Спосіб моніторингу рівня води у водоймі

Реферат: UA 90436 U UA 90436 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до області гідрометрії. Відомий спосіб моніторингу рівня води у водоймі, при якому інформацію про висоту водної поверхні передають на центральну станцію обробки даних по ланцюгу з'єднаних послідовно водомірних підводних реперів [1]. До недоліків відомого способу моніторингу рівня води у водоймі відноситься його висока вартість, яку обумовлює мережа підводних реперів. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є спосіб моніторингу рівня води у водоймі, при якому інформацію про висоту водної поверхні передають на центральну станцію обробки даних від єдиного водомірного репера [2]. До недоліків відомого способу моніторингу рівня води у водоймі, вибраного за прототип, відноситься його невисока ефективність, яку обумовлює інформація про висоту водної поверхні єдиної водойми. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом застосовування дистанційного доступу, при якому засіб вимірювань віддалений за межі водного басейну, забезпечити можливість багатоканального моніторингу рівнів води у декількох водоймах одночасно. Суть винаходу в способі моніторингу рівня води, при якому інформацію про висоту водної поверхні передають на центральну станцію обробки даних від єдиного засобу вимірювань, досягається шляхом вимірювання параметрів збуджених сейшами водойми мікросейсмів, і наступного відновлення інформації про висоту водної поверхні, за рахунок відомої залежності частоти мікросейсмів від рівня води. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, дозволяє зробити висновок, що спосіб моніторингу рівня води у водоймі, який заявляється, відрізняється тим, що вимірюють параметри збуджених сейшами водойми мікросейсмів, і потім відновлюють інформацію про висоту водної поверхні, за рахунок відомої залежності частоти мікросейсмів від рівня води. Спосіб моніторингу рівня води у водоймі пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на фіг. 1 представлена блок-схема виконання технологічних операцій, що становлять суть способу моніторингу рівня води у водоймі, який заявляється, на фіг. 2 показана схема утворення мікросейсмів при дії стоячих водяних хвиль (сейшів) [3], на фіг. 3 показаний цикл амплітудномодульованих сейшевих коливань. Спосіб моніторингу рівня води у водоймі, який заявляється, реалізується наступним чином (див. фіг. 1). Для всіх водойм характерна дія мікросейсмогенних процесів: коливання тіла греблі; варіації рівня води; вібрації від падаючої води; вібрації від агрегатів електростанцій і потужних насосів [4]; штормові мікросейсми, які виникають в результаті передачі в земну кору енергії хвиль [ 3 ] . Дальність дії мікросейсмічних коливань ґрунту від дії мікросейсмогeнних процесів залежить від їх затухання, яке визначається, по-перше, геометричною розбіжністю та розсіюванням енергії, по-друге, поглинанням сейсмічної енергії в середовищі. Величину поглинання сейсмічної енергії можна оцінити по формулі [5]:   E0 exp t cos  t , ( 1) де E 0 - енергія хвилі в джерелі;  - коефіцієнт затухання; t - час;   2 ,   - циклічна і лінійна частоти мікросейсмів, відповідно. Варіації мікросейсмічних коливань, в довільній точці вимірювань, апроксимуються функцією суми декількох гармонійних кривих по типу [6]: n  y  t   y    ymax sin 2 i t   i  45 i 1 i  , , i  12,...,n (2) де y  t  - величина переміщення ґрунту в момент часу t ; y  - середнє за добу значення постійної складової переміщення ґрунту; n - кількість гармонійних кривих; ymax  i - амплітуда переміщення фунту при мікросейсмічних коливаннях;   i - частота мікросейсмічних коливань ґрунту;  - початкова фаза мікросейсмів. Отже, починають технологічний процес, який покладений в основу способу моніторингу i 50 рівня води у водоймі з того, що викопують вимірювання мікросейсмічних коливань ґрунту y  t  (див. фіг. 1). Для цього застосовують дистанційний доступ, при якому засіб вимірювань віддалений за межі водного басейну. Для всіх водойм характерна дія стоячих водяних хвиль, частота яких співпадає із частотою 1 UA 90436 U 5 власних коливань водного басейну - сейшів [7]. Стоячі хвилі обумовлюють коливання всього об'єму водної маси, уподібнюючись поршню, який здійснює зворотно-поступальні рухи. Опускаючись вниз, когерентні (синфазні) коливання утворюють мікросейсмічні коливання ґрунту (фіг. 2). Тому продовжують технологічний процес тим, що здійснюють аналіз отриманих даних і    визначають частоту мікросейсмів, збуджених сейшами у віддаленій водоймі S  (див. фіг. i 1). 