Microsoft Word - AHS_1_2016

Prepis

1 Ročník 17, č. 1, 2016, ACTA HYDROLOGICA SLOVACA POROVNANIE RÝCHLOSTI PRÚDENIA URČENÝCH PRÍSTROJOM FLOW TRACKER A INDIKÁTOROVOU METÓDOU Radoslav Schügerl, Yvetta Velísková, Renáta Dulovičová Dôležitým činiteľom pre spoznanie hydrodynamických charakteristík vodného toku sú hodnoty rýchlosti prúdenia a prietoku vodného toku. V článku sú prezentované výsledky merania rýchlostí prúdenia určených prístrojom Flow Tracker (ADV - Acoustic Doppler Velocimetry) a indikátorovou metódou. Merania boli vykonané na piatich priečnych profiloch v Brezne na rieke Hron (H1 H5) a na siedmych priečnych profiloch v Liptovskom Hrádku / Liptovskej Porúbke na rieke Váh (VH1 VH5; VP1 VP2). KĽÚČOVÉ SLOVÁ: Flow Tracker, stopovacie pokusy, hydrometrovanie, rýchlosť prúdenia COMPARISON OF FLOW VELOCITY DETERMINED BY FLOW TRACKER DEVICE AND BY TRACER EXPERIMENTS. Important aspect for recognising of hydrodynamics characteristics of a stream is flow velocity in it. This article presents comparison of two methods for determination of flow velocity by Flow Tracker device (ADV - Acoustic Doppler Velocimetry) and by tracer experiments (indicator method). Measurements were carried out in five cross-section profiles at the Hron River in the Brezno town residential area and seven cross-section profiles at the Váh River in the Liptovský Hrádok /Liptovská Porúbka villages residential area. KEY WORDS: FlowTracker, tracer experiments, velocity measurement, flow velocity Úvod Poznanie rýchlostí prúdenia vodného toku je nevyhnutné pre hodnotenie hydrodynamiky povrchového toku. Je to dôležitá charakteristika aj pri hodnotení činiteľov vplývajúcich na interakciu medzi vodným tokom a podzemnou vodou, a to z hľadiska posúdenia rýchlosti prúdenia a usadzovacej rýchlosti - vytvárania dnových sedimentov. V predloženom príspevku je stručne opísaný spôsob určenia rýchlosti prúdenia pomocou digitálneho prístroja FlowTracker, a následného výpočtu prietoku. Tento spôsob je následne porovnaný s alternatívnym spôsobom merania priemernej rýchlosti prúdenia stopovacou, resp. indikátorovou metódou. Skúšobné merania prebehli na vodných tokoch Hron v intraviláne obce Brezno a Váh v intraviláne obcí Liptovský Hrádok a Liptovská Porúbka. Spôsoby merania rýchlostí prúdenia v povrchovom toku Na meranie prúdových charakteristík prúdiacej kvapaliny sa používa celá rada experimentálnych metód, ktoré majú svoje využitie vo veľkej miere hlavne v laboratórnych podmienkach. Pre terénne podmienky sa ich výber značne redukuje, resp. sa redukuje ich presnosť a možnosti (Voulgaris, Trowbridge, 1998). Jednou z metód, ktorá nachádza uplatnenie aj mimo laboratórnych podmienok je ultrazvuková metóda založená na Dopplerovom efekte, na princípe ktorého sú konštruované tzv. ADV prístroje (Acoustic Doppler Velocimeter). Digitálny prístroj na ručné meranie priemerných bodových rýchlostí a prietoku na vodných tokoch FlowTracker od firmy SONTEK, je skonštruovaný na takomto základe (SonTek, 2009). Namiesto klasického spôsobu, kde je na sútyčí upevnená vrtuľka, v tomto prípade je na sútyčí upevnená 2D alebo 3D sonda. V našom prípade sme používali 3D sondu (obr. 1). Sonda prístroja obsahuje vysielač, prijímače a teplotný senzor. Merací bod sa nachádza 10 cm od akustického vysielača. To umožňuje meranie prirodzeného prúdenia, 107

