INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH

Prezentacja na temat: "INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH"— Zapis prezentacji:

1 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ INSTITUTE OF METEOROLOGY AND WATER MANAGEMENT TYTUŁ : WYKONYWANIE PLANÓW BATYMETRYCZNYCH AUTOR: Tomasz Lewicki DATA: (c) Krzysztof Kasprzak

2 Zastosowanie planów batymetrycznych
CZĘŚĆ : I. TEMAT : Zastosowanie planów batymetrycznych CZĘŚĆ : II. TEMAT : Sprzęt pomiarowy - pomiar głębokości - wyznaczanie pozycji w terenie CZĘŚĆ : III. TEMAT : Techniki pomiaru CZĘŚĆ : IV. TEMAT : Opracowanie materiałów

3 Zastosowanie planów batymetrycznych
INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH Zastosowanie planów batymetrycznych żegluga wędkarstwo kontrola stopnia zamulania zbiorników zaporowych Oznaczone przeszkody podwodne, zagrażające żegludze Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. Krzywa objętości Jeziora Zegrzyńskiego (Dojlido, Kowalczewski, Miłaszewski, Ostrowski, 2003) (c) Krzysztof Kasprzak 3

4 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
Sprzęt pomiarowy pomiar głębokości Echosondy morskie Profesjonalne echosondy ADCP Sonar boczny Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. sonda jednowiązkowa sonda wielokanałowa sonda wielowiązkowa sonar boczny (c) Krzysztof Kasprzak 4

5 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
Echosondy morskie Lowrance Eagle Garmin Humminbird North Star Furuno Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. wiązka fal dźwiękowych (350 [50kHz] / 120 [200kHz]) dwuczętotliwościowy przetwornik 200 / 50 kHz Zasięg od 0,5 – 915 m możliwość obsługi map (c) Krzysztof Kasprzak 5

6 Profesjonalne echosondy
INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH Profesjonalne echosondy Simrad EA 501P wiązka fal dźwiękowych [7o] Częstotliwość pomiaru do 10 impulsów na sekundę, Zasięg pomiaru około 600m w zbiornikach słodkowodnych, Minimalna głębokość: 0,3m dla 200kHz, Dokładność wynosi 0,25% zakresu pomiarowego (po uwzględnieniu profilu prędkości dźwięku w wodzie) Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. (c) Krzysztof Kasprzak 6

7 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
Sonar boczny Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. (c) Krzysztof Kasprzak 7

8 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
Akustyczny, dopplerowski prądomierz profilujący ADCP Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. (c) Krzysztof Kasprzak 8

9 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
ADCP - diagramy Prądomierz ADCP mierzy większość przepływu wody tuż przed frontem przyrządu do 6% powyżej dna. Specjalistyczny program WinRiver estymuje wydatek w tych rejonach z użyciem kilku wartości wprowadzonych przez użytkownika. Wydatek warstwy górnej (nie podlegającej pomiarowi wcale) i dennej (nieużytecznej wskutek efektów przydennych i obszarów przy krawędziach bocznych – zbyt płytkich, by otrzymać wartościowy pomiar) jest ekstrapolowany na podstawie dobrych danych z przyległych rejonów zmierzonych. Ekstrapolacja wydatku w warstwie górnej i dolnej może być zrealizowana przez program WinRiver dwoma metodami. Jedna metoda zakłada użycie prędkości z najbliższych komórek głębokości przyległych, jako prędkości w brakującym rejonie. Jest to nazwane stałą ekstrapolacją. Inną metodą jest wyznaczenie krzywej wykładniczej rozkładu prędkości pionowych w obszarze profilu dobrych pomiarów i przedłużenie jej do granic całego profilu. Prawo krzywej wykładniczej dla warstw górnej i dolnej jest dobrym wyborem dla typowych warunków przepływu. Można wybrać wykładnik potęgi, przy którym jest najlepsza aproksymacja krzywą, rozkładu rzeczywistego prędkości w profilu badanego kanału. (c) Krzysztof Kasprzak 9

