Handboek debietmeten in open waterlopen - Wageningen UR E-depot

STOWA 2009-41 Handboek debietmeten in open waterlopen
oktober 2009 Handboek debietmeten in open waterlopen
oktober 2009 Handboek debietmeten in open waterlopen
De
looptijd
De looptijd is
gerelateerd
is gerelateerd aan
aan de
de voortplantingssnelheid
voortplantingssnelheid van van
de de
akoestische akoestische
puls door puls
het door
het
medium
medium en
de
en stroomsnelheid
de stroomsnelheid van
van het
het medium.
medium. In
In de de
praktijk praktijk
is water is
water
het medium. het
medium.
Als het Als
het
water
stilstaat
water stilstaat is
de
looptijd
is de looptijd van
van A
naar
A naar B
gelijk
B gelijk aan
aan die
die van
van B B
naar naar
A, A,
L
tab = tba
=
L
t (7-1)
ab = tba
=
L
t (7-1)
ab = tba
=
(7-1)
c
(7-1)
c
waarin
waarin waarin L
=
de L = de afstand afstand tussen tussen de de transmitter transmitter A en de A ontvanger en
de B ontvanger [m] en c = de voortplantings-
B
[m]
en c =
de
voortplantingssnelheid snelheid van geluid van in geluid water [m/s]. in
water In het [m/s]. geval dat In het het water geval stroomt dat
het met water een snelheid stroomt V is met een
r met een
snelheid Vr snelheid de Vr looptijd is de looptijd van A naar B verschillend aan die van B naar A,
Vr is de looptijd van A naar van B A verschillend naar B verschillend aan die van aan B naar die A, van B naar A,
L
L
t ab =
L
t =
L en t ba =
L
t (7-2)
ab =
en t =
L
c + V Vr
⋅ cos cosϕ
ba
(7-2)
ab
en t =
(7-2)
c + V ϕ ba c − Vr
⋅ cosϕ
(7-2)
r ⋅ cosϕ
c − Vr
⋅ cosϕ
r
c − Vr
⋅ cosϕ
Onder
Onder de
de Onder aanname
aanname de aanname dat
dat de
de dat C de
C
en C
en
Vr en
Vr
Cosφ V Cosφ
Cosφ
in
beide in beide
beide
richtingen richtingen
richtingen
gelijk gelijk
gelijk
is, volgt
is,
volgt de
volgt
de stroomsnelheid
r de
stroomsnelheid
van
het
water van
water
uit het
uit
vergelijking water uit vergelijking
vergelijking
(7-2), (7-2),
(7-2),
V
r
L ⎛
=
L
⋅
⎜
⎛ 1
=
L
⋅
2cosϕ ⎝
⎜
⎛ 1
= ⋅
2cosϕ ⎝
⎜
2cosϕ t
⎝
t
ab
1 ⎞
−
1
⎟
⎞
−
1
tba
⎠
⎟
⎞
−
tba
⎠
⎟
tba
⎠
158
151
(7-3)
De
stroomsnelheid
is een 'gemiddelde' van de opgetreden stroomsnelheden langs het akoestisch
De stroomsnelheid
is een
is
'gemiddelde'
een ‘gemiddelde’
van
van
de
de
opgetreden
opgetreden
stroomsnelheden
stroomsnelheden langs
langs
het
het
akoes-
akoestisch
pad
dat
de
puls
heeft
afgelegd
tussen
de
punten
A
en
B.
tisch pad dat de puls heeft afgelegd tussen de punten
B.
A en B.
Omdat
de
signalen van A naar B en B naar A gelijktig verstuurd worden wordt er in hetzelfde
Omdat
signalen
de signalen
van A
van
naar
A naar
B en
B en
B
B
naar
naar A gelijktig
gelijktig
verstuurd
verstuurd
worden
worden
wordt
wordt
er in hetzelfde
er in hetzelfde
water gemeten en mag men stellen dat c en Vr water gemeten en mag men stellen dat c en Vr cosφ gelijk zijn. De looptijdmeting van de ADM
Vr cosφ gelijk zijn. De looptijdmeting van de ADM
water gemeten en mag men stellen dat c en Vcosφ cosφ gelijk
gelijk
zijn.
zijn.
De
De looptijdmeting
looptijdmeting
van
van
de
de ADM
is hierdoor onafhankelijk van de geluidssnelheid. r
is hierdoor geluidssnelheid.
