Podsumowanie i wnioski dotyczące testu River Ray ADCP w przekroju pomiarowym Modlin

10 czerwca 2010 roku grupa pomiarowa w składzie: Marlena Wiercińska, Krzysztof Kasprzak, Tomasz Lewicki i Michał Mazgajski wraz z francuskim przedstawicielem RDI dokonała pomiarów testowych urządzenia River Ray ADCP na Wiśle w profilu Modlin. Pomiary wykonano na wodzie opadającej, przy max prędkości wody w nurcie sięgającej nieco ponad 3 m/s.

Głowica urządzenia mocowana jest na pływaku (trimaranie). Komunikacja między urządzeniem, a laptopem z oprogramowaniem odbywa się za pomocą Bluetooth. Jest to niewątpliwe zaleta. Ograniczona jest ilość kabli na łodzi. Złożenie całego zestawu jest procesem szybkim i łatwym. Problem pojawia się w kwestii sposobu mocowania ADCP do łodzi. Podczas pomiarów testowych stosowano dwa rodzaje holowania urządzenia. Podczas pierwszych przejazdów River Ray był trzymany przez jednego z pomiarowców na rurkach od młynka hydrometrycznego, równolegle do łodzi. Ten sposób był rozwiązaniem prowizorycznym i absolutnie nie wchodzi w grę w trakcie standardowych pomiarów. Drugim sposobem było holowanie pływaka na linie ok. 20 m za łodzią pomiarową. Jest to rozwiązanie lepsze aczkolwiek niemożliwe do zastosowania w sytuacji wezbraniowej, kiedy konieczne jest pływanie pomiędzy zalanymi drzewami i krzewami w międzywalu. Wg ww. grupy pomiarowej, najkorzystniejszym rozwiązaniem byłoby zrezygnowanie z pływaka i mocowanie głowicy do sztycy, a następnie do burty, bądź w dnie łodzi, tak jak ma to miejsce w przypadku obecnie stosowanych ADCP Rio Grande. Jednocześnie wydaje się, że ADCP River Ray byłby rozsądną alternatywą dla pomiarów wezbraniowych, robionych z mostów za pomocą Stream Pro, gdyż pływak River Ray jest bardziej stabilny przy dużej prędkości wody.

Sam pomiar River Ray jest wysoce zautomatyzowany. Nie jest wymagane wprowadzanie maksymalnych prędkości wody oraz maksymalnej głębokości w profilu przez użytkownika. Wszelkie parametry trybu pracy urządzenia są dobierane automatycznie, na bieżąco w zależności  od uzyskanych danych. Rozwiązanie to ma swoje zalety i wady. Do zalet niewątpliwie należy fakt, iż nie trzeba wprowadzać stałej wartości BS (Bin Size) czyli wielkości komórek pomiarowych. Daje to możliwość pobierania danych o prędkości wody bez względu na bardzo częste i wyraźne zróżnicowanie głębokości w profilach występujących na terenie DSPO Wa. Urządzenie dobiera również swój tryb pracy, tzw. WM (Water Mode), w zależności od rodzaju przepływu i głębokości w przekroju. Wadą może być brak możliwości ingerencji użytkownika w niektóre parametry rejestrowania danych, które, w przypadku starszych wersji ADCP dawały możliwość polepszenia jakości uzyskiwanych danych uwzględniając specyfikę danego profilu pomiarowego.

Kolejną bardzo istotną kwestią jest użycie GPS, szczególnie przy pomiarach powodziowych. Według przedstawiciela RDI, system śledzenia dna BT (Bottom Track) jest w przypadku River Ray na tyle doskonały, że śmiało można opierać się tylko na wskazaniach z tego właśnie trybu rejestracji przepływu. Z doświadczenia ekip pomiarowych wynika jednoznacznie, że w przypadku występowania dużych prędkości wody, dochodzi do intensywnego przemieszczania dna rzeki (ruchome dno, proces saltacji). Zaburza to zdecydowanie wyniki pomiarów w trybie BT. Niezbędne jest wtedy użycie GPS, który ustalając pozycje, kierunek i prędkość łodzi niezależnie od dna rzeki, daje bardziej wiarygodne wyniki pomiarów. Różnica w przepływie, zmierzonym za pomocą River Ray w Modlinie, między wynikiem z BT, a trybem GPS sięga 550 m³/s, co zdecydowanie wykracza poza akceptowalny błąd pomiarowy. Różnicę w trasie przejazdu między BT, a trybami GPS (VTG i GGA) widać wyraźnie na Rys.1. Zatem nawet w przypadku stosowania unowocześnionego ADCP, użycie GPS przy dużych prędkościach wody i piaszczystym dnie, jawi się jako czynność konieczna. Należy też zwrócić uwagę na dużą liczbę „pustych pionów” w przekroju pomiarowym, Rys. 2. Zatem spora część pól prędkości musi być szacowana, doliczana za pomocą algorytmu zastosowanego w oprogramowaniu.

Rys. 1

Najwyraźniej Bottom Track, nawet dopracowany, nie radzi sobie idealnie przy występowaniu przepływu turbulentnego, wirów i dużej objętości transportowanego przez rzekę materiału unoszonego. Przyczyną może też być mocowanie głowicy na pływaku, który jest podatny na falowanie i zaburzenia przepływu w strefie przypowierzchniowej.

Rys. 2

WNIOSKI:

1. Obsługa River Ray ADCP jest prosta, komunikacja bezprzewodowa ułatwia pracę na łodzi.
2. W przypadku pomiarów z łodzi na dużych rzekach najlepszą metodą mocowania głowicy urządzenia jest sztyca w dnie łodzi lub na burcie.
3. Mocowanie na pływaku holowanym na linie może być korzystne przy wykonaniu pomiarów mostowych.
4. Właściwości hydrodynamiczne pływaka do prędkości ok. 4 m/s są zadawalające.
5. Użycie GPS przy pomiarach wezbraniowych na Wiśle, mimo ulepszonego w River Ray trybu BT, jest niezbędne.
6. System automatycznego dobierania wielkości komórek pomiarowych (Bin Size) oraz trybu pracy WM (Water Mode) jest bardzo korzystny i jest to jedyna przewaga nowego urządzenia nad  ADCP Rio Grande 600 kHz.

Kilka zdjęć z testów RiverRay w Modlinie