлам установки,Формула изобретения10 1. Универсальный дистанционный испаритель, содержащий гнездо испарителя с размещенным в нем цилиндром с почвенно- грунтовым монолитом, весоизмерительный датчик с чувствительным элементом, под дон со сливной трубкой, первый водосборный сосуд, управляемый коммутатор, блок регистрации и блок питания, при этом щель между гнездом испарителя и цилиндром с почвенно-грунтовым монолитом накрыта 20 козырьком, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности измерения составляющих водного баланса снежного и почвенного покрова за счет получения непрерывных круглогодичных данных по ис парению влаги, он снабжен вторымводосборным сосудом, кольцевым кронштейном, закрепленным на подставке, установленной на дне гнезда. испарителя, зимним кожухом, содержащим установлен ные друг на друге и скрепленные шпильками кольца и крышку, причем в стенке корпуса цилиндра с почвенно-грунтовым монолитом выше верхнего уровня почвенно-грунтового монолита виспарителе выполнено 35 сливное отверстие, которое связано с полостью второго водосборного сосуда, при этом водосборные сосуды жестко связаны с днищем поддона цилиндра, в котором выполнены конические выемки, совмещенные 40 с установленными в цилиндрических полостях на кольцевом кронштейне подставки испарителя самоцентрирующимися коническими опорами, кроме того, водосборкые сосуды снабжены дистанционными поплав ковым уровнемерами с чувствительнымиэлементами, выполненными в виде много.оборотных потенциометров, а днища поддона посредством гибкой связи соединено с кольцевым кронштейном, причем входы уп равляемого коммутатора связаны с выходами чувствительных элементов Весоизмерительного датчика и дистанционных уровнемеров, а блок питания подключен к входам питания весоизмерительного 55 датчика, дистанционного уровнемера, управляемого коммутатора и регистратора,2. Испаритель поп,1,отл ича ю щийс я тем, что чувствительный элемент весоизмерительного датчика выполнен в виде тензометрического элемента, включенного10 1674068 Составитель С, ЗаруцкийТехред М,МоргенталКорректор В. Гирняк Редактор Л, Павлов Заказ 2920 Тираж 442 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 по схеме с температурной компенсацией и закрепленного на одной из конических опор, а кольца и крышка выполнены из пплупрозрачного пластика.