ISO 24578:2021
(Main)Hydrometry — Acoustic Doppler profiler — Method and application for measurement of flow in open channels from a moving boat
Hydrometry — Acoustic Doppler profiler — Method and application for measurement of flow in open channels from a moving boat
This document gives guidelines for the use of boat-mounted acoustic Doppler current profilers (ADCPs) for determining flow in open channels. It describes a number of methods of deploying ADCPs to determine flow. Although, in some cases, these measurements are intended to determine the stage-discharge relationship of a gauging station, this document deals only with single determination of discharge. ADCPs can be used to measure a variety of parameters, such as current or stream flow, water velocity fields, and channel bathymetry. As a potential application, an idea of bedload discharge can be obtained applying the bottom track velocity, while suspended sediment flow can be obtained applying the acoustic backscatter and the sonar equation. This document is generic in form and contains no operational details specific to particular ADCP makes and models.
Hydrométrie — Profileurs acoustiques à effet Doppler — Méthode et application pour le mesurage de l'écoulement à surface libre sur un bateau mobile
Le présent document fournit des recommandations relatives à l'utilisation des profileurs acoustiques de courant à effet Doppler (ADCP) depuis des bateaux pour déterminer le débit à surface libre. Il décrit un certain nombre de méthodes de déploiement d'ADCP afin de déterminer le débit. Bien que, dans certains cas, ces mesurages visent à déterminer la relation hauteur-débit d'une station hydrométrique, le présent document ne traite que de la détermination du débit. Les ADCP peuvent être utilisés pour mesurer divers paramètres, tels que le courant ou le débit d'un cours d'eau, les champs de vitesse de l'eau et la bathymétrie des chenaux. Une des applications potentielles consiste à estimer la charge de fond en appliquant la vitesse de suivi du fond, tandis que le débit des sédiments en suspension peut être approché en utilisant la rétrodiffusion acoustique et l'équation du sonar. Le présent document est général et ne contient aucun détail opérationnel spécifique à des marques et modèles particuliers d'ADCP.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 24578
First edition
2021-03
Hydrometry — Acoustic Doppler
profiler — Method and application for
measurement of flow in open channels
from a moving boat
Hydrométrie — Profileurs acoustiques à effet Doppler — Méthode et
application pour le mesurage de l'écoulement à surface libre sur un
bateau mobile
Reference number
ISO 24578:2021(E)
©
ISO 2021
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ISO 24578:2021(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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ISO 24578:2021(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principles of the boat mounted ADCP method . 3
4.1 General . 3
4.2 Doppler principle applied to moving objects . 4
4.3 Acoustic Doppler current profiler techniques . 5
4.3.1 General. 5
4.3.2 Pulse incoherent. 5
4.3.3 Pulse-to-pulse coherent . 6
4.3.4 Broadband (Spread spectrum) . 6
4.4 Measurement of velocity profile . 6
4.4.1 General. 6
4.4.2 Measurement of relative velocity . 6
4.4.3 Measurement of boat velocity . 6
4.4.4 Near boundary data collection . 8
4.5 Speed of sound in water .10
5 Flow determination .11
5.1 General method .11
5.2 Measurement procedure .13
5.3 Method dealing with moving-bed condition without GNSS system . .15
5.3.1 General.15
5.3.2 Stationary moving-bed method .15
5.3.3 Azimuth method .16
5.3.4 Subsection correction method .16
5.3.5 Loop method .17
5.3.6 Mid-section method .19
6 Site selection .19
6.1 General .19
6.2 Site-selection criteria .20
7 ADCP Deployment procedure .21
7.1 Deployment techniques.21
7.1.1 General.21
7.1.2 Manned boat mounted .21
7.1.3 Tethered boat .21
7.1.4 Deployment on a remote-control craft .22
7.1.5 Data retrieval modes .22
7.2 Operation of boat .22
7.2.1 Boat path .22
7.2.2 Boat speed .23
7.3 Field procedures .23
7.3.1 Pre-field procedures .23
7.3.2 Field setup .23
7.3.3 Reviewing ADCP data during measurement .26
7.3.4 Post measurement requirements .26
7.4 Ancillary equipment .27
7.5 Other consideration .27
7.5.1 Edge distances .27
7.5.2 Depth measurements at sites with high sediment concentrations .27
7.5.3 GNSS compass .28
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ISO 24578:2021(E)
7.6 Maintenance and ADCP checks .28
7.6.1 General.28
7.6.2 Built-in diagnostic check .28
7.6.3 Periodic major service in the manufacturer .28
7.6.4 Periodic ADCP performance check .28
7.6.5 Physical maintenance .28
7.6.6 Beam-alignment test .28
7.7 Training .29
8 Uncertainty .29
8.1 General .29
8.2 Definition of uncertainty .29
8.3 Uncertainties in ADCP measurements — General considerations .30
8.4 Sources of uncertainty .30
8.5 Minimizing uncertainties .31
Annex A (informative) Velocity distribution theory and the extrapolation of velocity profiles .32
Annex B (informative) Determination of edge discharges .34
Annex C (informative) Example of an equipment check list .36
Annex D (informative) Example of ADCP gauging field sheets .38
Annex E (informative) Beam alignment test .42
Annex F (informative) Uncertainty evaluation methods .44
Bibliography .45
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ISO 24578:2021(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 113 Hydrometry, Subcommittee SC 1
Velocity area methods.
This first edition of ISO 24578 cancels and replaces ISO/TR 24578:2021, which has been technically
revised.
The main changes compared to the previous edition are as follows:
— the title has been modified to read "Hydrometry — Acoustic Doppler profiler — Method and
application for measurement of flow in open channels from a moving boat".
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO 24578:2021(E)
Introduction
The term acoustic Doppler current profilers (ADCP) has been adopted as a generic term for a technology
that is manufactured by various companies worldwide. They are also called acoustic Doppler velocity
profilers (ADVPs) or acoustic Doppler profilers (ADPs).
To use this document effectively, it is essential that users are familiar with the terminology and
functions of their own ADCP equipment. Users should also be familiar with additional requirements.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 24578:2021(E)
Hydrometry — Acoustic Doppler profiler — Method and
application for measurement of flow in open channels
from a moving boat
1 Scope
This document gives guidelines for the use of boat-mounted acoustic Doppler current profilers (ADCPs)
for determining flow in open channels. It describes a number of methods of deploying ADCPs to
determine flow. Although, in some cases, these measurements are intended to determine the stage-
discharge relationship of a gauging station, this document deals only with single determination of
discharge.
ADCPs can be used to measure a variety of parameters, such as current or stream flow, water velocity
fields, and channel bathymetry. As a potential application, an idea of bedload discharge can be
obtained applying the bottom track velocity, while suspended sediment flow can be obtained applying
the acoustic backscatter and the sonar equation. This document is generic in form and contains no
operational details specific to particular ADCP makes and models.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 772, Hydrometry — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 772 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
transducer depth
ADCP depth
draft
depth of the ADCP transducers below the water surface during deployment (3.6)
Note 1 to entry: The ADCP depth should be measured manually.
3.2
bin
depth cell
truncated cone-shaped volume of water at a known distance and orientation from the transducers
Note 1 to entry: The ADCP determines an estimated velocity for each cell using a centre-weighted averaging
scheme, which takes account of the water not only in the bin itself but also in the two adjacent bins.
