etapa 10 : 2.4.2. prezentarea şi demonstarea ...incdmtm.ro/sedcontrol/documente/etapa10_ro.pdf ·...

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



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.

http://ro.wikipedia.org/wiki/Km

http://ro.wikipedia.org/wiki/Metru

http://ro.wikipedia.org/wiki/Pescaj

http://ro.wikipedia.org/wiki/Ecluze



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.



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.



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



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



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



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



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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.



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



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



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



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



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;



- 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.



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

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ro&prev=/search%3Fq%3Dwtw%2B340i%2Bmanual%26biw%3D1280%26bih%3D827&rurl=translate.google.ro&sl=en&u=http://www.wtw.de/en/products/lab/ph.html&usg=ALkJrhjNFWZePsT24SlNBa9kJPCCx1z7_Q

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ro&prev=/search%3Fq%3Dwtw%2B340i%2Bmanual%26biw%3D1280%26bih%3D827&rurl=translate.google.ro&sl=en&u=http://www.wtw.de/en/products/lab/orp.html&usg=ALkJrhjsc8L_id7gm7ptrLZE9z2VVkdZMQ

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ro&prev=/search%3Fq%3Dwtw%2B340i%2Bmanual%26biw%3D1280%26bih%3D827&rurl=translate.google.ro&sl=en&u=http://www.wtw.de/en/products/lab/dissolved-oxygen.html&usg=ALkJrhgmFM7f4PbLDXBtUZCihc4g35pINQ

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ro&prev=/search%3Fq%3Dwtw%2B340i%2Bmanual%26biw%3D1280%26bih%3D827&rurl=translate.google.ro&sl=en&u=http://www.wtw.de/en/products/lab/conductivity.html&usg=ALkJrhiO42FQXwrJPwjdgtMk_lWdkoU8qg

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ro&prev=/search%3Fq%3Dwtw%2B340i%2Bmanual%26biw%3D1280%26bih%3D827&rurl=translate.google.ro&sl=en&u=http://www.wtw.de/en/products/lab/conductivity.html&usg=ALkJrhiO42FQXwrJPwjdgtMk_lWdkoU8qg

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ro&prev=/search%3Fq%3Dwtw%2B340i%2Bmanual%26biw%3D1280%26bih%3D827&rurl=translate.google.ro&sl=en&u=http://www.wtw.de/en/products/lab/ise.html&usg=ALkJrhjlQilN9-EEneID5fSgn2QYpu5euA

http://translate.googleusercontent.com/translate_c?depth=1&hl=ro&prev=/search%3Fq%3Dwtw%2B340i%2Bmanual%26biw%3D1280%26bih%3D827&rurl=translate.google.ro&sl=en&u=http://www.wtw.de/en/products/feld/wasserqualitaet/mpp.html&usg=ALkJrhhGaomq-JrH7O-mZeVQ9jgku8HmiA





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).



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



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



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



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.



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.



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;



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



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.

etapa 10 : 2.4.2. prezentarea şi demonstarea ...incdmtm.ro/sedcontrol/documente/etapa10_ro.pdf ·...

Documents