Practical aspects of ADCP data use for quantification of mean river flow characteristics; Part II: fixed-vessel measurements

Abstract

Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP) are increasingly used for velocity and discharge measurements in riverine environment capitalizing on operation efficiency and rugged configuration. Part I of the paper investigated the potential of the moving-boat ADCP measurements to appropriately describe mean velocity field in river cross sections. It was concluded that the ADCP data collected during transects for estimation of discharges is not readily usable for estimation of the mean velocity distribution over the depth. Given the increased demand of the latter data for studies such as sediment transport, ecohabitat restoration, and for supporting numerical simulations, measurements with ADCP at fixed locations are evaluated from the same perspective.The paper reviews first general instrument requirements to accurately measure mean and time-resolved characteristics of turbulent river flows and subsequently formulates practical guidelines for conducting measurements of this kind. Next, the paper analyzes a set of ADCP data collected at fixed river locations using long sampling times. The effect of sampling time length on the accuracy of the mean velocities and turbulence intensities profiles is investigated using several statistical criteria. Time-resolved turbulence characteristics, such as autocorrelation and power spectrum, are also analyzed to verify ADCP capabilities to capture finer details of the turbulence in riverine environment. Additionally, the paper reviews the potential of ADCP fixed-location measurements to measure depth and to quantify near-bed layer velocities. 

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“…Despite their simplicity and rapidity, a certain amount of averaging is necessary to reduce errors present in the recorded data (e.g., Gunawan et al 2010). Measuring at fixed locations over long time intervals or averaging data from repeated transects are usually recommended to accurately characterize the mean velocity distributions with ADCPs (Muste et al 2004a(Muste et al , 2004bSzupiany et al 2007). However, fixed measurements are impractical when data along a river cross-section are needed; likewise, averaging repeated transects is inadequate under nonstationary conditions as it conflicts with the requirement to monitor the time variations induced by the nonstationary processes (e.g., tides, discharge waves).…”

Emplois de l’aDcp en rivière : une revue de synthèse

“…Au-delà du profil vertical des vitesses ou de leur distribution en plan, l'identification des structures persistantes de l'écoulement (recirculations, couches de mélange, courants secondaires hélicoïdaux, etc.) sont quantifiables par mesure aDcp, à condition que leurs échelles caractéristiques soient supérieures au volume d'échantillonnage [Muste et al 2004b]. L'aDcp permet ainsi d'observer les structures de l'écoulement (cf.…”

“…En outre, dans le cas d'un aDcp lié à un support flottant, et non fixé rigidement au fond ou sur un dispositif de laboratoire, les mouvements de rotation (cap, tangage, roulis) sont une source d'erreurs potentiellement assez grandes [Lu et al 1999] pour compromettre cette première méthode en l'absence de correction. Muste et al [2004b] ont considéré que les tourbillons les plus énergétiques ont des tailles supérieures à l'écartement des faisceaux et ont étudié la turbulence grandes échelles. En faisant l'hypothèse d'homogénéité des vitesses par couches horizontales dans le champ des faisceaux, l'intensité turbulente peut être calculée à partir des fluctuations de la vitesse mesurée et reconstituée par l'aDcp [Barua et al 1998, Muste et al 2004b.…”

“…Muste et al [2004b] ont considéré que les tourbillons les plus énergétiques ont des tailles supérieures à l'écartement des faisceaux et ont étudié la turbulence grandes échelles. En faisant l'hypothèse d'homogénéité des vitesses par couches horizontales dans le champ des faisceaux, l'intensité turbulente peut être calculée à partir des fluctuations de la vitesse mesurée et reconstituée par l'aDcp [Barua et al 1998, Muste et al 2004b. En régime permanent, vitesse moyenne et intensité turbulente se stabilisent pour des séries de mesure suffisamment longues, typiquement 15 min pour une fréquence de mesure de l'ordre du Hertz [Barua et al 1998, Gonzalez-Castro et al 2002, Muste et al 2004b.…”

A Novel Flood Forecasting Method Based on Initial State Variable Correction

“…For the natural river, there are errors contained in the measured flow data because of the limitation of measurement technology. The errors can be reduced by using more advanced observation equipment [22], but will lead to higher costs. For the reservoir, the measured flow is usually obtained by conversion method from the reservoir water level.…”