W odróżnieniu do wodowskazów, urządzenia te rejestrują na bieżąco stan wody, tworząc wykres dobowy.
Warto tutaj zwrócić uwagę na nazewnictwo. Generalnie urządzenia rejestrujące analogowo na taśmie, noszą nazwę limnigrafów. Wszystkie urządzenie elektroniczne, rejestrujące poziom wody cyfrowo, to limnimetry. Zapis tworzony na arkuszu papieru za pomocą limnigrafu nosi z kolei nazwę limnigramu.
Zapis cyfrowy pozwala na gromadzenie danych bez potrzeby ich wizualnej weryfikacji i przekazywanie na odległość za pomocą modemów GSM (ang. Global System for Mobile Communications). Modem przesyła je dalej do serwera zbiorczego, wykorzystując pakietową transmisję danych GPRS (ang. General Packet Radio Service) dostępną w sieciach komórkowych. Datagramy danych przygotowane w modemie GSM/GPRS mogą być wysyłane nawet co 30 sekund, co pozwala na bieżąco śledzić zmiany stanów wody.
Rys. (po prawej) Schemat działania limnigrafu. Ozn. 1 – bęben, 2 – zapis, 3 – mechanizm zegarowy, 4 – wodzik z piórem, 5 – pręt zębaty, 6 – koło zębate, 7 – drut, 8 – pływak, 9 – obciążnik, 10 – studnia pomiarowa, 11 – poziom wody, 12 – rura łącząca o małym przekroju
Limnigrafy mają szczególne znaczenie na rzekach górskich, gdzie wezbrania są gwałtowne i na podstawie ich wskazań można przewidywać fale powodziowe, czas ich trwania i lokalne maxima.
Konstrukcyjnie większość limnigrafów jest typu pływakowego i działa na zasadzie naczyń połączonych. Pływak musi być zawsze zrównoważony przeciwwagą. Pomiędzy nimi rozpięta jest linka, która porusza się po systemie kół i przekładni, zamieniając ruch pionowy pływaka na ruch pisaka. Pisak (piórko) porusza się po bębnie na którym rozpięty jest arkusz papieru z naniesiona podziałką. Ruch pionowy na arkuszu oznacza zmianę poziomu wody, ruch poziomy – czas. Przykładowy limnigraf o tej budowie pokazuje poniższy rys.
Rys. Limnigraf. p – pływak, c – przeciwwaga, w – walec z arkuszem do rejestracji stanu wody
Rys. Limnigraf na Wiśle w Warszawie. U dołu na zdjęciu.
W pracy p. Edmunda Kacy i Janusza Kubraka (Budowle i urządzenia do pomiaru przepływu wody w kanałach melioracyjnych) możemy przeczytać, że:
w zależności od sposobu zainstalowania pływaka rozróżnia się limnigrafy:
– rurowe – stosowane na mniejszych ciekach, rowach, kanałach, o niewielkiej
amplitudzie stanów wody; ze względu na ustawienie rury rozróżnia się dodatkowo limnigrafy wolno stojące i brzegowe; dopływ wody może odbywać się
poprzez otwór w korku lub w płaszczu rury; zapobiega to przenoszeniu
falowania wody w rzece na zwierciadło wody w rurze; aby zapobiec zamarzaniu
wody w rurze, wlewa się do rury ropę naftową, której warstwa pokrywa powierzchnię wody; ponad rurą umieszczona jest budka lub skrzynka, w której znajduje się urządzenie rejestrujące;
– z ujęciem poziomym; wylot rury powinien znajdować się poniżej najniższego znanego stanu wody; rura zakończona jest kształtką skierowaną zgodnie z biegiem cieku; na ciekach, rowach i kanałach o zmiennym dnie często zakłada się rury na różnych poziomach; rejestrator znajduje się w budce nad studnią i jest umieszczany powyżej najwyższego stanu wody;
– lewarowe – ich zasada działania oparta jest na lewarze hydraulicznym; wykonanie takich konstrukcji jest bardziej ekonomiczne, nie ma potrzeby prowadzenia robót ziemnych przy zakładaniu rury poziomej, jednak eksploatacja jest bardziej kłopotliwa.
Limnigrafy zamocowane na brzegach mórz noszą z kolei nazwę mareografów.
Limnigrafy nadążne – oparte na układach elektronicznych, zbudowane są z czujnika zawieszonego na lince i umieszczonego w zwierciadle cieczy. Czujnik (sonda) posiada dwie elektrody. W normalnym położeniu (spoczynkowym), jedna z elektrod znajduje się pod zwierciadłem wody, a druga nad zwierciadłem. Przy zmianie poziomu wody obie elektrody mogą się znaleźć pod lub nad zwierciadłem. Sygnał ten wysyłany jest do układu nadążnego, który zmienia ich położenie rozwijając lub nawijając na bęben linkę. Ruch bębna ustaje, gdy zwierciadło znajdzie się
ponownie między elektrodami.
Rys. Limnigrafy umieszczone w rurze. a) zamocowanej na palu wbitym w dno rzeki, b) zamocowanej na betonowym brzegu, lub moście.
Sondy ultradźwiękowe
Mierzą poziom wody w cieku za pomocą fal ultradźwiękowych. Sonda usytuowana zawsze powyżej poziomu wody wysyła sygnał ultradźwiękowy (falę), która odbija się od lustra wody i powraca do odbiornika. Mierzony jest czas powrotu fali, na jego podstawie oceniana jest odległość sondy od zwierciadła cieczy. Czujniki są tak zaprogramowane, aby wykluczały wpływ zjawisk atmosferycznych (opady deszczu, śniegu) na wskazania poziomu wody. Bezkontaktowość czujnika ma wiele zalet:
- łatwość dostępu dla serwisu
- odporność na zjawiska lodowe w rzece
- łatwy montaż
Wadami są:
- wpływ temperatury na dokładność wskazań
- zakłócenia fali odbitej od pływających po wodzie elementów (kra, gałęzie)
- zakłócenia ze strony pary wodnej, mgły
Zaleca się z tego powodu umieszczać sondę w rurze. Według literatury dokładność pomiarowa tego typu urządzeń sięga 0,25% zakresu pomiarowego. Dla 5m jest to ±1,25cm.
Więcej materiałów na temat limnigrafów i innych mierników poziomu, można znaleźć w przytoczonej już pracy pod adresem.