авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 12 |

«, И. А. СТЕПАНЮК К. К. ДЕРЮГИН М ОРСКАЯ ГИ Д РО М ЕТРИ Я S '2. ...»

-- [ Страница 4 ] --

Они п редназначены д л я в зяти я колонок грунта дна в дрейф е и на ходу судна (до 15 у зл о в ). Трубки р азр аб о тан ы в Г О И Н е Авиловы м и Ероф еевы м. Они п озволяю т б рать колонки донных осадков длиной до 1 м на глубинах до 300 м (рис. V I.7 ). Т рубка состоит из толстостенной стальной трубы 2 с навинченны м н ако ­ нечником 1 с остры ми краям и, облегчаю щ им загл уб л ен и е труб ки в грунт. Н а другом конце трубы укреплен а цили н дри ческая м уф та 7. Т рубка опускается на тросе в горизонтальном п олож е­ нии, причем при у д аре ее о грунт появляется слаби н а троса, и кольцо тросика 3, на котором подвеш ена труб ка к крю ку 4 Г соскальзы вает. Т аким образом труб ка оказы в ается соединенной с тросом лебедки через..обойму 5, крю к-сбрасы ватель и тросик 5.

Рис. VI.7. Трубка для взятия проб грунта дна на ходу судна.

П ри подъем е тросик н атяги вается и зак р ы в ае т крановое устрой­ ство, н аходящ ееся в конце трубки, гДе укреплен стаби л и затор, имеющий форму широкого к о л ь ц а.'В о внутренней части стальной трубы располож ен вклады ш, состоящ ий из двух половинок. К оли ­ чество троса, которое необходимо вы травить в зависим ости от гл у­ бины м еста и скорости судна, берется, из таб л. 3 или рассчиты ­ вается по ф ормуле S II -у", где 5 — дли н а вы травленного троса, м;

Н — глубина места, м;

.

V — скорость судна, м/с.

Прямоточная грунтовая трубка (П Г Т ), р азр а б о та н н ая в И О А Н е, имеет длину 7— 9 м и весит вместе с грузом, состоящ им из от­ дельны х секций, от 200 до 350 кг. Г рун товая труб ка (рис. V I.8) состоит из колонковой трубы 5 с внутренним диам етром 50— 60 мм, наконечника 6, навинченного на ниж ний конец трубы, и груза со съемными секциями. К ольцо 4, приваренное к колонковой трубе, сл у ж и т опорой д л я груза. Н аконечник имеет лепестковы й клапан.

П рим еняется та к ж е кл ап ан конструкции А. А. К онстантинова с пластинчаты м строением створок или кл ап ан из металлических лепестков сферической формы. В верхней части трубки находятся Рис. VI.8. Прямоточ- Рис. VI.9. Прямо- Рис. VI. 10. Поршневая рамная ная грунтовая трубка точная ударная грунтовая трубка.

а _ общий вид, б — разрез нижней (П ГТ). грунтовая трубка (ПУГТ). части трубки с поршнем.

съ ем н ая м уф та 2 с пластинчаты м кл ап ан ом 3 и скоба, с помощью которой она крепится к тросу.

Прямоточная ударная грунтовая трубка (П У Г Т ) конструкции С ы соева и К удинова, созд ан н ая в И О А Н е, по устройству наиболее проста из сущ ествую щ их ударн ы х трубок. С ее помощ ью добы ­ ваю тся колонки донны х осадков длиной до 6 м. Грунтовая труб ка (рис. V I.9) состоит из колонковой трубы 8, сделанной из нерж а Таблица м Н V узлы 100 200 1000 1100 3 00 4 00 500 600 700 5 165 330 495 660 990 825 1325 1485 1155 6 180 360 530 710 890 1070 1430 1610 1790 1250 190 7 570 760: 950 1140 1520 1330 2090 200 8 1000 600 800 1800 1600 9 215 430 645 1935 860 1075 1290 1720 2150 230 460 10 690 920 1380 1150 1610 1840 2530 11 240 480 720 960 1440 1630 1920 2400 12 255 510 765 1275 1530 2040 2550 1785 270 540 13 810 1080 1350 1620 1890 2160 2700 2970 280 560 14 1120 1680 1960 2240 2520 2800 3080 15 290 580 870 1160 1450 1740 2030 2320 2610 2900 вею щ ей стали. Внутренний диам етр трубы 50— 60 мм, длина 7,5— 8 м. Т руб ка имеет груз 7 массой до 150 кг, состоящ ий из чу ! гунных цилиндрических и полусф ерических секций, и наконечник 9, прим еняем ы й при р аб оте с прямоточной грунтовой трубкой. К верх­ ней части колонковой трубы прикреплена м уф та 6 с крыш ечным кл ап ан о м 1 и приваренной к ней дуж кой 5, которая скобам и и вертлю гом 2 крепится к тросу 3 б а р а б а н а лебедки.

Трубка-долото п ред ставляет укороченную до 2—2,5 м прям оточ­ ную ударную грунтовую трубку массой 500— 800 кг с прочным н а ­ конечником. О на опускается с больш ой скоростью и при у д аре о дно отбивает небольш ие образц ы коренны х пород, застреваю щ и е в леп естках наконечника.

Поршневая рамная грунтовая трубка ПТР-51 конструкции У динцева, Л исицы на, Зенкевича, К ан аев а и Г ан п ан церова р а з р а ­ ботан а в И О А Н е. Г рун товая труб ка (рис. V I.10 а ) состоит из ко ­ лонковой трубы 5 длиной 7— 8 м, имеющ ей ком плект грузов 3 об ­ щей массой 500 кг. П о р ам е 4, выполненной из легких м етал л и ч е­ ских труб, п ерем ещ ается тр ав ер з 2, центрирую щ ий трубку в рам е.

Р а м а при опускании грунтовой трубки повисает на колонковой трубе, у п ираясь грузом -подставкой 6 в верхний торец н аконеч­ ника 7 с кл ап ан о м 9 (ряс. V I.10 6 ). П ри достиж ений д на груз-под ставк а у стан авл и в ается на грунт, р а м а автом атически за д е р ж и ­ в ает порш ень 8, прикрепленны й тросом к верхнему тр ав ер зу рам ы, и колон ковая труб а п огруж ается в толщ у донных осадков. Грун­ то вая тр у б ка подвеш ивается при помощи вертлю га 1 к огону троса, нам отанного на б ар аб ан электрической лебедки.

В 1957 г. в 25-м рейсе э/с «В итязь» п рим ен ялась м одернизи­ ро ван н ая порш невая р ам н а я грун товая труб ка П ТР-57. С ее по­ мощ ью стало возм ож ны м одноврем енное взяти е колонки грунта дна, определение тем пературы и взяти е проб морской воды с не­ скольких придонны х горизонтов. Д л я этих целей к гори зонталь­ ному мостику, н аходящ ем уся в верхней части трубы и служ ащ ем у опорой, крепятся трос от порш ня колонковой трубы и трос, на ко­ торой подвеш иваю тся два-три батом етра. В ниж ней части трубы рам ы располож ен ниж ний горизон­ тальны й мостик с прикрепленны м к нему ниж ним концом троса, несу­ щего батометры. К ачаю щ ееся коро­ мысло, предназначенное д л я зак ры ти я батом етров, укреплено в верхней ч а ­ сти трубы рам ы, на уровне верхнего среза чугунных грузой. П ри опускании грунтовой трубки батометры,. укреп ­ ленны е на рам е, находятся в откры том полож ении. П ри достиж ении грунта дна колон ковая труб а быстро в р е за ­ ется в грунт и о стан авл и вается, когда сопротивление грунта становится боль­ ше усилия врезан и я. П о истечении 3— 4 мин, необходимы х д л я принятия тер ­ мом етрам и тем пературы окруж аю щ ей воды, приступаю т к подъему грунто­ вой трубки со дна. В' н ач ал е подъем а трос вы таски вает колонковую трубу из грунта. В ерхний срез чугунных гру­ зов подним ается до уровня собачек кором ы сла управлен ия батом етрам и. и н аж и м ает: снизу верхний батом етр, который при переворачивании сб расы ­ в а е т посыльный грузик и зак р ы в ае т нижний б а то м е тр. П орш невая грунтовая тр у б к а ПГТ-56 конструкции С ысоева и К уди­ нова, р азр а б о та н н ая в И О А Н е, позво­ л яет б рать многометровы е колонки, донны х осадков (рис. V I.1 1 ). К олонко­ в ая труба 7 с внутренним сечением 50— 60 мм при помощи муфты со ш ты ­ ковым сцеплением или муфт с р езь ­ бой 8 составлен а из нескольких секций;

длиной 7,5— 8 м к а ж д а я.: Р азб орн ы й, обтекаем ой ф орм ы груз 6 массой до 250 кг находится на ш танге, присоеди­ ненной к верхней части трубки. К огда колонковая труба составляется из Рис. VI. 11. Поршневая грунто двух секций, об щ ая м асса грунтовой вая трубка (ПГТ-56).

трубки увеличивается прим ерно в р аза. Н а ниж ний конец колонковой трубы навинчен наконечник с острым к р а е м. Н аконечник имеет лепестковы й к л ап ан или к л а ­ пан конструкции К онстантинова. О головье 4, имею щ ееся на верх­ нем конце грузовой ш танги, п редназначено д л я подвеш ивания порш невой трубки на короткое плечо стального кором ы сла-сб ра­ сы вател я 5. Г р у з-р азведч и к 12, подвеш енны й на тросе к длинному плечу кором ы сла, уд ер ж и в ает кором ы сло вместе с трубкой в гори­ зон тальном полож ении, р асп о л агаясь при спуске трубки на р а с ­ стоянии 5-—6 м ниж е наконечника. К оромы сло имеет серьгу 3 и с по­ мощ ью скобы соединено с тросовы м заж и м ом 2, которы й закреп лен на поступаю щ ем с б а р а б а н а лебедки тросе 1 на расстоянии от его конца, равном длине колонковой трубы с прибавлением 5— 6 м.

П орш невой трос 9, проходящ ий по всей дли н е внутренней части грунтовой трубки, соединен с порш нем 10, имею щ им' уплотнители в виде ко ж ан ы х или резиновы х м анж ет, и системой отки ды ваю ­ щ ихся зубов. О статок порш невого троса длиной 5— 6 м, т. е. кусок троса, равны й расстоянию от конца трубки до груза-развед чи ка, остается с н аруж ной части трубки в виде свободно свисаю щ ей петли. Во врем я опускания порш невой трубки, к а к только груз р азвед ч и к достигнет грунта дна, н агрузка с длинного плеча коро­ м ы сл а-сб р асы вател я сним ается, труб ка соскакивает с короткого плеча и, свободно п ад ая, угл убл яется в донны е осадки, при этом порш невой трос вы тягивается во всю длину, а порш ень остается у поверхности дна. Т аким образом, порш невая труб ка берет ко ­ л он ку грунта со всей глубины своего погруж ения.

Поршневая грунтовая трубка большого диаметра П БГТ-58, сконструирован н ая в И О А Н е, позволяет добы вать колонки, донных осадко в цилиндрического вида д иам етром 180 мм (рис. VI. 12).

