View
2
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 1
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Etapa 10 : 2.4.2. Prezentarea şi demonstarea funcţionalităţii şi utilităţii prototipului de aparatură prin monitorizarea și urmărirea în timp real, minim 3 luni, a parametrilor hidrodinamici din cadrul unui lac de acumulare și conectarea cu alte retele regionale de monitorizare / avertizare
SINTEZĂ LUCRARE
DEMONSTRAREA FUNCȚIONALITĂȚII ȘI UTILITĂȚII PROTOTIPULUI DE
APARATURĂ prin evaluarea comparativă între prototip aparatură și aparatură tip ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler)
1. Introducere
Lucrările de măsuratori experimentale comparative in situ – intre model experimental /
prototip si aparatura tip ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) au fost realizate de
specialişti ai Institutului Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Geologie şi Geoecologie
Marină – GeoEcoMar Bucureşti în conformitate cu prevederile Contractului de Servicii nr.
2695/10.05.2013 încheiat între Institutul National de Cercetare Dezvoltare pentru Geologie si
Geoecologie Marina, GeoEcoMar, Bucuresti şi Institutul National de Cercetare Dezvoltare
pentru Mecatronică si Tehnica Măsurării- INCDMTM București. Potrivit prevederilor
contractuale, specialiştii GeoEcoMar s-au obligat să efectueze activităţi de comparare a
datelor achizitionate de catre modelul experimental / prototip si aparatura tip ADCP (acoustic
Doppler current profiler) si de evaluare statistică a datelor achiziționate de cele doua tipuri de
echipamente.
Pentru realizarea acestui studiu a fost realizata o campanie de teren pentru
realizarea de masuratori in situ cu ambele tipuri de echipamente. Prezentarea datelor
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 2
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
hidrologice şi geomorfologice care stau la baza studiului va fi făcută în cadrul capitolelor
următoare, care dezvoltă tematicile enunţate.
Problematica studiului
Initiativa realizării unor echipamente complexe care să determine şi să monitorizeze
dinamica sedimentelor în mediile acvatice (râuri, lacuri, canale, dar şi în domeniul marin) este
bine venită şi de mare actualitate pe plan intern şi internaţional.
Realizarea şi implementarea cu succes a unor astfel de echipamente rezultate din
integrarea în sisteme inteligente de achiziţii de date a mai multor tipuri de senzori, poate
rezolva multe probleme practice ce apar la exploatarea lacurilor de acumulare, întreţinerea
căilor navigabile şi managementul integrat al zonei costiere.
2. Zona de lucru
Cu acordul Beneficiarului, pentru testarea echipamentului SEDCONTROL 347.02 s-a
efectuat o campanie de masuratori in zona canalului Dunare-Marea Neagra (Fig. 1). Zona de profilare
este marcata cu rosu iar profilele efectuate sunt marcate cu verde.
Canalul Dunăre-Marea Neagră are o lungime de 64,4 km, o adâncime de 7 m, o lăţime la bază
de 70 m şi la suprafaţă de 90-120 m, şi are o capacitate anuală maximă de transport de 80-100 de
milioane tone, iar pentru ramura nordică de 15-25 de milioane tone de marfă. Pescajul maxim admis
este de 5,5 m permiţând astfel accesul navelor fluviale și a celor maritime mici. La fiecare capăt există
câte două ecluze care permit traficul în ambele sensuri. Zona de lucru se situează în aria de interacţiune
a apei de origine fluvială, ce vine de pe canal, cu apa de mare din zona portului Constanta Sud -
Agigea. Ecluza ce este situată la aproximativ 1100 de metri distanta nu a avut influenta deosebita
asupra masuratorilor, deoarece nu s-au efectuat manevre de trecere ale navelor pe canal.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 3
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 1 : Localizarea zonei de lucru
Pentru masuratorile experimentale s-au folosit echipamentele:
- pentru masurarea vitezelor si a suspensiilor s-a folosit un echipament de tip
Acoustic Doppler Current Profiler - ADCP (Mini ADP Sontek);
- pentru masurarea adancimilor s-a utilizat un echipament de tip Single Beam,
Ceeducer (Bruttour International) - Scientific Echosounder;
- turbiditatea s-a determinat cu ajutorul a doua echipamente: turbidimetrul 2100Qis si
WTW 340 I Multiline;
Descrierea detaliata a echipamentelor folosite la masuratorile comparative se va face
la punctul 4 din acest studiu.
