ADCP, multi-frequency analysis for flow measurements in rivers

• Autorzy: Priego-Hernandez G. , Rubio-Arias H. , Rivera-Trejo F.

Warianty tytułu

PL

ADCP, badania przepływu w rzekach za pomocą analiz wieloczęstotliwościowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Aim of the study Recently, the use of acoustic Doppler current profilers (ADCP) gains in popularity. Considering the use of various equipment, a question arises whether there are any differences in measuring with ADCP that works at different frequencies. The aim of this study was to compare and evaluate three ADCPs operating at different frequencies: 2,000 kHz, 1,500 kHz, and 600 kHz under field conditions. Material and methods Following parameters were applied for a transverse section of 100 m in width and 7 m in depth: (1) components of velocity flow, (2) depth, (3) transverse distance among vectors, (4) total distance and (5) geographic position of each vector. Results and conclusions The results showed that velocity magnitudes were low in margin areas, while high in the center. In comparison with other devices the 2,000 kHz ADCP keeps a homogeneous velocity distribution up to 5.0 m in depth. Also, the statistical and graphic analysis demonstrated that flow measurements did not differ by more than 5%. Nevertheless, the review of velocities showed significant differences between ADCPs. High frequency means more detailed data, but less deep range, particularity in zones with upper sediments concentration. Low frequency means less detailed data, but deeper range. Furthermore, our findings suggest that measurements performed in rivers provide results, which sometimes are entirely different from results obtained in laboratory.

PL

Cel pracy Stosowanie akustycznego dopplerowskiego przepływomierzu profilującego (ADCP) w ostatnim czasie staje się coraz bardziej powszechnie. Ze względu na zastosowanie różnych urządzeń, pojawia się pytanie, czy istnieją różnice w pomiarach ADCP ze względu na wysokość częstotliwości. Niniejsze badania miały na celu porównanie i ocenę w warunkach polowych trzech urządzeń ADCP działających na różnych częstotliwościach: 2000 kHz, 1500 kHz i 600 kHz. Materiał i metody Dla przekroju poprzecznego o szerokości 100 m i głębokości 7 m przyjęto następujące parametry: (1) składowe prędkości przepływu, (2) głębokość, (3) odległość poprzeczną między wektorami, (4) odległość całkowitą i (5) położenie geograficzne każdego wektora. Wyniki i wnioski Wyniki pokazały, że wielkości prędkości były niskie w obszarach brzegowych, podczas gdy bliżej środka wysokie. W porównaniu z innymi urządzeniami, ADCP o 2000 kHz utrzymuje jednorodny rozkład prędkości do głębokości 5,0 m. Ponadto, statystyczna i graficzna analiza wykazała, że różnice w pomiarach przepływu nie wynosiły więcej niż 5%. Niemniej jednak zestawienie prędkości wykazało znaczne różnice między urządzeniami ADCP. Wysoka częstotliwość oznacza bardziej szczegółowe dane, lecz także płytszy zasięg, szczególnie w strefach o wyższym stężeniu osadów. Niska częstotliwość oznacza mniej szczegółowe dane, lecz głębszy zasięg. Według naszych badań pomiary wykonywane w rzekach czasem dostarczają zupełnie innych rezultatów niż te przeprowadzone w laboratorium.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Scientiarum Polonorum. Formatio Circumiectus
• Rocznik: 2019
• Tom: 18
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.101-112,fig.,ref.

Twórcy

autor

Priego-Hernandez G.

• Juarez Autonomous University of Tabasco, Academic Division of Engineering and Architecture, Cunduacan, Tabasco, Mexico

autor

Rubio-Arias H.

• Juarez Autonomous University of Tabasco, Academic Division of Engineering and Architecture, Cunduacan, Tabasco, Mexico

autor

Rivera-Trejo F.

• Juarez Autonomous University of Tabasco, Academic Division of Engineering and Architecture, Cunduacan, Tabasco, Mexico