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ISO 24578:2021(E)
3.3
blanking distance
blank
distance travelled by the signal when the vibration of the transducer during transmission prevents the
transducer from receiving echoes or return signals
Note 1 to entry: This is the distance immediately below the ACDP transducers in which no measurement is taken.
Note 2 to entry: The distance should be the minimum possible. However, care should be taken not to make the
distance too short in order to avoid signal contamination by ringing or bias due to flow disturbance.
3.4
bottom tracking
acoustic method used to measure boat speed and direction by computing the Doppler shift of sound
reflected from the stream bed relative to the ADCP
Note 1 to entry: With no moving bed, the discharge can be computed with bottom velocity and water velocity data
because this is done in ADCP coordinates not earth coordinates. With moving bed, the use of a Global Navigation
Satellite System (GNSS) or loop-corrected data using a calibrated compass is required.
3.5
real-time mode
mode in which the ADCP relays information to the operating computer as it gathers it
Note 1 to entry: The ADCP and computer are connected (physically or wireless) throughout the deployment (3.6)
in this mode.
3.6
deployment
ADCP initialized and activated to collect data while the ADCP is propelled across the section to
record data
Note 1 to entry: A deployment typically includes several pairs of transects (3.11) or traverses across a river or
estuary.
3.7
deployment method
technique used to propel the ADCP across a watercourse
Note 1 to entry: One of three different deployment methods is used: a manned boat; a tethered boat; or a remote-
controlled boat.
3.8
ensemble
profile
single measurement of the water column
Note 1 to entry: A column of bins (3.2) is equivalent to a vertical in conventional current meter gauging.
3.9
ping
entirety of the sound generated by an ADCP transducer for a single measurement cycle
Note 1 to entry: Sound pulses transmitted by the ADCP for a single measurement.
3.10
self-contained mode
autonomous mode
data retrieval mode in which the ADCP stores the information it gathers within its own memory and
then downloaded to a computer after deployment (3.6)
Note 1 to entry: This method is generally not used by majority of ADCP practitioners nor recommended by the
majority of hydrometric practitioners.
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3.11
transect
pass
one sweep across the watercourse during an ADCP deployment (3.6)
Note 1 to entry: In the self-contained mode (3.10), a deployment can consist of any number of transects.
4 Principles of the boat mounted ADCP method
4.1 General
The ADCP is a device for measuring current velocity and direction, throughout the water column, in
an efficient and non-intrusive manner. It can produce an instantaneous velocity profile through the
water column while disturbing only the top few decimetres. ADCPs nominally work using the Doppler
principle (see 4.2). An ADCP is usually a cylinder with a transducer head on the end (see Figure 1). The
transducer head is typically a ring of three or more acoustic transducers with their faces angled to
the horizontal and at specified angles to each other. Some ADCPs use phased array transducers, which
contain many elements that can form multiple beams at various angles, depending on transducer
design. A single phased array transducer can form the three or more beams needed for an ADCP.
Key
1 forward
2 port or left
3 starboard or right
4 aft or backward
NOTE ADCP can work in any position or orientation; this figure is an indicative illustration.
Figure 1 — Example sketch illustrating typical ADCP with four transducers
The ADCP, which was originally developed for oceanographic work, has since been developed for use in
estuaries and rivers. An ADCP can be mounted on a boat, flotation collar, or raft, and propelled across
a river (see Figure 2). The ADCP collects velocity data, direction of flow, depth data, and boat speed,
direction, and position. With such information, discharge values are independent of the path; in other
words, the route taken does not need to be straight or perpendicular to the bank.
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ISO 24578:2021(E)
Key
1 start
2 path of boat
3 path of boat on river bottom
4 flow velocity vectors
5 finish
Figure 2 — Sketch illustrating moving — Boat ADCP deployment principles
4.2 Doppler principle applied to moving objects
The ADCP uses ultrasound to measure water velocity using a principle of physics discovered by
Christian Doppler. The reflection of sound waves from a moving particle causes a change in frequency
to the reflected sound wave. The difference in frequency between the transmitted and reflected sound
wave is known as the Doppler shift (see Figure 3).
It should be noted that only the component of velocity parallel to the direction of the sound wave
produces a Doppler shift. Thus, particles moving at right angles to the direction of the sound waves (i.e.
with no velocity components in the direction of the sound wave) will not produce a Doppler shift.
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ISO 24578:2021(E)
Figure 3 — Reflection of sound — Waves by a moving particle results in an apparent change in
the frequency of those sound waves
Doppler’s principle relates the change in frequency to the relative velocities of the source (reflector)
and the observer. In the case of most ADCPs, the transmitted sound is reflected off particulates or air
bubbles in the water column and reflected back to the transducer. It is assumed that the particulates
move at the same velocity as the water and, from this, the frequency shift can be translated to a velocity
magnitude and direction. The particulates in the river are generally suspended sediments (SS). A very
low SS concentration results in no data because there is no return signal, while a very high SS disrupts
the signal, and also results in no data. Therefore, ADCP frequency shall be chosen according to these
criteria. The more suspended sediment that are in water, the lower the ADCP operating frequency
should be. In addition to that, it should also be noted that excessive air bubbles can cause distortion in,
or loss of, the returned signal. Furthermore, air bubbles naturally rise and therefore are likely not to be
travelling in a representative magnitude and direction.
4.3 Acoustic Doppler current profiler techniques
4.3.1 General
There are three general types of ping configuration and processing algorithms used in ADCPs:
— pulse incoherent (including narrowband) — Doppler shift long pulse,
— pulse-to-pulse coherent — Doppler shift short pulse, and
— broad band (spread spectrum) — phase shift on two short pulses.
Reference should be made to the ADCP manual to determine the type being used.
4.3.2 Pulse incoherent
An incoherent ADCP transmits a single, relatively long, pulse of sound and measures the Doppler shift,
which is used to calculate the velocity of the particles along the path of the acoustic beam. The velocity
measurements made using incoherent processing are very robust over a large velocity range, although
they have a relatively high short-term (single ping) uncertainty. To reduce the uncertainty, multiple
pulses are transmitted over a short time period; these are then averaged before reporting a velocity.
“Narrowband” is used in the industry to describe a pulse-to-pulse incoherent ADCP. In a narrowband
ADCP, only one pulse is transmitted into the water per beam per measurement (ping), and the resolution
of the Doppler shift shall take place during the duration of the received pulse. The narrowband acoustic
pulse is a simple monochromatic wave and can be processed quickly.
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ISO 24578:2021(E)
4.3.3 Pulse-to-pulse coherent
Coherent ADCP systems are the most accurate of the three, although they have significant range
limitations. Coherent systems transmit one, relatively short pulse, record the return signal, and then
transmit a second short pulse when the return from the first pulse is no longer detectable. The ADCP
measures the phase difference between the two returns and uses this to calculate the Doppler shift.
Velocity measurements made using coherent processing are very precise (low short-term uncertainties),
but they have significant limitations. Coherent processing will work only in limited depth ranges and
with a significantly limited maximum velocity. If these limitations are exceeded, velocity data from a
coherent Doppler system are effectively meaningless.
4.3.4 Broadband (Spread spectrum)
Like coherent systems, broadband ADCP systems transmit two pulses and look at the phase change of the
return from successive pulses. However, with broadband systems, both acoustic pulses are within the
profiling range at the same time. The broadband acoustic pulse is complex; it has a code superimposed
on the waveform. The code is imposed on the wave form by reversing the phase and creating a pseudo-
random code within the wave form. This pseudo-random code allows a number of independent samples
to be collected from a single ping. Due to the complexity of the pulse, the processing is slower than in a
narrowband system; however, multiple independent samples are obtained from each ping.