Prototipul de aparatura SEDCONTROL 347.01 a fost montat la bordul Navei de
Cercetare ISTROS (Foto 1) din dotarea INCD GeoEcoMar, iar coborarea acestuia pe punctul
de lucru s-a facut cu ajutorul unei bigi aflata la bordul navei. Prototipul de aparatura
SEDCONTROL 347.02 a fost montat pe o ambarcaţiune (Carina) amenajata pentru
cercetare (Foto 2) din dotarea INCD GeoEcoMar.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 4
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Foto 1 : Nava de masuratori ISTROS
Foto 2 : Ambarcațiunea Carina, folosita pentru realizarea masuratorilor comparative
3. Modelul experimental / prototip
SEDCONTROL foloseşte un modul (baliză) plutitor, ce poate fi fix sau mobil; pe
acesta sunt montaţi senzorii (de turibiditate, ultrasonic) şi echipamentele de achiziţie, stocare
şi transmisie la distanţă datelor (Fig. 2 si 3). Acest sistem este practic si uşor de utilizat
putând fi poziţionat la punct fix sau tractat cu o ambarcaţiune. Datele achiziţionate sunt
transmise în timp real.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 5
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 2 : Schema poziționării in albia unui râu a prototipului SEDCONTROL 347.01
Fig. 3 : Poziţionarea modulului plutitor SEDCONTROL 347.02 pe o secţiune de râu, canal sau lac
SEDCONTROL 347.01 este proiectat pentru a se folosi intr-o secțiune sensibila a
albiei unui râu sau a unui lac ca de exemplu in apropierea golirilor de fund sau a prizelor de
apa localizate in baraj. Sistemul SEDCONTROL va transmite date in timp real legate de
cresterea nivelului depozitului de sedimente si conținutul de sedimente (turbiditatea) in
sectiunea de observație selectata, sau poate trimite semnale de alarmă atunci când nivelul
de sedimente atinge un nivel prescris inițial şi solicita deschiderea de urgenta a golirilor
barajului pentru spălarea sedimentelor acumulate.
Sistemul este prezentat în fig. 4 si este compus din următoarele subansamble:
Modulul subacvatic. Pe modulul subacvatic (Fig. 4) se fixează toţi senzorii de
măsurare ai parametrilor hidrodinamici, precum şi un modul electronic destinat alimentării şi
achiziţiei de date de la o parte dintre aceştia, după cum se va descrie în continuare; este
compus din:
- cadru – notat cu 1
- element ancorare - notat cu 2
- senzor ultrasonic de distanţă - notat cu 3
- senzor complex de turbiditate, presiune şi temperatură - notat cu 4
- emitor ultrasonic - 3 bucăţi - notat cu 5
- array de receptori ultrasonici - 3 bucăţi - notat cu 6
- modul electronic subacvatic - notat cu 7
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 6
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 4 : SEDCONTROL 347.01
SEDCONTROL - Varianta fixa:
- modul subacvatic - notat cu 1
- cablu ancorare - notat cu 2
- modul plutitor - notat cu 3
- modul de recepţie date - 4
Pe modulul subacvatic (fig. 5) se fixează toţi senzorii de măsurare ai parametrilor
hidrodinamici, precum şi un modul electronic destinat alimentării şi achiziţiei de date de la o
parte dintre aceştia, după cum se va descrie în continuare; este compus din:
- cadru - notat cu 1
- element ancorare - notat cu 2
- senzor ultrasonic de distanţă - notat cu 3
- senzor complex de turbiditate, presiune şi temperatură - notat cu 4
- emitor ultrasonic - 3 bucăţi - notat cu 5
- array de receptori ultrasonici - 3 bucăţi - notat cu 6
- modul electronic subacvatic - notat cu 7
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 7
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 5 : Modulul subacvatic SEDCONTROL 347.01
Cadrul 1 este realizat din profile de aluminiu tip Bosch, asigură susţinerea senzorilor în
poziţiile şi orientările dorite şi este montat solidar pe elementul de ancorare 2, care este
destinat fixării ferme într-o anumită poziţie pe fundul albiei.
Modulul plutitor al modelului SEDCONTROL 347.02 (Fig. 6) constă dintr-o baliză, pe
care este montat senzorul ultrasonic de distanţă Reson TC 2024, (notat cu 2) şi senzorul de
turbiditate, presiune şi temperatură TYPT10 (notat cu 3 in figura 6). În baliză sunt instalate
echipamentele de achiziţie, stocare şi transmisie la distanţă prin radio a datelor recepţionate
de la senzori, informaţii condiţionate şi agregate sub formă de fişiere - flux de date.
1 – baliza construita din fibra de carbon 2 - senzorul ultrasonic de distanță TC 2024 3 - senzorul de turbiditate, presiune și temperatură TYPT10 4 – panou fotovoltaic destinat reîncărcării acumulatorilor situate în interiorul balizei
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 8
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 6 : Modulul plutitor pentru modelul SEDCONTROL
Pentru a menţine modulul plutitor într-o zonă prestabilită, aceasta se ancorează cu
un cablu, legat la un element de ancorare plasat pe fundul lacului sau al râului. Elementul de
ancorare este realizat din beton, are masa de cca. 20 kg, iar lungimea cablului se alege
cunoscând în prealabil adâncimea apei în acel punct.
Modulul de recepţie la distanţă a datelor
Modulul de recepţie date - Fig. 7 - cuprinde modemul radio (notat cu 1), modem care
comunică prin cablu tip RS232 cu laptopul de teren (notat cu 2), la care este conectat
modemul GPRS (notat cu 3). Pe acesta se află instalate programele de achiziţie, prelucrare
şi prezentare date. Programul aplicativ permite modificarea ratei de eşantionare a
măsurătorilor (frecvenţa acestora).
Fig. 7 : Modulul de recepţie date
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 9
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Laptopul de teren este un produs robust, rezistent la şocuri, protejat la praf şi umiditate
cu ajutorul unei carcase speciale şi este de tip Panasonic CF-31.
SEDCONTROL 347/02, varianta mobila a sistemului este recomandata in toate
cazurile in care o anumita sectiune din rau sau rezervor prezinta interes deosebit pentru
calibrarea unui model matematic sau gestionarea in timp real al procesului de sedimentare.
