Прибор учета латерального потока осадочного вещества

Полезная модель относится к устройствам для отбора проб осадочного материала, перемещающегося в воде в латеральных направлениях, и может быть использована при проведении геологических, биологических, экологических исследований и мониторинга переноса твердых загрязняющих веществ.
Исследования потоков рассеянного осадочного вещества в глубинах Мирового океана в последние десятилетия становятся приоритетной задачей, которая напрямую связана с проблемой глобальных климатических изменений.
Вертикальные потоки вещества изучаются седиментационными ловушками различных моделей. Проблема переноса рассеянного в толще воды вещества в горизонтальной плоскости (латеральные потоки) очень слабо изучена и по большей части исследуется методами, основанными на определении скорости течения воды и концентрации взвеси на заданных горизонтах водной толщи.
Наиболее близким к заявляемому решению является седиментационная ловушка по патенту РФ на полезную модель №164451 от 15.10.2015 г. Она содержит цилиндрический стакан, в верхней части соединенный шнуром с поплавком, а в нижней части снабженный балластным грузом. Цилиндрический стакан снабжен откидной крышкой в форме закрытой воронки, выполненной с возможностью ее закрывания при подъеме и открывания при погружении ловушки. Для этого на одном краю откидной крышки закреплено грузило, напротив которого на другом ее краю закреплен один конец закрывающего крышку шнура, который пропущен через отверстие в верхней части цилиндрического стакана и соединен с поплавком. К нижней узкой части откидной крышки закреплен один конец резинового шнура, который проходит через фиксирующий паз. Он выполнен напротив отверстия в стенке верхней части цилиндрического стакана для размещения закрывающего откидную крышку шнура, а другой конец резинового шнура герметично закреплен в центре основания цилиндрического стакана, при этом масса грузила выбрана из условия уравновешивания силы натяжения резинового шнура. Недостатком этой седиментационной ловушки является ограниченность ее назначения, то есть она предназначена для исследования исключительно вертикального потока вещества (вещества осаждающегося, а не транспортируемого), что делает невозможным учет вещества, перемещающегося в горизонтальной плоскости.
Заявляемый прибор учета латерального потока осадочного вещества, как и известные, содержит цилиндрический корпус (в аналоге - стакан), в верхней части соединенный с поплавком, а в нижней части снабженный балластным грузом.
Технической проблемой, решаемой полезной моделью, является создание прибора, позволяющего во времени изучать процессы перемещения и преобразования взвешенного вещества в водной толще, измерять количество и состав вещества, поступающего как в бассейны седиментации, так и перемещающегося внутри бассейнов.
Технический результат заключается в обеспечении возможности отбора репрезентативных проб осадочного материала, перемещающегося в латеральном направлении.
Технический результат достигается тем, что цилиндрический корпус представляет собой приемную камеру, на входе и выходе оснащенную соосно закрепленными сквозными цилиндрами, снабженными съемными крышками, в каждом цилиндре установлено мельничное сито, при этом отношение диаметра приемной камеры к диаметру цилиндров составляет 3:2, в нижней части приемной камеры выполнено сливное отверстие, снабженное съемной крышкой. Диаметр ячеи мельничного сита, установленного в цилиндре на входе в приемную камеру может находиться в диапазоне 200-1000 мкм, диаметр ячеи мельничного сита в цилиндре на выходе из приемной камеры - в диапазоне 10-26 мкм. Прибор может быть выполнен из устойчивого к коррозии материала.
Латеральные потоки вещества в толще воды (в горизонтальной плоскости) являются основным процессом транспортировки осадочного вещества (энергии и всех поллютантов) в открытые акватории Мирового океана.
Учет латерального перемещения тонкого осадочного вещества необходим потому, что это важнейший процесс, поддерживающий энергетический баланс как внутри водной толщи, так и на границе воды и морского дна.
Латеральные потоки вещества (в том числе тяжелых металлов, нефтепродуктов, радиоактивных элементов и других поллютантов) являются важной частью мониторинга антропогенных загрязнений морской среды.
in situ
Изучение латеральных потоков рассеянного осадочного вещества в водной толще (морей, озер, рек) и их изменение во времени (год, сезон года, месяц, сутки) - это новое направление в науках о процессах в океане - возможность получения прямых инситных () количественных и качественных характеристик этих процессов во времени. Таким образом, реализуется возможность развития четырехмерной океанологии, седиментологии, геохимии, экологии и биологии.
Наличие в нижней части прибора балластного груза, а в верхней части - уравновешивающего его поплавка позволяет удерживать прибор в горизонтальной плоскости, что исключает попадание осаждающегося вещества, то есть вещества, перемещающегося в вертикальной плоскости.
Выполнение приемной камеры и цилиндров в соотношении диаметров 3:2 способствует тому, чтобы вещество транспортируемое водной толщей в горизонтальной плоскости задерживалось в приемной камере. Увеличение диаметра при перемещении потока из цилиндра в приемную камеру приводит к снижению его скорости внутри прибора, достаточному, чтобы частицы взвешенного вещества отложились в приемной камере, а уменьшение диаметра при попадании потока из приемной камеры снова в цилиндр создает дополнительное давление, чтобы водная масса, освобожденная от взвешенного вещества, свободно выходила из прибора.
