ПРОБООТБОРНИК СНЕГОМЕРНЫЙ СТРАТИФИЦИРУЮЩИЙ

Полезная модель - пробоотборник снегомерный стратифицирующий (ПСС) относится к области мониторинга состояния окружающей среды и может быть использована при проведении снегомерных съемок для оценки влагозапаса и исследования загрязнения снегового покрова, а именно - для отбора проб снега.
Известно устройство для отбора проб снега, по которым определяют физические (плотность) и химические (концентрации загрязняющих веществ) характеристики снегового покрова (снегомер ВС-43, «Снегомер ВС-43. Инструкция по эксплуатации», ЗАО Роспроектинвест, СПБ, 1997; Руководство по контролю загрязнения атмосферы. РД 52.04.186-89. Москва - Ленинград: Гидрометеоиздат, 1991), являющееся прототипом предлагаемой полезной модели и состоящее из металлического цилиндра (1) и весов (2), механически соединенных подвесом (3), рис.1. Согласно РД 52.04.186-89, при пробоотборе каждый керн вырезается на полную глубину снегового покрова (при значительной глубине рекомендуется подхватывать керн снизу небольшой лопаткой), перед ссыпанием снега в полиэтиленовое ведро или пакет необходимо тщательно очистить нижний конец снегомера и снежного керна от грунта и растительных включений, разрешается уплотнение снега в ведре или пакете руками через полиэтиленовую пленку.
Основным недостатком при использовании снегомера ВС-43 для отбора проб снега является недостаточная точность отбора пробы. Причинами этого являются конструкция цилиндра и его материал, в частности:
3
3
- в результате нагрева металлического цилиндра солнцем или при транспортировке в салоне автомобиля его температура часто оказывается выше 0°С, что при относительно высоких значениях его теплопроводности и теплоемкости (у стали теплопроводность 45,4 Вт/(м К), теплоемкость 0,46 кДж/(кг К), плотность 7,7-10 кг/м, объемная теплоемкость 3,54 МДж/(м К); Михеев М.А. Основы теплопередачи. Москва: Государственное энергетическое издательство, 1956, 392 с.) приводит к налипанию снега на поверхность цилиндра (изнутри и снаружи), особенно в температуре воздуха около 0°С, а именно такие условия и наблюдаются при снегомерной съемке максимального влагозапаса и загрязнения снегового покрова, т.к. ее проводят непосредственно перед таянием снегового покрова; налипание снега на поверхность цилиндра снаружи искажает вес пробы, а налипание внутри - и вес, и объем пробы;
- цилиндр с малым внутренним диаметром (около 80 мм) в условиях насыщенного влагой снегового покрова при отборе пробы сминает снег, а не прорезает его, что приводит к искажению веса и объема пробы, а также завышению плотности снега;
- зубцы на нижней кромке цилиндра при отборе пробы на полную глубину снегового покрова (согласно РД 52.04.186-89) зацепляют грунт и разрушают покрывающий его слой растительных остатков, которые попадают в пробу и завышают значения как механических, так и химических загрязнений; рекомендуемая очистка нижнего конца снегомера и торца керна проводится оператором на основании визуального контроля, поэтому возможны как неполное удаление следов грунта и растительности (ведет к завышению значения концентрации загрязняющих веществ), так и избыточное удаление снега из пробы (ведет к занижению значений веса и объема пробы);
- в случае рыхлого снегового покрова необходимо предотвращать высыпание пробы снега через нижний конец цилиндра снегомера, для чего рекомендуется поддерживать торец керна лопаткой; одновременное взвешивание пробы (вместе с цилиндром) и поддержание пробы в цилиндре лопаткой искажает результаты взвешивания;
- при малой толщине снегового покрова, из-за малого диаметра цилиндра (80 мм), необходимо брать много кернов, что сильно снижает точность и усложняет отбор пробы.