Sistemul este prezentat in fig. 8.
Componente:
- modul plutitor - poz. 1
- cablu ancorare - poz. 2
- element ancorare - poz. 3
- modul de recepţie date - poz. 4
Fig. 8: SEDCONTROL 347.02
Echipamentul AQUAlogger 210TYPT10 produs de firma AQUATEC din Marea Britanie
(fig. 9) conţine trei senzori: de turbiditate, temperatură şi presiune; este destinat în principal
măsurării turbidităţii apei în râuri şi lacuri de acumulare; suplimentar este dotat cu un senzor
de măsurare a temperaturii în apă şi cu unul pentru măsurarea presiunii hidrostatice. În
carcasa comună se află şi partea de alimentare şi de condiţionare semnal, conversie analog
digitală şi un dispozitiv de memorare a datelor; este însoţit de un software de prelucrare,
interpretare şi prezentare a datelor.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 10
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 9: Senzorul complex de turbiditate, presiune şi temperatură
AQUAlogger 210TYPT10
Modulul de condiţionare semnal şi achiziţie date NAVISOUND 110 – (Fig. 10) este
conectat cu traductorul ultrasonic de distanţă cu un cablu cu o lungime de 20 m. Acesta
poate fi pornit atât manual, de la un buton prevăzut pe panoul său frontal, cât şi comandat de
la distanţă pentru a fi activ numai în timpul efectuării măsurătorii, în vederea limitării
consumului de energie.
Fig. 10 : Modulul de condiţionare semnal şi achiziţie date NAVISOUND 110
Descriere componente
1. Echipamentul de măsurare a adâncimii
Acest echipament măsoară distanţa de la suprafaţa apei până la nivelul de sediment.
Transformînd măsurătorile de adâncime în cote absolute şi comparându-le cu topografia
iniţială a albiei, prin diferenţa, se determină grosimea sedimentelor depuse.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 11
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
2. Controlerul echipamentului de măsurare a adâncimii
Controlerul echipamentului de măsurare a adâncimii este conectat la echipamentul de
măsurare a adâncimii printr-o comunicaţie serială (standardul RS232) fiind capabil sa
transmită o serie de comenzi şi interogări, pentru aflarea parametrilor de stare şi pentru
extragerea informaţiilor cu privire la adâncimea apei. Totodată controlerul echipamentului de
măsurare a adâncimii este conectat la placa de bază printr-o comunicaţie serială (standardul
RS232) furnizând mai departe informaţiile primite.
Întregul sistem este alimentat de la un acumulator încărcat în mod controlat de un
panou solar, consumul eficient de energie este foarte important. Prin urmare o funcţie impusă
controlerului echipamentului de măsurare a adâncimii este aceea de gestiune a consumului
de energie. Echipamentul de măsurare a adâncimii este cuplat doar în momentul în care se
doreşte măsurarea adâncimii, urmând ca după culegerea de informaţii utile acesta să fie
decuplat.
Controlerul echipamentului de măsurare a adâncimii transmite un mesaj către placa
de bază atât la începerea procesului de achiziţie de date, cât şi la finalul acestuia.
Placa de bază poate interoga controlerul echipamentului de măsurare a adâncimii
doar pentru a afla ultima valoare înregistrată a adâncimii fără a comanda o noua achiziţie de
date.
3. Echipamentul de măsurare a turbidităţii
Echipamentul de măsurare a turbidităţii măsoară concentraţia de sediment din apă
putând astfel să se facă o estimare a nivelului de sediment pentru urmatoarea perioadă.
Echipamentul de măsurare a turbulenţei este conectat la controlerul echipamentului de
măsurare a turbulenţei printr-o comunicaţie serială (standardul RS232) pentru a furniza
informaţii cu privire la parametrii de stare şi cu privire la concentraţia de sediment din apă.
4. Controlerul echipamentului de măsurare a turbidităţii
Controlerul echipamentului de măsurare a turbidităţii este conectat la echipamentul
de măsurare a turbulenţei şi la placa de bază prin comunicaţii seriale (standard RS232) fiind
capabil să transmită comenzi şi raspunsuri de stare către cele două echipamente.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 12
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
5. Placa de bază
Placa de bază este cel mai important modul al sistemului, fiind un nod de comunicaţii
între echipamentele de masură şi modulul GPRS. Placa de bază dispune de un
microcontroler cu două comunicaţii seriale, una fiind folosită pentru a comunica cu modulul
GPRS, iar cea de-a doua fiind multiplexată între cele două controlere ale echipamentelor de
măsura. Modulul radio este dotat cu un emiţător şi cu un receptor având la dispoziţie o
singură antenă, rezultând astfel o comunicaţie "half duplex" între placa de bază şi modulul
GPRS.
6. Modulul GPRS
Modulul GPRS este capabil să transmită interogări către placa de baza şi să
interpreteze mesajele primite de la aceasta cu scopul de a le expedia mai departe către un
server GPRS. Funcţia de teletransmisie de date este asigurată de microcontrolerul din
compunerea modulului GPRS în conjuncţie cu un modem GPRS.