Д л и н а колонковой трубы 5,5 м. П ред ставляется возм ож ны м увели ­ чить общ ую длину порш невой трубки вдвое, соединив при помощи муф ты д ве колонковы е трубы. М асса 11-метровой трубки с полным ком плектом грузов в воде около 1200 кг. П реим ущ ество порш невой трубки зак л ю ч ается в возм ож ности в зяти я больш ого объем а д он ­ ных осадков, что позволяет определить вещ ества, содерж ащ и еся в ничтожно м алы х количествах. К онструкция донной поршневой трубки П Б Г Т -58 полностью соответствует конструкции поршневой грунтовой трубки П ГТ-56, описанной выше.

Глубоководная гидростатическая грунтовая трубка (Г Г Г Т ) конструкции С ы соева и К удинова р а зр а б о та н а в И О А Н е. Г рун­ т о в ая тр у б ка (рис. VI. 13) п ред н азн ачен а д л я в зяти я наиболее длинных, с ненаруш енной слоистостью колонок донны х осадков с лю бы х глубин М ирового океан а. С помощ ью ГГГТ берутся ко ­ лонки грунта д на длиной до 40 м. Т рубка состоит из толстостен­ ного стального б ал л он а 6 емкостью 75 л, вы держ иваю щ его д а в л е ­ ние более 1000 атм, кранового устройства 7 и колонковой трубы сечением 7 2 X 6 0 мм. К олонковая труба состоит из секций длиной 9 м к а ж д а я, которы е соединяю тся резьбовы ми- или ш ты ковы ми м уф там и 9. Н а ниж ний конец трубы навинчен наконечник 10.

Т р у б ка опускается на коротком плече стального кором ы сла-сб ра­ сы вател я 4. К длинном у ж е плечу в 5— 6 м ниж е наконечника крепится гр уз-разведчи к 11. П ри помощ и серьги 3, расп ол ож ен ­ ной на кором ы сле, и скобы кором ы сло крепится к тросовому з а ­ ж и м у 2, которы й т а к ж е п рикреп ляется к тросу 1 б ар аб ан а лебедки на расстоянии от конца троса, равном длине колонковой трубы с баллоном с прибавлением ещ е 5— 6 м. К онец троса ниж е тросового заж и м а укл ад ы вается вокруг оголОвья трубки и за к р е ­ пляется н а нем (5 ), П ри достиж ении грузом -разведчиком дна Рис. VI. 12. Поршневая грун­ Рис. V I.13. Глубоковод­ товая трубка большого диа­ ная гидростатическая метра (ПБГТ-58). грунтовая трубка (ГГГТ).

тр у б ка со скал ьзы вает с короткого плеча кором ы сла-сб расы ва­ тел я и угл у бл яется в толщ у донных осадков. В это ж е врем я к р а ­ новое устройство откры вается под воздействием д авлен и я колонковой трубы и вода, н аход ящ аяся в трубе, устрем ляется в баллон. П од действием разности д авлен ий — атм осф ерного в б а л ­ лоне и гидростатического на дне — происходит дальн ей ш ее з а ­ глубление трубки до тех пор, пока оба д авл ен и я не уравновесятся.

Т аким образом, в н ачале ГГГТ р аб о тает к а к у д ар н ая трубка, а за тем под воздействием усилия, создаваем ого давлением воды, она п р ев р ащ ается в гидростатическую трубку. С ила гидростатического д ав л ен и я воды определяется по ф орм уле F = ( P h~ \ ) S, где Рн — гидростатическое давл ен и е сн аруж и б аллона, кг/см 2;

S — поперечное сечение входного отверстия колонковой трубы, см2.

В нутренние объемы колонковой трубы и бал л он а долж ны быть прим ерно одинаковы ми, В случае их значительной разницы б а л ­ лон зап о л н яется необходимы м количеством воды.

Гидростати ческая труб ка собирается и п одготавли вается на спе­ циальной м еталлической рам е, прикрепленной к н аруж ном у борту судна.

И зв л е ч е н и е к о лонок донн ы х осадков из колонковы х труб п роиз­ водится ср азу ж е после поднятия на палубу судна грунтовы х тр у ­ бок различны х типов. Д л я этих целей прим еняется гидравлический вы тал ки вател ь конструкции К удинова, разработан н ы й в И О А Н е.

Г идравлический вы тал ки вател ь (рис. V I.14) состоит из р а зб о р ­ ного порш ня 1 с кож ан ы м и уплотнениям и 4, вставляем ого в ко­ лонковую трубу 3 грунтовой трубки, колокола-заглуш ки 2, н авин ­ чиваю щ егося на трубу, и ручного гидравлического насоса (Г Н -200). С наруж ной стороны колокол а-загл уш ки располож ен ш туцер 5 с надеты м ш лангом 6. Г идравлический вы тал ки вател ь р аб о тает от судовой п ож арной системы, причем гидравлическое давление, необходимое д л я вы талки ван и я 9-метровой колонки грунта дна, составляет 3,4 кг/см 2. П еред н ачалом вы талки ван и я колонок под верхний конец колонковой трубы п одклады вается ф анерны й лист с пергам ентной бумагой с надписью : номер стан ­ ции, порядковы й номер отрезка, «верх», «низ». Ш ирина и дли н а листа зави сят от количества отрезков колонки грунта дна.

Обычно разм ер ы каж д ого отрезка грунтовой колонки составляю т 60— 70 см, что позволяет улож ить на один лист 5— 6 отрезков.

9 Морская гидрометрия Р а б о т а насоса временно п реры вается после вы хода из колонковой трубы о б р азц а пробы грунта длиной 60 см. В ытолкнутую часть колонки грунта осторож но отрезаю т ножом, заворач и ваю т в пер­ гаментную бум агу и укл ад ы ваю т в деревянны й лоток. З ап о л н ен ­ ный лоток затем переносят в судовую лаборатори ю геологии моря.

Д ли тельн ое врем я о строении и мощ ности осадочного покрова д на морей и океанов судили лиш ь по косвенны м данны м. П рим е- ;

нение р азр аботан н ы х ран ее методов позволяло проводить исследо­ ван ия только тонких отлож ений поверхностны х слоев, покры ваю щ их | основные породы. П о резу л ьтатам многочисленных определений скорости зву ка в разн ы х породах был составлен типичный р а з ­ рез толщ и океанических осадков и подстилаю щ их пород. О пре­ делить состав пород, залегаю щ и х под дном, по скорости звука не п редставлялось возмож ны м, мож но было лиш ь п редполагать наличие различны х пород, сходных по скоростным х ар актер и сти ­ кам. С развитием методики сейсмических исследований в п ослед­ ние годы, в частности реф ракционного метода, стало в о зм о ж ­ ным более детальн о изучить верхние слои осадочной толщ и. П ри | помощи специального прибора — сейсм опроф илограф а — удается как бы просвечивать осадочную толщ у до подстилаю щ их пород :

л о ж а океана. С ейсм опроф илограф посы лает мощ ные низкочастот- | ные импульсы и зап и сы вает не только х арактер поверхности о к е а­ нического дна, но и все отраж аю щ и е горизонты в толщ е океан и ­ ческих осадков. И сточником импульсов сл у ж ат небольш ие взры вы, м ощ ная электри ческая искра или сп ец и альн ая воздуш ная пуш ка, | букси руем ая на каб ел е за судном. Д л я проведения сейсмических р аб от использую тся д ва судна, из которы х одно осущ ествляет взры в, а другое, имея подводны е гидрофоны,. подвеш енны е на буях в верхнем слое воды, у л ав л и в ает приходящ ие волны, р е­ гистрирует и отм ечает врем я их поступления. Т акие исследования j проводятся многими стран ам и во всех океан ах. С овременны е i сейсм опроф илограф ы позволяю т проникнуть в осадки д на океан а на 1— 4 км. А нализ м атери алов, полученных в р езул ьтате сейсми­ ческих разведок, д а л ценные д ан ны е о толщ ине донных отлож ений в различны х рай он ах М ирового океан а. В частности, установлено, что в А тлантическом океане она дости гает 600 м, а в Тихом о кеане — всего лиш ь 300 м. Т ак ая р азн и ц а объясняется тем, что в А тлантический океан, меньший по площ ади, вп ад ает больш е рек, несущ их осадочный м атериал.

В Советском С ою зе н ачин ая с 1961 г. больш ие работы по вы ­ полнению сейсмических съем ок п роизводятся однотипными н ауч­ но-исследовательским и судам и А кустического института АН С С С Р «Сергей В авилов» и «П етр Л ебедев».

П рогресс в развитии методики океанологических исследований позволил собрать много ценных м атери алов, по-новому освещ аю ­ щих природные процессы, происходящ ие в М ировом океане.

В есьма п о казател ьн ы дан ны е по морской геологии, особенно в об­ ласти сверхглубокого бурения в океанах.

П е р в а я эксп ери м ен тал ьн ая глубоководн ая ск важ и н а бы ла пройдена в 1961 г. с ам ери кан ского исследовательского судна « К асс-I» в районе о. Г вад ел уп а в Тихом океане. Спустя четы ре года было выполнено несколько скваж и н в районе, р асп ол ож ен ­ ном м еж ду п-вом Ф лорида и подводны м п лато Б л эк в А тлан ти че­ ском океане.

П осле вступления в строй крупного специального судна СШ А «Г лом ар Ч еллен д ж ер» работы по сверхглубоком у бурению в о з­ обновились в августе 1968 г. и до настоящ его времени успеш но п роводятся в А тлантическом, И ндийском и Тихом океанах.

И звестно, что зем н ая кора отделена от мантии Зем ли зоной, назы ваем ой сокращ енно «Мохо». Т акое н азван и е эта зона п олу­ чила в связи с тем, что она бы ла откры та в 1909 г. ю гославским геофизиком А ндреем М охоровичичем. У становлено, что под м ате­ р и кам и толщ ина зем ной коры свыш е 30— 35 км, тогда к а к под о кеан ам и зем н ая к ора в некоторы х рай он ах имеет толщ ину всего лиш ь 4— 5 км.

Основным и важ н ы м условием при производстве сверхглубокого бурения в океан е яв л яется уд ерж ан и е судна точно н ад местом бурения. Н а исследовательском судне СШ А «Г лом ар Ч еллендж ер»

прим енена д ин ам ическая система уд ерж ан и я судна в точке буре­ ния н ад акустическим (ультразвуковы м ) буем, установленны м на дне вбли зи устья скваж ины. Р асп олож ен н ы е на днищ е судна три гидроф она принимаю т сигналы буя, которы е затем п реоб ра­ зую тся в электронны х вы числительны х м аш инах в соответствую ­ щ ие ком анды д л я боковых винтов-толкателей или двух ходовых винтов судна. Т аким образом электрон н ая система уверенно у д ер ­ ж и в ает ко р аб л ь в зад ан н ой точке без участия человека, д а ж е при прохож дении мощ ных тайф унов. В центральной части судна н а ­ ходится б уровая вы ш ка (деррик) высотой 42 м, внутри которой п ерем ещ ается система блоков д л я подъем а и спуска бурильны х труб. Д л я вр ащ ен и я колонны труб прим еняется гидравлический силовой вертлю г — м ощ ная гидротурбина, прикреп ляю щ аяся к верхней части колонны. Силовой вертлю г обеспечивает в р а щ е ­ ние колонны с разны м и скоростям и. Б урильны е трубы проходят через центральную часть судна в специальной воронке в ш ахте, ко то р ая проходит через днищ е судна. Б урение начинается со сборки колонны бурильны х труб, которая д о л ж н а пройти всю водную толщ у и достигнуть дна. Б у р о в ая колонна состоит из от­ д ельны х отрезков, «свечей», длиной по 27 м, л еж ащ и х на спе­ циальном стел л аж е-ав то м ате на п алубе передней части судна.

