CC BY
7Ученые записки Таврического национального университета им. В.И. Вернадского Серия "География". Том 25 (64). 2012 г. №2. С.69-73.
УДК 556.534-14
АКУСТИЧНА СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ВИСОТИ Р1ВНЯ ВОДИ В Р1ЧЦ1 АБО ВОДОЙМ1
Мамонтова Л. С.
Черншвський державний тститут економжи i управлтня, Черншв, УкраИна E-mail: liudmila.mamontova@yandex.ua
Розглянуто принцип дй акустично! системи контролю висоти рiвня води в рiчцi або водойм1, застосування яко! дозволить оперативно та одночасно визначати в1дм1тки рiвнiв води на любш по довжинi дшянщ ржи, в залежностi вiд задач вишукувань. Ключовi слова : вщ]шткн рiвнiв води, акустична система, зешт-ехолот.
ВСТУП
Виконання пдролопчного мошторингу передбачае насамперед стеження за пдролопчними характеристиками водних об'екпв з використанням сучасних прилад1в, як б дали ютотний виграш у часових i фшансових витратах на виробництво того або шшого виду вимiрiв без шкоди в !хнш точностi. Велике значения при проведенш масштабного монiторингу параметрiв водного середовища набувають задачi оргашзацп (створення) автоматизованого масового збору шформацп про фiзичиi процеси в системi «атмосфера - водне середовище - дно», оперативно! !! обробки та достовiрно! штерпретацп одержаних результатiв спостережень.
Головш напрямки розвитку робiт по створенню пдролопчних вимiрювальиих систем взагалi i, зокрема, систем екомоиiториигу - це розширення спектру вимiрювальних i контрольованих параметрiв водного середовища, пiдвищеиия точносп i достовiриостi результатiв дослiджеиь, зростання швидкостi дп i продуктивиостi, шдвищення иадiйиостi системи.
Систематичиi спостереження за рiвнями води ведуться на постшних i тимчасових водомiриих постах (ВП). Крiм одержання чисто гiдрологiчиих характеристик водотоку або водойми (щоденних рiвиiв, кривих повторюваиостi й тривалостi стояння рiвиiв, визначення витрат води), тимчасовi водомiриi пости облаштовуються при проведенш вишукувальних робiт. Зазвичай вимiрювання виконуються на рейкових, пальових або обладнаних самописцями водомiрних постах [1]. Таю вимiрювання малопродуктивнi через незначний стутнь автоматизацп вимiрiв та обробки шформацп, а також через велию матерiальнi витрати по облаштуванню постiв рiвневимiрними пристроями i оплатi працi спостерiгачiв. Все бiльш наявною стае необхщшсть розробки i впровадження нових методiв i засобiв одержання оперативно! шформацп про коливання рiвнiв води,
спрямованих на автоматизащю i комп'ютеризацiю. Особливо актуальною задачею е створення максимально автоматизовано! системи контролю висоти рiвня води в рiчках i водоймах пiд час проходження паводку або весняно! повеш.
ВИКЛАДЕННЯ ОСНОВНОГО МАТЕР1АЛУ
Останнiми роками розроблено багато акустичних вимiрювачiв рiвня води поверхневих вод, якi зараз використовуються, як основнi, в Австралп, 1спанп, США, 1ндп, Новiй Зеландп, Саудiвськiй Аравп. В США з початку 90-х роюв почала впроваджуватись система вимiрювань рiвня моря нового поколшня (NGWLMS), заснована на акустичних вишрювачах.
Акустичний метод вимiрювання рiвmв води заснований на вимiрюваннi часу проходження звукового iмпульсу, вiдбитого вщ поверхнi води. Випромiнювач iмпульсiв i приймач встановлюються над поверхнею води (над найвищим рiвнем, що спостертався на даному водному об'ектi). Акустичний випромшювач надсилае iмпульс звуку в напрямку водно! поверхнi, звук вщбиваеться i повертаеться. Приймач фiксуе вщбитий iмпульс, а час, що пройшов з моменту посилання iмпульсу, дозволяе визначити вщстань до водно! поверхт.
