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.

General Information

Status
Published
Publication Date
08-Mar-2021
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
09-Mar-2021
Completion Date
09-Mar-2021
Ref Project

RELATIONS

Buy Standard

Standard
ISO 24578:2021 - Hydrometry -- Acoustic Doppler profiler -- Method and application for measurement of flow in open channels from a moving boat
English language
49 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview
Standard
ISO 24578:2021 - Hydrométrie -- Profileurs acoustiques à effet Doppler -- Méthode et application pour le mesurage de l'écoulement à surface libre sur un bateau mobile
French language
51 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview
Draft
ISO/FDIS 24578:Version 13-okt-2020 - Hydrometry -- Acoustic Doppler profiler -- Method and application for measurement of flow in open channels from a moving boat
English language
49 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview
Draft
ISO/FDIS 24578:Version 14-nov-2020 - Hydrométrie -- Profileurs acoustiques a effet Doppler -- Méthode et application pour le mesurage de l'écoulement a surface libre sur un bateau mobile
French language
49 pages
sale 15% off
Preview
sale 15% off
Preview

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
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 24578:2021(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2021

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
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

© ISO 2021 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
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

iv © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
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.
© ISO 2021 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
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.

vi © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 6 ----------------------
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.

© ISO 2021 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
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.
2 © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 24578:2021(E)
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.

© ISO 2021 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
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.

4 © ISO 2021 – All rights reserved
---------------------- Page: 10 ----------------------
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.
© ISO 2021 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 11 ----------------------
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
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 24578:2021(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2021

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

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.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2021 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
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

© ISO 2021 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
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

iv © ISO 2021 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
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
---------------------- Page: 5 ----------------------
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
---------------------- Page: 6 ----------------------
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.
© ISO 2021 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
ISO 24578:2021(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.
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.
2 © ISO 2021 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 8 ----------------------
ISO 24578:2021(F)
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.

© ISO 2021 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
ISO 24578:2021(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 2021 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 10 ----------------------
ISO 24578:2021(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 2021 – Tous droits réservés 5
---------------------- Page: 11 ----------------------
ISO 24578:2021(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'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
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/FDIS 24578:2020(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2020

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
ISO copyright office
CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH­1214 Vernier, Geneva
Phone: +41 22 749 01 11
Email: copyright@iso.org
Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 2 ----------------------
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

© ISO 2020 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
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

iv © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 4 ----------------------
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.
© ISO 2020 – All rights reserved v
---------------------- Page: 5 ----------------------
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
---------------------- Page: 6 ----------------------
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.

© ISO 2020 – All rights reserved 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
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.
2 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 8 ----------------------
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
© ISO 2020 – All rights reserved 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
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.

4 © ISO 2020 – All rights reserved
---------------------- Page: 10 ----------------------
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.
© ISO 2020 – All rights reserved 5
---------------------- Page: 11 ----------------------
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
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO/FDIS 24578:2020(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2020

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

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.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
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

© ISO 2020 – Tous droits réservés iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
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
---------------------- Page: 4 ----------------------
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
---------------------- Page: 5 ----------------------
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.
vi © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 6 ----------------------
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.
© ISO 2020 – Tous droits réservés 1
---------------------- Page: 7 ----------------------
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.
2 © ISO 2020 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 8 ----------------------
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.

© ISO 2020 – Tous droits réservés 3
---------------------- Page: 9 ----------------------
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
---------------------- Page: 10 ----------------------
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
---------------------- Page: 11 ----------------------
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.