Funcţionarea sistemului
Modulul NAVISOUND 110 are un panou lateral cu conectori (Fig. 11) a):
1 - cablu de alimentare la 24 V,
2 - cablu de 12 m pentru semnal analogic de la traductorul TC2024,
3 - cablu de date RS232 între NAVISOUND 110
şi (Fig.11) b) controlerul TC2024 sau direct laptop/ PC) și un panou frontal care constă
în două butoane şi un afişaj cu leduri care arată adâncimea curentă măsurată - Fig. 11 b).
Butonul O/I: întrerupătorul pornit/oprit (On/Off)
Butonul F: Marker key (se apasă şi menţine apăsat acest buton cât timp butonul O/I este în
poziţia On pentru a restabili setările din fabrică)
Pentru a activa modulul NAVISOUND 110, se apasă butonul O/I. Acesta va începe imediat
măsurătorile utilizând setările salvate. Pentru setările curente, valoarea este afișată în m:
0,66 m = 66 cm.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 13
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
a) b)
Fig. 11 : Panoul frontal al modulului NAVISOUND 110
Sistemul de măsurare a turbidităţii, presiunii şi temperaturii
Listă componente
AQUAloggerul TYPT10 a fost livrat într-o trusă împreună cu următoarele accesorii -
fig. 12 a) și b):
- cablu cu conector la AQUAlogger și cu conector USB
- cablu intermediar cu conector submarin, alimentare externă de la acumulatorul de 12
Vcc şi cu conector RS232 pentru conectare la laptopul de teren sau la controlerul
TYPT10
- 2 seturi a câte 3 baterii înseriate cu tensiune totală de 10,6 V
- manual de utilizare AQUAlogger și al senzorului de turbiditate
- CD pentru instalare driver, programul AQUAtalk pentru iniţializarea aparatului ca
datalogger și programul AQUAlogger NMEA pentru afişarea datelor în timp real.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 14
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
a) aspect exterior b) vedere interior
Fig. 12 : Trusă AQUAlogger 210TYPT10
În plus, este furnizat cablul de date RS232 submarin de 60 m.
DOMENIU DE UTILIZARE
Aparatul pentru măsurarea şi monitorizarea hidrodinamicii sedimentelor, denumit
SEDCONTROL 347.01/02 este un instrument puternic pentru a măsura adâncimea apei în
lacuri de acumulare cu precizie mare, de ± 1 cm. Instrumentul se plasează într-unul sau mai
multe puncte fixe, eliminându-se astfel erorile de coordonate x-y. Adâncimea apei, împreună
cu alţi parametri (presiune, temperatură) sunt digitalizaţi şi transmişi periodic la un punct de
control situat în apropiere de baraj, unde aceste date sunt prelucrate şi prezentate într-o
formă inteligibilă. Autonomia proiectată a sistemului este de un an, cu una sau două
măsurători în timp real pe zi. În caz de evenimente speciale, cum ar fi inundaţiile sau
alunecările de pământ, este posibil să se modifice software-ul instalat pe computerul din
punctul de supraveghere, astfel că rata de eşantionare (de achiziţie) să fie mărită în
conformitate cu cerinţele.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 15
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Pentru acest contract metodologia de lucru a fost următoarea:
- S-au asamblat echipamentele in modulul plutitor;
- S-a făcut deplasarea la punctul de lucru arătat in figura 1;
- S-a lansat modulul plutitor la apa;
- S-au făcut treceri transversale succesive ale canalului Dunare-Marea Neagra cu
modulul plutitor tractat si s-au achizitionat date in timp real care au fost ulterior
prelucrate si comparate cu datele masurate cu aparatura din dotarea Geoecomar
(prezentata mai jos la capitolul 4).
4. Aparatura folosita pentru măsurătorile comparative. Prezentare si
metodologia de lucru
4.1 ADP (acoustic doppler current profiler) – ADP MINI 1500 kHz (Sontek)
Sistemul ADP combină cea mai avansată tehnică de măsurare utilizând efectul
Doppler cu un pachet de programe care funcționează sub Windows (XP / Windows 7 /
Windows 8). Precizia înaltă a utilizării acestui sistem ca şi utilizarea facilă a aparatului permit
o măsurare in timp real a vitezelor de curenţi şi a debitelor râului, utilizând un mod de
operare accesibil.
Acest sistem include:
- Acoustic Doppler Profiler (ADP) - pentru măsurarea vitezelor de curenţi şi a debitelor;
- Circuit Bottom-tracking – pentru măsurarea adâncimii albiei, vitezei şi direcţiei apei;
- Busola + senzor de înclinare - pentru orientare.
Măsurătorile de viteze de curenţi şi debite s-au realizat cu ajutorul unui echipament
Acoustic Doppler Profiler (ADP) SonTek, MiniADP cu frecvenţa de 1500 kHz (Foto 3). Acest
echipament este un sistem de măsurare de mare acurateţe a vitezelor şi a debitelor râurilor,
prin utilizarea efectului Doppler. ADP-ul a fost cuplat la un GPS, ca sistem alternativ de
determinare a poziției şi mişcării bărcii şi pentru creşterea acurateței măsurătorilor.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 16
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Foto 3 : Sontek Mini ADP 1500 kHz
Principalele caracteristici tehnice sunt:
- frecvenţa de operare: 1500 kHz;
- intervalul de adâncimi la care măsoară: 0.25 - 25
m;
- mărimea celulei de înregistrare (rezoluţia) poate
varia între 0.25 şi 1 m în funcţie de adâncimea
apei;
- intervalul în care aparatul nu poate măsura
(blanking distance): de 0.25 m;
- adâncimea maximă de măsurare este de 25 m;
- sistemul este alimentat la 12-24 V.