2 Acta Hydrologica Slovaca, ročník 17, č. 1, 2016, Obr. 1. 3D AVD sonda. Fig. 1. 3D ADV probe. bez rušivých vplyvov spôsobených prístrojom. FlowTracker sa ďalej skladá z riadiacej jednotky, ktorá je so sondou spojená káblom. K prístroju patrí aj dátový napájací konektor, ktorý slúži na sťahovanie dát do počítača. Počas merania sa všetky dáta ukladajú v riadiacej jednotke, neskôr môžu byť stiahnuté do PC pre ďalšie spracovanie, zobrazenie a archiváciu. Prístroj umožňuje vybrať si z troch základných metód výpočtu prietoku v otvorených korytách v zmysle platných noriem (stredovú mid - section ; priemerovú mean - section a tzv. japonskú metódu). V našom prípade sme využívali stredovú (mid-section) metódu. Táto metóda je založená na princípe, že ku každému stanovisku je počítaný obsah plochy a priradená rýchlosť. Prístroj Flow Tracker je schopný merať rýchlosti v rozsahu 0,001 m.s -1 až 4,5 m.s -1 s preukázanou presnosťou merania 0,001 m.s -1. Nastavenie intervalu merania je možné v rozsahu 10 až 1000 sekúnd. Optimálne podmienky merania sú zabezpečené záznamom kontroly kvality (QC), ktorý skúma a hodnotí údaje na začiatku i v rámci každého merania automaticky. Prístroj Flow Tracker zaznamenáva taktiež teplotu vody, ktorá je dôležitým faktorom pri aplikácii ADV prístrojov. Pri spracovaní signálu z ADV sondy prístroja Flow Tracker je používaný zabudovaný kompenzátor teploty. Podľa manuálu prístroja pri zmene teploty o 5 C je odchýlka nameranej rýchlosti maximálne 1% (Flow Tracker Technical Manual). V našom prípade bol rozdiel nameraných teplôt maximálne 4,5 C (počas celého času merania). Stopovacia, resp. indikátorová metóda určenia prietoku v toku, a prípadne priemernej rýchlosti prúdenia vodného toku, patrí k alternatívnym hydrologickým metódam. Ide o aplikáciu stopovacích experimentov, prostredníctvom ktorých sa zisťuje rýchlosť pohybu vody medzi vybranými lokalitami, hodnotí sa čas zdržania vôd v jednotlivých častiach vodného toku. Princípom skúšky je transport dvoj, alebo viaczložkovej tekutej homogénnej zmesi vo vodnom toku. Transport roztoku v prirodzených tokoch je fyzikálny jav, kde po vniknutí látky do prúdu sa táto látka začne šíriť v podobe mraku v smere prúdenia vody a dochádza k jej postupnému zmiešavaniu. Jej zmiešanie charakterizuje koncentrácia c, ktorá časom klesá dochádza k disperzii vo všetkých smeroch (Danáčová, Danáčová, 2010). Pri skúmaní procesov zmiešania by aplikovaná látka nemala ovplyvňovať nijakým spôsobom prúdové pole. Ideálne je použiť roztok, ktorý nepodlieha reakciám, či už fyzikálnym, chemickým alebo mikrobiologickým (tzv. konzervatívna látka). Roztok by mal byť stabilný, ľahko merateľný a netoxický. V opačnom prípade musíme zohľadniť existujúce reakcie v procese zmiešavania a jeho transportu v podobe rovníc pre sorpciu, rozklad alebo komplikovanejšie procesy výmeny látok. Za ideálny stopovač sa považuje napríklad chlorid draselný (NaCl). Proces zmiešania aplikovanej látky v toku môžeme rozdeliť do niekoľkých fáz, najčastejšie ich rozdeľujeme do nasledujúcich štyroch: - vstupný bod, aplikácia látky (roztoku); - úplné vertikálne zmiešanie látky; - úplné zmiešanie po šírke koryta; - pozdĺžne zmiešanie. Treba si uvedomiť, že dĺžka jednotlivých zmiešavacích úsekov, kedy prichádza k úplnému vertikálnemu, priečnemu a pozdĺžnemu premiešaniu je rôzna. Obsahuje istú variabilitu v dôsledku rôznych podmienok prúdenia v toku. Je závislá od geometrie toku, ako aj od typu prúdenia a výšky vodnej hladiny. Existujú viaceré vzťahy na určenie týchto dĺžok z charakteristík toku, avšak stanovenie zmiešavacieho úseku podľa nich je len približné (Velísková, 2005). Opis záujmového územia Merania sme vykonávali v dvoch záujmových lokalitách. Na rieke Hron v intraviláne okresného mesta Brezno (obr. 2) a na rieke Váh v intraviláne obcí Liptovský Hrádok / Liptovská Porúbka (obr. 3). Na obrázkoch sú schematicky naznačené všetky profily: pre Hron profily H 0 až H 5 a pre Váh VH 0 až VH 5 pre Liptovský Hrádok a VP 0 až VP 2 pre Liptovskú Porúbku. Profily označené nulou (H 0, VH 0, VP 0) sú vypúšťacie profily pri stopovacích experimentoch, ostatné profily sú zaznamenané ako meracie profily. 108