О б щ ая д ли н а «свечей» дости гает 7,2 км. П ри спуске отдельны е от­ резки, «свечи», н аращ и ваю тся, при подъем е — развинчиваю тся.

А втом атические и полуавтом атические устройства п озволяю т про­ изводить сборку и разб о р ку колонны со скоростью 1,5 мин на к а ж ­ дую 27-метровую свечу. С учетом времени, необходимого д л я сборки наиболее слож ной нижней части колонны с долотом, на спуск колонны длиной 3,5 км затр ач и в ается около 5 ч„ а на подъем — около 6 ч.

9* О б р аб о тка керна бурения производится с применением спе­ циального лабораторн ого оборудования, которое полностью авто­ матизировано. К ерн, извлеченный из каж д ой скваж и ны в виде 9-метровой колонки и заклю ченны й в прозрачную пластм ассовую оболочку, р азр е заетс я на специальном стел л аж е на стандартн ы е отрезки длиной 1,5 м. И зучение отрезков происходит путем авто­ м атического ф отограф ирования в рентгеновских лучах, что по­ зво л яет видеть разн ооб разн ы е вклю чения и особенности структуры колонки. З атем отрезок колонки подается на автом атическую установку д л я определения естественной гам м а-активности. Т ре­ тий автом ат п ред ставл яет установку, которая позволяет изучать вл аж н о сть и объемную м ассу осадков, кром е того, определять ско­ рость зву ка в кернах, теплопроводность и электрические свойства осадков и т. д.

В р езу л ьтате проведенного сверхглубокого бурения в трех о кеан ах и некоторы х м орях получен уникальны й м атери ал п о с тр о е ­ нию осадочной толщ и на дне океанов, ее мощ ности, составу, ско­ рости накопления. В некоторы х рай он ах удалось достигнуть б а ­ зальтов, пройдя п редварительно всю ры хлую осадочную толщ у.

Т аким образом, были получены керны б азал ьто в и других тв ер ­ ды х пород на дне. С ам ы е древние породы, полученные со дна А тлантического (Б ерм удское поднятие) и Тихого океанов (под­ нятие Ш атского), соответствую т верхней юре, в озраст их 140— 150 млн. лет.

Г лавны е практические резул ьтаты проведенного на «Г лом ар Ч еллендж ер» сверхглубокого бурения — обнаруж ен и е неф тенос­ ных пластов под дном глубоководны х районов океан а и обш ирны х концентраций ж е л е за, м арган ц а и п оли м еталлов м еж ду осадоч­ ными и б азальтовы м и слоям и океанической коры.

О кеанское бурение откры ло новую эру в изучении океанов и морей. П оследую щ ие работы в этой области, по всей в ероят­ ности, смогут д ать необходимы е данны е д л я понимания истории происхож дения материков, окруж аю щ и х океаны.

Г Л А В А VII НАБЛЮ ДЕНИЯ ЗА КОЛЕБАНИЯМИ УРОВНЯ Н аблю ден ия за колебан и ям и уровня моря необходимы д л я р е­ ш ения целого р яд а народнохозяйственны х за д а ч и особенно важ н ы при строительстве портов, м олов' и других сооруж ений, расп ол о­ ж енны х на побереж ье. В последнее врем я в связи с п роекти рова­ нием электростанций, использую щ их энергию прилива, интерес к уровенны м наблю дениям значительно возрос, при этом, по­ высились треб ован ия к качественны м п о казател ям и зм ери тель­ ных устройств — к их точности, разреш аю щ ей способности, д и ап азо н у измерений, к эксплуатационны м возм ож ностям и т. д.

С ейчас перед различны м и орган и зац иям и стоят вопросы соверш ен­ ствован ия сущ ествую щ их способов измерений уровня и разработк и новых, более эф ф ективны х приборов, которы е могли бы д ать возм ож ность тщ ательн ее изучить целый ряд уровенны х явлений, имею щ их очень важ н ое прикладн ое значение. С реди таких я в л е ­ н и й — у ж е упом инавш иеся ран ее приливны е процессы, кром е них-— сгонно-нагонны е колебан и я уровня, вы званны е ветровы м и ф ак то­ рам и, волны цунами, явлен и я так н азы ваем ого тягуна и т. д.

Н аблю ден ия за колебан и ям и уровня в откры том море имеют больш ое значение при гидрограф ических исследованиях. Н апри, мер, с их помощ ью осущ ествляется п ри вязка данны х пром ера гл у­ бин к определенной уровенной поверхности. Это особенно важ н о в м елководны х районах, где колебан и я уровня сравним ы с из • меренны ми глубинами.

В научном отношении изм ерения уровня важ н ы д л я понимания ф изических процессов, соверш аю щ ихся в М ировом океане, — динам ики водны х масс, их тран сф орм ац ии и т. д. С помощ ью уровенны х наблю дений реш ается т а к ж е ряд вопросов взаи м од ей ­ стви я океан а и атм осферы.

С ам ы м первым устройством д л я наблю дений за уровнем воды, пож алуй, следует считать водомерную, или футшточную, рейку, по которой м ож ет быть произведен отсчет уровня по нанесенны м на ней делениям. Р ей ка у стан авл и вается на прибреж ны х м елко­ водны х участках м оря с н адеж н ы м закреп лен ием в грунт. Н а б л ю ­ дения по водомерной рейке проводятся с д авних времен, не тер яя своего значения д л я оперативны х н уж д м ореплаван и я и в н асто я­ щ ее время.

В рай он ах моря, более удаленны х от берега, уровенны е н аб лю ­ дения проводились с помощ ью ручного лота. Этим способом и з­ мерялось расстояние от поверхности моря до дна в некоторой фиксированной точке района, и по резу л ьтатам измерений м ож но было судить об изменениях уровня.

С д авних времен регулярны е наблю дения за уровнем прово­ дились на Белом море (А рхангельск) и на М урм анском побереж ье.

В 1703 г. по приказанию П етра I такие наблю дения были орган и ­ зованы на Балтийском море (К рон ш тад т). В 1777 г. М орское ведомство создало на Финском зал и ве специальную футш точную служ бу, которой были предприняты первые попытки исследовать причины наводнений в устье Н евы.

И звестны некоторы е результаты наблю дений за колебаниям и уровня дальневосточны х морей, полученные в экспедициях Б е ­ ринга и Ч и ри кова (1725— 1730 гг.), Б и лли н гса и С ары чева (1785— 1794 гг.).

Б ольш ое количество наблю дений за уровнем у северны х берегов России выполнено в Великой С еверной экспедиции, проводивш ейся в 1733— 1743 гг.

В н ач ал е XIX в. Л ап л асо м бы ла р азр а б о та н а дин ам ическая теория приливов, д ав ш ая основу более четкой и научно обосно­ ванной интерпретации уровенны х наблю дений.

Б ольш ое значение д л я разви тия методики наблю дений за коле­ баниям и уровня имели работы Рейнеке, Л итке, Л ен ц а, М ак ар о в а и других русских исследователей.

К апитан-лейтенант Рейнеке, проводя гидрограф ические работы на Б елом море в 1827— 1833 гг., особое внимание о б ращ ал на тщ ательность проведения измерений. Д л я береговы х наблю дений им и сп ользовался футш точный уровнемер, представлявш ий собой «металлическую трубку ф ута 3 длиною и 2,5 дю йм а в диам етре;

двойное дно трубки имело несколько маленьких ды рочек, наподобие сита, а в кры ш ке прорез, через который проходила линейка, р азд ел ен н ая на дюймы и утверж дем ная на пробке, свободно п лаваю щ ей в трубке. В ода, проходя через реш етчатое дно трубки, поднимает в ней поплавок, а вместе с тем вы двигает и линейку сквозь прорез крыш ки. Тут мож но зам еч ать деления го р азд о точнее, чем на сам ом футш токе, ибо поверхность воды в трубке хотя несколько и колеблется, но это колебание очень м ало, спокойно и плавно».

Н аблю ден ия за уровнем в открытом море Рейнеке проводил с помощью ручного лота. Ф иксирование точки наблю дения осущ ествлялось заякоренны м буем.

Б ольш ое количество данны х по колебаниям, уровня в р азл и ч ­ ных районах М ирового океана было получено русским и сследова­ телем Л и тке во врем я кругосветного п лаван ия на ш лю пе «Сенявин»

(1826— 1829 гг.). И м были построены т ак ж е первы е котидальны е карты северной половины Тихого океана, Б ар ен ц ев а и Б елого - морей.

В 1839 г. Л и тке п редлож ил идею прибора д л я непреры вной автом атической записи колебаний уровня. Такой прибор, н а зв а н ­ ный приливомером, был вскоре изготовлен и установлен на Тихо­ океанском п обереж ье С еверной Америки, в Н ово-А рхангельске.

У соверш енствованная модель прибора бы ла и зготовлена в 1843 г.

и установлен а на Б елом море.

И звестно так ж е, что автом атические устройства д л я записи колебаний уровня к этому времени н ач али прим еняться и другим и исследователям и. С амописец уровня, изготовленны й Б ан том в 1837 г., и сп ользовался английским и сследователем Хю элем при наблю дениях в Бристоле. И звестен та к ж е прибор П ал ь к ер а, установленны й в 1831 г. в устье р. Темзы.

Больш ой интерес к наблю дениям за уровнем м оря п роявлял ак ад ем и к Л енц. В 1830 г. им были установлены две постоянные м арки в Б а к у и составлено «Р уководство к определению отвесной выш ины н ад поверхностью моря, утверж денны х в ск ал е близ города Б ак у, знаков».

В 1890 г. поручиком корпуса флотских ш турм ан ов;

С теп ан овы м, раб отавш и м в О тдельной съем ке Б елого моря, был сконструирован первый гидростатический ртутный сам описец уровня, усоверш ен­ ствованны й позднее в Ф инляндии П етрелиусом. В приборе С теп ан ова д авлен ие воды восприним алось ртутью, заполнявш ей цилиндрический сосуд и м енявш ей полож ение п оп лавка, св я за н ­ ного с пиш ущ им устройством. В последствии эта идея н аш л а ш иро­ кое применение в сам описцах уровня воды откры того моря.

