УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБОРА ВОДЫ МАЛЫХ СТРУЯЩИХСЯ ВОДОПАДОВ
DEVICE FOR WATER INTAKE OF SMALL FLOWING WATERFALLS

Изобретение относится к области гидрологии и гидробиологии, а именно к устройствам для забора проб воды при измерении расхода и химического состава в малых струящихся водопадах, где площадь стекания воды может составлять несколько десятков квадратных метров.
При струящихся щелевых водопадах вода прорывается струями через сравнительно узкие щели, образованные между горизонтальными пластами крепчайшей скальной породы. В этих условиях важно знать как локальный, так и общий расход воды струящихся водопадов. Наличие таких данных позволит отслеживать динамику изменения водных потоков, обусловленных фильтрационными процессами, по уровню их стекания через щели, образованные между плитами скальных пород, а также прогнозировать возможность образования в зимний период на отвесных скальных склонах, прилегающих к транспортным магистралям, опасного ледяного нароста, угрожающего обвалом на транспортную магистраль. Главной проблемой при решении данных задач является отбор воды, истекающей из щелей в скальной стене, откуда исходят струящиеся потоки воды. Специальных устройств для этих целей до сих пор не существует. Известные технические решения предназначены, в основном, для забора воды из глубин водоемов и рек для последующего анализа воды на присутствие различных химических элементов и прочих загрязнений. Известно, например, устройство для забора пробы воды из скважин, которое содержит водоприемную камеру со сливным краном и пробкой, закрывающей ее выпускное отверстие с воздухоотводящими каналами, трубку, жестко укрепленную внутри камеры и образующую герметичную полость, конец трубки расположен под камерой и образует впускное отверстие (А.с. СССР №1445301, кл. Ε21В 49/08, 1986). Устройство представляет собой довольно сложную конструкцию и предназначено исключительно для забора пробы грунтовых вод из скважин. Для забора проб воды при измерении расхода воды в малых струящихся щелевых водопадах данное устройство не пригодно.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является устройство (батометр) для забора проб воды ГР-16, которое представляет собой емкость в виде бутыли, прикрепленной к гидрометрической штанге типа ГР-56 М, оснащенной клапанами и хвостовым оперением для придания правильного положения прибору в потоке воды (Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 2, ч. II. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975, - 264 с.) ПРОТОТИП.
Батометр предназначен для забора пробы воды с заданной глубины рек и естественных водоемов с целью исследования физического и химического свойств воды, а также содержащихся в ней органических и неорганических включений. Данный прибор является прибором периодического действия, функционально ограничен и может быть использован только для отбора ограниченного объема пробы воды для определения физического и химического его состава. Прибор в существующем варианте для непрерывного забора проб воды и определения его расхода в струящихся водопадах, истекающих из щелей, образованных между плитами скальных пород, не пригоден, а применение устройства для этих целей может привести к существенным ошибкам.
Техническим результатом заявленного технического решения является устройство для забора воды малых (струящихся) водопадов, повышение функциональных его возможностей и точности измерения расхода воды.
Технический результат достигается тем, что в известном устройстве для забора воды малых струящихся водопадов с последующим определением расхода воды, истекающей из щелей и трещин отвесных скальных пород, содержащем прикрепленную к держателю емкость с водозаборной частью и водоотводящей частью, подключенной к измерителю расхода воды, емкость со стороны водозаборной части содержит на входе прижимное кольцо с размещенным по контуру лицевой ее части уплотнительным кольцом, изготовленным из мягкого водонепроницаемого материала, например поролона, при этом водоотводящая часть емкости выполнена переходящей в трубу, к которой прикреплен гибкий шланг, подключенный к измерителю расхода воды, при этом держатель выполнен в виде ручки, прикрепленной к боковой либо торцевой поверхности прижимного кольца.
Технический результат достигается и тем, что в качестве измерителя расхода воды используется мерная емкость или стандартный механический расходомер.
Технический результат достигается также и тем, что емкость для забора воды выполнено в виде жесткого цилиндра с отводящим для воды патрубком либо в виде гибкой конусной воронки с гладкой или гофрированной поверхностью.
Технический результат достигается и тем, что прижимное кольцо может быть выполнено цилиндрической, квадратной или эллипсовидной формы.
Предложенное устройство позволяет повысить точность измерения локального и общего расхода воды малых струящихся водопадов. При этом обеспечивается возможность одновременного отбора проб для проведения количественного и качественного анализа воды на предмет присутствия в них различных химических элементов и соединений, что расширяет функциональные возможности устройства.
На рисунках (Фиг. 1 и Фиг. 2) показан общий вид устройства с заборной цилиндрической частью в двух проекциях.
На рисунках (Фиг. 3 и Фиг. 4) представлен общий вид устройства, где емкость для забора воды выполнена в виде гибкой конусообразной гофрированной воронки (Фиг. 3), а также в виде воронки с гладкой поверхностью (Фиг. 4).
Устройство содержит прикрепленную к держателю 1 емкость 2, где со стороны водозаборной части она содержит прижимное кольцо 3 с размещенным по контуру уплотнительным кольцом 4. Уплотнительное кольцо 4 изготовлено из мягкого водонепроницаемого материала, например водоотталкивающего поролона. При этом водоотводящая часть емкости 2 выполнена переходящей в трубу 5, к концу которой прикреплен гибкий шланг 6, подключенный к измерителю расхода воды 7. Держатель 1 может быть выполнен в виде ручки, прикрепленной с торца к прижимному кольцу 3. Она может иметь дугообразную форму (Фиг. 3 - Фиг. 4), либо другую - удобную для работы форму, представленную, например, на рисунках (Фиг. 1, Фиг. 2).
Прижимное кольцо 3 может иметь цилиндрическую, квадратную либо эллипсовидную форму (на рисунках конфигурации прижимного кольца не показаны). Емкость 2 может быть выполнена в виде жесткого цилиндра с водоотводящим патрубком 5 (Фиг. 1, Фиг. 2), либо в виде гибкой воронки с гофрированными (Фиг. 3), либо гладкими (Фиг. 4) стенками. В качестве измерителя расхода воды можно использовать мерную емкость 7 либо стандартный механический расходомер (механический расходомер на рисунках не показан).
Устройство работает следующим образом.
Скальная поверхность, откуда происходит истечение воды, разбивается условно на горизонтальные и вертикальные полосы. Затем, плотно прижимая заборную часть устройства к выбранной площадки скальной поверхности, осуществляют забор воды в мерную емкость 7. При этом одновременно засекают время забора воды. Затем по количеству воды в емкости 7 и времени его забора определяют расход воды в заданной локальной точке отвесной скальной поверхности. Аналогичным образом определяют расход воды струящего водопада по всем локальным выбранным точкам отвесной скальной поверхности, а в итоге суммированием определяют и общий расход струящего водопада. Одновременно при необходимости определяют химический состав воды и прочие анализы.
Предложенное устройство обеспечивает забор и измерение расхода воды малых (струящихся) водопадов с необходимой точностью как по ширине, так и по уровням высот скального массива, откуда происходит истечение. При этом расширяются функциональные возможности устройства, поскольку обеспечивается возможность одновременного отбора проб для проведения количественного и качественного анализа воды струящихся водопадов на предмет присутствия в них различных химических элементов и соединений.
В настоящее время изготовлен опытный образец устройства, испытание которого намечается провести весной после таяния ледяных наростов, образовавшихся зимой на поверхности скальных отвесов, откуда стекают струящиеся водопады.