3 Schügerl, R. a kol.: Porovnanie rýchlosti prúdenia určených prístrojom Flow Tracker a indikátorovou Obr. 2. Fig. 2. Vyznačenie profilov na rieke Hron. Identification of profiles at the Hron river. Obr. 3. Fig. 3. Vyznačenie profilov na rieke Váh. Identification of profiles at the Váh river. Metodika merania Meranie bolo vykonávané na vodnom toku Hron v úseku dĺžky 1109 metrov. Koryto vodného toku malo v predmetnom úseku šírku 15,7 až 20,7 metra. Priemerná a maximálna hĺbka v profiloch H 0 až H 5 je v tabuľke 1. Merania boli realizované v riečnych kilometroch 220,4 až 221,5 rkm. Tok Hronu má v záujmovom úseku podhorský charakter. V súčasnom koryte Hrona je zachovaný prírodný, morfologicky pestrý charakter, s prirodzeným prúdením vody. Dno je štrkovitokamenité. Meranie na vodnom toku Váh bolo robené na úsekoch s dĺžkou 365 metrov (Liptovská Porúbka) a 741 metrov (Liptovský Hrádok). Koryto vodného toku malo v predmetnom úseku šírku 15 až 21,3 metra. Priemerná a maximálna hĺbka v profiloch VH 0 až VH 5 a VP 0 až VP 2 je v tabuľke 2. Merania boli realizované v riečnych kilometroch 360,95 až 361,3 a rkm 359,76 až 360,5. Tok Váhu má v záujmovom úseku podhorský charakter. V minulosti boli pozdĺž skúmaného úseku toku zrealizované ochranné hrádze bez regulácie vlastného koryta. V súčasnom koryte Váhu je zachovaný prírodný, morfologicky pestrý charakter, s prirodzeným prúdením vody. Dno je štrkovito-kamenité, vyskytujú sa dnové štrkové lavice, ktoré pri nižších prietokoch vytvárajú ostrovy. Pri meraniach na Hrone sa v jednotlivých profiloch rýchlosť merala prístrojom Flow Tracker 1-krát (obr. 4) a indikátorovou metódou (obr. 5) sa meranie opakovalo dvakrát až trikrát, v závislosti od zložitosti podmienok prúdenia. Meranie prebiehalo v 4 profiloch v rôznych vzdialenostiach od zdroja stopovača (od vypúšťacieho profilu) (pozri obr. 2): - profil H 1 (206 metrov od zdroja stopovača); - profil H 2 (450 metrov od zdroja stopovača); - profil H 3 (720 metrov od zdroja stopovača); - profil H 4 (922 metrov od zdroja stopovača); - profil H 5 (1109 metrov od zdroja stopovača). 109

4 Acta Hydrologica Slovaca, ročník 17, č. 1, 2016, Pre merania na Váhu sa rýchlosť prúdenia v profiloch merala prístrojom Flow Tracker 1-krát a indikátorovou metódou 3-krát. Meranie prebiehalo v dvoch úsekoch. Prvý bol situovaný v intraviláne Liptovskej Porúbky a pozostával z dvoch profilov v rôznych vzdialenostiach od zdroja stopovača (pozri obr. 3): - profil VP 1 (235 metrov od zdroja stopovača); - profil VP 2 (362 metrov od zdroja stopovača). Druhý meraný úsek bol situovaný pod haťou v Liptovskom Hrádku a pozostával z 5 profilov v rôznych vzdialenostiach od zdroja stopovača: - profil VH 1 (141 metrov od zdroja stopovača); - profil VH 2 (298 metrov od zdroja stopovača); - profil VH 3 (414 metrov od zdroja stopovača); - profil VH 4 (558 metrov od zdroja stopovača); - profil VH 5 (741 metrov od zdroja stopovača). V každom meranom profile sa prístrojom FlowTracker merala rýchlosť prúdenia vo zvisliciach v polmetrových, resp. metrových vzdialenostiach. V závislosti od hĺbky vodného toku sa zvolila 1-bodová, 2-bodová, resp. 3- bodová metóda merania. Pre vyhodnotenie meraní sme zobrali do úvahy namerané údaje z hornej tretiny danej hĺbky vo zvislici (0,8 násobok hĺbky od dna). Pre porovnanie hodnôt rýchlosti v prúdnicovej časti rýchlostného profilu, získané meraním Flow