Больш ую роль в развитии уровенны х наблю дений сы грали р а ­ боты М ак ар о ва. О дновременно с исследованиям и различны х теоре­ тических вопросов, связан ны х с колебаниям и -уровня, М ак аров установил водом ерны е посты и -вековые м арки на С ахали н е (1895 г.) и Ш пицбергене (1899 г.), а та к ж е выполнил ряд интерес­ ных наблю дений.

К 1900 г. наблю дения за уровнем в России регулярно вы п олн я­ лись в 65 пунктах, в 12 из них были установлены автом атические самописцы.

В советское врем я количество постоянных водом ерны х постов бы ло значительно расш ирено. Особое внимание при этом у д ел я ­ лось наблю дениям в А рктике (наприм ер, во врем я Второго М еж ­ дународного полярного года (1932/33). В озрос интерес к иссле­ д ован и ям колеб ан и я уровня в откры ты х рай он ах моря. В связи с этим был р азр а б о та н и внедрен в п ракти ку ряд новых интерес­ ных приборов, среди них самописцы уровня откры того моря Ш у­ лей ки на (1928 г.) и К узнецова (1935 г.).

С развитием электронны х средств и сследования океан а начали создаваться приборы с дистанционной передачей результатов и з­ мерений и электрическим и д атч и к ам и уровня. Больш ие работы в этом направлен ии вы полнялись в Н И И Г М П, А А Н И И, ГГ И и других организациях.

В связи с диф ф еренциацией исследований по колебан и ям уровня стало необходимы м вы делять при наблю дениях колебан и я опреде­ ленны х периодов, наприм ер цунами, что привело к р азр аб о тк е и внедрению в практику полосовых гидравлических ф ильтров р а з ­ личных систем.

П ростейш им методом наблю дений за уровнем воды является полуинструм ентальны й метод, когда измерения выполняю тся с помощ ью т а к назы ваем ой водомерной рейки, ж естко зак реп л ен ­ ной в грунте вблизи берега. Н а рейке в ш ахм атном порядке нанесены деления черного или красного цвета на белом фоне (рис. V I I.1 а ). Ц ена одного деления 2 см. О циф ровка вы п олн я­ ется снизу вверх через к аж д ы е 10 см.

в) Рис. VII. 1. Водомерные рейки.

— деревянная р ей ка, б — Г М -3, в — р е й ка с эм алевы м а п о к р ы т и е м. / — к о р п у с р е й к и, 2 — в к л а д ы ш и с а н т и м е т р о в,.

3 — в кл а д ы ш и децим етров.

Д л я получения абсолю тных значений уровня в пункте наблю де­ ний необходима п ри вязка нуля рейки к геодезической сети, что вы полняется с помощью регулярно проводимой нивелировки (не реж е 2 р аз в г о д ).

Д еревян н ы е водом ерны е рейки изготовляю тся из брусков толщ иной 3— 4 см, шириной 10— 12 см и длиной 1— 4 м. П ри эксп е­ диционных исследованиях использую тся та к ж е переносные рейки типа РВП -1-49.

Ч асто прим еняется м еталли ч еская водом ерн ая рейка, п ред став­ л яю щ ая собой, к ак правило, чугунную литую доску ш ириной 16,5 см, толщ иной 1 см и длиной 280 см. Д о ска составляется из секций, которы е крепятся к к ар к асу из двух длинных стальны х полос, связан ны х поперечными план кам и. Д вухсан тим етровы е деления обозначаю тся ф арф оровы м и вклады ш ам и, вставленны м и в специально вы резанны е гнезда с обеих сторон рейки. По центру располож ен р яд гнезд 4 0 X 5 0 мм через 10 см д л я вклады ш ей с нанесенны ми циф рами. И звестно несколько м одиф икаций м е тал ­ лических реек — ГМ-3, В Ч Р -49 и др. (рис. V I I.1 б, в ).

Т ак к ак при отсчетах уровня по водомерной рейке необходимо учиты вать волнение моря, т. е. снимать отсчеты несколько раз при прохож дении гребней и подош в волн, очень удобны м м ож ет : о к азать ся применение специальны х успокоителей. В простейш ем виде успокоитель уровня п ред ставл яет собой толстостенную прозрачную, откры тую сверху и снизу трубку длиной 1— 1,5 м и д иам етром 1— 2 см, которую мож но передвигать по ш к ал е рейки вверх и вниз. Н иж ний конец трубки м ож ет быть прикрыт сеткой.

Если подкрасить воду в трубке каким -либо анилиновым краси i телем, то отсчеты уровня могут производиться достаточно уверенно и м ало зави сеть от волнения.

Д л я регистрации м аксим альны х и миним альны х значений уровня за некоторы й пром еж уток времени м ож ет и спользоваться предельный уровнемер, разработан н ы й в ГГИ. Он состоит из двух текстолитовы х или чугунных зубчаты х реек, укрепленны х на свае диам етром 10 см, и двух кольцеобразны х деревянны х поплавков с защ ел кам и. Один из поплавков м ож ет п ередвигаться только вниз, второй-— только вверх. Тем самы м первый поплавок заф и ксирует миним альное значение уровня, а второй — м аксим альное.

;

В п ракти ке береговы х наблю дений предельны й уровнемер Г Г И не наш ел ш ирокого применения, j Д л я автономны х либо дистанционны х измерений уровня воды в прибреж ной части м оря сущ ествует р яд приборов, которы е по принципу действия мож:но разби ть на три основных типа:

1) поплавковы е, 2) гидростатические и 3) приборы с электронны м и чувствительны ми элем ентам и.

Поплавковые измерители уровня И з поплавковы х изм ерительны х приборов наиболее известны ^ автоном ны е самописцы уровня моря, которы е с успехом прим еня­ ются в настоящ ее врем я на сети береговы х гидром етеорологиче­ ских станций.

Ч увствительны м элем ентом таких приборов явл яется поплавок, при колебан и ях уровня перем ещ аю щ ийся в вертикальном н ап р ав ­ лении. П о п л аво к ж естко связан с регистрирую щ ей частью прибора и через систему передаточны х устройств приводит в движ ение пишущий элем ент (перо или каретку) автом атического самописца.

Зап и сь производится на обычной бум аге со специально р а зг р а ф ­ ленной сеткой.

Самописец уровня моря системы Рорданца, сконструированны й в 1900 г. в ГГО, явл яется одним из ш ироко известных приборов такого типа (рис. V II.2 ).

П оп лавок прибора 8, п редставляю щ ий собой плоский пусто­ телы й цилиндр диам етром 300 мм, скрепленный с грузом 9, плоской ш арнирной цепочкой 7 связан с изм ерительны м диском д иам етром 60 см с зубцам и, располож енны м и через 1 см.

Н атяж ен и е цепочки обеспечи­ вается противовесом 1. П ово­ рот диска на один зубец соот­ ветствует изменению уровня на 1 см..

И зм ерительны й диск 6 че­ рез систему ш естеренок св я­ зан с вертикальной зубчатой линейкой 5, располож енной в пазу стойки 4. С тойка сн аб ­ ж ен а ш калой, к аж д о е деление которой соответствует 2 см уровня. Н а вертикальной л и ­ нейке укреплена м еталличе­ ская пласти н ка с пиш ущ им пе­ ром 3. Зап и сь колебаний уро­ вня производится на ленте б а ­ р аб ан а 2, которы й в р ащ ается со скоростью 1 об/сут.

Н ар яд у с самописцем уро* вня моря системы Р о р д ан ц а в п ракти ке береговы х гидро­ метеорологических н аб лю д е­ ний наш ел ш ирокое применение самописец уровня с двухза ходным винтом (рис. VI 1.3).

В этом приборе верти кальн ы е перем ещ ения п оп л авк а п риво­ д я т во вращ ение связан ное Рис. VI 1.2. СУМ Рорданца. с ним изм ерительное колесо 4.

Д ви ж ен и е колеса передается стерж ню 1, имею щ ему двухзаходную винтовую нарезку, по кото­ рой передвигается к а р етк а с пиш ущ им пером 2 и приж им ны м про­ тивовесом 3. П ри подъем е уровня к а р етк а передвигается вправо, при спаде — влево. Концы винтовой н арезки на к р а я х стерж ня соединяю тся м еж ду собой, за счет этого неограниченно увеличи­ вается д иапазон регистрируем ы х ам плитуд колебаний уровня при сохранении м асш таба записи, так как, дойдя до к р ая стер ж н я при п родолж аю щ ем ся росте или падении уровня, пиш у­ щ ая к а р етк а 2 будет п родол ж ать запись, п ередвигаясь в обратном направлении. М асш таб записи в приборе 1 : 10.

Рис. V II.3. Самописец уровня с двухзаходным винтом (без барабана).

Самописец уровня ти п а «В ал д ай » (С У В -М ) т ак ж е является прибором с горизонтально располож енны м б араб ан ом (рис. V II.4 ).

И зм ер и тел ьн ая систем а прибора состоит, из пустотелого м етал ­ лического поплавка 7 д иам етром 250 мм с постоянным грузом, мягкого м еталлического провода в хлорвиниловой оболочке (длина 8 м, д иам етр 2 мм) и груза-противовеса 6. В ертикальны е перем е­ щ ения п оп лавка п риводят во вращ ение изм ерительное колесо 5, с осью которого св язан а ось б ар а б а н а 3 с укрепленной на нем д иаграм м н ой бум аж ной лентой. З ап и сы в аю щ ая кар етка 2 передви­ гается по двум н ап равляю щ и м стерж н ям 4, располож енны м п а р а л ­ лел ьн о образую щ ей б а р а б а н а 3. П ривод каретки осущ ествляется от часового м ехан изм а 1.

Технические данны е сам описца уровня «В алдай»:

1) д иапазон изм ерения колебаний уровня 0— 6 м;

2) м асш табы записи уровня: 1 : 1, 1 : 2, 1 : 5 и 1 : 10;

3) м асш таб в р ем е н и — 12 и 24 мм/ч;

4) точность хода часового м еханизм а:

а) ± 5 мин в сутки при м асш табе времени 12мм/ч, б) ± 3 мин за 0,5 суток при м асш табе времени 24 мм/ч;

5) автономность прибора:

а) 26 ч д л я м асш таба времени 12 мм/ч, 6) 13 ч д л я м асш таба времени 24 мм/ч;

6) погреш ность регистрации уровня:

а) ± 3 мм при м асш табе записи 1 :1, б) ± 5 мм при м асш табе записи 1: 2, в) ± 7 мм при м асш табе записи 1 : 5, г) ± 1 0 мм при м асш табе записи 1 : 10.

Рис. VI 1.4. СУВ-М «Валдай».

Рассм отренны е самописцы уровня моря устанавли ваю тся, как правило, в пункте наблю дений, располож енном на некотором у д а ­ лении от гидром етстанции или поста. В связи с этим отсутствует возм ож ность оперативного получения информ ации о колебаниях уровня. Д л я устранения указан ного н едостатка в Н И И Г М П совместно с Р и ж ски м опытным заводом ГМ П бы ла р азр а б о та н а п р и ставка ГМ-39, п редназначенн ая д л я непреры вной дистанцион­ ной передачи и регистрации показаний лю бого поплавкового сам описца уровня (рис. V II.5).

