Способ контроля качества противофильтрационного экрана Советский патент 1985 года по МПК E02B3/16 

Изобретение относится к гидротех ническому строительству и может быть использовано при контроле сплошности противофильтрационных экранов как до заполнения сооружения водой, так и в процессе эксплуатации . В метеорологии известно, что меж ду приповерхностным слоем атмосферы поверхностными и нижележащими слоями почвы и воды постоянно происходи теплообмен. Данные о тепловом режиме почвы широко используются в сель ском хозяйстве для контроля интенсивности процессов разложения органических веществ, растворен1|я различных солей, гниения, жизнедеятель ности почвенных микроорганизмов, пр растания семян, скорости роста растений, заморозков . При проектировании сооружения к открытых, так и погребенных противо фильтрационных экранов на каналах и водоемах в гидромелиорации также учитывается информация о температуpax почв в зимний период и о глубине промерзания почв и водоемов. Известен такжь способ контроля качества противофильтрационного экрана-, включающий определение мест повреждения. Вблизи контролируемого участка экрана выполняют скважину, взрывают в ней заряд взрывчатых веществ, а места повреждения определя ют по содержанию радиоактивных хими ческих элемеятов в порах защитного слоя С2 . Недостатками данного способа явл ются необходимость дополнительного сооружения скваяэш, связанная с опастностью со взрывчатыми веществами, затраты дополнительных средств по поддержанию скважин до последующих плановых проверок сплош ности экрана и трудности использова :ния данного способа при работе с эк раном без защитного слоя грунта, та как эманации быстро рассеиваются .в атмосфере. Цель изобретения - повьшение эффективности и точности поиска мест повреждения. Цель достигается тем, что соглас но способу контроля качества противофильтрационного экрана, вклю1ающе му определение мест повреждения, контролируемый участок обследуют регистраторами инфракрасного или радиотеплового излучения и фиксируют аномалии излучения, обусловленные отклонением суточного хода температуры приповерхностного слоя почвы в местах нарушения сплошности либо плотности экрана. Способ осуществляют следующим образом. На возвышенном месте или на вертолете устанавливают регистратор инфракрасного или радиотеплового излучения и осматривают или снимают на пленку либо фотобумагу контролируемый участок экрана. Наиболее четкие аномалии теплового излучения либо поглощения экраном или защитным слоем грунта фиксируют метками (фишками, плащками, кольш ками и т.п.), Затем зафиксированные места подвергают детальному осмотру и производят при необходимости, ремонт. Суточный ход температуры поверхности почвы в среднем представляет собой колебание, составляющее один период, имеющий минимум и максимум, что обусловлено суточным вращением Земли вокруг своей оси, и соответственно периодичностью прохождения Солнца по земному небосводу, днем насыщающего почву теплом, которое излучается ночью. Минимум суточного хода температуры почвы наблюдается перед восходом солнца, когда радиационный баланс отрицателен, а нерадиационный обмен теплом между поверхностью и прилегакнцими к ней слоями почвы и воздуха незначителен. С восходом солнца по мере увеличения радиационного баланса, температура поверхности почвы растет и достигает максимума около 13-14 ч. Затем начинается ее понижение за счет уменьшения радиационНого баланса, хотя последний еще остается положительным. После 13-14 ч расход тепла поверхностным слоем почвы преобладает над приходом и происходит понижение температуры поверхности, продолжающееся до утреннего минимума. Аномалии теплового излучения максимально должны проявлять себя в течение предутреннего минимума суточного хода температуры в теплое время года при установившейся ясной .погоде до достижения водяным паром приземного слоя воздуха точки росы распределение температуры почвы происходит в этом интервале суток по типу излучения, которое в основном обусловлено молекулярной теплопроводностью. В местах нарушения сплошности или повышенной пористости экрана как теплопроводность, так влагоемкость будут нарушены. При те лопроводности материала экрана более низкой, чем в зоне нарушения сплошности, теплоотдача (излучение) в этой зоне будет более интенсивной что на экране или снимке отобразитс в виде наиболее светлого пятна (ано малии) на общем тепловом фоне экрана, и наоборот - при более высокой теплопроводности материала экрана, чем у защитного грунта, аномалии будут выглядеть наиболее темными, В первой половине дня с утра пос ле преодоления минимума суточного хода температуры наблюдается картина, обратная изложенной -с началом интенсивного поглощения экранирован ной поверхностью солнечной радиации т.е. когда вертикальное распределение температуры подстилающего слоя (почвы, экрана) происходит по типу наиболее интенсивной инсоляции. Поскольку ИК-техника наиболее активно регистрирует объекты, работающие в режиме излучения, предпочтительней (в.умеренных широтах) производить наблюдения ночью при из лучении тепла наблюдаемой поверхнос тью. При данном условии поверхностные экраны следует начинать наблюдать сразу же при наступлении режима излучения, предпочтительней после захода солнца (заката). Погребен ные экраны наблюдают, исходя из толщины защитного слоя грунта и сообразуясь с третьим законом Фурье согласно которому суточные максимумы и минимумы запаздывают на каждые to см глубины в среднем на 2,5-3,5 т.е. от начала режима излучения поверхности защитного слоя начало излучения слоя экрана отстанет на время, обусловленное глубиной погре бения экрана. Поскольку поверхностный слой зем ли прозрачен для высокочувствительных НК-Р истраторов, толщина защит ного слоя, обычно не превьш ающая 50 см, не будет препятствовать обна ружению аномалий под защитным слоем. Однакоэкран должен быть погреб на глубину, не достигающую постоянной суточной температуры. Максимально допустимую глубину погребения определяют, исходя из чувствительности применяемой ИК-аппаратуры. Чувствительность соизмеряют с расчетным значением атчплитуды колебаний температуры на глубине погребения экрана, определяе1 1м (приближенно) по второму закону Фурье где А2 - амплитуда колебаний температуры на глубине Z ) амплитуда колебаний температуры поверхности почвы; период колебаний , коэффициент температуропроводности почвы-, основание натуральных логарифмов. Коэффициент температуропроводности k Л /С, Л - коэффициент теплопроводности материала; - объемная теплоемкость материала, зависимости от степени увлажнения почвы k принимает ориентировочные значения от 0,0016-10 для сухой почвы до 0,0060-10 м /с для сильно увлажненной почвы. Применительно к предложенному способу, не требующему чрезвычайно точного расчета, возможно использовать осредненное значение k порядка 0,0037-10м с. Возмущениями температуропроводности, вызванными наличием под защитным слоем грунта противофильтрационного экрана, отчасти действующего в качестве тепловой мембраны, можно пренебречь. Из формулы (1) следует, что если глубина растет в арифметической прогрессии, то амплитуда уменьшает- ся в геометрической прогрессии. Например , если на поверхности почвы температура 16°С, то на глубине 20 см 4°С, на глубине 40 см 1°С, на глубине 60 см 0,. Слой постоянной суточной температуры, где А 2 О, находится обычно на глубине в пределах 70 см. Поэтому при использовании высокочувствительных ИК-приемников, различающих, например, раэницу температур до 0,, глубина погребения экрана, составлякяцая 50- 60 см, вполне контролируема, поскольку 0,001°С «0,25С.