Trackerom, bola táto hodnota stanovená ako priemerná hodnota rýchlostí v strednej časti toku (1/4 šírky profilu na pravú i ľavú stranu od stredu vodného toku) cez hodnotu váženého priemeru rýchlosti okrajových profilov úseku. Rýchlosť prúdenia pri indikátorovej metóde bola určená v každom profile vo vytypovaných vzdialenostiach po celej šírke koryta. Tieto vzdialenosti sa zvolili s ohľadom na už vykonané merania prístrojom FlowTracker tak, aby spolu čo najviac korešpondovali. Odchýlky boli minimálne (cca maximálne 50 centimetrov). Princíp indikátorovej metódy spočíva v injektovaní stopovacej látky do vodného toku v nultom profile a následného zmerania času, za ktorý sa stopovacia látka dostane do meraných profilov. Ako stopovacia látka sa použil roztok chloridu sodného (NaCl). Postup bol nasledovný: voda z rieky sa čerpadlom prečerpala do mobilnej nádrže umiestnenej na brehu. Na základe známeho prečerpaného objemu sme podľa času napúšťania (resp. vypúšťania) určili objem vody v nádrži (priemerná hodnota bola 300 litrov). Do nádrže sme následne pridali 50 kilogramov NaCl. Tento roztok sa po dôkladnom premiešaní kontinuálne vypúšťal čerpadlom do vodného toku v strede vypúšťacích profilov (tab. 3 až 5), resp. pri pravom brehu toku (vypúšťanie vpravo). Tabuľka 1. Priemerná a maximálna hĺbka jednotlivých profilov na rieke Hron Table 1. Average and maximum depth in the measurement profiles on the Hron river Profil Hĺbka Hĺbka maximálna (m) priemerná (m) H 0 0 m 0,580 0,354 H 1 206,5m 0,740 0,517 H m 0,520 0,389 H m 0,680 0,416 H m 0,540 0,390 H m 0,400 0,290 Tabuľka 2. Priemerná a maximálna hĺbka jednotlivých profilov na rieke Váh Table 2. Average and maximum depth in the measurement profiles on the Váh river Profil Hĺbka Hĺbka maximálna (m) priemerná (m) VH 0 0 m 0,430 0,321 VH m 0,580 0,423 VH m 0,550 0,423 VH m 0,580 0,412 VH m 0,820 0,532 VH m 0,440 0,326 VP 0 0 m 0,580 0,311 VP 1-235m 0,930 0,603 VP 2 362m 0,710 0,

5 Schügerl, R. a kol.: Porovnanie rýchlosti prúdenia určených prístrojom Flow Tracker a indikátorovou Obr. 4. Fig. 4. Meranie prístrojom Flow Tracker. Measurement by Flow Tracker device. Obr. 5. Fig. 5. Meranie indikátorovou metódou. Measurement by indicator method. Išlo o kontinuálne vypúšťanie stopovacej látky, okamžité injektovanie (vypustenie celého objemu stopovacej látky vo veľmi krátkom časovom horizonte cca 1 až 2 sekundy) sme nerealizovali. Priemerný čas vypúšťania nádrže sa pohyboval v rozmedzí 23 až 25 minút. Stopovacia látka menila vodivosť vody. Zmeny vodivosti sa merali konduktomermi WTW Multi Pred samotným pokusom sa zistila vždy vodivosť stopovacieho roztoku a pozaďová vodivosť vodného toku. Rýchlosť prúdenia sa následne vyhodnocovala z nameraných hodnôt v strednej časti profilu (1/4 šírky profilu na pravú i ľavú stranu od stredu vodného toku). Rozdelenie koncentrácie stopovača v profile indikovala túto oblasť pri vypúšťaní stopovača do stredu toku ako prúdnicovú časť rýchlostného profilu. Pre merania, v ktorých sa stopovač vypúšťal pri pravom brehu to bola 1/2 šírky vodného toku meraného od pravého brehu). Hodnoty rýchlostí získané indikátorovou metódou korešpondujú s časom, ktorému prislúcha polovičná hodnota maximálnej dosiahnutej koncentrácie na vzostupnej vetve krivky vyjadrujúcej priebeh koncentrácie stopovača v danom mieste. Príklad časového záznamu koncentrácie stopovača je na obr. 6 (nárast koncentrácie stopovača v 20-tej minúte záznamu, maximum v 35-tej minúte a pozvoľný pokles koncentrácie na pôvodnú hodnotu, ktorý sa ustálil takmer po hodinovom meraní). Záznam je z profilu H4 na rieke Hron vo vzdialenosti 922 metrov od vypúšťacieho profilu. 111