SonTek ADP are 3 senzori, fiecare cu o
anumită orientare. Fiecare din aceşti senzori
generează un fascicul sonor îngust care este proiectat prin apă. Reflexiile datorate
particulelor din apă (ca de exemplu: sediment în suspensie, materie organică, organisme sau
bule de gaz) sunt folosite pentru determinarea vitezei apei.
Foto 4: Imagine pe computer cu datele integistrate de ADP
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 17
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Orientarea geometrică a fiecăruia dintre cei 3 senzori permite ADP-ului să calculeze
viteza apei folosind un sistem de coordonate cartezian (XYZ) faţă de poziţia şi orientarea
instrumentului.
Busola şi senzorul de înclinare încorporate în aparat permit calcularea vitezelor apei în
coordonate ENU (East-North-Up), independent de orientarea instrumentului. Sistemul
RiverSurveyor trebuie să utilizeze coordonatele ENU.
ADP-ul foloseşte opţiunea Bottom-track pentru măsurarea vitezei navei faţă de fundul
râului. Viteza navei este apoi scăzută din viteza măsurată a apei, pentru a obţine viteza
absolută a curentului independent de mişcarea navei. Bottom-track este un sistem de
determinare a poziţiei mai precis decât GPS-ul, în special pentru lăţimi ale râurilor mai mici
de 1000 m. Pentru lățimi mai mari de 1000 m, GPS-ul poate minimiza incertitudinea
poziţionării.
Sedimentele in suspensie sunt redate in dB. Profilul este redat in timp real.
Efectuarea măsurătorilor. Sistemul ADP este montat în lateralul navei utilizate, in
cazul de faţă pe o barca cu motor, pe un sistem de fixare amagnetic (construit din aluminiu).
Acesta permite păstrarea distanţei de 2 m a instrumentului faţă de corpul metalic al navei,
pentru evitarea influenţelor magnetice asupra busolei încorporate in aparat (Foto 3). ADP-ul
este cuplat la un calculator care înregistrează datele in timp real (Foto 4) şi la un GPS pentru
completarea datelor de poziţionare.
Pentru înregistrarea vitezelor de curenţi de-a lungul profilelor, barca se deplasează cu
viteză scăzută (similară cu viteza apei), perpendicular pe mal, astfel încât aparatul să se afle
orientat direct în curentul apei.
Traiectoria barcii este verificată cu ajutorul programului GlobalMapper, cu care se
poate vizualiza poziţia acesteia pe profil.
Pentru fiecare profil se efectuează de la 2 pana la 6 traversări, pentru verificarea
acurateţii înregistrărilor. Programul RiverSurveyor are posibilitatea compararii măsurătorilor şi
calculează diferenţa (Coeficientul de variaţie - COV) între acestea. Se consideră că două sau
mai multe măsurători succesive sunt corecte dacă COV<5%.
Prelucrarea datelor. Datele rezultate din măsurătorile ADP pe un profil sunt
prelucrate cu ajutorul programului de operare RiverSurveyor (versiunea 4.6), comparate şi
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 18
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
mediate rezultatul fiind un raport al măsurătorii (Discharge report) care conţine toate datele
importante ale unui profil.
Distanţele fată de maluri au fost luate cu ajutorul unui Telemetru care poate face
măsurători pana la 1500 m. Acesta a permis o mai bună precizie in estimarea distanţelor faţă
de maluri, necesară realizării profilelor ADP.
4.2 Single beam – Ceeducer Brutour International. Profilele ADP au fost dublate de
măsurători batimetrice de tip Single Beam efectuate cu echipamentul Ceeducer instalat pe
barca cu motor. Echipamentul are o frecvenţă de 200 Khz si efectueaza măsurători
batimetrice intre 30 cm si 100 m; înregistrările sunt in numar de 12 la 2 secunde. Acuratetea
aparatului este de 0.02% (Foto 5).
Foto 5 : Sistem de măsurare a adancimilor - Ceeducer
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 19
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Prelucrarea datelor. O reprezentare grafică a datelor înregistrate pe profil permite o
mai bună înţelegere a rezultatelor. Datele batimetrice au fost prelucrate cu ajutorul
programului de procesare Fledermaus (versiunea 6.7).
Turbiditatea (Opalescenta) este o mărime fizică ce exprimă proprietăţile optice ale
probelor de apă. Mai precis, exprimă intensitatea luminii difuzate de particulele aflate în
suspensie într-o probă de apă. Opalescenta creste cu intensitatea luminii măsurată.
Turbiditatea este produsă de aluviuni fine, de tip argilă, materii organice (alge, resturi
vegetale sau animale). Se masoara cu ajutorul turbidimetrului si se exprima de regulă în
FTU.
4.3. Pentru acest contract turbiditatea s-a masurat folosind doua echipamente de
masurare:
1) TURBIDIMETRUL 2100Qis (Foto 6) (Conform Manualului HACH LANGE 2010).