Наличие мельничного сита с диаметром ячеи от 200 до 1000 мкм в цилиндре на входе в прибор предотвращает возможность нежелательного заплыва в приемную камеру живых организмов, способных исказить результаты исследований. Установка в цилиндре на выходе из приемной камеры мельничного сита с диаметром ячеи от 10 до 26 мкм способствует осаждению частиц взвеси в приемной камере.
Применение крышек для закрывания входного, выходного и сливного отверстий прибора при погружении его наполненным дистиллированной водой предотвращает засасывание морской воды в прибор, что негативно сказывается на результатах экспериментов, и гарантирует сохранность отобранного для исследования материала, что обеспечивает качество и чистоту отбора проб осадочного вещества, перемещающегося в горизонтальной плоскости.
Таким образом, совокупность вышеуказанных признаков формулы полезной модели обеспечивает указанный технический результат, а именно обеспечение возможности отбора репрезентативных проб осадочного материала, перемещающегося в латеральном направлении.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью чертежей, где на фиг. 1 представлена конструкция прибора учета латерального потока осадочного вещества в поперечном разрезе, на фиг. 2 - вид спереди прибора, на фиг. 3 - общая схема установки прибора на исследуемый горизонт водной толщи.
Прибор учета латерального потока осадочного вещества (ПУЛПОВ) 1 (см. фиг. 1, 2) представляет собой приемную камеру 2, на входе и выходе которой соосно закреплены два сквозных цилиндра 3 и 4 соответственно. Отношение диаметра приемной камеры 2 к диаметру цилиндров 3 и 4 составляет 3:2, например, 60 и 40 мм. Цилиндр 3, установленный на входе в камеру 2, оснащен мельничным ситом 5 с диаметром ячеи от 200 до 1000 мкм, например 500 мкм, что исключает возможность заплыва живых организмов, способных исказить результаты исследований. В цилиндре 4 на выходе из приемной камеры 2 для задержания частиц взвеси установлено мельничное сито 6 с диаметром ячеи от 10 до 26 мкм, например 26 мкм. В нижней части приемной камеры 2 выполнено сливное отверстие 7. Оно предназначено для слива пробы воды с взвешенным веществом в лабораторных условиях, в период проведения эксперимента оно всегда закрыто. Для закрытия цилиндров 3, 4 и сливного отверстия 7 предусмотрены съемные крышки 8 (см. фиг. 1). Вдоль верхней плоскости к прибору 1 присоединен поплавок 9 из пенопласта, в нижней части прибора 1 закреплен уравновешивающий его груз 10 (см. фиг. 2). Прибор 1 изготовлен из материала, не поддающегося коррозии в морской воде, например из органического стекла.
Полезная модель используется следующим образом.
Прибор учета латерального потока осадочного вещества 1 устанавливается на растяжке 11 (см. фиг. 3). Растяжка 11 представляет собой два вертикальных линя 12, распложенных на расстоянии 15-20 м друг от друга, к нижнему концу каждого из которых прикреплен якорь 13, к верхнему - маркерный буй 14 подъемной силы 0,2-1 кг. На оба линя 12 на глубине, где необходимо провести исследования латерального потока вещества, дополнительно крепится буй 15 подъемной силы 10-20 кг для поддержания вертикальности линя 12. Глубина крепления подъемного буя 15 на каждом лине 12 может быть разная из-за неровностей морского дна (см. фиг. 3).
ПУЛПОВ 1 на веревках 16 с тяжелыми такелажными скобами, закрепленными на концах веревки (не показано), вдоль линей 12 опускается до подъемных буев 15 с закрытыми крышками 8. После установки такелажных скоб на подъемные буи 15 прибор 1 на маркерном фале 17 поднимается в лодку, где заполняется дистиллированной водой, необходимой для предотвращения быстрого тока воды в прибор 1, который возникает, если он пустой, и с закрытыми крышками 8 погружается на глубину примерно 0,5 м. В подводных условиях крышки 8 снимаются с цилиндров 3 и 4, и прибор 1 опускается на исследуемый горизонт водной толщи. Подъем прибора 1 осуществляется за маркерный фал 17 до глубины примерно 0,5 м, где на цилиндры 3 и 4 устанавливаются крышки 8. В мелководных заливах установка/снятие прибора 1 может выполняться профессиональными водолазами.
ПУЛПОВ может быть применен не только в море, но и при исследовании озер, водохранилищ или крупных речных систем, а также в местах подводной добычи полезных ископаемых как твердых (россыпные месторождения металлов), так и углеводородов (выявление утечек нефтепродуктов).
Заявляемая полезная модель обеспечивает возможность качественного отбора репрезентативных проб осадочного материала, перемещающегося в латеральном направлении.