6 Acta Hydrologica Slovaca, ročník 17, č. 1, 2016, Obr.6. Fig. 6. Priebeh koncentrácie stopovača v čase merania vo vodnom toku (profil H4). Course of concentration of the tracer in time of measurement in the river (profile H4). Výsledky a diskusia 112 V tabuľkách 3 až 5 sú uvedené namerané hodnoty rýchlosti prúdenia v jednotlivých úsekoch použitím prístroja Flow Tracker a indikátorovou metódou. Hodnoty získané pomocou prístroja Flow Tracker sú porovnávané s hodnotami získanými indikátorovou metódou. Za referenčné hodnoty rýchlosti boli uvažované údaje získané prístrojom Flow Tracker. Tieto boli následne porovnávané s hodnotami rýchlostí získaných alternatívnou metódou indikátorovou metódou. Počas terénnych experimentov na rieke Hron prebiehali merania v piatich profiloch. Hodnoty rýchlostí v sledovanej oblasti rýchlostného profilu zmeraných prístrojom Flow Tracker sú vo všetkých meraniach vyššie ako hodnoty rýchlostí získané indikátorovou metódou. Tieto skutočnosti platia aj pre pokusy, ak stopovač bol vypúšťaný v strede vodného toku, ale aj pre pokusy so stopovačom vypúšťaným pri pravom brehu vodného toku. V tabuľke 3a sú zaznamenané priemerné hodnoty rýchlosti v prúdnicovej časti rýchlostného profilu získané prístrojom Flow Tracker aj indikátorovou metódou pri vypúšťaní stopovača do strednej časti vodného toku. Ďalej sú v tabuľke uvedené hodnoty získané indikátorovou metódou (2 pokusy). Hodnota v stĺpci Priemer je hodnota aritmetického priemeru rýchlosti z jednotlivých pokusov vykonaných pri aplikácii indikátorovej metódy. V poslednom stĺpci je zaznamenaný percentuálny pokles, resp. vzrast priemernej hodnoty získanej indikátorovou metódou v závislosti od hodnoty získanej prístrojom Flow Tracker. Pri porovnaní hodnôt rýchlostí získaných prístrojom Flow Tracker a indikátorovou metódou vidieť určitý rozkyv hodnôt pri použití indikátorovej metódy. Jednoznačne možno konštatovať, že hodnoty namerané touto metódou sú vždy nižšie než hodnoty namerané prístrojom Flow Tracker. Môže to byť spôsobené deformáciou rýchlostného poľa v dôsledku zakrivenia trasy vodného toku. Taktiež členitosť dna vodného toku môže predstavovať výrazný faktor ovplyvňujúci premiešavanie vypúšťaného stopovača. Merané profily boli vybrané s ohľadom na túto skutočnosť, avšak medzi jednotlivými profilmi sa v niektorých prípadoch horeuvedené vplyvy na toku vyskytovali a nedali sa eliminovať v dostatočnej miere. Pre pokusy, v ktorom bol stopovač vypúšťaný z pravého brehu (tab. 3b) platia obdobné výsledky ako pre pokusy so stopovačom vypúšťaným do strednej časti toku. Umiestnenie zdroja stopovača nemalo výrazný vplyv na zhodu meraní, keďže toto umiestnenie bolo zohľadňované pri vyhodnocovaní nameraných údajov cez vytýčenie dotknutej časti priečneho profilu (pri vypúšťaní v strede 1/4 šírky profilu na pravú i ľavú stranu od stredu vodného toku a pri vypúšťaní na pravej strane 1/2 šírky vodného toku meraná od pravého brehu). Merania na rieke Váh potvrdili výsledky meraní na rieke Hron. Merania prebiehali v dvoch samostatných úsekoch toku s dvomi vypúšťacími profilmi. Úsek I. reprezentuje relatívne hlboké profily s balvanitým dnom (tab. 2, 4). Aj v takomto type priečneho profilu bolo potvrdené že hodnoty rýchlostí namerané prístrojom Flow Tracker sú vyššie než hodnoty získané indikátorovou metódou. Túto skutočnosť potvrdili aj merania v profiloch VH1 až VH5 v intraviláne obce Liptovský Hrádok (tab. 5) úsek II. Podobne ako pri meraní na Hrone aj v tomto prípade sú v tabuľkách 4 a 5 zaznamenané priemerné hodnoty rýchlosti v prúdnicovej časti toku získané prístrojom Flow Tracker aj indikátorovou metódou. Vypúšťanie