Foto 6 - TURBIDIMETRUL 2100Qis
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 20
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
1. TURBIDIMETRUL 2100Qis este un turbidimetru portabil, folosit in activitatile de teren
pentru masurarea turbiditatii apei, care prezinta caracteristicile tehnice de mai jos:
Reglementari:
- Respecta ISO 7027;
- Atestat de reglementarile canadiene privind echipamentele care produc interferente
radio, IECS – 003, clasa A;
- Este conform cu Partea 15 din Regulile FCC;
- Atestat CE.
Performante:
- Intervalul de masura: 0 – 1000 NTU (FNU);
- Precizia de masurare: +/- 2% din citire plus lumina de dispersie de la 0 - 1000 NTU
(FNU);
- Repetabilitatea: +/- 1% din citire sau 0,01 NTU (FNU), oricare este mai mare;
- Rezolutia: 0,01 NTU pe intervalul cel mai mic;
- Lumina de dispersie: </= 0,02 NTU (FNU);
- Moduri de citire: Normal, Medierea valorilor semnalului sau Rapidy Setting Turbidity;
- Medierea valorilor semnalului: Pornit sau oprit selectabil;
- Esantion necesar: 15 ml.
Componente principale:
- Sursa lampa: Dioda luminiscenta (LED) la 860 nm;
- Detector: Fotodioda siliconica;
- Inregistrator de date: 500 de inregistrari;
- Inregistrator calibrare: inregistreaza ultimele 25 de calibrari de succes;
- Inregistrator verificare: inregistreaza ultimele 250 de verificari de succes;
- Necesitati de alimentare: CA 100 – 240 V, 50/60 Hz (cu energie sau modul
USB/energie); 4 baterii alcaline AA; baterie NiMH reincarcabila (pentru utilizare cu
modul USB/energie);
- 6 Fiole esantion: Cuve rotunde 60x25mm din sticla borosilicata cu dopuri filetate;
- Ulei siliconic si carpa de ungere a fiolelor esantion;
- Standarde de calibrare 20, 100 si 800 NTU StabCal;
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 21
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
- Standard de verificare StabCal 10 NTU;
- Cutie de transport.
Altele:
- Conditii de utilizare: Temperatura: 0 – 50°C (32 – 122°F); Umiditatea relativa: 0 – 90%
la 30°C, 0 – 80% la 40°C, 0 – 70% la 50°C, non – condensare;
- Conditii de stocare: - 40°C la + 60°C;
- Greutatea aparatului: 620g cu 4 baterii.
Metoda de lucru:
1. Pornirea aparatului;
2. Identificarea operatorului si a esantionului;
3. Verificarea datei si a orei;
4. Efectuarea calibrarii aparatului cu solutiile etalon de calibrare;
5. Se da OK;
6. Se introduce fiola cu proba de apa, agitata, in suportul pentru fiola esantion a
turbidimetrului;
7. Se citeste valoarea turbiditatii afisata pe ecranul aparatului;
8. Valorile citite sunt memorate si transferate la o imprimanta, un calculator sau un
dispozitiv de stocare USB.
Metoda de calibrare:
1. Se apasa tasta CALIBRARE;
2. Se introduce standardul 20 NTU StabCal si se inchide capacul;
3. Apasati pe Citire. Pe afisaj apare Stabilizare si apoi se afiseaza rezultatul;
4. Repetati pasii 2 si 3 cu Standardele 100 NTU si 800 NTU StabCal si apasati
Finalizat;
5. Apasati din nou Finalizat pentru a revedea detaliile calibrarii;
6. Apasati Stocare pentru a salva rezultatele. Dupa calibrare reusita, turbidimetrul
trece automat in modul Verificare Cal.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 22
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
2) Trusa WTW 340 I Multiline
Trusa WTW 340i executa măsurători multi-parametru frecvente în domeniu printre
care 5 parametri importanți: pH, ORP, oxigen dizolvat, conductivitate, salinitate și
temperatura de măsurare, precum și pentru un MPP IDS suplimentar de măsurare a
adâncimii (Foto 7).
Aparatele de masurat 340i realizeaza masuratori fiabile ce pot fi executate in conditii
de dificultate ridicata atat in laborator cat si pe teren. Usoare si compacte, aparatele de
masurat sunt robuste si reunesc cerintele pentru IP 67.
Principalele caracteristici ale aparatului sunt urmatoarele:
pH Oxigen Conductivitate
Domeniu de masurare/rezolutie
pH: -2,00...+19,99
mV: -1999...+1999
conc O 2 : 0,00...19,99 mg/l
0,0...90,0 mg/l
saturatie O 2 : 0,00...19,99%
0,0...600%
1 m S/cm...500mS/cm in 4 domenii de mas.