The short-term uncertainty of velocity measurements using broadband proces
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 24578
Première édition
2021-03
Hydrométrie — Profileurs acoustiques
à effet Doppler — Méthode et
application pour le mesurage de
l'écoulement à surface libre sur un
bateau mobile
Hydrometry — Acoustic Doppler profiler — Method and application
for measurement of flow in open channels from a moving boat
Numéro de référence
ISO 24578:2021(F)
©
ISO 2021
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ISO 24578:2021(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut
être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
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ISO 24578:2021(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principes de la méthode d'utilisation d'ADCP depuis un bateau . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Principe de l'effet Doppler appliqué aux objets en mouvement . 5
4.3 Techniques des profileurs acoustiques de courant à effet Doppler . 6
4.3.1 Généralités . 6
4.3.2 Pulse incoherent. 6
4.3.3 Pulse-to-pulse coherent . 7
4.3.4 Broadband (spread spectrum) . 7
4.4 Mesurage du profil de vitesse . 7
4.4.1 Généralités . 7
4.4.2 Mesurage de la vitesse relative . 7
4.4.3 Mesurage de la vitesse du bateau . 8
4.4.4 Collecte de données proche de la limite . 9
4.5 Vitesse du son dans l'eau .11
5 Détermination du débit .12
5.1 Méthode générale .12
5.2 Mode opératoire de mesurage .15
5.3 Méthode de traitement en cas de fond mobile sans système GNSS.17
5.3.1 Généralités .17
5.3.2 Méthode stationnaire pour le fond mobile.17
5.3.3 Méthode azimutale .17
5.3.4 Méthode de correction de sous-section .18
5.3.5 Méthode de la boucle .19
5.3.6 Méthode de la section médiane.20
6 Sélection de sites .21
6.1 Généralités .21
6.2 Critères de sélection des sites .22
7 Mode opératoire de déploiement de l'ADCP .22
7.1 Techniques de déploiement .22
7.1.1 Généralités .22
7.1.2 Utilisation depuis un bateau à équipage .22
7.1.3 Utilisation depuis un support flottant attaché .23
7.1.4 Déploiement à partir d'un navire commandé à distance .24
7.1.5 Modes de récupération de données .24
7.2 Fonctionnement du bateau.24
7.2.1 Trajectoire du bateau .24
7.2.2 Vitesse du bateau . .24
7.3 Modes opératoires de terrain .25
7.3.1 Modes opératoires préalables aux opérations sur le terrain .25
7.3.2 Configuration sur le terrain .25
7.3.3 Examen des données de l'ADCP pendant le mesurage .28
7.3.4 Exigences post-mesurage .28
7.4 Équipement auxiliaire .29
7.5 Autres considérations .29
7.5.1 Distances par rapport aux rives .29
7.5.2 Mesurages de profondeur sur les sites présentant de fortes
concentrations de sédiments .30
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ISO 24578:2021(F)
7.5.3 Compas GNSS .30
7.6 Maintenance et contrôles de l'ADCP .30
7.6.1 Généralités .30
7.6.2 Contrôle de diagnostic intégré .30
7.6.3 Entretien majeur périodique chez le fabricant .30
7.6.4 Contrôle périodique de la performance de l'ADCP .31
7.6.5 Maintenance physique .31
7.6.6 Essai d'alignement des faisceaux .31
7.7 Formation .31
8 Incertitude .32
8.1 Généralités .32
8.2 Définition de l'incertitude .32
8.3 Incertitudes des mesurages par ADCP — Considérations d'ordre général .32
8.4 Sources d'incertitude .33
8.5 Réduction des incertitudes .34
Annexe A (informative) Théorie de la distribution des vitesses et extrapolation des profils
de vitesse .35
Annexe B (informative) Détermination des débits de bord .37
Annexe C (informative) Exemple de liste de contrôle d'équipement.39
Annexe D (informative) Exemple de fiches de terrain pour jaugeage par ADCP .41
Annexe E (informative) Essai d'alignement des faisceaux .45
Annexe F (informative) Méthodes d'évaluation de l'incertitude .47
Bibliographie .48
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ISO 24578:2021(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir www .iso .org/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 113, Hydrométrie, sous-comité SC 1,
Méthodes d’exploitation du champ des vitesses.
Cette premiere édition de l'ISO 24578 annule et remplace l'ISO/TR 24578:2021, qui a fait l’objet d’une
révision technique.
Les principales modifications par rapport à l’édition précédente sont les suivantes:
— le titre a été modifié pour lire " Hydrométrie — Profileurs acoustiques à effet Doppler — Méthode
et application pour le mesurage de l'écoulement à surface libre sur un bateau mobile".
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l’adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
© ISO 2021 – Tous droits réservés v
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ISO 24578:2021(F)
Introduction
Le terme « profileurs acoustiques de courant à effet Doppler » (ADCP) a été adopté comme terme
générique pour désigner une technologie fabriquée par différentes entreprises dans le monde entier.
On les appelle aussi profileurs acoustiques de vitesse à effet Doppler (ADVP) ou profileurs acoustiques
à effet Doppler (ADP).
Pour utiliser efficacement ce document, il est essentiel que les utilisateurs soient familiarisés avec la
terminologie et les fonctions de leur propre équipement ADCP. Il convient également que les utilisateurs
soient familiarisés avec les exigences supplémentaires.
vi © ISO 2021 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 24578:2021(F)
Hydrométrie — Profileurs acoustiques à effet Doppler —
Méthode et application pour le mesurage de l'écoulement à
surface libre sur un bateau mobile
1 Domaine d'application
Le présent document fournit des recommandations relatives à l'utilisation des profileurs acoustiques
de courant à effet Doppler (ADCP) depuis des bateaux pour déterminer le débit à surface libre. Il décrit
un certain nombre de méthodes de déploiement d'ADCP afin de déterminer le débit. Bien que, dans
certains cas, ces mesurages visent à déterminer la relation hauteur-débit d'une station hydrométrique,
le présent document ne traite que de la détermination du débit.
Les ADCP peuvent être utilisés pour mesurer divers paramètres, tels que le courant ou le débit
d'un cours d'eau, les champs de vitesse de l'eau et la bathymétrie des chenaux. Une des applications
potentielles consiste à estimer la charge de fond en appliquant la vitesse de suivi du fond, tandis que
le débit des sédiments en suspension peut être approché en utilisant la rétrodiffusion acoustique et
l'équation du sonar. Le présent document est général et ne contient aucun détail opérationnel spécifique
à des marques et modèles particuliers d'ADCP.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 772, Hydrométrie — Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et les définitions de l'ISO 772 ainsi que les suivants
s’appliquent.
L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http:// www .electropedia .org/
3.1
profondeur du transducteur
profondeur de l'ADCP
tirant d'eau
profondeur des transducteurs de l'ADCP sous la surface de l'eau pendant le déploiement (3.6)
Note 1 à l'article: Il convient de mesurer manuellement la profondeur de l'ADCP.
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3.2
bin
cellule de profondeur
volume d'eau de forme conique tronquée à une distance et une orientation connues par rapport aux
transducteurs
Note 1 à l'article: L'ADCP détermine une vitesse estimée pour chaque cellule en utilisant un schéma de calcul de
moyenne à pondération centrale tenant compte non seulement de l'eau à l'intérieur du « bin », mais aussi dans les
deux « bins » adjacents.