7 Schügerl, R. a kol.: Porovnanie rýchlosti prúdenia určených prístrojom Flow Tracker a indikátorovou stopovača z pravého brehu do vodného toku sa pri týchto meraniach nerealizovali. Ďalej sú v tabuľke spriemerované hodnoty získané indikátorovou metódou a v poslednom stĺpci je zaznamenaný percentuálny pokles, resp. vzrast danej hodnoty získanej indikátorovou metódou v závislosti od hodnoty získanej prístrojom Flow Tracker. Vyhodnocovanie rýchlostí pri aplikácii indikátorovej metódy ukázalo niektoré jej limity. Pri prudkej zmene hĺbky toku dochádza k skresleniu výsledkov. Pri aplikácii na dlhších úsekoch tokov môže dôjsť k veľkému rozptýleniu a splošteniu mraku stopovača, kedy nebude možné zaznamenať prechod mraku stopovacej látky, a tým správne stanoviť transportnú rýchlosť prúdiacej vody. V tabuľke 6 je uvedený celkový sumár výsledkov meraní: percentuálny nárast, resp. pokles hodnoty rýchlosti pri porovnaní dvoch použitých metód; zmena času, pri ktorom sa teoreticky stopovač prenesie z jedného do druhého profilu, ak sa porovná metóda s využitím prístroja Flow Tracker a stopovacia metóda. Posledný stĺpec vyjadruje rozdiel vo veľkosti vzdialeností pri použití hodnôt rýchlostí určených dvoma porovnávanými metódami. Ako referenčné hodnoty sú použité záznamy z merania prístrojom Flow Tracker. Profily na rieke Hron označené pridaným písmenom s sú charakterizované vypúšťaním stopovacej látky v strednej časti vodného toku, profily s pridaným písmenom p sú charakterizované vypúšťaním stopovacej látky v pravej časti vodného toku. Tabuľka 3a Merané rýchlosti prúdenia metódou FlowTracker a indikátorovou metódou (vypúšťanie stred) - Hron Table 3a Measuring of flow velocity by FlowTracker device and by tracer experiment (middle - discharging) Hron river Úsek Flow Tracker pokus č.1 Použitá metóda (m.s -1 ) pokus č.2 Priemer % - na zmena H1 H2 (s) 0,688 0,420 0,481 0,405-41,13 H2 H3 (s) 0,640 0,506 0,471 0,549-14,21 H3 H4 (s) 0,583 0,442 0,501 0,471-19,21 H4 H5 (s) 0,678 0,554 0,592 0,573-15,48 Tabuľka 3b. Merané rýchlosti prúdenia metódou FlowTracker a indikátorovou metódou (vypúšťanie vpravo) - Hron Table 3b Measuring of flow velocity by FlowTracker device and by tracer experiment (right - discharging) Hron river Použitá metóda (m.s -1 ) Úsek Flow Tracker metóda pokus č.1 pokus č.2 pokus č.3 Priemer % - na zmena H1 H2 (p) 0,529 0,419 0,382 0,401 0,400-24,38 H2 H3 (p) 0,635 0,474 0,467 0,495 0,478-24,72 H3 H4 (p) 0,513 0,488 0,539 0,501 0,509-0,77 113

8 Acta Hydrologica Slovaca, ročník 17, č. 1, 2016, Tabuľka 4. Zmerané rýchlosti prúdenia metódou FlowTracker a indikátorovou metódou - Váh (úsek I., profily VP1 až VP2) Table 4. Measuring of flow velocity by FlowTracker device and by tracer experiment Váh river (section I., profiles VP1 VP2) Použitá metóda (m.s -1 ) Úsek Flow Tracker pokus č.1 pokus č.2 pokus č.3 Priemer % - na zmena VP1 - VP2 0,586 0,441 0,428 0,435 0,434-25,93 Tabuľka 5. Zmerané rýchlosti prúdenia metódou FlowTracker a indikátorovou metódou - Váh (úsek II., profily VH1 až VH5) Table 5. Measuring of flow velocity by FlowTracker device and by tracer experiment Váh river (section II., profiles VH1 VH5) Použitá metóda (m.s -1 ) Úsek Flow Tracker pokus č.1 pokus č.2 pokus č.3 Priemer % - na zmena VH1 - VH2 0,797 0,533 0,714 0,595 0,614-22,96 VH2 VH3 0,805 0,445 0,491 0,531 0,489-39,25 VH3 - VH4 0,713 0,604 0,625 0,610 0,613-14,02 VH4 - VH5 0,791 0,798 0,577 0,689 0,688-13, Tabuľka 6. Súhrnné zhodnotenie rýchlostí prúdenia na meraných úsekoch prístrojom FlowTracker a indikátorovou metódou Table 6. Total appreciation of flow velocity on the sections