Salinitate: 0,00...70,0
Acuratete ( + 1) pH: + 0,01
mV: + 1 + 0,5% din valoare + 1% din valoare
Compensarea temperaturii
automat -5...+105 ° C
manual -20..+130 ° C
automat via IMT
compensare de la 0...+40 ° C
functiune nelineara sau nonlineara pentru ape ultrapure sau neutre
Temp referinta - - 20/25 ° C selectabil
Foto 7: Trusa WTW 340I multiline
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 23
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Display Display LCD 60x35 mm, afisare simultana a masuratorii si a temperaturii, caractere speciale
Protocol de calibrare 1-2 puncte cu sol tampon tehnice
Calibrare automata
Calibrare automata
Mod de iesire a datelor
via display sau interfata
Interfata seriala RS 232, pas cu pas, bi-directionala
Timp de operare Max. 2500 ore cu baterii (depinde de senzorul folosit) cu autoinchidere dupa 1h (cu exceptia operatiunii de inregistrare a datelor)
Dimensiuni 172 x 80 x 37mm (hxLxl)
Greutate aprox. 300g
Certificat de: CE, TUV/GS, UL, CUL
Garantie 3 ani pentru aparat
Tabel 1 : Principalele caracteristici ale trusei WTW 340 I Multiline
4. Rezultate
Rezultate prototip. Aceste date au fost comparate cu măsurătorile efectuate cu
aparatura prototip. Pe același profil de masuratori ADP, Ceeducer si turbiditate s-a utilizat
prototipul de aparatura SEDCONTROL 347.01 si 347.02. Prototipul de aparatura
SEDCONTROL 347.01 a fost montat la bordul Navei de Cercetare ISTROS (Foto 1) din
dotarea INCD GeoEcoMar, iar coborarea acestuia pe punctul de lucru s-a făcut cu ajutorul
unei bigi aflata la bordul navei (Foto 8). In timpul masuratorilor prototipul de aparatura
SEDCONTROL 347.02 a fost tractat de către una dintre ambarcațiuni (Foto 9).
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 24
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Foto 8 : Lansarea prototip aparatură SEDCONTROL 347.01 pentru realizarea
masuratorilor in situ
Foto 9 : Prototip aparatură SEDCONTROL 347.02 in timpul masuratorilor in situ
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 25
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Datele brute măsurate de către prototip sunt arătate in figura 13 si tabelul 2. Prototipul
fiind tractat (fiind instalat in modulul plutitor) acesta a măsurat doar valori de la stratul
superior al apei (pana la 20 cm adâncime).
Fig. 13 : Datele brute măsurate de către aparatura prototip SEDCONTROL 347/02
Time S/N Ext temperature
(°C)
Pressure
(bar)
Turbidity
(FTU)
Battery
(volt)
Depth
(m)
12:01 163 9.64 1.06 3.6 10 0.6
12:01 163 9.72 1.06 3.6 10 0.6
12:01 163 9.78 1.06 3.6 10 0.6
12:01 163 9.85 1.06 3.5 10 0.6
12:01 163 9.9 1.06 3.4 10 0.6
12:01 163 9.97 1.06 3.6 10 0.6
12:02 163 10.02 1.06 3.6 10 0.6
12:02 163 10.14 1.04 3.6 10 0.4
12:02 163 10.2 1.04 3.5 10 0.4
12:02 163 10.24 1.06 3.6 10 0.6
12:02 163 10.28 1.07 3.5 10 0.7
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 26
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
12:02 163 10.33 1.06 3.6 10 0.6
12:03 163 10.37 1.04 3.4 10 0.4
12:03 163 10.4 1.04 4.3 10 0.4
12:03 163 10.44 1.02 4 10 0.2
12:03 163 10.48 1.04 3.5 10 0.4
12:03 163 10.52 1.04 4.3 10 0.4
12:03 163 10.59 1.03 3.5 10 0.3
12:04 163 10.62 1.04 3.7 10 0.4
12:04 163 10.66 1.04 4 10 0.4
12:04 163 10.68 1.03 4.4 10 0.3
12:04 163 10.71 1.03 4.2 10 0.3
12:04 163 10.73 1.03 4.9 10 0.3
12:04 163 10.77 1.03 3.9 10 0.3
12:05 163 10.76 1.04 4 10 0.4
12:05 163 10.78 1.04 3.8 10 0.4
12:05 163 10.78 1.04 4 10 0.4
12:05 163 10.78 1.03 3.9 10 0.3
12:05 163 10.79 1.02 12.9 10 0.2
12:05 163 10.8 1.02 13.3 10 0.2
12:06 163 10.83 1.03 8.8 10 0.3
12:06 163 10.86 1.02 3.6 10 0.2
12:06 163 10.89 1.03 3.2 10 0.3
12:06 163 10.92 1.03 3.2 10 0.3
12:06 163 10.93 1.04 3.2 10 0.4
12:06 163 10.95 1.03 5.1 10 0.3
12:07 163 10.97 1.03 5.2 10 0.3
12:07 163 10.98 1.03 5 10 0.3
12:07 163 11 1.04 3.6 10 0.4
12:07 163 11.01 1.02 4.3 10 0.2
12:07 163 11.04 1.02 4.1 10 0.2
12:07 163 11.04 1.03 4.2 10 0.3
12:08 163 11.06 1.03 2.8 10 0.3
12:08 163 11.08 1.04 3.6 10 0.4
12:08 163 11.1 1.04 3.4 10 0.4
12:08 163 11.11 1.04 3.8 10 0.4
Tabel 2 : Datele brute măsurate de către aparatura prototip SEDCONTROL 347/02
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 27
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
După cum se observa in figura 13, turbiditatea variază pe profilul transversal intre 2.8
si 13.3 FTU. Valorile maxime (de pana la 13.3 FTU) sunt situate in zona centrala spre malul
drept. In lungul profilului, temperatura a avut o creștere progresiva de la 9.6oC la 11.1oC
dinspre malul stâng spre malul drept.