3.3
distance aveugle
blank
distance parcourue par le signal lorsque la vibration du transducteur durant la transmission empêche
le transducteur de recevoir des échos ou des signaux de retour
Note 1 à l'article: Il s'agit de la distance immédiatement au-dessous des transducteurs de l'ADCP dans laquelle
aucun mesurage n'est réalisé.
Note 2 à l'article: Il convient que la distance soit la plus petite possible. Il convient toutefois de veiller à ne pas
trop réduire la distance afin d'éviter toute contamination du signal par des sonneries ou un biais dû à une
perturbation du débit.
3.4
suivi de fond
méthode acoustique utilisée pour mesurer la vitesse et la direction du bateau en calculant le
décalage Doppler du son réfléchi par le lit du cours d'eau par rapport à l'ADCP
Note 1 à l'article: En l'absence de fond mobile, le débit peut être calculé à partir des données de la vitesse du
fond et de la vitesse de l'eau. En effet, cette opération est réalisée en coordonnées ADCP et non en coordonnées
terrestres. Dans le cas d'un fond mobile, l'utilisation d'un système mondial de navigation par satellite (GNSS) ou
de données corrigées par la méthode de la boucle à l'aide d'un compas calibré est nécessaire.
3.5
mode temps réel
mode dans lequel l'ADCP transmet les informations à l'ordinateur d'exploitation à mesure qu'il les
collecte
Note 1 à l'article: L'ADCP et l'ordinateur sont connectés (physiquement ou par liaison sans fil) tout au long du
déploiement (3.6) dans ce mode.
3.6
déploiement
ADCP initialisé et activé pour la collecte de données pendant qu'il est engagé à travers la section pour
enregistrer les données
Note 1 à l'article: Un déploiement comprend habituellement plusieurs paires de transects (3.11) ou de sections
transversales à travers une rivière ou un estuaire.
3.7
méthode de déploiement
technique utilisée pour déployer l'ADCP à travers un cours d'eau
Note 1 à l'article: Une des trois méthodes de déploiement suivantes est utilisée: un bateau à équipage, un support
flottant attaché ou un bateau commandé à distance.
3.8
ensemble
profil
mesurage simple de la colonne d'eau
Note 1 à l'article: Un ensemble de « bins » (3.2) est équivalent à une verticale de mesure obtenue par jaugeage à
l'aide d'un moulinet conventionnel.
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3.9
ping
totalité du son généré par le transducteur d'un ADCP pour un seul cycle de mesurage
Note 1 à l'article: Impulsions acoustiques transmises par l'ADCP pour un seul mesurage.
3.10
mode indépendant
mode autonome
mode de récupération de données dans lequel les informations recueillies par l'ADCP sont stockées
dans une mémoire embarquée, puis téléchargées vers un ordinateur après le déploiement (3.6)
Note 1 à l'article: En général, cette méthode n'est pas utilisée par la plupart des techniciens d'ADCP, elle n'est pas
non plus recommandée par la majorité des techniciens d'hydrométrie.
3.11
transect
passe
une traversée du cours d'eau pendant un déploiement (3.6) ADCP
Note 1 à l'article: En mode indépendant (3.10), un déploiement peut être constitué d'un nombre quelconque de
transects.
4 Principes de la méthode d'utilisation d'ADCP depuis un bateau
4.1 Généralités
L'ADCP est un dispositif permettant de mesurer la vitesse et la direction du courant, à travers la
colonne d'eau, de manière efficace et non intrusive. Il peut produire un profil de vitesse instantané
à travers la colonne d'eau en perturbant uniquement les quelques décimètres proches de la surface.
Le fonctionnement nominal des ADCP s'appuie sur le principe de l'effet Doppler (voir 4.2). Un ADCP
est généralement un cylindre dont l'extrémité est munie d'une tête équipée de transducteurs (voir
Figure 1). La tête est habituellement un anneau constitué de trois transducteurs acoustiques ou plus,
dont les faces sont inclinées par rapport à l'horizontale selon des angles spécifiés, les uns par rapport
aux autres. Certains ADCP utilisent des transducteurs à réseau phasé contenant de nombreux éléments
qui peuvent former plusieurs faisceaux à différents angles, selon la conception du transducteur. Un seul
transducteur à réseau phasé peut former les trois faisceaux ou plus nécessaires pour un ADCP.
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Légende
1 avant
2 bâbord
3 tribord
4 arrière
NOTE Un ADCP peut fonctionner dans toute position ou orientation; la présente figure est présentée à titre
indicatif.
Figure 1 — Exemple de croquis illustrant un ADCP type avec quatre transducteurs
L'ADCP, qui a été développé à l'origine pour des travaux océanographiques, a depuis été adapté en vue
d'une utilisation dans les estuaires et les rivières. Un ADCP peut être monté sur un bateau, un support de
flottaison ou un radeau et engagé à travers une rivière (voir Figure 2). L'ADCP recueille des données de
vitesse, la direction de l'écoulement, des données de profondeur et la position, la direction et la vitesse
du bateau. Avec de telles informations, les mesures de débit sont indépendantes de la trajectoire; en
d'autres termes, il n'est pas nécessaire que l'itinéraire emprunté soit droit ou perpendiculaire à la rive.
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Légende
1 départ
2 trajectoire du bateau
3 trajectoire du bateau par rapport au fond de la rivière
4 vecteurs de vitesse du débit
5 arrivée
Figure 2 — Croquis du principe de déploiement d'un ADCP monté sur un bateau mobile
4.2 Principe de l'effet Doppler appliqué aux objets en mouvement
L'ADCP utilise les ultrasons pour mesurer la vitesse de l'eau à l'aide d'un principe physique découvert
par Christian Doppler. La réflexion des ondes sonores d'une particule en mouvement entraîne un
changement de fréquence de l'onde sonore réfléchie. La différence de fréquence entre l'onde sonore
transmise et l'onde sonore réfléchie est connue sous le nom de décalage Doppler (voir Figure 3).
Il convient de noter que seules les composantes de vitesse parallèles à la direction de l'onde sonore
produisent un décalage Doppler. Ainsi, les particules se déplaçant perpendiculairement à la direction
des ondes sonores (c'est-à-dire sans composante de vitesse dans la direction de l'onde sonore) ne
produiront aucun décalage Doppler.
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Figure 3 — Réflexion des ondes sonores émises par une particule en mouvement entraînant un
changement apparent de la fréquence de ces ondes sonores
Le principe de l'effet Doppler relie le changement de fréquence aux vitesses relatives de la source
(réflecteur) et de l'observateur. Dans le cas de la plupart des ADCP, le son transmis est réfléchi par
des particules ou des bulles d'air dans la colonne d'eau et renvoyé vers le transducteur. Il est supposé
que les particules se déplacent à la même vitesse que l'eau, ce qui permet de traduire le décalage de
fréquence en amplitude et en direction de vitesse. Les particules dans la rivière sont généralement des
sédiments en suspension. Une concentration de sédiments en suspension trop faible ne permet d'obtenir
aucune donnée en raison de l'absence de signal de retour, tandis qu'une concentration de sédiments
en suspension trop élevée perturbe le signal, ce qui entraîne également l'obtention de mauvaises
données. Par conséquent, la fréquence de l'ADCP doit être choisie en fonction de ces critères. Plus il y a
de sédiments en suspension dans l'eau, plus il convient que la fréquence de fonctionnement de l'ADCP
soit basse. Il convient en outre de noter qu'une quantité excessive de bulles d'air peut provoquer une
distorsion ou une perte du signal renvoyé. De plus, les bulles d'air s'élèvent naturellement et sont donc
susceptibles de ne pas se déplacer selon une direction et une amplitude représentatives de la vitesse.