В рабочем полож ении п риставка прикреплена к самописцу таки м образом, что вращ ение изм ерительного колеса 1, связанного с поплавком, п ередается через редуктор н а червячную ось импульс ного п р ео б р азо вател я, н аходящ егося в специальном отсеке 2. П р е­ о б р азо в ател ь состоит нз обоймы с постоянным магнитом, двух поводков-ограничителей и двух герм етизированны х магнитных кон­ тактов. К онструктивно п реоб разовател ь выполнен так, что при по­ ниж ении уровня обойм а с магнитом подним ается в крайнее верх­ нее п олож ение одним из поводков-ограничителей, при повышении уровня — другим. П рой дя мертвую точку, п одн ятая обойм а с м а г­ нитом п ад ает вниз под действием собственного веса и, п р о л е т а я, мимо герм етизированны х контактов, своим магнитным полем Рис. VII.5. Приставка ГМ-39.

вы зы вает их ср абаты ван и е. П ри зам ы кан и и того или иного кон­ т а к т а в двухпроводную линию связи посы лается электрический импульс, полярность которого зависит от н ап равлен ия изменения уровня.

В блоке реги стратора в зависим ости отп ол ярн оети приш едш его им пульса ср а б а ты в ае т одно из двух электром агнитны х реле. Ч ерез зам кн уты е контакты реле подается питание на специальны й импульсны й д ви гатель, которы й через редуктор поворачивает червячны й вал, связанны й с пиш ущ ей кареткой приемного сам о ­ писца. К аж д о е срабаты ван и е герм етизированны х контактов в импульсном п р ео б разовател е приставки соответствует изменению уровня н а 0,5 см. В приставку входит та к ж е контрольны й кан ал, предназначенны й д л я си гнализации об определенных значениях уровня, приним аем ы х за контрольны е. К ром е этого, п риставка ГМ -39 сн аб ж ен а специальны м демпф ирую щ им устройством, п озво­ ляю щ им при регистрации исклю чать колебан и я уровня за счет влияни я ветровы х волн.

Зарубежные поплавковые приборы для измерений уровня Самописец уровня воды БС (Берлин, Г Д Р ) предназначен д ля измерений в разли чн ы х клим атических условиях. Р еги стратор п рибора состоит из ленточного сам описца и цифрового индика 141 тора. Д и ап азо н показани й и ндикатора 0— 25 м, д и ап азон регист­ рации на ленте сам описца 0— 5 м. Д о п у ск аем ая погреш ность и зм е­ рений ± 1 %.

П оп лавок сам описца с помощью троса связан с двум я и зм ери­ тельны ми дискам и, один из которы х вр ащ ает цифровой счетный механизм, а второй через передаточный блок из трех сменных ш естеренок п ерем ещ ает пишущую каретку поперек бум аж ной ленты, которая п ротягивается часовы м механизмом.

Самописцы уровня ТС и ТСФ (Берлин, Г Д Р ) предназначены д л я регистрации уровня воды при тем пературе воздуха от — 10 до + 45° С. А втономность при непреры вны х изм ерениях до 8 суток.

М одиф икация ТСФ сн аб ж ен а приставкой дистанционной передачи данны х измерений, представляю щ ей собой вторичный д атчик сопротивления.

П ерем ещ ение п оп лавка в приборах ТС и ТСФ вы зы вает в р а ­ щ ение двух изм ерительны х дисков, один из которы х связан с циф ­ ровы м счетным м еханизм ом, а второй через передаточны й блок двигает пиш ущ ую к аретку вдоль оси вертикального б а р а б а н а со встроенны м часовы м механизм ом. В приборе ТСФ передаточны й блок св язан т ак ж е с приставкой дистанционной передачи п о ка­ заний.

Д и ап азо н п оказаний цифрового и ндикатора в приборах ТС и ТСФ 0— 100 м, д иапазон регистрации на ленте 0— 5 м. М ак си м ал ь­ н ая во зм о ж н ая вы сота записи 250 мм.

С амописец Л П У -10 (К раков, П Н Р ) предназначен д л я непреры в­ ной регистрации колебаний уровня при тем пературе воздуха от — 10 до + 3 0 ° С. Д и ап азо н регистрации — произвольны й, в озм ож ­ ные м асш табы записи: 2 : 1, 1 :1, 1 :2, 1: 5, 1 : 10. Д опустим ая по­ греш ность ± 1 см. А втономность до 8 суток.

П оп лавок прибора связан через передаточны й блок с верти ­ кальны м б араб ан ом, которы й при перемещ ении поплавка поворачи­ вается на угол, пропорциональны й изменению уровня. Зап и сь вы полняется пиш ущ ей кареткой, передвигаем ой вдоль.оси б ар аб ан а часовы м механизмом.

С амописец 501 (П рага, Ч С С Р ) прим еняется д л я записи к о л еб а­ ний уровня и м ож ет раб отать в различны х климатических усл о­ виях. У стан авливаем ы е пределы измерений: 0— 1,25, 0— 2,5, 0— 5, 0— 10 м. А втономность до 8 суток.

П оп лавок прибора связан с регистрирую щ им механизм ом с по­ мощ ью специальной ленты. П ерем ещ ение поплавка передается, пиш ущей каретке, д ви ж ущ ей ся вдоль б ар аб ан а, который имеет привод от часового м еханизм а. П рибор сн абж ен т ак ж е механиче­ ским цифровы м счетчиком, позволяю щ им производить дискретны е отсчеты значений уровня.

Цифровой регистратор уровня воды 511 (П р ага, Ч С С Р ) п ред ­ н азначен д л я измерений уровня воды по зад ан н ой програм м е и м ож ет использоваться при тем пературе воздуха от — 20 до + 30° С.

П олож ение п оп лавка прибора ф иксируется специальны м ц иф ро­ вым счетчиком. О дновременно со значением уровня регистриру­ ется врем я. Все дан ны е зап и сы ваю тся на бум аж ной ленте.

В зад ав ае м о й програм м е измерений м ож ет быть предусм отрена регистрация через интервалы уровня 1, 2, 5, 10 см или через интервалы времени 1, 3, 6, 24 ч. П огреш ность измерений не ху ж е 1 %.

П оп лавковы е самописцы уровня м оря стационарно у ста н а вл и ­ ваю тся в специально оборудованны х колодцах, свободно сообщ аю ­ щ ихся с морем. С ущ ествует несколько способов установки, н аи ­ более н адеж ны м, но и наиболее дорогостоящ им из которы х я в л я ­ ется способ с горизонтальны м располож ением соединительной трубы (рис. V I I.6 a ). Д н о колодца в этом случае долж но быть ниж е сам ого низкого уровня м оря. Т руб а вы водится в море по возм ож ности д ал ьш е от берега и зак р еп л яется так, чтобы конец ее не зан оси лся песком и не п овреж д ал ся льдом в зим нее время.

Н а внутреннем конце трубы, вы ходящ ем в колодец, у ста н а в л и в а­ ется сп ец и альн ая за д в и ж к а, и граю щ ая роль механического ф и льтра д л я волновы х колебаний уровня. С амописец у стан авл и ­ вается непосредственно н ад колодцем. Все сооруж ение пом ещ ается внутри прочной и теплой будки.

О сновная трудность в рассм отренном способе заклю чается в за к л а д к е горизонтальной соединительной трубы. Ч тобы и збеж ать этого, д л я установки самописцев уровня иногда применяю т колодцы с сифоном. Один конец сиф она опускается в колодец почти до сам ого д на, второй непосредственно по берегу выводится в море. В прибойной полосе труб а сиф она дополнительно у к р е п л я­ ется, чтобы исклю чить возм ож ность ее повреж дения. От верхнего колен а сифона отводится труб ка к воздухоуловителю, п ред ставл яю ­ щ ему собой сосуд с краном в ниж ней части и герметичной Рис. VII.7. Способы прибрежной установки СУМа.

установка на сваях, — установка на срубе.

а— б пробкой — в верхней. В оздухоуловитель у стан авл и вается в будке сам описца. Д л я предотвращ ен и я зам ер зан и я воды в сифоне в зи м ­ нее врем я реком ендуется периодически откачи вать воду из ко ­ л о д ц а и зам ен ять ее более теплой водой из моря. С этой целью в будке у стан авл и вается простейш ий ручной насос.

У становка, сам описца непосредственно в прибреж ной части моря м ож ет быть вы полнена горазд о более простым способом. В к ач е­ стве колодца используется ш и рокая м еталлическая труба, а иногда сруб или высокий ящ ик из толсты х досок (рис. V II.7 6 ). Д л я со­ общ ения с морем в ниж ней части колодца вы сверливается н е­ сколько отверстий. С целью утепления колодец д ел ается двойным.

П ростран ство м еж ду его стенкам и н иж е отверстий зап олн яется крупным гравием, а выш е — опилками. И н огда используется та к ж е у становка СУМ на сваях (рис. V I I.7 a ).

П ри проведении п родолж ительны х, но не многолетних н аб лю д е­ ний прим еняется установка сам описца уровня на бревенчатом р яж е, построенном на некотором удалении от берега. В нутрь р я ж а пом ещ ается ш и рокая м етал л и ч еская труб а, и спользуем ая к ак колодец д л я п оплавка. П ростран ство м еж ду трубой и стенкам и р я ж а загр у ж ает с я кам нем (рис. V II.6 б ).

В экспедиционны х услови ях сам описец м ож ет быть установлен непосредственно на металлической трубе, служ ащ ей колодцем, ко ! т о р а я укрепляется с помощ ью нескольких оттяж ек.

П ри лю бы х способах установки сам описца уровня в непосред­ ственной близости от него, но обычно вне колодца, у ста н а в л и в а­ ется водом ерн ая рей ка, нуль которой при помощ и нивелировки п р и вязы вается к береговому реперу. П о рейке п роизводятся кон­ трольны е отсчеты уровня, позволяю щ ие определить нуль ш калы самописца, а т а к ж е следить з а правильностью его работы.

Гидростатические регистраторы уровня \ /П /- ^ Гидростатические регистраторы уровня основаны на зави си м о­ сти гидростатического д авл ен и я в некоторой фиксированной точке, | ку д а пом ещ ается чувствительны й элемент, от колебаний уровня поверхности моря. Н абл ю д ен и я с их помощ ью могут вы полняться к а к в прибреж ны х, т а к и в откры ты х рай он ах моря.