Эти же причины обуславливают значительную продолжительность отбора одного керна (удаление налипшего снега от предыдущего керна, очистка снегомера и керна от частиц грунта, неудобство при использовании лопатки) и избыточный вес всего устройства (3 кг).
3
3
3
В то же время, существуют материалы с меньшими, чем у стали, значениями теплоемкости и теплопроводности при высоких прочностных характеристиках, в частности - пластики различных типов. Основное влияние на эксплуатационные свойства пробоотборника снегомерного оказывают объемная теплоемкость и теплопроводность (именно они определяют количество паразитной теплоты, которая передается снегу при пробоотборе, и скорость этой передачи). Теплопроводность полистирола в 200 раз меньше, чем у стали, и не превышает 0,2 Вт/(м К); теплоемкость - 1 кДж/(кгК), плотность 1,05·10 кг/м, соответственно, объемная теплоемкость - 1,05 МДж/(м К), что в три с половиной раза меньше, чем у стали. (Пивень А.Н. и др. Теплофизические свойства полимерных материалов. Справочник. Киев. Вища школа. 1976).
Использование таких материалов позволяет исключить налипание снега на цилиндр снегомера независимо от внешних погодных условий и условий транспортировки снегомера. Кроме того, увеличение диаметра цилиндра существенно снижает взаимовлияния стенок и таким образом обеспечивает более качественное вырезание керна из толщи снега. При этом наст не разламывается, а прорезается и снег не выдавливается в стороны, а при малой толщине снегового покрова обеспечивается большая точность отбора снега совершенно исключающая его загрязнение грунтом, что позволяет отказаться от зубьев на нижней кромке цилиндра. Также данная полезная модель дает возможность стратификации керна снега по высоте благодаря наличию щелей и задвижек. За нижнее значение диаметра цилиндра принимается 300 мм. Отсутствие зубьев значительно снижают вероятность захвата частиц грунта и остатков растительного покрова. Таким образом, пробоотбор снегомером с пластиковым цилиндром увеличенного диаметра и возможностью стратификации пробы непосредственно в цилиндре повышают точность определения физических и химических характеристик снегового покрова и сокращают время отбора каждой пробы.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности и снижение времени отбора пробы снега при снегомерной съемке, особенно при небольшой толщине снежного покрова, с возможностью стратификации пробы.
3
Указанная задача решается тем, что в снегомере, состоящем из цилиндра, крышек и задвижек прорезаны щели, в которые вдвигаются задвижки, при этом цилиндр выполнен диаметром 300 мм и более из материала с объемной теплоемкостью не более 3,54 МДж/(м К) и теплопроводностью не более 45,4 Вт/(м К).
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в том, что:
а) отбор пробы снега, особенно при малой толщине снегового покрова, осуществляется с большей точностью т.к. исключается сминание снега цилиндром; при перепаде температур (положительная/отрицательная) между ПСС и снегом исключается налипание снега на поверхность цилиндра; а также значительно снижается захват частиц почвы и остатков растительного покрова;
б) время, затрачиваемое оператором на отбор одной пробы, уменьшается за счет исключения операций по очистке цилиндра от налипшего снега, существенно меньшей потребности в очистке торца керна от частиц грунта и остатков растительного покрова, а также уменьшения количества кернов в пробе;
в) имеется возможность стратификации керна снега по высоте для изучения вертикального распределения загрязняющих веществ в пробах.
Выполнение ПСС из пластика дополнительно приводит к снижению массы всего устройства.
Таким образом, повышается точность отбора пробы и снижается затрачиваемое на пробоотбор время, что в сочетании со снижением массы устройства значительно повышает производительность труда оператора, особенно при больших объемах работ (снегомерная съемка на маршрутах, экологический мониторинг территории).
Предлагаемое техническое решение более подробно иллюстрируется прилагаемым чертежом устройства, где
1 - приемный цилиндр;
2 - щели приемного цилиндра;
3 - отверстия приемного цилиндра;
4 - задвижки приемного цилиндра;
5 - крышка приемного цилиндра.