4.3 Techniques des profileurs acoustiques de courant à effet Doppler
4.3.1 Généralités
Les ADCP utilisent trois principaux types d'algorithmes de configuration et de traitement du ping:
— pulse incoherent (y compris à bande étroite) — décalage Doppler à impulsion longue;
— pulse-to-pulse coherent — décalage Doppler à impulsion courte; et
— broadband (spread spectrum) — déphasage sur deux impulsions courtes.
Il convient de se référer au manuel de l'ADCP afin de déterminer le type utilisé.
4.3.2 Pulse incoherent
Un ADCP en mode de tir incohérent transmet une seule impulsion sonore relativement longue et
mesure le décalage Doppler, qui est utilisé pour calculer la vitesse des particules le long du trajet du
faisceau acoustique. Les mesurages de vitesse réalisés par traitement incohérent sont très fiables sur
une lar
...
FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 24578
ISO/TC 113/SC 1
Hydrometry — Acoustic Doppler
Secretariat: BIS
profiler — Method and application for
Voting begins on:
20201007 measurement of flow in open channels
from a moving boat
Voting terminates on:
20201202
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO
ISO/FDIS 24578:2020(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
©
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2020
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020
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be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting
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Published in Switzerland
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principles of the boat mounted ADCP method . 3
4.1 General . 3
4.2 Doppler principle applied to moving objects . 4
4.3 Acoustic Doppler current profiler techniques . 5
4.3.1 General. 5
4.3.2 Pulse incoherent. 5
4.3.3 Pulsetopulse coherent . 6
4.3.4 Broadband (Spread spectrum) . 6
4.4 Measurement of velocity profile . 6
4.4.1 General. 6
4.4.2 Measurement of relative velocity . 6
4.4.3 Measurement of boat velocity . 6
4.4.4 Near boundary data collection . 8
4.5 Speed of sound in water .10
5 Flow determination .11
5.1 General method .11
5.2 Measurement procedure .13
5.3 Method dealing with moving-bed condition without GNSS system . .15
5.3.1 General.15
5.3.2 Stationary moving-bed method .15
5.3.3 Azimuth method .16
5.3.4 Subsection correction method .16
5.3.5 Loop method .17
5.3.6 Midsection method .19
6 Site selection .19
6.1 General .19
6.2 Siteselection criteria .20
7 ADCP Deployment procedure .21
7.1 Deployment techniques.21
7.1.1 General.21
7.1.2 Manned boat mounted .21
7.1.3 Tethered boat .21
7.1.4 Deployment on a remote-control craft .22
7.1.5 Data retrieval modes .22
7.2 Operation of boat .22
7.2.1 Boat path .22
7.2.2 Boat speed .23
7.3 Field procedures .23
7.3.1 Pre-field procedures .23
7.3.2 Field setup .23
7.3.3 Reviewing ADCP data during measurement .26
7.3.4 Post measurement requirements .26
7.4 Ancillary equipment .27
7.5 Other consideration .27
7.5.1 Edge distances .27
7.5.2 Depth measurements at sites with high sediment concentrations .27
7.5.3 GNSS compass .28
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
7.6 Maintenance and ADCP checks .28
7.6.1 General.28
7.6.2 Builtin diagnostic check .28
7.6.3 Periodic major service in the manufacturer .28
7.6.4 Periodic ADCP performance check .28
7.6.5 Physical maintenance .28
7.6.6 Beamalignment test .29
7.7 Training .29
8 Uncertainty .29
8.1 General .29
8.2 Definition of uncertainty .29
8.3 Uncertainties in ADCP measurements — General considerations .30
8.4 Sources of uncertainty .30
8.5 Minimizing uncertainties .31
Annex A (informative) Velocity distribution theory and the extrapolation of velocity profiles .32
Annex B (informative) Determination of edge discharges .34
Annex C (informative) Example of an equipment check list .36
Annex D (informative) Example of ADCP gauging field sheets .38
Annex E (informative) Beam alignment test .42
Annex F (informative) Uncertainty evaluation methods .44
Bibliography .45
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and nongovernmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/ directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/ patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the
World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT), see www .iso .org/
iso/ foreword .html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 113 Hydrometry, Subcommittee SC 1
Velocity area methods.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/ members .html.
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
Introduction
The term acoustic Doppler current profilers (ADCP) has been adopted as a generic term for a technology
that is manufactured by various companies worldwide. They are also called acoustic Doppler velocity
profilers (ADVPs) or acoustic Doppler profilers (ADPs).
To use this document effectively, it is essential that users are familiar with the terminology and
functions of their own ADCP equipment. Users should also be familiar with additional requirements.
vi © ISO 2020 – All rights reserved
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 24578:2020(E)
Hydrometry — Acoustic Doppler profiler — Method and
application for measurement of flow in open channels
from a moving boat
1 Scope
This document gives guidelines for the use of boat-mounted acoustic Doppler current profilers (ADCPs)
for determining flow in open channels. It describes a number of methods of deploying ADCPs to
determine flow. Although, in some cases, these measurements are intended to determine the stage-
discharge relationship of a gauging station, this document deals only with single determination of
discharge.
ADCPs can be used to measure a variety of parameters, such as current or stream flow, water velocity
fields, and channel bathymetry. As a potential application, an idea of bedload discharge can be
obtained applying the bottom track velocity, while suspended sediment flow can be obtained applying
the acoustic backscatter and the sonar equation. This document is generic in form and contains no
operational details specific to particular ADCP makes and models.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content
constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For
undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 772, Hydrometry — Vocabulary and symbols
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 772 and the following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at http:// www .electropedia .org/
3.1
transducer depth
ADCP depth
draft
depth of the ADCP transducers below the water surface during deployment (3.6)
Note 1 to entry: The ADCP depth should be measured manually.
3.2
bin
depth cell
truncated coneshaped volume of water at a known distance and orientation from the transducers
Note 1 to entry: The ADCP determines an estimated velocity for each cell using a centre-weighted averaging
scheme, which takes account of the water not only in the bin itself but also in the two adjacent bins.
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
3.3
blanking distance
blank
distance travelled by the signal when the vibration of the transducer during transmission prevents the
transducer from receiving echoes or return signals
Note 1 to entry: This is the distance immediately below the ACDP transducers in which no measurement is taken.
Note 2 to entry: The distance should be the minimum possible. However, care should be taken not to make the
distance too short in order to avoid signal contamination by ringing or bias due to flow disturbance.
Note 3 to entry: If software allows it, blanking distance may be set to zero to reduce the blanking distance.
During postprocessing, user has option to choose to keep or reject this value near ADCP. This is useful when
depth is very low.
3.4
bottom tracking
acoustic method used to measure boat speed and direction by computing the Doppler shift of sound
reflected from the stream bed relative to the ADCP
Note 1 to entry: With no moving bed, the discharge can be computed with bottom velocity and water velocity data
because this is done in ADCP coordinates not earth coordinates. With moving bed, the use of a Global Navigation
Satellite System (GNSS) or loop-corrected data using a calibrated compass is required.