by Flow Tracker device and by tracer experiment Úsek - vzdialenosti (m) Rýchlosť prúdenia (m.s -1 ) Flow Tracker metóda zmena rýchlosti (%) Zmena času pri porovnaní rýchlostí skúmaných metód (s) Prekonaná vzdialenosť (m) (referen. metóda FT) metóda H1 H2 (s) 243 m 0,688 0,405-41, H2 H3 (s) 270 m 0,640 0,549-14, H3 H4 (s) 202 m 0,583 0,471-19, H4 H5 (s) 187 m 0,678 0,573-15, H1 H2 (p) 243 m 0,529 0,400-24, H2 H3 (p) 270 m 0,635 0,478-24, H3 H4 (p) 202 m 0,513 0,509-0, VP1 - VP2 130 m 0,586 0,434-25, VH1 - VH2 157 m 0,797 0,614-22, VH2 - VH3 116 m 0,805 0,489-39, VH3 - VH4 144 m 0,713 0,613-14, VH4 - VH5 183 m 0,791 0,688-13, *(s) stopovacia látka vypúšťaná v strede vodného toku *(p) stopovacia látka vypúšťaná na pravej strane vodného toku

9 Schügerl, R. a kol.: Porovnanie rýchlosti prúdenia určených prístrojom Flow Tracker a indikátorovou Záver Výsledky poukázali na značné rozdiely v nameraných hodnotách rýchlostí prúdenia dvoma použitými metódami. V tabuľkách 3 až 5 sú zhrnuté priemerné hodnoty rýchlosti v prúdnicovej časti rýchlostného profilu z oboch spôsobov merania, a to ako v úsekoch rieky Hron, tak aj na Váhu. Faktom je, že jedna skúmaná meranie prístrojom Flow Tracker, preukázala v konečnom súhrne vyššie zaznamenané hodnoty rýchlostí než druhá indikátorová metóda. Na tento fakt nemalo vplyv miesto, odkiaľ bol stopovač do vodného toku injektovaný (stredná časť, resp. pravá časť vodného toku). Každá z porovnávaných metód má svoje výhody a nevýhody, resp. svoje limity. Všeobecne zo skúseností pri používaní prístroja Flow Tracker je možné konštatovať, že použitie prístroja aj v náročných terénnych podmienkach dáva korektné údaje. Samozrejme, aj pri aplikácii tohto prístroja je nevyhnutné zvoliť čo najvhodnejšie profily, resp. lokality. Použitie indikátorovej metódy v porovnaní s prístrojom Flow Tracker dáva len orientačné hodnoty, zvlášť v prípade zložitých podmienok prúdenia na toku jej aplikácia má veľmi obmedzené možnosti. Metódu je možné použiť bez väčších obmedzení pri tokoch s prizmatickým korytom, tokoch bez vegetácie a prípadných iných singularít v meranom úseku. Taktiež sa často aplikuje na určenie prietoku: presnosť získanej hodnoty však závisí od podmienok prúdenia, v ktorých je aplikovaná (čím zložitejšie, tým nižšia presnosť), ako aj od precíznosti prevedenia expe- rimentu a skúseností aplikačného tímu. Poďakovanie Tento článok vznikol vďaka podpore projektu ITMS: Centrum excelentnosti pre ochranu a využívanie krajiny a biodiverzitu, na základe podpory operačného programu Výskum a vývoj financovaného z Európskeho fondu regionálneho rozvoja a grantovou agentúrou VEGA-2/0058/15 a agentúrou na podporu výskumu a vývoja prostredníctvom finančnej podpory č. APVV Literatúra Danáčová Z., Danáčová M. (2010): K procesu zmiešania indikačnej látky v prirodzených korytách tokov pri meraní prietoku indikátorovou metódou. Acta Hydrologica Slovaca, Vol. 11, no.1, Bratislava, ISSN FlowTrackerTechnicalManual b_docs/manuals/flow_tracker_manual.pdf SonTek (2009): FlowTracker Handheld ADV Technical Manual, Firmware Version 3.7, Software Version 2.30 SonTek/YSI, San Diego, 126. Velísková, Y. (2005): Disperzia znečistenia na hornom úseku Hrona. In Scenáre zmien vybraných zložiek hydrosféry a biosféry v povodí Hrona a Váhu v dôsledku klimatickej zmeny. Bratislava, Veda, 2005, ISBN Voulgaris, G., Trowbridge, J. H. (1998): Evaluation of the acoustic Doppler velocimeter for turbulence measurements. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Vol.15, p COMPARISON OF FLOW VELOCITY DETERMINED BY FLOW TRACKER DEVICE AND BY TRACER EXPERIMENTS Important aspect for recognising the hydrodynamics characteristics of a stream is flow velocity. In this article the flow velocity was determined by two different methods: with digital current velocity meter Flow Tracker and by tracer experiments (indicator method). The Flow Tracker instrument from SONTEK Company measures flow velocity of a stream with 2D or 3D probe and it is based on application of the Doppler principle. Tracer experiment (indicator method) is an alternative method in hydrology for determination of a stream discharge or flow velocity. Measurements were carried out in five cross-section profiles at the Hron River in the territory of the Brezno town. The profiles were installed in the distances: 206, 720, 922 and 1109 meters (profiles H 1, H 2, H 3, H 4, and H 5) from tracer source location. Next measurements were carried out in seven cross-section profiles at the Váh River in the territory of the Liptovský Hrádok /Liptovská Porúbka villages. The profiles were installed in distances from tracer source location: 235 and 362 meters (for the river reach one profiles VP 1 and VP 2) and 141, 298, 414, 558 and 741 meters (for the river reach two profiles VH 1, VH 2, VH 3, VH 4, VH 5). As a tracer, solution of sodium chloride (NaCl) was used. Solution was mixed from 300 litres of water and 50 kilograms of salt. This tracer changed not only concentration of chlorides in the rivers, but also conductivity of water in them. The changes of conductivity were measured by conductivity meter WTW Multi The flow velocity was measured by Flow Tracker in verticals at 0,5 respectively 1 meter distances. There was chosen 1-point, 2-point or 3-point measurement method depending on the depth of the water flow. Data from Flow Tracker measurements were compared with the flow velocity values obtained by indicator method. 115

10 Acta Hydrologica Slovaca, ročník 17, č. 1, 2016, Tables 3 to 5 show values of the flow velocity in various sections measured by Flow Tracker instrument and by tracer experiment. The percentage decrease or increase of measured value obtained by indicator method in comparison with Flow Tracker results is in the last column. It can be seen that the data sets obtained from indicator method are different. This may be due to existence of various singularities in a river flow: the curvature of the watercourse, water vegetation near the river banks, rough bottom with boulders, etc. The location and method of tracer injection in the river does not impact values. Measurements at the Hron River and the Vah River showed similar results indicator method has some application limits and in general it gives lower velocity values than Flow Tracker device. Table 6 shows summary of obtained data and their comparison (flow velocities at sections by different method, percentage of changes, recorded change of the time, in which the substance theoretically shifts from zero profile to the measured profile and distance differences). Each method has its advantages and disadvantages. We can say that Flow Tracker device is able to measure the velocity also in difficult flow conditions. Indicator method gives only indicative values, especially in difficult flow condition and in the case of long distance (or flow depth changes) its application is questionable and very limited. Method can be used with a certainty in a straight river or canal reach, without significant vegetation or other singularities. Mgr. Radoslav Schügerl, PhD. Ing. Yvetta Velísková, PhD. Ing. Renáta Dulovičová Ústav hydrológie SAV Dúbravská cesta Bratislava Tel.: schugerl@uh.savba.sk Yvetta.Veliskova@savba.sk Renata.Dulovicova@savba.sk 116