Приемный цилиндр (1) предназначен для вырезания керна снега на всю глубину снегового покрова. Крышки приемного цилиндра (5) предназначены для закрывания приемного цилиндра с целью предотвращения загрязнения внутренней поверхности приемного цилиндра при транспортировке ПСС, и при транспортировке страт керна снега. Задвижки приемного цилиндра (4) предназначены для стратификации керна снега по высоте в приемном цилиндре.
На внешней стороне цилиндра имеется шкала для измерения высоты керна снега.
Все детали пробоотборника изготавливаются из инертного материала с низкой (по сравнению со сталью) теплоемкостью, низкой теплопроводностью, низкой плотностью и достаточной механической прочностью. Это, в основном, композитные или синтетические материалы, например, ударопрочный полистирол.
Устройство имеет два положения: транспортное и рабочее.
В транспортном положении обе крышки приемного цилиндра закрыты. Все задвижки приемного цилиндра вдвинуты в щели приемного цилиндра или находятся внутри него.
В рабочем положении обе или если это необходимо только нижняя крышка приемного цилиндра сняты. Все задвижки приемного цилиндра извлечены из щелей или из цилиндра.
Устройство работает следующим образом.
1. Установить ПСС вертикально на поверхность снегового покрова в предполагаемое место отбора керна снега.
2. Погрузить ПСС полностью в снеговой покров при помощи надавливания на верхнюю часть приемного цилиндра и, если это необходимо, слегка поворачивая вокруг своей оси.
3. Снять отсчет толщины снегового покрова по внешней шкале приемного цилиндра.
4. Расчистить снег любым подходящим способом со стороны щелей приемного цилиндра, по крайней мере, до уровня той щели приемного цилиндра, через которую предполагается отсечение самой нижней части керна снега.
5. Стратифицировать керн снега по высоте при помощи задвижек приемного цилиндра.
6. Извлечь ПСС из снегового покрова.
7. Очистить ПСС от нижней части керна снега (возможно загрязненной).
8. Растарить страты по транспортировочной таре, например следующим образом:
8.1. Надеть пластиковый пакет на верхнюю часть приемного цилиндра.
8.2. Перевернуть ПСС и высыпать верхнюю страту в пластиковый пакет.
8.3. Перевернуть ПСС обратно в исходное положение.
8.4. Извлечь самую верхнюю задвижку приемного цилиндра.
8.5. Повторять пп.8.1-8.4 то тех пор пока последняя страта не будет высыпана в пластиковый пакет.
Если п.8 не предусмотрен тогда после п.7 не извлекая задвижек приемного цилиндра ПСС закрыть с двух торцов крышками приемного цилиндра и в таком виде транспортировать к месту назначения.
После отбора пробы выполняется контрольный осмотр всего ПСС и при необходимости проводится очистка его поверхностей от налипшего снега.
Конкретный пример выполнения устройства:
Корпус цилиндра (1) выполнен из ударопрочного полистирола длиной 400 мм диаметром 300 мм и толщиной стенки 2 мм, торцы цилиндра (3) закрыты крышками (5) - круглыми дисками. В корпусе цилиндра через 50 мм прорезаны 7 щелевых отверстий до половины диаметра толщиной 2 мм (2). В щели вставляются 7 задвижек приемного цилиндра (4). Крышки и задвижки приемного цилиндра также выполнены из полистирола толщиной 2 мм. Отбор пробы проводится вертикальным погружением цилиндра в снеговой покров на его полную глубину и последующим отсечением частей керна при помощи задвижек.
Предлагаемая конструкция пробоотборника повышает точность определения физических и химических характеристик снегового покрова, дает возможность стратификации пробы и сокращает время отбора каждой пробы путем:
- исключения налипания снега на цилиндр независимо от внешних погодных условий и условий транспортировки снегомера,
- предотвращения сминания влажного снега торцом цилиндра,
- существенного снижения захвата частиц грунта и растительных остатков керном снега.