УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЛЬЕФА ДОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ВОДОЕМА

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к лабораторному измерительному оборудованию и может быть использована при проведении исследований изменения рельефа донной поверхности водоемов малой глубины.
Уровень техники
Водные потоки ручьёв размывают донную поверхность, образуя промоины, а транспортируемые ими почвенные частицы, оседая, образуют наплывы. Проследить за динамикой изменения донной поверхности можно сравнивая графические изображения периодически снимаемых поперечных профилей рельефа донной поверхности. Для построения графического изображения поперечного профиля ручья необходимо снимать (фиксировать) большое количество точек с донной поверхности, что требует значительных временных затрат.
Из уровня техники известны как простые механические, так и сложные оптические, радиолокационные и т.д. устройства для определения рельефа дна водоема.
Применение оптических, технологически сложных устройств для исследования донной поверхности водоемов малой глубины или проведения экспериментальных исследований в области почвоведения экономически нецелесообразно.
Основным известным методом съёмки рельефа дна является промер, который заключается в измерении глубин на съёмочных галсах.
В качестве наиболее простого средства измерения рельефа донной поверхности по ширине водоема известно применение промерного шеста с нанесенной на него измерительной шкалой и веревки (разметочного троса), располагаемой по линии промера (https://pandia.ru/text/79/232/74878-2.php).
Известный способ и используемое при его реализации средство измерения применимы для промеров точек, расположенных на большом расстоянии друг от друга, что приводит к большой погрешности измерения и даёт только приблизительное представление о характере донной поверхности. Кроме того, точность промеров известным способом зависит зачастую от человеческого фактора – способности обеспечить сравнительный промер в идентичных точках.
Известен также способ гидрометрических измерений профиля дна реки промерами глубин (см.: Лучшева А.А. Практическая гидрометрия. Упражнения по обработке гидрометрических наблюдений: учебное пособие. - Л.: Гидрометеоиздат, 1951. - 334 с. - С.54-62), включающий выбор гидрометрического створа поперек реки, установление промерных точек на гидрометрическом створе с измерением их положения в плане и глубины реки в промерных точках от водной поверхности до дна, вычисление с учетом поправок абсолютной отметки дна реки в каждой промерной точке, причем промеры глубин выполняются от левого берега к правому по линии створа, построение промерного профиля водного сечения реки по каждому гидрометрическому створу реки, вычисление основных гидравлических характеристик профиля у каждого водного сечения реки, причем для построения водного сечения реки до отметки наивысшего уровня необходимо иметь промеры или данные нивелирования поймы до этой отметки, а смоченные периметры и площади водного сечения разного уровня реки для одного гидрометрического створа реки определяются аналитическими расчетами.
Известный способ представляется технически сложным в реализации в лабораторных условиях.
Техническая проблема, решаемая заявляемой полезной моделью, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих вышеперечисленным аналогам, за счет создания простого устройства, обеспечивающего возможность одновременного промера нескольких точек донной поверхности водоема.
Краткое раскрытие сущности полезной модели
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в сокращении времени промера донной поверхности для определения ее рельефа за счет обеспечения возможности одновременного промера донной поверхности в нескольких точках, что также способствует упрощению процесса получения профиля рельефа донной поверхности водоема и, как следствие, упрощению анализа динамики изменения рельефа донной поверхности.
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для определения рельефа донной поверхности водоема включает
опорный П-образный профиль со стенкой и двумя полками, в которых выполнены ряды соосно расположенных отверстий для размещения измерительных зондов,
средство прижима измерительных зондов, содержащее нажимную и прижимную рейки, установленные соответственно с внешней и внутренней сторон стенки профиля, соединенные между собой через отверстия в стенке профиля соединительными стержнями с пружинами,
измерительные зонды, размещенные между стенкой профиля и прижимной рейкой в отверстиях полок профиля параллельно плоскости стенки с возможностью свободного поступательного перемещения в плоскости размещения под действием собственного веса.
Опорный профиль может быть снабжен ручками для установки в зону измерений. В качестве измерительных зондов используют спицы, с одной стороны снабженные ограничителями перемещения, а с другой стороны - плоскими торцевыми упорами. Отверстия в полках профиля расположены равномерно по длине полки с шагом 5-12 мм. Внутренняя стенка профиля и сторона прижимной рейки, обращенная к измерительным зондам, снабжены фрикционными накладками. Концевые участки профиля снабжены установочными отверстиями.
Краткое описание чертежей
Заявляемое устройство поясняется следующими чертежами, где
на фиг.1 схематично представлен вид спереди на заявляемое устройство;
на фиг.2 схематично представлен вид сверху на заявляемое устройство;
на фиг.3 представлен график, характеризующий рельеф донной поверхности в плоскости, перпендикулярной руслу водоема, построенный по результатам измерений с использованием заявляемого устройства.
Позициями на чертежах обозначены
1. Опорный профиль.
2. Ручка.
3. Спица.
4. Нажимная площадка.
5. Нажимная рейка.
6. Стержень.
7. Прижимная рейка.
8. Пружина.
9. Гайка.
10. Фрикционная накладка.