Оскiльки швидкiсть звуку в повiтрi змiнюетъся залежно вiд його температури i вологостi ця технологiя потребуе компенсацi! змiн температури повiтря. Компенсащя виконуеться шляхом вимiрювань деяко! постшно! еталонно! вiдстанi i вимiрювань температури пов^я в робочiй зонi. Крiм того, всi вимiрювання виконуються у звуковш трубi, що захищае вщ рiзких змiн робочу зону вимiрювача. Саму акустичну установку бажано розмщувати в зовнiшньому колодязi, який зможе заспоко!ти водну поверхню вiд хвиль i захистити вiд швидко! змши температури повiтря [2].
Методика контролю за коливаннями рiвня води на дшянщ рiки або водойми з використанням ультразвукового методу передачi iнформацi!, вiдрiзняеться вiд вiдомих тим, що шформащя про висоту водно! поверхш передаеться вiд водомiрних ультразвукових тдводних паль при забезпеченнi прямого ультразвукового зв'язку мiж сусiднiми палями. На кожнш ультразвуковiй палi за допомогою «зешт-ехолота» у вертикальному каналi вимiрюють висоту водно! поверхнi вщносно палi, перетворюють результат в електронний код, по^м в ультразвуковий код, а ультразвуковi сигнали передаються по горизонтальному каналу на сусщню палю, де цей сигнал приймаеться ультразвуковим приймачем, де сигнал перетворюеться у вщповщний електронний код з посиленням i через ультразвуковий випромiнювач передаеться на наступну по ланцюжку палю з ультразвуковим прийомо-передавачем. В результат кожна ультразвукова паля виконуе функцiю вимiрювання рiвня води i функцiю передачi iнформацi! по горизонтальному ультразвуковому каналу мiж сусщшми водомiрними постами до головного водомiрного поста (ГВП). Палi встановлюються на дш рiчки таким чином, щоб веривки паль з пристроями знаходились на 0,5м нижче рiвня, що спостер^ався в меженний перiод.
1нформащя про висоту рiвня над палею на кожному з водомiрних поспв перетворюеться в електронно-цифровий вигляд i передаеться по кабелю на
приймальний пункт головного водомiрного поста, де оброблюеться, кодуеться i передаеться по радiоканалу на центральну станцiю обробки даних [3].
Запропонована методика реалiзуеться системою контролю рiвнiв води (СКРВ), схема роботи яко! представлена на рис.1.
Рис. 1. Блок-схема ультразвукового пристрою для контролю рiвнiв води : I — Зешт-ехолот:
I — УЗВ випромшювач (для вимiрювання висоти водно! поверхш); 2 — УЗВ приймач; 3 — УЗВ генератор; 4 — шдсилювач; 5 — блок управлшня; 6 — блок обробки шформацп; 7 — блок живлення.
II — Приймально-передавальний модуль:
8 — УЗВ випромшювач з перетворенням в УЗВ сигнал (для обмшу шформащею мiж водомiрними постами); 9 — УЗВ приймач з перетворенням в електронний код; 10 — шдсилювач; 11— приймально-передавальний блок.
На рис.2 схематично показана робота системи контролю рiвнiв води на дшянщ рши, обладнанш ультразвуковими палями.
Вс блоки герметично закршлюються на водомiрнiй палi, яка знаходиться в перюд спостережень шд водою (перiод весняно! повенi або дощових паводкiв i т.i.) та захищаються вiд механiчних пошкоджень.
Система контролю р1вшв води працюе наступним чином:
Рис. 2. Схема роботи системи контролю рiвнiв води на д^нщ рiки: Т - водомiрна ультразвукова пiдводна паля ГВП 1, ГВП 2 - головний водомiрний пост
А) В автономному режима Блок 5 мае таймер и вмикае всю систему. Подае сигнал на блок 3, який генеруе ультразвуковi сигнали i через блок 1 випромшюе !х до водно! поверхш, де вони вiдбиваються, i !х приймае блок 2 та через блок 4 з шдсиленням передае вимiрянi данi в блок 6, в якому визначаеться глибина та шформащя перетворюеться в електронний код i посилаеться в блок 11. Блок 11 включае цю частину iнформацi! в iнформацiю з сусщшх водомiрних постiв i через блок 8 передае !! на сусщнш водомiрний пост ( УЗВ палю) або ГВП.
