3.2 Наблюдения за колебаниями уровня моря

Уровнем моря называется высота поверхности моря, свободная от влияния ветровых волн, которая отсчитывается от условной поверхности. Место, оборудованное для наблюдений над уровнем моря, называется уровенным постом. На всех уровенных постах наблюдения должны проводится относительно неизменного за весь период наблюдений условного горизонта, называемого "нулем поста". С 1961 г. был установлен единый для всех уровенных постов "нуль поста", который представляет собой единую условную поверхность, от которой ведется отсчет уровня моря на все уровенных постах. За единый "нуль постов" принят горизонт, который лежит на 5 м. ниже нуля Кронштадтского футштока. (Нуль Кронштадтского футштока фиксирует положение нулевой поверхности системы абсолютных оценок высот в странах СНГ. Это так называемая Балтийская система высот).

Основные требования к месту установки уровенного поста такие: место наблюдений должно а) свободно сообщаться с открытым морем; б) быть достаточно глубоким ("нуль поста" не должен осушаться в наименее мелкую воду); в) защищено от судов, влияния волн и плавучих льдин; г) быть легко доступным в любое время время и в любую погоду.

Основной и вместе с тем простейший прибор для измерения уровня - это водомерная рейка (или футшток), установленная вертикально и крепко укрепленная на свае или на гидротехническом сооружении. На рейке в шахматном порядке нанесены деления черного или красного цвета на белом фоне. Цена деления 2 см, оцифровка выполняется снизу вверх через каждое 10 см. Изготовляются рейки из дерева или металла.

Металлическая водомерная рейка чаще всего представляет собой чугунную литую секцию шириной 16.5 см, толщиной 1см. и длиной 280 см. На морях с приливами устанавливаются рейки из отдельных 2-х метровых секций, соединенных вместе.

В связи с тем, что нуль водомерной рейки невозможно точно установить в соотвтствии с нулем поста, после ее установки ведется нивелирование с целью определения превышения нуля рейки над нулем поста (т.наз. приводки). С помощью нивелирования также осуществляется контроль неизменности высотного положения рейки относительно реперов, которые входят в систему Государственной нивелирной сети. Нивелирование делают систематически, не реже двух раз в год. При устойчивом высотном положении рейки - раз в год.

С целью непрерывной регистрации уровня в автономном режиме применяют разные самописцы (мареографы), чаще всего поплавкового или гидростатического типа. Принцип действия поплавковых самописцев основан на механическом преобразовании вертикальных перемещений поплавка, который находится на поверхности воды, в пропорциональные перемещения пера, который записывает их на диаграммной ленте. Из отечественных измерителей уровня этого типа наиболее известен самописец уровня моря системы Рорданца. Он состоит из трех основных узлов: поплавковой системы, передаточного механизма и регистрирующей части.

К поплавковой системе относится самый поплавок, выполненный в виде пустотелого металлического цилиндра, диаметром 300 мм.

К нижней его части прикреплен груз, который придает устойчивость поплавку и погружает его в воду на определенную глубину. К верхней части поплавка прикреплена латунная цепь с противовесом, которая входит у сцепление с измерительным диском диаметром 60 см и зубцами, расположенными через 1 см.

В систему передаточного механизма, кроме измерительного диска входит также система шестеренок и стойка, в пазу которой расположена зубчатая линейка с прикрепленным к ней пером. Вращение измерительного диска через систему шестеренок передается на зубчатую линейку с пером, которая перемещается в вертикальном направлении в пазу стойки.

Регистрирующая часть прибора состоит из часового механизма и надетого на его корпус барабана. Барабан вращается со скоростью 12 мм/ч (1 об/сутки). Запись колебаний уровня ведется на специально разграфленной диаграммной ленте, которая надевается на барабан. Масштаб записи зависит от соотношения зубцов в системе шестеренок. Изготовляется три типа самописцев с масштабом записи 1:10, 1:20 и 1:40, соответственно для колебаний уровня 1-3 м, 1-6 м, 1-12 г. Самописец устанавливается над специальным колодцем, связанным с морем и защищающим поплавок от влияния волн и обмерзания. Место установки прибора должно удовлетворять тем же требованиям, что и место установки водомерного рельса.

Регистраторы уровня гидростатического типа основаны на преобразовании колебаний гидростатического давления, вызванного изменением уровня моря, в механическое перемещение стрелки и записи этих перемещений на ленте. В данное время наиболее широко применяется береговой самописец уровня ГМ-28.

Чувствительным элементом самописца служит сильфон, который предоставляет собой гофрированную металлическую коробку, верхняя часть которой жестко закреплена на корпусе прибора. При изменении внешнего давления нижняя плоскость сильфона начинает перемещаться и через рычажно-шарнирную систему поворачивает стрелку с записывающим пером. Плечо рычажно-шарнирной системы одновременно выполняет роль компенсатора температуры и выполнено в виде биметаллической кольцевой пластины. Регулирование термокомпенсатора ведется путем изменения длины биметалла. Верхняя часть штока, который передает перемещение нижней части плоскости сильфона на рычажно-шарнирную систему, заостренная и свободно упирается в пластину рычажной системы. Отсутствие жесткой связи позволяет предварительно регулировать прибор на заданную глубину постановки - это достигается изменением длины штока (он может завинчиваться или вывинчиваться из втулки). На втулке нанесены миллиметровые деления, которые отвечают рабочей глубине установки прибора.

С целью устранения влияния ветровых волн, сильфон снабжен механическим фильтром низких частот. Для этой цели он закрывается защитным кожухом, в нижней части которого завинчивается пробка с отверстием, диаметр которого определяется интенсивностью волнения моря (0.5; 1.0 или 2.0 мм).

Запись уровня производится на диаграммную ленту, закрепленную на барабане со встроенным часовым механизмом. Автономность прибора зависит от того, какой часовой механизм (суточный или недельный) установлен в самописце. Диапазон измерения колебаний уровня зависит от модификации самописца: ГМ-28-1 - 300 см, ГМ-28-2 - 600 см и ГМ-28-3 - 1200 см. Механизм самописца смонтирован в герметичном литом корпусе, который закрепляется на плите-грузе и опускается в воду на глубину до 8 м.

Погрешность измерения уровня самописцем ГМ-28 составляет ±2% от диапазона измерения. Погрешность хода часового механизма за время полного оборота составляет ±5 мин для суточного механизма и ±30 мин для недельного.

Состав и сроки наблюдений на уровенных постах

а) Наблюдение проводятся 4 раза в сутки ( 03,09,15 и 21 ч)

б) Во время наблюдений проводится отсчет уровня по рейке и засечка на ленте самописца

в) Если на станции нет самописца и уровень расположен выше или ниже критической отметки, то отсчеты уровня по рейке ведутся каждый час

г) Прохождение волн цунами регистрируется визуально