Осуществление полезной модели
Заявляемое устройство представляет собой конструкцию, с помощью которой осуществляют измерение формы донной поверхности в конкретном поперечном створе водоема. Устройство содержит опорный П-образный профиль, например, швеллерного типа, выполненный с возможностью опоры концевыми участками в реперных точках вдоль русла исследуемого водоема. Для закрепления на указанных реперных точках в профиле предусмотрены установочные отверстия диаметром 4-6 мм для установки заявляемой конструкции на штифты реперных точек. Отверстия расположены попарно на двух концевых участках профиля. Отверстиями корпус фиксируют на штифтах, установленных в реперных точках ручья во время работы над рельефом донной поверхности. Также с внешней стороны профиля размещены две ручки для удобства перестановки конструкции в положение измерения. Профиль имеет две полки – верхнюю и нижнюю, и соединяющую их стенку. В полках по всей длине профиля выполнены соосные отверстия диаметром 2,5 - 4,0 мм с шагом 5 -12 мм для размещения измерительных зондов, в качестве которых могут быть использованы легкие, например, полимерные, спицы, размещенные без закрепления, с возможностью свободного поступательного перемещения в отверстиях под собственным весом. Спицы установлены с постоянным шагом, определяющим частоту измерения и, соответственно, точность построения рельефа донной поверхности. Так, при установке спиц в каждое отверстие достигают точности до 5 мм (основные точки измерения). Кроме того, при перестановке профиля на соседние установочные отверстия, профиль смещается вдоль плоскости измерения на расстояние, соответствующее расстоянию между двумя соседними установочными отверстиями, в результате чего профиль устанавливается в положение, соответствующее смещенным, промежуточным точкам измерения, что значительно повышает частоту и точность измерения в целом. Также спицы могут быть установлены, например, через одно отверстие и т.д. Таким образом, регулируя количество спиц, шаг их расположения, а также смещая профиль в установочных отверстиях, можно регулировать точность измерений. С одной стороны спицы снабжены ограничителями, предотвращающими выпадение спиц из отверстий, а с другой стороны - торцевыми плоскими упорами площадью 1 – 1,5 мм, посредством которых обеспечивается установка спицы на донной поверхности без излишнего заглубления.
Конструкция также содержит средство прижима измерительных зондов в процессе измерения, которое включает нажимную рейку, установленную с внешней стороны стенки профиля, и прижимную рейку, установленную с внутренней стороны стенки профиля с возможностью прижима ряда спиц к стенке профиля. Рейки соединены между собой соединительными стержнями 6, проходящими через отверстия в стенке опорного профиля между спицами. На концах стержни имеют резьбу для гаек 9, удерживающих рейки. На стержни между стенкой и нажимной рейкой надеты пружины 8. На концах нажимной рейки выполнены нажимные площадки 4. На стенке корпуса и прижимной рейке закреплены фрикционные накладки 10, удерживающие спицы.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Подготовка к снятию поперечных профилей донной поверхности ручья заключается в установке штифтов в реперных точках, на которых отверстиями на концевых участках фиксируют профиль устройства. В общем случае, реперные точки выбирают по противоположным берегам водоема с целью получения поперечного профиля измеряемого рельефа. В исходном положении измерительные зонды под действием пружин, удерживающих прижимную и нажимную рейки, оказываются зажаты между фрикционными накладками. Установленный профиль удерживают за ручки и нажимают большими пальцами руки на нажимные площадки нажимной рейки. Нажимная рейка сжимает пружины и перемещает стержни с прижимной рейкой, освобождая спицы. Спицы опускаются до контакта торцевыми упорами с донной поверхностью водоема. При прекращении воздействия на нажимные площадки пружины возвращаются в исходное положение, в результате чего спицы вновь зажимаются между фрикционными накладками стенки и прижимной рейки. Положение нижних (и, соответственно, верхних) концов спиц в точности отображает рельеф донной поверхности в данной измерительной плоскости. Полученный профиль переносят на строящееся графическое изображение поперечного профиля(рельефа) донной поверхности водоема. Профиль переставляют в соседние установочные отверстия и аналогичным образом измеряют рельеф в промежуточных, смещенных точках. Все точки соединяют сплошной линией и получают графическое изображение контура поперечного профиля рельефа донной поверхности ручья высокой точности. Таким образом получают профиль поперечного сечения водоема в конкретной зоне. После фиксации результатов повторным воздействием на пружины устройства освобождают измерительные зонды и возвращают их в исходное положение. Перемещая устройство вдоль русла по реперным точкам, проводят аналогичные измерения, в результате объединения которых формируют объемное отображение донной поверхности исследуемого участка водоема в конкретный момент времени. При необходимости измерения повторяют через определенные промежутки времени и фиксируют изменения рельефа донной поверхности.
Пример конкретного выполнения
Для опытной эксплуатации заявляемого устройства был подготовлен ручей, по бокам которого уложили рейки, в реперных точках которых установлены штифты. Устройство включает опорный профиль длиной 74 см с зоной измерения 50 см, в полках которого выполнены соосные отверстия диаметром 3,5 мм с шагом 10 мм между осями спиц. В отверстия установлены 50 спиц диаметром 3 мм и длиной 200 мм. Устройство использовали для промеров в ручье средней глубины 70 мм.
На штифты в реперных точках устанавливали опорный профиль устройства. Затем, удерживая его, большими пальцами надавливали на нажимные площадки нажимной рейки. Нажимная рейка, преодолевая жёсткость пружин, через стержни отодвигала прижимную рейку, освобождая спицы. Спицы под собственным весом опускались до упора в донную поверхность ручья. Прекращая давление на нажимные площадки, пружины возвращали нажимную рейку, а также прижимную рейку в исходное положение. Спицы вновь оказывались зажатыми между прижимной рейкой и стенкой корпуса. Положение концов спиц переносили на строящееся графическое изображение рельефа донной поверхности ручья. Затем, опорный профиль переставили на те же штифты дополнительными отверстиями и осуществили промер в промежуточных точках, которые были также перенесены на чертёж. Соединив все перенесённые точки (100 штук) сплошной линией, получили точное изображение поперечного рельефа донной поверхности ручья. Таким образом, заявляемое устройство позволяет осуществить промер донной поверхности одновременно в нескольких точках и сформировать изображение поперечного профиля русла водоема в короткие сроки.