3.5
real-time mode
mode in which the ADCP relays information to the operating computer as it gathers it
Note 1 to entry: The ADCP and computer are connected (physically or wireless) throughout the deployment (3.6)
in this mode.
3.6
deployment
ADCP initialized and activated to collect data while the ADCP is propelled across the section to
record data
Note 1 to entry: A deployment typically includes several pairs of transects (3.11) or traverses across a river or
estuary.
3.7
deployment method
technique used to propel the ADCP across a watercourse
Note 1 to entry: One of three different deployment methods is used: a manned boat; a tethered boat; or a remote-
controlled boat.
3.8
ensemble
profile
single measurement of the water column
Note 1 to entry: A column of bins (3.2) is equivalent to a vertical in conventional current meter gauging.
3.9
ping
entirety of the sound generated by an ADCP transducer for a single measurement cycle
Note 1 to entry: Sound pulses transmitted by the ADCP for a single measurement.
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
3.10
self-contained mode
autonomous mode
data retrieval mode in which the ADCP stores the information it gathers within its own memory and
then downloaded to a computer after deployment (3.6)
Note 1 to entry: This method is generally not used by majority of ADCP practitioners nor recommended by the
majority of hydrometric practitioners.
3.11
transect
pass
one sweep across the watercourse during an ADCP deployment (3.6)
Note 1 to entry: In the self-contained mode (3.10), a deployment can consist of any number of transects.
4 Principles of the boat mounted ADCP method
4.1 General
The ADCP is a device for measuring current velocity and direction, throughout the water column, in
an efficient and non-intrusive manner. It can produce an instantaneous velocity profile through the
water column while disturbing only the top few decimetres. ADCPs nominally work using the Doppler
principle (see 4.2). An ADCP is usually a cylinder with a transducer head on the end (see Figure 1). The
transducer head is typically a ring of three or more acoustic transducers with their faces angled to
the horizontal and at specified angles to each other. Some ADCPs use phased array transducers, which
contain many elements that can form multiple beams at various angles, depending on transducer
design. A single phased array transducer can form the three or more beams needed for an ADCP.
Key
1 forward
2 port or left
3 starboard or right
4 aft or backward
NOTE ADCP can work in any position or orientation; this figure is an indicative illustration.
Figure 1 — Example sketch illustrating typical ADCP with four transducers
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
The ADCP, which was originally developed for oceanographic work, has since been developed for use in
estuaries and rivers. An ADCP can be mounted on a boat, flotation collar, or raft, and propelled across
a river (see Figure 2). The ADCP collects velocity data, direction of flow, depth data, and boat speed,
direction, and position. With such information, discharge values are independent of the path; in other
words, the route taken does not need to be straight or perpendicular to the bank.
Key
1 start
2 path of boat
3 path of boat on river bottom
4 flow velocity vectors
5 finish
Figure 2 — Sketch illustrating moving — Boat ADCP deployment principles
4.2 Doppler principle applied to moving objects
The ADCP uses ultrasound to measure water velocity using a principle of physics discovered by
Christian Doppler. The reflection of sound waves from a moving particle causes a change in frequency
to the reflected sound wave. The difference in frequency between the transmitted and reflected sound
wave is known as the Doppler shift (see Figure 3).
It should be noted that only components of velocity parallel to the direction of the sound wave produce
a Doppler shift. Thus, particles moving at right angles to the direction of the sound waves (i.e. with no
velocity components in the direction of the sound wave) will not produce a Doppler shift.
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
Figure 3 — Reflection of sound — Waves by a moving particle results in an apparent change in
the frequency of those sound waves
Doppler’s principle relates the change in frequency to the relative velocities of the source (reflector)
and the observer. In the case of most ADCPs, the transmitted sound is reflected off particulates or air
bubbles in the water column and reflected back to the transducer. It is assumed that the particulates
move at the same velocity as the water and, from this, the frequency shift can be translated to a velocity
magnitude and direction. The particulates in the river are generally suspended sediments (SS). Too
low SS concentration results in no data because of no back signal, while too high SS disrupt the signal,
and also results in no data. Therefore, ADCP frequency shall be chosen according to these criteria. The
more suspended sediment that are in water, the lower the ADCP operating frequency should be. In
addition to that, it should also be noted that excessive air bubbles can cause distortion in, or loss of, the
returned signal. Furthermore, air bubbles naturally rise and therefore are likely not to be travelling in a
representative magnitude and direction.
4.3 Acoustic Doppler current profiler techniques
4.3.1 General
There are three general types of ping configuration and processing algorithms used in ADCPs:
— pulse incoherent (including narrowband) — Doppler shift long pulse,
— pulsetopulse coherent — Doppler shift short pulse, and
— broad band (spread spectrum) — phase shift on two short pulses.
Reference should be made to the ADCP manual to determine the type being used.
4.3.2 Pulse incoherent
An incoherent ADCP transmits a single, relatively long, pulse of sound and measures the Doppler shift,
which is used to calculate the velocity of the particles along the path of the acoustic beam. The velocity
measurements made using incoherent processing are very robust over a large velocity range, although
they have a relatively high short-term (single ping) uncertainty. To reduce the uncertainty, multiple
pulses are transmitted over a short time period; these are then averaged before reporting a velocity.
“Narrowband” is used in the industry to describe a pulse-to-pulse incoherent ADCP. In a narrowband
ADCP, only one pulse is transmitted into the water per beam per measurement (ping), and the resolution
of the Doppler shift shall take place during the duration of the received pulse. The narrowband acoustic
pulse is a simple monochromatic wave and can be processed quickly.
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ISO/FDIS 24578:2020(E)
4.3.3 Pulse-to-pulse coherent
Coherent ADCP systems are the most accurate of the three, although they have significant range
limitations. Coherent systems transmit one, relatively short pulse, record the return signal, and then
transmit a second short pulse when the return from the first pulse is no longer detectable. The ADCP
measures the phase difference between the two returns and uses this to calculate the Doppler shift.
Velocity measurements made using coherent processing are very precise (low short-term uncertainties),
but they have significant limitations. Coherent processing will work only in limited depth ranges and
with a significantly limited maximum velocity. If these limitations are exceeded, velocity data from a
coherent Doppler system are effectively meaningless.
4.3.4 Broadband (Spread spectrum)
Like coherent systems, broadband ADCP systems transmit two pulses and look at the phase change of the
return from successive pulses. However, with broadband systems, both acoustic pulses are within the
profiling range at the same time. The broadband acoustic pulse is complex; it has a code superimposed
on the waveform. The code is imposed on the wave form by reversing the phase and creating a
...
PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 24578
ISO/TC 113/SC 1
Hydrométrie — Profileurs acoustiques
Secrétariat: BIS
à effet Doppler — Méthode et
Début de vote:
2020-10-07 application pour le mesurage de
l'écoulement à surface libre sur un
Vote clos le:
2020-12-02
bateau mobile
Hydrometry — Acoustic Doppler profiler — Method and application
for measurement of flow in open channels from a moving boat
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D’ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S’ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE
ISO/FDIS 24578:2020(F)
DES UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
©
TION NATIONALE. ISO 2020
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
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Publié en Suisse
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principes de la méthode d'utilisation d'ADCP depuis un bateau . 3
4.1 Généralités . 3
4.2 Principe de l'effet Doppler appliqué aux objets en mouvement . 5
4.3 Techniques des profileurs acoustiques de courant à effet Doppler . 6
4.3.1 Généralités . 6
4.3.2 Pulse incoherent. 6
4.3.3 Pulse-to-pulse coherent . 7
4.3.4 Broadband (spread spectrum) . 7
4.4 Mesurage du profil de vitesse . 7
4.4.1 Généralités . 7
4.4.2 Mesurage de la vitesse relative . 7
4.4.3 Mesurage de la vitesse du bateau . 7
4.4.4 Collecte de données proche de la limite . 9
4.5 Vitesse du son dans l'eau .11
5 Détermination du débit .12
5.1 Méthode générale .12
5.2 Mode opératoire de mesurage .14
5.3 Méthode de traitement en cas de fond mobile sans système GNSS.16
5.3.1 Généralités .16
5.3.2 Méthode stationnaire pour le fond mobile.17
5.3.3 Méthode azimutale .17
5.3.4 Méthode de correction de sous-section .18
5.3.5 Méthode de la boucle .19
5.3.6 Méthode de la section médiane.20
6 Sélection de sites .21
6.1 Généralités .21
6.2 Critères de sélection des sites .21
7 Mode opératoire de déploiement de l'ADCP .22
7.1 Techniques de déploiement .22
7.1.1 Généralités .22
7.1.2 Utilisation depuis un bateau à équipage .22
7.1.3 Utilisation depuis un support flottant attaché .23
7.1.4 Déploiement à partir d'un navire commandé à distance .23
7.1.5 Modes de récupération de données .24
7.2 Fonctionnement du bateau.24
7.2.1 Trajectoire du bateau .24
7.2.2 Vitesse du bateau . .24
7.3 Modes opératoires de terrain .25
7.3.1 Modes opératoires préalables aux opérations sur le terrain .25
7.3.2 Configuration sur le terrain .25
7.3.3 Examen des données de l'ADCP pendant le mesurage .28
7.3.4 Exigences post-mesurage .28
7.4 Équipement auxiliaire .29
7.5 Autres considérations .29
7.5.1 Distances par rapport aux rives .29
7.5.2 Mesurages de profondeur sur les sites présentant de fortes
concentrations de sédiments .30
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
7.5.3 Compas GNSS .30
7.6 Maintenance et contrôles de l'ADCP .30
7.6.1 Généralités .30
7.6.2 Contrôle de diagnostic intégré .30
7.6.3 Entretien majeur périodique chez le fabricant .30
7.6.4 Contrôle périodique de la performance de l'ADCP .31
7.6.5 Maintenance physique .31
7.6.6 Essai d'alignement des faisceaux .31
7.7 Formation .31
8 Incertitude .32
8.1 Généralités .32
8.2 Définition de l'incertitude .32
8.3 Incertitudes des mesurages par ADCP — Considérations d'ordre général .32
8.4 Sources d'incertitude .33
8.5 Réduction des incertitudes .34
Annexe A (informative) Théorie de la distribution des vitesses et extrapolation des profils
de vitesse .35
Annexe B (informative) Détermination des débits de bord .37
Annexe C (informative) Exemple de liste de contrôle d'équipement.39
Annexe D (informative) Exemple de fiches de terrain pour jaugeage par ADCP .41
Annexe E (informative) Essai d'alignement des faisceaux .45
Annexe F (informative) Méthodes d'évaluation de l'incertitude .47
Bibliographie .48
iv © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.
L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www
.iso .org/ directives).
L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/ brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion
de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles
techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/ iso/ fr/ avant -propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 113, Hydrométrie, sous-comité SC 1,
Méthodes d’exploitation du champ des vitesses.
Il convient que l'utilisateur adresse tout retour d'information ou toute question concernant le présent
document à l'organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes
se trouve à l'adresse www .iso .org/ fr/ members .html.
© ISO 2020 – Tous droits réservés v
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
Introduction
Le terme « profileurs acoustiques de courant à effet Doppler » (ADCP) a été adopté comme terme
générique pour désigner une technologie fabriquée par différentes entreprises dans le monde entier.
On les appelle aussi profileurs acoustiques de vitesse à effet Doppler (ADVP) ou profileurs acoustiques
à effet Doppler (ADP).
Pour utiliser efficacement ce document, il est essentiel que les utilisateurs soient familiarisés avec la
terminologie et les fonctions de leur propre équipement ADCP. Il convient également que les utilisateurs
soient familiarisés avec les exigences supplémentaires.
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 24578:2020(F)
Hydrométrie — Profileurs acoustiques à effet Doppler —
Méthode et application pour le mesurage de l'écoulement à
surface libre sur un bateau mobile
1 Domaine d'application
Le présent document fournit des recommandations relatives à l'utilisation des profileurs acoustiques
de courant à effet Doppler (ADCP) depuis des bateaux pour déterminer le débit à surface libre. Il décrit
un certain nombre de méthodes de déploiement d'ADCP afin de déterminer le débit. Bien que, dans
certains cas, ces mesurages visent à déterminer la relation hauteur-débit d'une station hydrométrique,
le présent document ne traite que de la détermination du débit.
Les ADCP peuvent être utilisés pour mesurer divers paramètres, tels que le courant ou le débit
d'un cours d'eau, les champs de vitesse de l'eau et la bathymétrie des chenaux. Une des applications
potentielles consiste à estimer la charge de fond en appliquant la vitesse de suivi du fond, tandis que
le débit des sédiments en suspension peut être approché en utilisant la rétrodiffusion acoustique et
l'équation du sonar. Le présent document est général et ne contient aucun détail opérationnel spécifique
à des marques et modèles particuliers d'ADCP.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu'ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique.
Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les
éventuels amendements).
ISO 772, Hydrométrie — Vocabulaire et symboles
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l'ISO 772 ainsi que les suivants,
s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en
normalisation, consultables aux adresses suivantes:
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse http:// www .electropedia .org/
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp.
3.1
profondeur du transducteur
profondeur de l'ADCP
tirant d'eau
profondeur des transducteurs de l'ADCP sous la surface de l'eau pendant le déploiement (3.6)
Note 1 à l'article: Il convient de mesurer manuellement la profondeur de l'ADCP.
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
3.2
bin
cellule de profondeur
volume d'eau de forme conique tronquée à une distance et une orientation connues par rapport aux
transducteurs
Note 1 à l'article: L'ADCP détermine une vitesse estimée pour chaque cellule en utilisant un schéma de calcul de
moyenne à pondération centrale tenant compte non seulement de l'eau à l'intérieur du « bin », mais aussi dans les
deux « bins » adjacents.
3.3
distance aveugle
blank
distance parcourue par le signal lorsque la vibration du transducteur durant la transmission empêche
le transducteur de recevoir des échos ou des signaux de retour
Note 1 à l'article: Il s'agit de la distance immédiatement au-dessous des transducteurs de l'ADCP dans laquelle
aucun mesurage n'est réalisé.
Note 2 à l'article: Il convient que la distance soit la plus petite possible. Il convient toutefois de veiller à ne pas
trop réduire la distance afin d'éviter toute contamination du signal par des sonneries ou un biais dû à une
perturbation du débit.
Note 3 à l'article: Si le logiciel le permet, la distance aveugle peut être réglée au minimum afin de réduire la zone
aveugle. Pendant le post-traitement, l'utilisateur a la possibilité de choisir de conserver ou de rejeter cette valeur
proche de l'ADCP. Cela s'avère utile lorsque la profondeur est très faible.