Автономным прибором, основанны м на гидростатическом прин­ ципе изм ерения, яв л яется ш ироко прим еняем ы й в настоящ ее врем я н а сети береговой самописец уровня ГМ -28 (рис. V II.8 а). В к а ­ честве чувствительного элем ен та в нем используется подпруж инен­ ный сильф он 10 (рис. V II.8 6 ). П ерем ещ ения ниж него конца сильф она с помощью ш тока 4 через ры чаж ную систему 6 я 7 п ере­ д аю тся записы ваю щ ей стрелке. Д л я ком пенсации влияния тем п ер а­ туры на запись плечо 7 ры чаж ной системы выполнено в виде по­ лу кр у гл о й бим еталлической пластины. Р егул и ровка терм оком пен­ сац и и осущ ествляется изменением активной длины б и м етал л а, д л я этого в пластинке 7 имею тся соответствую щ ие прорези. В ерхняя : ч асть ш тока 4 заострен а и свободно уп ирается в пластинку 10 Морская гидрометрия ры чаж ной системы. Т акое отсутствие ж есткой связи п озволяет производить первоначальную установку ш тока в полож ение, со­ ответствую щ ее глубине постановки прибора в море. Это вы полня­ ется с помощ ью изменения длины ш тока. С редняя часть его Рис. V II. 8. С У М ГМ-28.

— внешний вид, б — конструктивная схема.

а сн аб ж ен а резьбой, ввинчиваю щ ейся в гайку 2, которая закреп л ен а н а втулке 9 с нанесенны ми м иллиметровы ми делениям и (от 0 до 10). Вся система крепится к стойке 3, в верхней части которой расп о л о ж ен а н ап р ав л яю щ ая втулка 8. И зм енение длины ш тока вы полняется соответственно оциф ровке ш калы непосредственно перед началом эксп луатац и и прибора.

Д л я устранения влияния ветрового волнения на п оказан и я самописца б атар е я анероидны х коробок (сильфон) 10 зак р ы в ается.защ итным кож ухом, в ниж ню ю часть которого ввинчивается п робка с узким отверстием (0,5, 1,0 или 2,0 мм в зависим ости от степени волнения м оря).

В качестве б а р а б а н а 1 с часовы м механизм ом в п риборах ГМ -28 использую тся стандартн ы е суточные либо недельны е : «барабаны от метеорологических самописцев: б арограф а, терм о ' г р а ф а или ги грограф а.

Технические дан ны е ГМ-28:

1) точность изм ерения уровня ± 2 % ;

2) м акси м ал ьн ая глубина установки в малую воду не более 8 м;


3) д иапазон измерений колебаний уровня:

а) д л я модели ГМ-28-1 300 см, б) д ля-м о д ел и ГМ -28-II 600 см, в) д л я модели Г М -28-Ш 1200 см;

4) точность хода суточного часового м ехан изм а ± 5 мин, н е­ д ел ьн о го ± 3 0 мин;

5) в тем пературном д и ап азон е от — 10 до + 4 0 ° С погреш ность термокомпенсатора не более ± 1 мм диаграм м н ой ленты;

6) ш ирина линии записи не более 0,3 мм.

Д л я дистанционны х измерений в прибреж ной части м оря служ и т гидростатический самописец уровня ГМ -29. Д атчиком прибора я в ­ л я е т с я образцовы й маном етр, п оказан и я которого преобразую тся в импульсы электрического тока. М аном етр с п реоб разовател ем | помещ ены в литой корпус из алю миниевого сп л ава, герм етизиро­ ванны й съемной кры ш кой (рис. V I I.9 a ). В верхней части корпуса у стан овлен о дем пф ирую щ ее устройство, устраняю щ ее влияние ветрового волнения. Ры м служ ит д л я подвеш ивания прибора к специальной треноге, устан авли ваем ой на дне, или к гидротех­ н ическом у сооруж ению.

И мпульсы с п р еоб разовател я поступаю т по кабелю на реги­ стрирую щ ую часть прибора (рис. V II.9 б ), состоящ ую из само I писца и щ итка уп равлен ия и контроля. Б а р а б а н сам описца мож ет иметь суточный или недельны й завод. Зап и сь уровня производится -с помощ ью пера, приводим ого в дви ж ени е специальны ми им пульс­ ны м и двигателям и. С ам оконтроль работы двигателей обеспечивает возм ож ность учета ош ибок за счет случайны х пропусков или п ереб оров импульсов.

Технические данны е сам описца уровня м оря ГМ-29:

1) диап азон ы изм ерения: 0— 3, 0— 6 и 0— 12 м;

2) точность изм ерения ± 2 % от верхнего п редела ди ап азон а;

3) глубина погруж ения д атч и ка — до 10 м д л я первого д и а п а ­ зо н а и до 20 м д л я второго и третьего д иапазонов;

4) расстояние м еж ду датчиком и регистратором до 2 км.

Гидростатический радиоизмеритель уровня «Перекат» п р ед н аз­ начен д л я установки на отм елях или других участках, где глубины лим итирую т судоходство. Принцип действия прибора закл ю ч ается в п реобразован ии гидростатического д авл ен и я в угол поворота 10* Рис.. VII.9. С М ГМ-29.

У а— датчик, б — регистратор.

м икрометрического винта компенсирую щ ей системы и дальненш ем кодировании угл а поворота в код М орзе и телетайпны й код.

К ом плект прибора выполнен в виде стационарной донной у ста­ новки с ради ом ачтой (рис. V I I.10). В подводном контейнере у ос­ нования мачты располож ены : гидростатический датчик, и зм ери­ тельны е блоки, часовой м ех а­ низм и источники питания.

Н а д водой на м ачте у креп л е­ ны р ади опередатчик и антенна.

Д ан н ы е измерений еж ечасно передаю тся в эф ир в виде ко д а и могут быть приняты лю бы м проходящ им судном.

Р ад и у с действия передатчи ка прибора не менее 100 км.

О дновременно в приборе м ож ет п роизводиться автон ом ­ н ая реги страци я данны х в ко ­ дированном виде на п ерф о­ ленте.

Т ехнические д ан ны е р ад и о ­ изм ери теля уровня «П ерекат»:

1) средн яя глубина у с та ­ новки 3 м;

2) д и ап азо н измерений 4,5 м;

3) чувствительность дат­ чика 1см:

- 4) р азр еш аю щ ая способ­ ность ради окодирован и я 1,5 см;

5) дискретность записи на п ерф оленту 1 см:

6) автономность работы при еж ечасной записи 4 месяца.

С ущ ествует р яд автономных самописцев уровня воды, п ред­ назначенны х д л я проведения наблю дений в откры том море в течение длительного времени Рис. VII. 10. Радиоизмеритель уровнш с регистрацией данны х ф ото­ «Перекат».

способом (приборы системы Г р ааф ен а, Р ау ш е л ь б ах а и д р.).

С реди отечественных гидростатических самописцев уровня моря:

с ф оторегистрацией н аи более известен автономный прибор ГМ-4, разработан н ы й Н И И Г М П.

П одпруж иненны й сильфон, являю щ ийся чувствительны м элем ен ­ том прибора, через кинем атическую систему связан с отражающим,, зер к ал ьц ем 1 (рис. V II.1 1 ). Л уч от осветительной лам почки 7, сфокусированны й линзой 2, п опадает на зер к ал ьц е и, отразившись 149»

от него, ф окусируется линзами. 2 и 6 на ф отобум аж ной ленте 3, перем аты ваем ой с б а р а б а н а 5 на б ар аб ан 4.

К ром е измерительной системы уровня, в приборе ГМ-4 установ­ л ен бим еталлический терм ом етр, связанны й с зеркал ьц ем 9. П ри изменениях тем пературы зер к ал ьц е 9 перем ещ ается, и отраж енны й о т него луч осветительной лам почки 7, сф окусированны й линзой 8, т а к ж е попадает на фотобу м аж ную ленту.

Технические дан ны е сам о­ писца ГМ-4:

1) д и ап азон измерений уровня 500 см;

2) погреш ность измерений уровня ± 5 см (точность от­ счета) + 1% от расчетной в е­ личины изменения уровня + 0,03% от глубины установки прибора;

3) д и ап азон изм ерения тем ­ пературы 0— 25° С;

4) погреш ность измерений тем пературы ± 0,1 ° С;

5) автономность прибора до 32 суток;

6) п редельн ая глубина ус­ тановки 300 м.

К орпус прибора ГМ-4 состо­ ит из двух частей (рис. V II. 12).

В ерхняя часть 7 сн аб ж ен а ры ­ мом 6, служ ащ и м д л я подве­ ш ивания прибора к тросу. Обе части соединены ф ланцам и.

Рис. VII. 11. Схема СУМа ГМ-4. По периметру верхнего ф л ан ­ ца просверлены отверстия д л я свободного доступа воды внутрь корпуса, где находится рези ­ новый б аллон 9, предназначенны й д л я ком пенсации избыточного д ав л ен и я, связанны й трубопроводом 8 с внутренней полостью чув­ ствительного сильф она 18. П ри опускании прибора конический к л а п а н 4, связанны й с рымом 6, откры вает доступ воздуха из б а л ­ лона в трубопровод, при этом наруж ное давление, сж им аю щ ее баллон, вы тесняет воздух в полость сильф она, тем самы м осущ е­ ствляя компенсацию. П осле установки на дно п руж и на 5 перекры ­ вает клап ан, и сильфон начинает чувствовать изменение внеш него д авл ен и я. П ерем ещ ения конца сильф она, подж атого пруж иной 19, с помощ ью кинематического устройства 17 передаю тся в блок д ав л ен и я 15, где вы зы ваю т поворот п ланки 16 с укрепленны м на ней зер кал ьц ем 14 (1 на рис. V II.11). Б л о к д авл ен и я зак р ы т кор­ пусом 20, в котором имеется стеклянное окно д л я пропускания светового пучка от лам почки 2 (7 на рис. V II.1 1 ). О траж енны й от зеркальца пучок света попадает на фотобумажную ленту регист­ ратора 13, приводимую в движение тянущим устройством 12, со­ стоящим из часового механизма, редуктора, электродвигателя и контактных групп. На оси часового механизма укреплены кулачки,, которые через каждые 10 мин замыкают контакты, подключаю­ щие питание к электродвигателю на время, достаточное для экспо Рис. V I I.12. Конструкция прибора ГМ-4.

зиции фотобумажной ленты и последующего перемещения ее на 1 мм. Остальные контакты укреплены на редукторе и служат для периодического включения осветительной лампочки 2 и выключе­ ния двигателя. Одновременно с протяжкой ленты через редуктор подзаводится пружина часового механизма. Все блоки регистра­ тора смонтированы на плате 1. Как указывалось выше, одновре­ менно с записью уровня прибор ГМ-4 производит запись темпера­ туры с помощью биметаллического термометра 3. Для установки прибора на морском дне служит каркас 1 1.

3. Приборы с электронным чувствительным элементом Ряд приборов, предназначенных для измерений уровня жидко­ стей в промышленности, с успехом могут быть применены и при океанологических исследованиях. Принципы их действия различны;

, существуют радиоизотопные, ультразвуковые, резонансные, емкост­ ные и другие типы уровнемеров, но для океанологии наиболее перспективными, вероятно, следует считать резонансные приборы •с датчиками, выполненными на. основе длинных электрических -ЛИНИЙ.

Два параллельных прямолинейных проводника, расположенных •близко друг к другу, называются длинной линией, если их длина сравнима с длиной волны передаваемого по линии радиосигнала или превышает ее. Практически линия считается длинной, если не выполняется неравенство L C V 4 ( L — длина линии, К — длина.волны).

