RU2693744C1 - Method of sea level measurement and device for its implementation - Google Patents
Method of sea level measurement and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2693744C1 RU2693744C1 RU2018114294A RU2018114294A RU2693744C1 RU 2693744 C1 RU2693744 C1 RU 2693744C1 RU 2018114294 A RU2018114294 A RU 2018114294A RU 2018114294 A RU2018114294 A RU 2018114294A RU 2693744 C1 RU2693744 C1 RU 2693744C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- level
- sea
- sea level
- water
- platform
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 79
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims description 19
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims description 19
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims description 10
- 239000003643 water by type Substances 0.000 claims description 9
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 5
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 4
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 241000555745 Sciuridae Species 0.000 description 1
- 230000001914 calming effect Effects 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 230000002706 hydrostatic effect Effects 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000011104 metalized film Substances 0.000 description 1
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
Abstract
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
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.
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
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
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 (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018114294A RU2693744C1 (en) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | Method of sea level measurement and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018114294A RU2693744C1 (en) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | Method of sea level measurement and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2693744C1 true RU2693744C1 (en) | 2019-07-04 |
Family
ID=67252315
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018114294A RU2693744C1 (en) | 2018-04-18 | 2018-04-18 | Method of sea level measurement and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2693744C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113155315A (en) * | 2021-04-25 | 2021-07-23 | 中国极地研究中心 | Temperature monitoring device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447409C1 (en) * | 2010-09-08 | 2012-04-10 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Local level gauge |
CN205483188U (en) * | 2016-01-25 | 2016-08-17 | 新疆傲禹电子科技有限公司 | Water level measurement device under low temperature condition |
CN106643984A (en) * | 2016-09-22 | 2017-05-10 | 广西科技大学 | Novel online underground water level monitoring and warning system and method |
-
2018
- 2018-04-18 RU RU2018114294A patent/RU2693744C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2447409C1 (en) * | 2010-09-08 | 2012-04-10 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Local level gauge |
CN205483188U (en) * | 2016-01-25 | 2016-08-17 | 新疆傲禹电子科技有限公司 | Water level measurement device under low temperature condition |
CN106643984A (en) * | 2016-09-22 | 2017-05-10 | 广西科技大学 | Novel online underground water level monitoring and warning system and method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113155315A (en) * | 2021-04-25 | 2021-07-23 | 中国极地研究中心 | Temperature monitoring device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Jenkins et al. | Ice‐ocean interaction on Ronne Ice Shelf, Antarctica | |
US7878058B2 (en) | Fluid monitoring apparatus and method | |
McPhee et al. | Ocean heat flux in the central Weddell Sea during winter | |
US20110076904A1 (en) | Buoy for Automated Data Collection and Transmittal | |
CN203720380U (en) | Mobile hydrology meteorology monitoring and compass positioning communication and alarm device | |
RU2693744C1 (en) | Method of sea level measurement and device for its implementation | |
CN110186437A (en) | One kind being based on unmanned plane carrier water surface flow measuring system | |
Schöne et al. | GPS water level measurements for Indonesia's Tsunami Early Warning System | |
RU2722862C1 (en) | Automated liquid level monitoring method and device for implementation thereof | |
CN203011382U (en) | Intelligent microwave tidal station | |
CN114620186A (en) | Miniaturized ocean wave measurement buoy device and wave measurement and wind factor retrieval method | |
CN104110142B (en) | It is a kind of for the observation station of strong-motion instrument is installed | |
CN115014297B (en) | Pressure type water level elevation auxiliary observation device and use method | |
RU2447409C1 (en) | Local level gauge | |
CN213244200U (en) | Flood-prevention drought-resisting intelligent monitoring device | |
Leppäranta et al. | Mass and heat balance of snowpatches in Basen nunatak, Dronning Maud Land, Antarctica, in summer | |
CN209945286U (en) | Submarine pipeline landfill depth monitoring device | |
JANERAS | Development of a wireless sensor network for rock mass deformation monitoring in the Montserrat Massif | |
GB2594434A (en) | A settlement monitoring system and method | |
Woodworth | Manual on Sea-level Measurements and Interpretation, Volume V: Radar Gauges [includes Supplement: Practical Experiences]. | |
JP2681339B2 (en) | Subsidence measuring device for structures | |
KR102651752B1 (en) | Spatial image drawing system that draws aerial image data in 3D | |
Polashenski | Attributing change and understanding melt ponds on a seasonal ice cover | |
RU183645U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE WATER LEVEL IN WATER BODIES | |
CN213778938U (en) | Device for automatically testing freezing and thawing depth of soil by adopting micro radar technology |