При контролировании открытых экранов возможно также использовать визуальньш поиск с помощью тепловизора турбулентных восходящих потоко смеси воздуха с водяным паром, исхоцящих вскоре после восхода солнца из мест нарушений сплошности или повышенной пористости экрана,

В водозаполненных сооружениях аномалии можно фиксировать буями, сбрасываемыми с плавсредств.

Фиксировать аномалии можно, производя визуальный осмотр экрана через окуляр теплобинокля либо на экране термовизора и, подавая разносчиком фишек (меток) координирующие команды голосом-либо узким пучком света от фонаря ночью. Светящиеся контуры тела разносчика и направление его передвижения будут видны как в окуляре теплобинокля, так и на экране термовизора.

Данный способ пригоден к использованию в области метеорологии при детальном исследовании элементов суточного xf температур в приповерхностном слое почвы. Например, на различной глубине, закладывая пленочные мембраны с известными заранее тепло- и влагофизическими свойствами и снабженными калиброванными отверстиями, производят хронологическую съемку суточного хода на спектрозональную пленку, что позволит проследить подробную

картину (фильм) процесса. Здесь синхронно возможно снимать также обычный видовой фильм облачности над исследуемым участком, что позьзолит проанализировать динамику

тонких зависимостей в малых промежутках времени порядка нескольких секунд суточного хода от состояния атмосферы (солнечной, космической активности и т,п, факторов),

Применение способа позволяет по сравнению с известными способами просто более точно выявить местоположение повреждений в противофильтрационном экране как в доэксплуатационный период, так и в процессе эксплуатации,

СПОСОБ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭКРАНА, включающий определение мест повреждения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и точности поиска мест повреждений, контролируемый участок обследуют регистраторами инфракрасного или радиотеплового излучения и фиксируют аномалии излучения, обусловленные отклонением суточного хода температуры приповерхностного слоя почвы в местах нарушения сплошности либо плотности экрана.