INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 INSTYTUT METEOROLOGII I GOSPODARKI WODNEJ INSTITUTE OF METEOROLOGY AND WATER MANAGEMENT TYTUŁ : WYKONYWANIE PLANÓW BATYMETRYCZNYCH AUTOR: Tomasz Lewicki DATA: 10-11.08.2009 (c) Krzysztof Kasprzak

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

Zastosowanie planów batymetrycznych INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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) http://www.echoaqustic.pl http://www.batymetria.pl/ (c) Krzysztof Kasprzak 3

INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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 http://www.batymetria.pl/ (c) Krzysztof Kasprzak 4

INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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 http://www.echosonda.pl/ (c) Krzysztof Kasprzak 5

Profesjonalne echosondy INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 Profesjonalne echosondy Simrad EA 501P http://www.batymetria.pl/ 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

INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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

INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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

INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH ADCP - diagramy 2017-03-28 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

INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 Kalibracja echosondy Temperatura Zasolenie Ciśnienie wody Głębokość Najbardziej znane wzory to: Wooda, Wilsona, Medwina, Chena i Millero czy Del Grosso. c = 1449.2 + 4.6T – 0.055T2 + 0.00029T3 + (1.34 – 0.01T)(S – 35) + 1.58·10-6z 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

Wyznaczanie pozycji w terenie INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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

Dalmierz

INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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

Tachimetr elektroniczny INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH 2017-03-28 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

GPS – ze stacją referencyjną INTEGRACYJNE METODY POMIARÓW HYDROMETRYCZNYCH GPS – ze stacją referencyjną 2017-03-28 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

GPS na wodzie http://www.batymetria.pl/

GPS na wodzie http://www.batymetria.pl/

Projektowanie profili pomiarowych http://www.batymetria.pl/

Opracowanie materiałów

Opracowanie materiałów

Jezioro Zegrzyńskie opracowanie ILWIS

Jezioro Moczadło opracowanie DrDepth

Jezioro Krzywe http://www.batymetria.pl/

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ KONTAKT: IMGW 01-673 Warszawa, ul.: Podleśna 61 tel.: (022) 56 94 456 fax: kom.: 0 503 199 052 Tomasz.Lewicki@imgw.pl www.imgw.pl

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