ADM
onafhankelijk
is hierdoor onafhankelijk
van de geluidssnelheid.
van de geluidssnelheid.
Tevens
is het mogelijk om de geluidssnelheid door de looptijdmeting te laten berekenen en te
Tevens
is het
is
mogelijk
het mogelijk
om de
om
geluidssnelheid
de geluidssnelheid
door
door
de
de looptijdmeting
looptijdmeting
te
te
laten
laten
berekenen
berekenen
en
en te
presenteren: c = L/2 (1/tab presenteren: c = L/2 (1/tab +1/tba). Hiermee kan eventueel de temperatuur van de waterloop
(1/tab waterloop
te presenteren: c = L/2 +1/tba). (1/t +1/t Hiermee
). Hiermee
kan
kan
eventueel
eventueel
de
de
temperatuur
temperatuur van
van
de
de
water-
waterloop
weergegeven
worden
(integrale
temperatuurmeting) ab ba
temperatuurmeting)
en
de
ingevoerde
padlengte
gecontroleerd
loop weergegeven worden (integrale temperatuurmeting) en de ingevoerde padlengte
gecontroleerd
gecon-
worden.
troleerd worden.
Geluidssnelheid
De
voortplantingssnelheid
geluiDSSnelheiD
voortplantingssnelheid c van
geluid
in
water
hangt
af
van:
• De
•
de
voortplantingssnelheid
de
watertemperatuur, c van geluid in water hangt af van:
watertemperatuur,
• •
•
de
de
de
druk,
watertemperatuur,
druk,
• •
•
de
de
de
saliniteit,
druk,
saliniteit,
• •
•
de
de
de
sedimentconcentratie,
saliniteit,
sedimentconcentratie,
• •
•
de
de
de
aanwezigheid
sedimentconcentratie,
aanwezigheid
van
luchtbellen.
• de aanwezigheid van luchtbellen.
In
de
vakliteratuur
(Stork
Servex)
zijn
de
achtergronden
hierover
te
vinden
van
dit
type
meetinstrument.
In de vakliteratuur zijn de achtergronden hierover te vinden voor dit type meetinstrument
meetinstrument.
(zie ook tabel 6-7).
Door
gebruik
van
de
looptijdverschilmethode
valt
de
voortplantingssnelheid
van
het
akoestisch
signaal in
Door
water
gebruik
uit de
van
vergelijking
de looptijdverschilmethode
voor de stroomsnelheid
valt de voortplantingssnelheid
(formule 7-3). Alle
van
fouten
het akoes-
signaal in water uit de vergelijking voor de stroomsnelheid (formule 7-3). Alle fouten
die
met
de
voortplantingssnelheid
tisch signaal in water
samenhangen
uit de vergelijking
werken
voor
dan
de
niet
stroomsnelheid
meer door in
(formule
de gemeten
7-3). Alle
voortplantingssnelheid samenhangen werken dan niet meer door in de gemeten stroomsnelheid.
fouten
voortplantingssnelheid samenhangen werken dan niet meer door in de gemeten stroomsnelheid.
Dit geldt
die
geldt al
met
al voor
de voortplantingssnelheid
voor één meetlijn. Bij toepassing
samenhangen
toepassing van
werken
van twee meetlijnen
dan niet meer
meetlijnen in
door
in de vorm
in de gemeten
Dit geldt al voor één meetlijn. Bij toepassing van twee meetlijnen in de vorm
van
een
kruis
werkt de
stroomsnelheid.
de fout door dwarsstroming
Dit geldt al voor
dwarsstroming ook
één
ook niet
meetlijn.
niet door.
Bij
door. Een
toepassing
werkt de fout door dwarsstroming ook niet door. Een
ADM
met
van
met
een
twee
een
meetkruis
meetlijnen in
meetkruis
geeft
de vorm
geeft
dan
ook
de
stroomsnelheid
van een kruis
stroomsnelheid
loodrecht
werkt de
loodrecht
op
fout
op
het
door
het
doorstroomde
dwarsstroming
doorstroomde
oppervlak
ook niet
oppervlak
en
door.
en
de
Een
de
schakelt
ADM met
schakelt
rekenkundig
een meetkruis
rekenkundig
de
invloed
van
de
dwarsstroming
geeft dan ook de
dwarsstroming
uit.
stroomsnelheid loodrecht op het doorstroomde oppervlak en de schakelt
uit.
rekenkundig de invloed van de dwarsstroming uit.
(7-3)