3.4
suivi de fond
méthode acoustique utilisée pour mesurer la vitesse et la direction du bateau en calculant le
décalage Doppler du son réfléchi par le lit du cours d'eau par rapport à l'ADCP
Note 1 à l'article: En l'absence de fond mobile, le débit peut être calculé à partir des données de la vitesse du
fond et de la vitesse de l'eau. En effet, cette opération est réalisée en coordonnées ADCP et non en coordonnées
terrestres. Dans le cas d'un fond mobile, l'utilisation d'un système mondial de navigation par satellite (GNSS) ou
de données corrigées par la méthode de la boucle à l'aide d'un compas calibré est nécessaire.
3.5
mode temps réel
mode dans lequel l'ADCP transmet les informations à l'ordinateur d'exploitation à mesure qu'il les
collecte
Note 1 à l'article: L'ADCP et l'ordinateur sont connectés (physiquement ou par liaison sans fil) tout au long du
déploiement (3.6) dans ce mode.
3.6
déploiement
ADCP initialisé et activé pour la collecte de données pendant qu'il est engagé à travers la section pour
enregistrer les données
Note 1 à l'article: Un déploiement comprend habituellement plusieurs paires de transects (3.11) ou de sections
transversales à travers une rivière ou un estuaire.
3.7
méthode de déploiement
technique utilisée pour déployer l'ADCP à travers un cours d'eau
Note 1 à l'article: Une des trois méthodes de déploiement suivantes est utilisée: un bateau à équipage, un support
flottant attaché ou un bateau commandé à distance.
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
3.8
ensemble
profil
mesurage simple de la colonne d'eau
Note 1 à l'article: Un ensemble de « bins » (3.2) est équivalent à une verticale de mesure obtenue par jaugeage à
l'aide d'un moulinet conventionnel.
3.9
ping
totalité du son généré par le transducteur d'un ADCP pour un seul cycle de mesurage
Note 1 à l'article: Impulsions acoustiques transmises par l'ADCP pour un seul mesurage.
3.10
mode indépendant
mode autonome
mode de récupération de données dans lequel les informations recueillies par l'ADCP sont stockées
dans une mémoire embarquée, puis téléchargées vers un ordinateur après le déploiement (3.6)
Note 1 à l'article: En général, cette méthode n'est pas utilisée par la plupart des techniciens d'ADCP, elle n'est pas
non plus recommandée par la majorité des techniciens d'hydrométrie.
3.11
transect
passe
une traversée du cours d'eau pendant un déploiement (3.6) ADCP
Note 1 à l'article: En mode indépendant (3.10), un déploiement peut être constitué d'un nombre quelconque de
transects.
4 Principes de la méthode d'utilisation d'ADCP depuis un bateau
4.1 Généralités
L'ADCP est un dispositif permettant de mesurer la vitesse et la direction du courant, à travers la
colonne d'eau, de manière efficace et non intrusive. Il peut produire un profil de vitesse instantané
à travers la colonne d'eau en perturbant uniquement les quelques décimètres proches de la surface.
Le fonctionnement nominal des ADCP s'appuie sur le principe de l'effet Doppler (voir 4.2). Un ADCP
est généralement un cylindre dont l'extrémité est munie d'une tête équipée de transducteurs (voir
Figure 1). La tête est habituellement un anneau constitué de trois transducteurs acoustiques ou plus,
dont les faces sont inclinées par rapport à l'horizontale selon des angles spécifiés, les uns par rapport
aux autres. Certains ADCP utilisent des transducteurs à réseau phasé contenant de nombreux éléments
qui peuvent former plusieurs faisceaux à différents angles, selon la conception du transducteur. Un seul
transducteur à réseau phasé peut former les trois faisceaux ou plus nécessaires pour un ADCP.
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
Légende
1 avant
2 bâbord
3 tribord
4 arrière
NOTE Un ADCP peut fonctionner dans toute position ou orientation; la présente figure est présentée à titre
indicatif.
Figure 1 — Exemple de croquis illustrant un ADCP type avec quatre transducteurs
L'ADCP, qui a été développé à l'origine pour des travaux océanographiques, a depuis été adapté en vue
d'une utilisation dans les estuaires et les rivières. Un ADCP peut être monté sur un bateau, un support de
flottaison ou un radeau et engagé à travers une rivière (voir Figure 2). L'ADCP recueille des données de
vitesse, la direction de l'écoulement, des données de profondeur et la position, la direction et la vitesse
du bateau. Avec de telles informations, les mesures de débit sont indépendantes de la trajectoire; en
d'autres termes, il n'est pas nécessaire que l'itinéraire emprunté soit droit ou perpendiculaire à la rive.
4 © ISO 2020 – Tous droits réservés
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
Légende
1 départ
2 trajectoire du bateau
3 trajectoire du bateau par rapport au fond de la rivière
4 vecteurs de vitesse du débit
5 arrivée
Figure 2 — Croquis du principe de déploiement d'un ADCP monté sur un bateau mobile
4.2 Principe de l'effet Doppler appliqué aux objets en mouvement
L'ADCP utilise les ultrasons pour mesurer la vitesse de l'eau à l'aide d'un principe physique découvert
par Christian Doppler. La réflexion des ondes sonores d'une particule en mouvement entraîne un
changement de fréquence de l'onde sonore réfléchie. La différence de fréquence entre l'onde sonore
transmise et l'onde sonore réfléchie est connue sous le nom de décalage Doppler (voir Figure 3).
Il convient de noter que seules les composantes de vitesse parallèles à la direction de l'onde sonore
produisent un décalage Doppler. Ainsi, les particules se déplaçant perpendiculairement à la direction
des ondes sonores (c'est-à-dire sans composante de vitesse dans la direction de l'onde sonore) ne
produiront aucun décalage Doppler.
© ISO 2020 – Tous droits réservés 5
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ISO/FDIS 24578:2020(F)
Figure 3 — Réflexion des ondes sonores émises par une particule en mouvement entraînant un
changement apparent de la fréquence de ces ondes sonores
Le principe de l'effet Doppler relie le changement de fréquence aux vitesses relatives de la source
(réflecteur) et de l'observateur. Dans le cas de la plupart des ADCP, le son transmis est réfléchi par
des particules ou des bulles d'air dans la colonne d'eau et renvoyé vers le transducteur. Il est supposé
que les particules se déplacent à la même vitesse que l'eau, ce qui permet de traduire le décalage de
fréquence en amplitude et en direction de vitesse. Les particules dans la rivière sont généralement des
sédiments en suspension. Une concentration de sédiments en suspension trop faible ne permet d'obtenir
aucune donnée en raison de l'absence de signal de retour, tandis qu'une concentration de sédiments
en suspension trop élevée perturbe le signal, ce qui entraîne également l'obtention de mauvaises
données. Par conséquent, la fréquence de l'ADCP doit être choisie en fonction de ces critères. Plus il y a
de sédiments en suspension dans l'eau, plus il convient que la fréquence de fonctionnement de l'ADCP
soit basse. Il convient en outre de noter qu'une quantité excessive de bulles d'air peut provoquer une
distorsion ou une perte du signal renvoyé. De plus, les bulles d'air s'élèvent naturellement et sont donc
susceptibles de ne pas se déplacer selon une direction et une amplitude représentatives de la vitesse.
4.3 Techniques des profileurs acoustiques de courant à effet Doppler
4.3.1 Généralités
Les ADCP utilisent trois principaux types d'algorith
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.