Rezultate din masuratori comparative
Masuratori batimetrice Single Beam. In figura 14 este prezentat profilul batimetric al
zonei de lucru. Adâncimile pe profil nu au depasit 8 m, profilul avand o latime de aproximativ
170 m. Profilul albiei este simetric si relativ plat in zona centrala.
N S
Fig. 14 : Profil batimetric in zona de lucru
Masuratori de viteze si curenti ADP. In figura 15 este reprezentat un profil ADP pe
care se pot vizualiza distributia vitezelor pe sectiunea masurata. Se observa ca vitezele sunt
repartizate uniform pe profil si sunt incadrate intre valorile extreme de 0.01 si 0.27 m/s, cu o
medie pe profilul transversal de 0.10 m/s. Vitezele au o directie predominanta amonte/aval,
insa unii vectori au directie diferita datorita faptului ca zona de lucru este situata in avalul
ecluzei iar fluctuațiile de nivel se regasesc in orientarea diferita a vectorilor de viteza (Fig. 15)
In plus, intensitatea fluxului de apa din amonte nu este constanta ceea ce determina unele
disparitati in datele masurate.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 28
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 15 : Profilul de viteze inregistrat de ADP Sontek
Intensitatea acustica este redata in unitatea de masura denumita count. Aceste unitati
de masura sunt extrase din datele brute ale ADP-urilor si multiplicate printr-un instrument
specific si printr-o factor de scara specific pentru a transforma semnalul acustic in dB.
Decibelii ofera informatii privind sedimentele in suspensie din sectiunea masurata insa exista
inca limitari ale reprezentarii prin ADCP a distributiei incarcaturii sedimentare din suspensie.
In acest sens sunt necesare multiple probari de apa si determinari ale concentratiilor de
suspensii, urmate de calibrari si interpolari. In figura 16 este reprezentata informatia despre
intensitatea acustica in dB pentru profilul masurat in zona de lucru.
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 29
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Fig. 16 : Intensitatea acustica (in dB)
Deoarece datele despre incarcatura sedimentara provenite din masuratorile ADP nu
sunt complete, pentru turbiditate s-au facut masuratori in situ suplimentare.
Masuratori de turbiditate. In tabelul de mai jos sunt prezentate rezultatele
înregistrărilor parametrilor fizico-chimici realizate cu turbidimetrul 2100Qis si cu trusa WTW
340i.
Nr.
crt.
Adanc.
[m] pH
O2
[mg/l]
O2
[%]
CND
[mS/cm]
TDS
[g/l]
SAL.
[%]
Turb.
[FTU]
SiO2
[mg/l]
Formaz
[mg/l]
1. 0.2 8,27 25,1 229 21,4 10,7
0 12,6 3,3 0,406 0,203
Tabelul 3 : Parametrii fizico – chimici ai apei de suprafaţa din zona de lucru
Analizele fizico – chimice efectuate pe coloana de apa au evidenţiat următoarele:
Suprasaturaţie cu oxigen, mai mica in hipolimnion;
Grad de mineralizare ridicat, care atinge un maxim in hipolimnion;
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 30
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
Cresterea salinitatii dinspre epilimnion spre hipolimnion;
pH-ul, slab alcalin, scade de la epilimnion către hipolimnion;
Turbiditate (Opalescenta) mare in metalimnion.
Valorile parametrilor analizaţi pe coloana de apa, din locaţia ECLUZA PORT AGIGEA,
au variat descrescător pentru oxigen si pH, respectiv crescător pentru mineralizaţie si
salinitate - de la suprafata catre fundul apei, iar pentru turbiditate s-au obtinut valori maxime
in metalimnion.
5. Interpretare rezultate
Măsuratorile în paralel, cu echipamentele ADCP, single beam şi cel dezvoltat în cadrul
proiectului SEDCONTROL au evidenţiat:
- concordanţa la nivel centimetric a valorilor de adâncime (valori cu ajutorul cărora se poate
determina volumul de sedimente depuse în albia laculurilor, râurilor, etc.); (v. Figura 17, în
care este reprezentat profilul batimetric aşa cum a rezultat din măsurătorile cu echipamentele
din dotarea GeoEcoMar şi cel dezvoltat în cadrul proiectului)
- frecvenţa oarecum redusă de achiziţie pe profil (aşa zisa rata de tir), lucru care se poate cu
uşurinţa adapta din softul de achiziţie devoltat de în cadrul proiectului;
Fig. 17: Profile batimetrice comparative
POSCCE – Axa prioritară 2 – 2009 – 2, Operaţiunea 2.1.2 31
Ctr. 131 / 04.06.2010 - Proiect: SEDCONTROL – Etapa 10
6. Concluzii si recomandări
Determinările de turbiditate sunt concludente pentru particule fine, din categoria
argilelor (şi partea cea mai fină a silturilor, după unele clasificări granulometrice); particulele
fine au o contribuţie relativ modestă la bugetul total al sedimentelor depuse în lacurile de
baraj (în general de circa 10% din totalul sedimentelor depuse); în aceste condiţii este de
dorit să se urmărească dezvoltarea în continuare a sistemului SEDCONTROL (inclusiv prin
includerea sa în viitoare proiecte naţionale şi/sau internaţionale. În dezvoltările viitoare să se
considere şi proiectarea unor module pentru sedimentele în suspensie, de tip nisip şi de
asemenea pentru sedimentele târâte.
Recommended