На основе электрических длинных линий разработан целый ряд приборов для измерения уровня различных сред, в частности жидких сред с высокой электропроводностью. По своим техничес­ ким характеристикам такие приборы с успехом могут быть исполь­ зованы в практике океанографических наблюдений.

В уровнемерах рассматриваемого класса используются, резо­ нансные свойства отрезков длинных линий, погружаемых в ис следуемую среду и представляющих собой непосредственно датчик :уровня. Важным достоинством таких датчиков по сравнению с емкостными, реостатными и другими является возможность полу­ чения наиболее высококачественных выходных характеристик.

С точки зрения применения в морских условиях наиболее интересен тот факт, что резонансные датчики на основе длинных линий мало критичны к выпадению осадков на стенках датчика, что позволяет -значительно повысить точность измерений.

Принцип работы резонансных датчиков заключается в следую­ щем. При погружении отрезка длинной линии в электропроводную среду с изменяющимся уровнем происходит закорачивание линии на поверхности среды, тем самым длина линии будет жестко •связана с уровнем. Так как длинная линия, закороченная на конце,.эквивалентна параллельному колебательному контуру, то тем самым резонансная частота контура будет меняться в зависимо­ сти от длины линии, а следовательно, от уровня электропроводной «среды.

Типовые резонансные частоты датчиков уровня лежат в диапа.зоне от 1 до 70 МГц.

Известен ряд промышленных образцов измерителей уровня на •основе длинных линий. Среди них безынерционный резонансный уровнемер РУ-2 класса 1,6, резонансный уровнемер РДУ-3 класса 1,6, цифровой резонансный уровнемер ЦРУ-1 и др.


Приборы РУ-2 и РДУ-3 имеют аналоговый выходной сигнал и -предназначены для измерения уровня с точностью ±1,6%, тем самым возможности их применения в океанологии ограничены.

Цифровой резонансный уровнемер ЦРУ-1 предназначен для из­ мерений в диапазоне 0,05— 10,00 м с погрешностью ± 0,3 — 0,5%.

Прибор имеет быстродействие порядка 20 мс и позволяет без дина­ мической ошибки измерять уровень в значительном диапазоне •скоростей его изменения. Регистрация информации производится с помощью цифровой счетной схемы с индикацией результата на «световом табло. Расстояние между регистратором и датчиком может составлять до 100 м.

Для регистрации колебаний уровня типа цунами используются приборы, значительно отличающиеся от обычных самописцев;

уровня. Это отличие заключается в том, что регистраторы цунами должны записывать колебания уровня гораздо меньших периодов (от нескольких минут до 1— 2 ч), при этом запись должна позво­ лять выделить цунами на фоне приливных и других типов коле­ баний.

Рис. V II. 13. Регистратор цунами ГМ-23-1.

а — внешний вид, б — установка.

Амплитуды.цунами могут быть различными. Выделяют «малые»

цунами, амплитуда которых ниже приливных колебаний, и «катас­ трофические» цунами. В связи с тем, что катастрофические цунами бывают сравнительно редко, при наблюдениях нецелесообразно применять какую-либо унифицированную аппаратуру, так как это повлечет за собой значительное уменьшение масштаба записи. По­ этому в практике исследований, как правило, используются раз­ дельные регистраторы малых и больших цунами.

- С -Поплавковый регистратор малых цунами ГМ-23-1 (рис. V I I. 13 а) создан на базе серийного самописца уровня моря. Прибор смонти­ рован в герметичном литом корпусе, который с помощью болтов крепится к плите 1 (рис. V I I. 13 б). Снизу к плите приварен ци­ линдр 2. Вся система устанавливается, на капитальном бетонном колодце 3, сообщающемся с морем с помощью трубы.

Цилиндр 2 вместе с корпусом прибора образуют открытый снизу воздушный колокол, осуществляющий герметизацию регистратора при прохождении катастрофических цунами.

Отличие ГМ-23-1 от серийного самописца уровня моря заклю­ чается в том, что для лучшей расшифровки записи цунами в нем увеличена скорость движения,ленты, а для сигнализации об экст­ ремальных значениях уровня в регистраторе установлены элек­ трические контакты, которые могут включать звонок, зуммер, «сирену и т. д.

й) б) Рис. V II. 14. Сигнализатор цунами ГМ-30.

а — внешний вид, б — схема.

Сигнализатор цунами ГМ-30 представляет собой приставку любому самописцу уровня моря. Принцип действия приставки ж основан на различии в скоростях изменения уровня при прохожде­ нии цунами и обычных приливных волн. Изменение уровня вызы­ вает перемещение магнитного поршня 8 (рис. V II.14 а) в стек­ лянном цилиндре 7 с вязкой жидкостью. Цилиндр 7 крепится параллельно двухзаходному винту 6, который в зависимости от направления вращения передвигает влево или вправо каретку -с укрепленным на ней магнитом 3. Расстояние между.магнитом и цилиндром 7 может регулироваться. Двухзаходный винт 6 через шестеренки 1, 2 связывается с измерительным диском самописца уровня.

При медленных изменениях уровня, характерных для приливных, явлений, поршень 8 за счет магнитных сил сцепления повторяет | движения каретки 4. Быстрые изменения уровня нарушают сцеп­ ление поршня с кареткой, вследствие того что тормозное усилие вязкой жидкости, заполняющей цилиндр 7, становится больше маг­ нитных сил сцепления.

Рис. V II. 15. Гидростатический регистратор цунами ГМ-23-И.

На каретке 4 по одну сторону цилиндра 7 укреплена электри j ческая лампочка 5, по другую сторону — фотосопротивление, вклю­ ченное в схему обычного моста постоянного тока (рис. V II. 14 б ).

Поршень 8 играет роль экрана для световых лучей. При этих усло­ виях мост сбалансирован. Нарушение сцепления поршня с карет­ кой приводит к нарушению баланса, о чем сигнализирует поляри­ зованное реле Р в измерительной диагонали.

Для регистрации больших цунами, амплитуда которых превы­ шает максимальные амплитуды приливных колебаний, в настоящее время широко используется гидростатический регистратор ГМ-23-Н.

Принцип действия прибора ГМ-23- II аналогичен принципу дей­ ствия самописца уровня моря ГМ-28. Чувствительным элементом является подпружиненный сильфон (рис. V II. 15). Через рычаж­ ную систему и биметаллический компенсатор свободный конец сильфона связан с записывающей стр.елкой.

Полный оборот регистрирующего барабана в приборе ГМ-23-II • совершается за 6 ч. Максимальная измеряемая- амплитуда ;

цунами 10 м.

Так как большие цунами наблюдаются сравнительно редко, в приборе ГМ-23-П имеется специальное автоматическое пусковое устройство, состоящее из открытых электродов, помещенных в защитный кожух, и электромагнитного пускового реле.

При подъеме уровня, превышающем максимальные величины при­ ливов, морская вода замыкает электроды, вследствие чего срабаты­ вает реле, включая часовой механизм регистратора. Якорь реле блокируется специальным фиксатором, поэтому после прохождения гребня цунами и размыкания электродов прибор продолжает запись.

а) Рис. VI 1.16. Полосовой гидравлический фильтр.

Для наблюдений регистратор ГМ-23- II крепится к массивному основанию, способному выдержать динамический напор' цу­ нами.

Для выделения цунами на фоне приливных и других колебаний i уровня моря применяются так называемые гидравлические полосо­ вые фильтры. Примером подобного фильтра может быть система, использованная в приборе Грина (СШ А, 1948) и представляющая собой набор сосудов определенной емкости С 1 (рис. V II. 16а ), связанных друг с другом посредством узких трубок R 1. В нижнюю часть сосудов заливается жидкость;

верхняя часть, заполненная воздухом, через трубки R 2 соединяется с атмосферой.

Нижний конец трубы Т\ диаметром 12 см опускается на 5 м ниже среднего уровня моря. В трубу залит керосин, свободному проникновению которого препятствует капиллярная трубка R 1.

Наружная труба Т 2 значительно длиннее 7\, благодаря этому ке­ росин постоянно остается в системе.

б) а) С2 С!

R2 R1 R2 R. *) Рис. V II.17. Полосовые гидравлические фильтры НИИГМП.

а, б, в — фильтры;

е — элгк-, трическая аналогия.

\ \ // 3 -- '“"NAAAAMr 7/ У -у/У /////// -AVVVWV ''T A W v V r5 ’ % Рис. V II.18. Схема регистратора цунами лаборатории Такахаси.

Расчеты гидравлических полосовых фильтров выполняются на основе их электрических аналогий. Такой аналогией для рас­ смотренной выше системы является полосовой ^С-фильтр (рис. V I I. 16 б).

Рис. V II. 19. Регистратор цунами лаборатории Такахаси.

а — датчик, б — регистратор.

Высокочастотные колебания уровня (ветровые волны) фильтру­ ются последовательно соединенными С 1 и R 1, низкочастотные!

(приливы) — параллельными С 2 и R 2. Вследствие этого в послед] ний сосуд системы фильтра проникают только колебания средней частоты, которые с помощью датчика Т х преобразуются в электри] ческий сигнал. Период резонансных колебаний в приборе Грина 15 мин.

Более простые варианты гидравлических полосовых фильтров были рассчитаны Шендеровичем (Н И И ГМ П ). Электрической ана­ логией всех трех вариантов (рис. V I I. 17 а, б, в ) является R C - мост (рис. V II. 17 г ). В качестве рабочей жидкости используется поли метилсилоксановая жидкость № 3, относящаяся к классу кремний органических соединений.

Из регистраторов цунами с гидравлическими фильтрами в СССР применяется прибор, разработанный лабораторией Така хаси (Япония)..Чувствительным элементом (датчиком) прибора является система из двух сосудов 3 и б (рис. V I I. 18), открытых снизу. Сосуды перегорожены диафрагмами 1 и 8 со вставленными в них капиллярными трубками 2 и 7 различного диаметра.

В сосуды заливается масло, удельный вес которого меньше удельного веса морской воды. Оба сосуда жестко скрепляются друг с другом (рис. V I I. 19 а) и опускаются в море на глубину 2,5— 5 м.

Датчик прибора с помощью виниловых трубок 4 и 5 длиной 100 м соединяется с приемными сильфонами 9 и 10 регистратора (рис. V II. 18). Закрытые концы сильфонов Давят на плечи Zi и z рычага 11, связанного с пишущей стрелкой 1 2 самописца 13.

Система датчика, приемные сильфоны и рычаг 11 образуют гидравлический полосовой фильтр, электрическим аналогом кото­ рого является ЯС-мост, изображенный на рис. V II. 17 г.

Очевидно, масштаб записи на ленте самописца 1 3 будет зави­ сеть от периода регистрируемых колебаний уровня. Поэтому при обработке лент для определения амплитуд колебаний необходимо пользоваться тарировочной кривой спектральной чувствительности прибора, которая отображает зависимость масштаба записи от периода. Прибор обладает максимальной чувствительностью, при­ мерно равной 1 мм ленты/1 см уровня, к колебаниям с периодом ~ 8 — 10 мин.

