Технические средства и методика исследования тонкой структуры течения водного потока с использованием видеорегистрации

Д. А. Антоненков

Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия

* e-mail: dmitry_science@mail.ru

Аннотация

Рассматриваются разработанные технические средства и методика, позволяющие получать пространственное распределение скоростей перемещения взвешенных частиц водным потоком в натурных условиях. Приведено краткое описание созданного измерительного комплекса, работа которого основана на видеорегистрации водной среды. Описана методика выполнения натурных экспериментов на примере исследования морских устьев рек. Приведены результаты измерений, а также примеры пространственных распределений скоростей течения, необходимых для решения различных задач, связанных с массообменом, размывом берегов и заилением акваторий. Анализ полученных с помощью разработанного комплекса результатов экспедиционных исследований позволил выработать методические подходы к оценке текущего состояния водного объекта и информативных параметров его состояния с применением метода визуализации. На основе созданной методики получены данные о тонкой структуре течения в устьевой зоне реки Черной. Сопоставление осредненных данных о скорости водного потока с результатами измерений стандартными техническими средствами, а именно гидрометрической вертушкой, показало минимальные расхождения, не превышающие 11 %. Разработанные метод и технические средства дают возможность исследовать динамику водного потока, а также описывать тонкую структуру течения, что необходимо для изучения механизмов эрозии, аккумуляции и транспорта наносов.

Ключевые слова

скорость течения, распределения скорости, PIV-метод, транспорт наносов

Благодарности

Работа выполнена в рамках государственного задания по теме № 0555-2021-0006 «Комплексные междисциплинарные исследования океанологических процессов, определяющих функционирование и эволюцию экосистем прибрежных зон Черного и Азовского морей».

Для цитирования

Антоненков Д. А. Технические средства и методика исследования тонкой структуры течения водного потока с использованием видеорегистрации // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон моря. 2021. № 3. С. 123–131. EDN QSPKPO. doi:10.22449/2413-5577-2021-3-123-131

Antonenkov, D.A., 2021. Technical Means and Methods for Studying the Fine Structure of a Water Flow using Video Registration. Ecological Safety of Coastal and Shelf Zones of Sea, (3), pp. 123–131. doi:10.22449/2413-5577-2021-3-123-131 (in Russian).

DOI

10.22449/2413-5577-2021-3-123-131

Список литературы

  1. Исследование зон смешения в устьевой области р. Кереть Белого моря / Р. Е. Смагин [и др.] // Известия Русского географического общества. 2009. Т. 141, № 2. С. 63–70.
  2. Gartner J. W. Estimating suspended solids concentrations from backscatter intensity measured by acoustic Doppler current profiler in San Francisco Bay, California // Marine Geology. 2004. Vol. 211, iss. 3–4. P. 169–187. doi:10.1016/j.margeo.2004.07.001
  3. Сабинин К. Д., Серебряный А. Н. Применение акустических допплеровских профилометров течений для изучения пространственной структуры морской среды // Акустический журнал. 2012. Т. 58, № 5. С. 639–648.
  4. Морозов А. Н., Лемешко Е. М. Методические аспекты использования акустического доплеровского измерителя течений (ADCP) в Черном море // Морской гидрофизический журнал. 2006. № 4. С. 31–48.
  5. Дыкман В. З. Технические средства для исследования структуры и динамики водных масс // Морской гидрофизический журнал. 2016. № 6. С. 49–62. doi:10.22449/0233-7584-2016-6-49-62
  6. Клименко Д. Е. Развитие гидрометрических вертушек в России и за рубежом // Географический вестник. 2010. № 2. С. 64–76.
  7. Antonenkov D. A. Water flow speed determining using visualization methods // Scientific Visualization. 2020. Vol. 12, № 5. P. 102–111. doi:10.26583/sv.12.5.09
  8. Антоненков Д. А. Измерительный комплекс для исследования динамических характеристик и структуры течения водного потока в прибрежной морской зоне // Известия вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 12. С. 1112–1118. doi:10.17586/0021-3454-2020-63-12-1112-1118
  9. Сергеев Д. А. Измерительный комплекс для исследования течений жидкости методом пробны частиц на основе твердотельного лазера с диодной накачкой // Приборы и техника эксперимента. 2009. № 3. С. 138–144.
  10. Jahanmiri M. Particle Image velocimetry: Fundamentals and its applications : Research report. Göteborg, Sweden : Chalmers University of Technology, 2011. 58 p. URL: https://www.academia.edu/2263312/Particle_Image_Velocimetry_Fundamentals_and_Its_Applications (дата обращения: 08.06.2021).
  11. Хмелевой С. В. Использование GPU для расчетов скоростей газо-жидкостных сред с помощью метода PIV // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. 2012. № 6. С. 124–129.
  12. Чепыженко А. А., Чепыженко А. И. Методы и средства мониторинга in-situ общего взвешенного вещества в природной водной среде // Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы : тезисы докладов XXIII Международного симпозиума. Томск : Изд-во ИОА СО РАН, 2017. С. 87. URL: https://symp.iao.ru/ru/aoo/23/progpdf (дата обращения: 08.09.2021).

Скачать статью в PDF-формате