Б) В режимi запиту:
З головного водомiрного поста подаеться запит на блок 9, який приймае та перетворюе ультразвуковий сигнал на електронний код, поим через блок 10 з шдсиленням передае цей сигнал на блок 5, який в свою чергу, вмикае всю систему та подае сигнал на блок 3, який генеруе ультразвуковi сигнали i через блок 1 випромшюе !х до водно! поверхш, де вони вщбиваються i !х приймае блок 2 та через блок 4 з шдсиленням передае вимiрянi даш в блок 6, де визначаеться глибина та даш перетворюються в електронний код i посилаються в блок 11. Блок 11 передае цю шформащю в блок 8, який перетворюе електронний код в ультразвуковий сигнал i передае його на сусщнш водомiрний пост або головний водомiрний пост.
УЗВ
ВИСНОВКИ
Розроблена методика вимiрiв piBHiB води може бути використана при проведенш гiдpологiчних вишукувань на дшянках piчок, що не вимагають довгострокових спостережень протягом усього року або декшькох pокiв, тобто при проведенш тимчасових водомipних pобiт. Особливо актуальним може стати використання тако! методики при складаннi поздовжнього профшю piки, визначеннi ухилiв водно! поверхш оскiльки piвневi вимipювання не матимуть pозбiжностi в часi, що значно полегшуе розрахунки. Вiдомо, що головною умовою складання поздовжнього пpофiлю е приведення piвнiв до одного моменту часу, це ускладнюе польовi (обладнання уклонних постiв на дiлянцi pirn з одночасними спостереженнями за piвнями у встановлений теpмiн; виконання швелювання по точках одноденного зв'язку з використанням декшькох бригад пращвниюв) i камеpальнi роботи. Запропонована методика дозволить оперативно та одночасно визначати вщм^ки piвнiв води на любiй за довжиною дiлянцi piчки.
Список л^ератури
1. Железняков Г. В. Гидрология и гидрометрия / Г. В. Железняков. - М. : Высшая школа, 1981. - 263с.
2. Яцик А. В. Водогосподарська еколопя: у 4 т. / А. В.Яцик. - К. : Генеза, 2003. - Т.1, кн.1-2. - 400 с.
3. Пат.92416 Укра!на, МПК (2009) G01F23/00, G01F 23/28, G01F 23/296. Споаб контролю р1вня води в водойм1 / В. Г. Бурачек, Л. С. Мамонтова, С. I. Слабак - № а2009 06035; заявл. 11.06.2009; опубл. 25.10.2010. Бюл. №20.
Мамонтова Л. С. Акустическая система контроля высоты уровня воды / Мамонтова Л. С. // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Серия: Географические науки. - 2012. - Т.25 (64), №2. - С.69-73.
Рассмотрен принцип действия акустической системы контроля высоты уровня воды в реке или водоеме, использование которой позволит оперативно и одновременно определять отметки уровней воды на любом по длине участке реки, в зависимости от задач исследований. Ключевые слова : отметки уровней воды, акустическая система, зенит-эхолот.
Mamontova L. S. Acoustic checking system of height of water level / Mamontova L.S. // Scientific Notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. - Series: Geography Sciences. - 2012. - V.25 (64), No2. - P.69-73.
The principle of action of the acoustic checking system of the height of water levels in the river or in the reservoir was made out and using of it will allow to determine operatively and at the same time the marks of water levels on any plots on the lengths of the river in depending on the tasks of researches. Key words : marks of water levels, acoustic system, sonic depth zenith-finder.
Поступила до редакцп 05.11.2012 р.