ГЛАВА VIII НАБЛЮДЕНИЯ ЗА ВОЛНЕНИЕМ Волнение моря является одной из тех океанографических ха- ;

рактеристик, которые уже с давних пор чрезвычайно интересовали | мореплавателей. Именно с волнением, в частности со штормовыми j явлениями, были связаны опасности дальних морских переходов и | морского рыбного промысла.

В настоящее время исследования морских волн, натурные изме­ рения их параметров необходимы для решения различных задач в кораблестроении, в навигации, при гидротехническом строитель­ стве на морях и т. д.

Вследствие того что интерес к волнению возник очень давно, затруднительно определить начало попыток более или менее си­ стематических наблюдений за состоянием поверхности моря. Сле­ дует лишь отметить, что еще древние мореплаватели замечали связь между волнением и ветром.

Во времена бурного развития парусного флота визуальные на­ блюдения за погодой, обязательно включающие оценку ветра и волнения, заносились в корабельные журналы, например: «ветр великий, который можно назвать штормом, и волнение великое»

или «ветр риф-марсельный, облачно, временами дождь и град, и волнение великое» (журнал русского военного корабля «Ща стие», 1742 г.).

Свидетельством того;

что наблюдениям за волнением уделялось :

большое внимание и эти наблюдения считались серьезным, от­ нюдь не праздным делом, может служить инструкция командиру брига «Рюрик» лейтенанту Коцебу (1815— 1818 гг.): «Теория сего движения еще весьма несовершенна, и самый предмет столь ско- ' ротечен и мало удобен к объятию, что и общие даже определения длины, ширины, высоты и скорости сих водяных масс, приемлю­ щих, однако же, чрезвычайно разнообразные виды, могут споспе­ шествовать к распространению сведений в математической физике, важных и для мореплавания».

Первая попытка упорядочения наблюдений за волнением, про­ водимых с кораблей, была предпринята на Первой морской меж­ дународной метеорологической конференции, состоявшейся в Брюс­ селе в 1853 г. Во-первых, на ней была принята 12-балльная шкала силы ветра (шкала Бофорта), которая в более четкой модифика­ ции применяется и сейчас, во-вторых, было рекомендовано 3 раза в сутки (4, 12 и 20 ч) записывать состояние моря (в условных обозначениях) за предшествующие 12 ч.

В 1858— 1859 гг. была составлена девятибалльная шкала со­ стояния моря, применявшаяся в качестве кода для передачи наб­ людений береговых станций английской службы погоды, органи­ зованной Фицроем. В дальнейшем после некоторых упрощений и переделки эта шкала стала применяться повсеместно.

С появлением и развитием паровых, а затем дизельных судов шкалы для визуальной оценки силы ветра и волнения “ были под­ вергнуты значительным переработкам (Лиссабонское соглашение 1930 г., шкала Рудовица— 1938 г., шкала Негляда — 1941 г. и Сне жинского— 1942. г.). Окончательная система глазомерной оценки волнения на морях, озерах и крупных водохранилищах была вве­ дена в Главном управлении гидрометслужбы в 1953 г. по иници­ ативе Л. Ф. Титова. Эти система включала две шкалы — шкалу степени волнения и шкалу состояния поверхности моря под влия­ нием ветра.

Инструментальные наблюдения за волнением впервые в России были выполнены А. Н. Крыловым, исследовавшим вопросы, свя­ занные с качкой судов. Им был предложен способ фотозаписи качки (1905 г.), а также способы наблюдений с помощью, фототео­ долита (к/л «Уралец» — 1907 г., п/х «Метеор»— 1913 г., г/с «Вер­ ный»— 1914 г.).

В 20— 30-х годах широкое распространение получила стереофо­ тосъемка волнения, производившаяся вначале морским отделом ГГИ, а затем ГОИНом.

Первые приборы для непосредственных измерений параметров волн были разработаны в связи с потребностью в количественных данных при строительстве портов. Из таких приборов наиболее известны: волномер с поплавком (Севастополь), сетка Богда­ новича, треугольник вех Лоидиса, оптические волномеры и микро­ барограф Шулейкина, волнографы и динамографы Кузнецова и т. д. В последнее время начали широко использоваться электрон­ ные самописцы волнения, среди них — выпускаемые отечественной j промышленностью судовой волнограф ГМ-16 и радиоизмеритель волн ГМ-32.

Весь комплекс современных наблюдений за волнением по спо­ собам их выполнения можно разбить на три основных типа: визу­ альные, полуинструментальные и полностью инструментальные наблюдения.

Визуальные наблюдения Визуальные наблюдения заключаются в глазомерной оценке параметров волнения по соответствующим стандартизованным шкалам: шкале состояния поверхности моря и шкале степени вол­ нения (табл. 4 и 5), а также в определении типа и формы волне­ ния и направления распространения волн.

И Морская гидрометрия Тб ц а ли а Ш кала состояния поверхности моря Характеристика состояния Признаки для определения состояния поверхности моря, поверхности моря баллы 0 Зеркально-гладкая поверхность 1, Рябь, появляю тся небольшие гребни волн 2 Небольшие гребни волн, начинают опрокидываться, но пена не белая, а стекловидная 3 Хорошо заметные небольшие волны, гребни некоторых из них опроки­ дываю тся, образуя местами белую клубящ уюся пену — «бараш ки»

4 Волны принимают хорошо вы раж ен­ ную фо.рму, повсюду образуются, «барашки»

... :5.

• П оявляю тся гребни большой высоты,. их пенящиеся вершины занимают большие площади, ветер начинает срывать пену с гребней волн Гребни очерчивают длинные. валы 6.

ветровых волн;

пена, сры ваемая с гр,ебней ветром, начинает вы тя­ гиваться полосами по склонам волн Длинные • полосы пены, срываемой ' ветром, покрывают склоны волн и местами, сливаясь, достигают их подошв П ена широкими, плотными, сливаю ­ щимися полосами покрывает скло­ ны волн, отчего поверхность стано­ вится белой, только местами, во впадинах волн, видны свободные от пены участки 9 Вся поверхность покрыта плотным слоем пены, воздух наполнен в о дя­ ной пылью и брызгами, видимость значительно уменьшена П р и м е ч а н и я ;

1. Состояние поверхности моря вы раж ается в баллах от 0 до 9 и обозначается а р аб ­ скими цифрами.

2. Определение состояния поверхности моря осуще­ ствляется только при ветре, согласно признакам, при­ веденным в шкале. При штиле балл состояния поверх­ ности моря равен нулю. При мертвой зыби состояние поверхности моря не определяется.

3. Б ал л состояния поверхности моря записы вается в отдельную граф у книжки наблюдений.

Тб ц а ли а Ш кала степени волнения Высота волн» м Балл Словесная характеристика степени волнения волнения до от 0 Волнение отсутствует I 0,2 5 Слабое и 0,25 0,7 5 Умеренное 0,7 5 1, Значительное 1,25 2, 2,0 3.5 Сильное VI } 6, 3. V II 6,0 8.5 Очень сильное 11,0 VI I I / 8. IX Исключительное 11,0 и более П р и м е ч а н и е. v Г рада ции «от» и «до» следует понимать так: «от» — включительно, • «до» — исключи­ тельно. Например, «от 3,5 до 6 м», означает: 3,5 м и выше, но менее 6 м:

Различают следующие типы волнения: »

1) ветровое волнение — «вв», 2) зыбь — «з».

Если зыбь распространяется при отсутствии ветра, то она на­ зывается мертвой зыбью и обозначается «мз».

Если наблюдаются оба типа волнения одновременно, то запись производится в виде дроби, например: «з/вв», причем в числителе ставится преобладающий тип. / Формы волнения могут быть следующие:

1) правильное волнение — «пв», 2) неправильное волнение — «нв».

Толчея' разновидность неправильного волнения, имеет самосто­ ятельное обозначение— «т».

Направление распространения волн определяется по восьми румбам: С, СВ, В, ЮВ, Ю, ЮЗ, 3, СЗ. При этом необходимо учи­ тывать, что направление указывается в соответствии с тем, о т к у д а идут волны. Если наблюдается волнение двух типов, то направление определяется для каждого типа, а запись произво­ дится в виде дроби.

Визуальные наблюдения за волнением с корабля имеют неко­ торые специфические особенности. В частности, направление рас­ пространения волн может быть определено путем непосредствен­ ного пеленгования по судовому компасу, длина волны — по рассто­ янию вдоль борта между соседними гребнями. В случае, если длина волны больше длины корабля, с кормы вытравливается буек на такое расстояние, чтобы он находился на гребне волны, когда второй гребень проходит под наблюдателем. При направле­ нии распространения волн параллельно диаметральной плоскости 11* судна длины волн равны измеренным расстояниям. Если волны движутся под углом k к диаметральной плоскости, то для первого случая (по расстоянию вдоль борта) результат умножается на cos k.

Высоты волн определяются по последовательным отметкам гребня и подошвы на борту судна или по визуальной проекции гребня на надстройки или мачты.

Полуинструментальные наблюдения Полуинструментальные способы наблюдений за волнением за­ ключаются в использовании специальных измерительных приспо­ соблений, позволяющих с большей объективностью определять та­ кие параметры волн, как длину, высоту, период, скорость распро­ странения и др.

Рис. V III. 1. Волномерные рейки и вехи.

а — рейки, б — вехи.

Первыми приспособлениями такого типа, не потерявшими своего значения и до настоящего времени, являются волномерные рейки и вехи.

Волномерные рейки (рис. V III. 1 а ) предназначены для измере­ ний высоты и периода волн на небольших глубинах. Они крепятся к сваям либо забиваются непосредственно в грунт. Как правило, применяются рейки круглого сечения, обладающие наименьшим ги­ дродинамическим сопротивлением. Длина рейки выбирается с уче­ том максимально возможных перепадов уровня за счет приливов, сгонно-нагонных явлений и максимальных высот волн. Деления наносятся яркими, сильно отличающимися друг от друга цветами через 10 см.

Волномерные вехи (рис. V I I I. 1 б) устанавливаются в более глубоких местах. Они состоят из рейки с поплавком в нижней ча­ сти, жестко закрепленной на якоре. Для большей стабилизации иногда рекомендуют закреплять веху на трех якорях.

Для проведения наблюдений с корабля в открытом море ис­ пользуется плавучая волномерная веха. Стабилизация ее положе­ ния достигается тем, что к нижней части рейки прикреплен груз и еще ниже — специальная демпфирующая площадка, представля­ ющая собой горизонтально расположенную раму, обтянутую пару­ синой. Площадка опускается на такую глубину, где влияние по­ верхностного волнения не сказывается.

Рис. V III.2. Волномер ВБ-49 (ГМ -12).

а — волномер, б — измерительная сетка.

В практике прибрежных наблюдений за волнением на берего­ вых гидрометстанциях, а иногда и в экспедиционных условиях ус­ пешно используются оптические волномеры, из которых наиболее известным является прибор ВБ-49 (ГМ-12).

Береговой волномер ВБ-49, разработанный Ивановым (рис. V I I I.2), является оптическим прибором, предназначенным для полуинструментального определения характеристик волнения с берега или с корабля.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 12 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.