10 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
Kalibracja echosondy Temperatura Zasolenie Ciśnienie wody Głębokość Najbardziej znane wzory to: Wooda, Wilsona, Medwina, Chena i Millero czy Del Grosso. c = T – 0.055T T3 + (1.34 – 0.01T)(S – 35) ·10-6z c – prędkość dźwięku T – temperatura S – zasolenie z - głębokość Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. (c) Krzysztof Kasprzak 10

11 Wyznaczanie pozycji w terenie
INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH Wyznaczanie pozycji w terenie Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. Punkty charakterystyczne w terenie (c) Krzysztof Kasprzak 11

12 Dalmierz

13 INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH
GPS - ręczny dokładność do 5 m ( system WAAS/EGNOS) łatwa dostępność niska cena mobilność odświeżanie pozycji co 1 sek (1Hz) Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. (c) Krzysztof Kasprzak 13

14 Tachimetr elektroniczny
INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH Tachimetr elektroniczny POMIAR ODLEGŁOŚCI Dokładność pomiaru odległości:  2mm+2ppmxD Czas pomiaru odległośći dokładność pomiaru (2 + 2 ppm) - dokładność odczytu 0,1 mm (tryb MSR): 1,2 sek. dokładność pomiaru (4 + 2 ppm) - dokładność odczytu 1 mm (tryb TRK): 0,5 sek. Zasięgi przy dobrych warunkach atmosferycznych /m/ 1-lustro: 2000 3-lustra: 2800 POMIAR KĄTA Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. Dokładność pomiaru kąta:  3" (10cc) Kompensator:  dwuosiowy Dokładność odczytu kierunku:  1"/5" (c) Krzysztof Kasprzak 14

15 GPS – ze stacją referencyjną
INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH GPS – ze stacją referencyjną Skrót ADCP pochodzi od słów Acoustic Doppler Current Profiler (Akustyczny, dopplerowski prądomierz, profilograf). Mierzy on pionowy rozkład prędkości wody przy wykorzystaniu energii akustycznej. Impuls energii (zwany „ping”) jest nadawany, jak ma to miejsce w sonarach łodzi podwodnych, ale na znacznie wyższych częstotliwościach. Wysłana energia impulsów odbija się od cząstek zawieszonych w wodzie (i poruszających się z nią), po czym cześć jej wraca do ADCP. Przyrząd ten mierzy przesunięcie Dopplera częstotliwości (jej zmianę) odbitych impulsów i na tej podstawie wylicza prędkość wody. Prądomierz ADCP mierzy również swoją własną prędkość i kierunek względem dna kanału, przy pomocy tej samej techniki użytej do pomiaru prędkości wody. Szczegóły pomiaru różnią się, jako że dno jest twarde (lub prawie takie) w porównaniu do wody. ADCP mierzy sygnały odbite od cząstek w wodzie, dzieli on kolumnę wody na wiele dyskretnych segmentów ustawionych w pionie. Segmenty te są nazywane „komórki głębokości”. ADCP określa prędkość i kierunek ruchu każdej z komórek głębokości. dokładność pozioma 5 mm w trybie RTK zasięg stacji bazowej do 5 km możliwość uzyskania poprawek ze stacji ASG-EUPOS określanie pozycji co 1 sek (1Hz) (c) Krzysztof Kasprzak 15

16 GPS na wodzie

17 GPS na wodzie

18 Projektowanie profili pomiarowych

19 Opracowanie materiałów

20 Opracowanie materiałów

21 Jezioro Zegrzyńskie opracowanie ILWIS

22 Jezioro Moczadło opracowanie DrDepth

23 Jezioro Krzywe

24 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ KONTAKT: IMGW 01-673 Warszawa, ul.: Podleśna 61
tel.: (022) fax: kom.:

25 Bibliografia Batymetria.pl
Dojlido J.,Kowalczewski W.,Miłaszewski R.,Ostrowski J., 2003, Rzeka Bug zasoby wodne i przyrodnicze, IMGW, Wyższa Szkoła Ekologii i Zarządzania, Warszawa Echosonda.pl Echoaqustic.pl