Bibliografia

• Baranya, S., Olsen, N.R.B., Józsa, J., (2015). Flow analysis of a river confluence with field measurements and RANS model with nested grid approach. River Research and Applications, 31(1), 28–41.
• BGS, (online). World Magnetic Model (2015) Calculator, http://www.geomag.bgs.ac.uk/data_service/models_compass/wmm_calc.html. [Accessed: 15 January 2015].
• Czuba, J. A., Best, J. L., Oberg, K. A., Parsons, D. R., Jackson, P. R., Garcia, M. H., and Ashmore, P., (2011). Bed morphology, flow structure, and sediment transport at the outlet of Lake Huron and in the upper St. Clair River. Journal of Great Lakes Research, 37(3), 480–493.
• Dinehart, R. L., Burau, J. R., (2005). Averaged indicators of secondary flow in repeated acoustic Doppler current profiler crossings of bends, Water Resour. Res., 41, W09405, DOI:10.1029/2005WR004050.
• Ehrbar, D., Schmocker, L., Vetsch, D., Boes, R., and Doering, M., (2017). Measuring suspended sediments in periglacial reservoirs using water samples, LISST and ADCP. International Journal of River Basin Management, DOI: 10.1080/15715124.2017.1327866
• Fulford, J.M., Sauer, V.B., (1986). Comparison of velocity interpolation methods for computing open-channel discharge in S.Y. Subitsky (ed.) Selected papers in the hydrologic sciences: U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 2290, 154.
• Gordon, R. L., (1989). Acoustic measurement of river discharge. Journal of Hydraulic Engineering, 115(7), 925–936.
• Mueller D.S., (2002). Field assessment of acoustic Doppler based discharge measurements. Proceedings, Hydraulic Measurements and Experimental Methods 2002 (CD-ROM), ASCE, Reston, Va.
• Mueller, D. S., Abad, J. D., Garcia, C. M., Gartner, J. W., Garcia, M. H., Oberg, K. A., (2007). Errors in acoustic Doppler profiler velocity measurements caused by flow disturbance. Journal of Hydraulic Engineering, 133(12), 1411–1420.
• Muste, M., Yu, K., Spasojevic, M., (2003). Practical aspects of ADCP data use for quantification of mean river flow characteristics; Part I: moving-vessel measurements. Flow Measurement and Instrumentation 15 (2004), 1–16.
• Priego-Hernandez, G., Rivera-Trejo, F., (2016). Secondary currents: Measurement and analysis. Atmosfera 29(1), 23–34.
• Rennie, C. D., Millar, R. G., Church, M. A., (2002). Measurement of bed load velocity using an acoustic Doppler current profiler. Journal of Hydraulic Engineering, 128(5), 473–483.
• Riley J.D., Rhoads B.L., 2011. Flow structure and channel morphology at a natural confluent meander bend. Geomorphology, DOI:10.1016/j.geomorph.2011.06.011.
• Rivera-Trejo, F., Soto-Cortés, G., Méndez-Antonio, B., 2010. The 2007 flood in Tabasco, Mexico: An integral analysis of a devastating phenomenon. Int. J. River Basin Manag. https://doi.org/10.1080/15715124.2010.508746
• Shih, H. H., Payton, C., Sprenke, J., Mero, T., (2000). Towing basin speed calibration of acoustic Doppler current profiling instruments. Proc., 2000 Joint Conf. on Water Resources Engineering and Water Resources Planning and Management, ASCE, Reston, Va, 1–10.
• Simpson, M.R., (2001). Discharge measurement using an acoustic Doppler current profiler: U.S. Geological Survey Water-Supply Paper 8016-20.
• SonTek, (1997). Acoustic Doppler Profiler (ADP) Principles of Operation, Technical Notes. San Diego, CA: SonTek Inc., p. 12.
• Sontek, (2007). RiverSurveyor System Manual Software Version 4.60: Son-Tek/YSI Inc, Manual, 182 p.
• Stone, M. C., Hotchkiss, R. H., (2007). Evaluating velocity measurement techniques in shallow streams. Journal of Hydraulic Research, 45(6), 752–762.
• Szupiany, R.N., Amsler M.L., Parsons, D.R. Best, J.L., (2009). Morphology, flow structure, and suspended bed sediment transport at two large braid‐bar confluences. Water Resources Research, 45(5).
• Tauro, F., Selker, J., van de Giesen, N., Abrate, T., Uijlenhoet, R., Porfiri, M., Manfreda, S., Caylor, K., Moramarco, T., Benveniste, J., Ciraolo, G., Estes, L., Domeneghetti, A., Perks, M.T., Corbari, C., Rabiei, E., Ravazzani, G., Bogena, H., Harfouche, A., Brocca, L., Maltese, A., Wickert, A., Tarpanelli, A., Good, S., Lopez Alcala, J.M., Petroselli, A., Cudennec, C., Blume, T., Hut, R., Grimaldi, S., 2018. Measurements and Observations in the XXI century (MOXXI): innovation and multi-disciplinarity to sense the hydrological cycle. Hydrol. Sci. J. 63, 169–196. https://doi.org/10.1080/02626667.2017.1420191
• Teledyne RD Instruments, (2014). WinRiver II Software User´s Guide: P/N 957-6231-00.
• Thorne, P. D., Hurther, D., (2014). An overview on the use of backscattered sound for measuring suspended particle size and concentration profiles in non-cohesive inorganic sediment transport studies. Continental Shelf Research, 73, 97–118.
• Venditti, J. G., Church M., Attard M. E., Haught D. (2016), Use of ADCPs for suspended sediment transport monitoring: An empirical approach, Water Resour. Res., 52, 2715–2736, DOI:10.1002/2015WR017348.
• Vogt, R. H. Neubauer, W.G., (1976). Relationship between acoustic reflection and vibrational modes of elastic spheres. J. Acoust. Soc. Am., vol. 60, No. 1.
• Winterwerp, J. C., Wang, Z. B., Van der Kaaij, T., Verelst, K., Bijlsma, A., Meersschaut, Y., Sas, M., (2006). Flow velocity profiles in the Lower Scheldt estuary. Ocean Dynamics, 56(3–4), 284–294.

Identyfikatory

DOI

10.15576/ASP.FC/2019.18.1.101