10  S   S  Продовжують технологічний процес тим, що визначають частоту сейшів у віддаленій водоймі (див. фіг. 1). Теоретичні дослідження виявили залежність частоти сeйшів у прямокутному басейні з горизонтальним дном від морфометричних характеристик водойми - глибини, довжини, ширини. Ефект пояснюється узагальненою формулою Мeріана [8]:  S t ab  g  Dt  2 2  a   b    Lt     W t          2 , (3) де  S t  - миттєва частота сейшевих коливань в момент часу t ; а=1;2;…;a, b=1;2;…;b 15 2 кількість вузлів поздовжньої і поперечної сейшів; g=9,81 м/с - прискорення вільного падіння; D, L, W, D(t), L(t)=const, W(t)=const - глибина, довжина, ширина басейну і закони їх зміни. Залежність частоти сейшів від рівня наповнення котловини (глибини) незмінних форми і розмірів S D спостерігалася на озері Севан (Вірменія) після започаткування в 1933 році процесу використання його водних запасів у зрошувальних і енергетичних цілях [7]. 20 25 30 35 40 45 50 Отже, закінчують технологічний процес тим, що по функції DS  , що є зворотною до функції S D , визначають висоту водної поверхні (див. фіг. 1). Мікросейсмічні коливання, збуджені сейшами у декількох водоймах, і отримані єдиним засобом вимірювані, із застосовуванням дистанційного доступу, обумовлюють наступні, індивідуальні для водойм, властивості: 1) повний цикл генерування сейшів являє собою характерні для резонансних амплітудномодульовані коливання. Цикл складається з послідовності етапів - раптового збудження, власне генерування, поступового затухання, відсутності коливань [9]. На фіг. 3 показано повний цикл сейшевих коливань (суцільна лінія) на фоні стаціонарних гармонічних коливань (штрихова), де період t0-t1 визначає етап відсутності сейшів, t 1-t2 - етап збудження сейшів, t 2 -t 3 - етап генерування сейшів, t3-t4 - етап затухання сейшів; 2) частоти коливань сейшів обумовлюються морфометричними характеристиками водойм. Ця властивість використана для визначення висоти водної поверхні S D ; 3) азимути віддалених водойм визначаються місцеположенням засобу вимірювань збуджених сейшами мікросейсмів щодо водойм. Перераховані властивості забезпечують можливість багатоканального моніторингу мікросейсмів сейшевого походження за рахунок: 1) часового розділення коливань, яке визначають їх амплітудно-модульовані цикли; 2) частотного розділення коливань, яке визначають морфометричні характеристики водойм; 3) просторового розділення коливань, яке визначають напрями приходу сигналів. Підвищення ефективності способу моніторингу рівня води у водоймі, який заявляється, у порівнянні з прототипом, полягає в тому, що застосовування дистанційного доступу, при якому засіб вимірювань віддалений за межі водного басейну, забезпечує можливість багатоканального моніторингу рівнів води у декількох водоймах одночасно. Джерела інформації: 1. Пат. 92416 Україна, МПК (2009) G01F23/00, G01F 23/28, G01F 23/296. Спосіб контролю рівня води в водоймі / В.Г. Бурачек, Л.С. Мамонтова, С.І. Слабак - № а200906035; заявл. 11.06.2009; опубл. 25.10.2010. Бюл. № 20. - аналог. 2. Пат. 82977 України, МПК G01F 23/22. Спосіб моніторингу рівня води у водоймі / Анахов П.В. - № u201301484; заявл. 08.02.2013; опубл. 27.08.2013; Бюл. № 16. - прототип. 3. Табулевич В.Η. Комплексные исследования микросейсмических колебаний / В.Н. Табулевич. - Новосибирск: Наука, 1986. - 151 с. 4. Капустян Н.К. Сейсмический мониторинг воздействий техногенных вибраций на земную кору: Дис… д-ра физ.-мат. наук: 25.00.10 / ОИФЗ РАН. - М., 2002. - 355 с. 5. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка. В двух томах. Т. 1. - М.: Мир, 1987. - 448 с. 2 UA 90436 U 5 10 15 20 6. Анахов П.В., Анахова О.В., Макарець М.В. Періодичність мікросейсмічних шумів антропогенного походження // Сборник научных трудов по материалам международной научнопрактической конференции "Современные проблемы в пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании '2007". - Т. 19. - С. 59-62. 7. Азерникова О.А. Поверхностные и внутренние сейши озера Севан / О.А. Азерникова // Известия АН Армянской ССР. Науки о Земле. - 1975. - № 1. - С. 97-101. 8. Анахов П.В. Хитання частоти сейшів // Сборник научных трудов SWorld. Материалы международной научно-практической конференции "Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте '2012''. - Выпуск 2. Том 3. - Одесса: КУПРИЕНКО, 2012. - ЦИТ: 212-605. - С. 68-70. 9. Анахов П.В. Визначення умов збудження сейшів: Materialy IX Miedzynarodowej naukowipraktycznej konferencji "Naukowa myśl informacyjnej powieki-2013" / Vol. 21: Ekologia. Geografia і geologia. Rolnictwo. - Przemyśl: Nauka і studia, 2013. - Pp. 45-47. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб моніторингу рівня води у водоймі, при якому інформацію про висоту водної поверхні передають на центральну станцію обробки даних від єдиного засобу вимірювань, який відрізняється тим, що вимірюють параметри збуджених сейшами водойми мікросейсмічних коливань ґрунту, і потім відновлюють інформацію про висоту водної поверхні, за рахунок відомої залежності частоти мікросейсмів від рівня води. 3 UA 90436 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4