Jezioro Kamienne 2007 - Przygotowania
Kalibracja systemu pomiaru głębokości
Przed rozpoczęciem sondażu wykonano badania parametrów wody w celu ustalenia prędkości rozchodzenia się dźwięku w wodzie. Prędkość dźwięku w wodzie ma zasadniczy wpływ na dokładność pomiaru głębokości metodami hydroakustycznymi.
Prędkość dźwięku jest parametrem, którego znajomość jest istotna do kalibracji oraz prawidłowej pracy hydroakustycznych urządzeń pomiarowych, takich jak echosondy czy sonary.
Wartości temperatury, zasolenia i ciśnienia wody są zależne głównie od głębokości. Pionowy rozkład prędkości dźwięku w zbiornikach śródlądowych zależy przede wszystkim od termicznej struktury wody. Obniżanie się temperatury wraz z głębokością powoduje spadek prędkości dźwięku, ale jednocześnie ze wzrostem głębokości wzrasta ciśnienie hydrostatyczne powodujące zwiększenie prędkości dźwięku.
Impulsy akustyczne nie rozchodzą się prostoliniowo w wodzie. Odchylanie promienia wiązki akustycznej od linii prostej, spowodowane zmianą prędkości w poszczególnych warstwach głębokości, nazywa się refrakcją. Refrakcja stanowi przyczynę powstawania martwych stref, kanałów dźwiękowych i rozpraszania impulsów akustycznych w wodzie, powodując pewne błędy w technikach pomiarowych wykorzystujących ultradźwięki.
Zmienność prędkości dźwięku w wodzie jest relatywnie mała. Oscyluje ona między 1400 m/s a 1500 m/s, w zależności od panujących warunków hydrologicznych. Prędkość dźwięku może być mierzona bezpośrednio, za pomocą specjalnych mierników, lub obliczana na podstawie wzorów empirycznych. Błąd pomiaru mierników prędkości dźwięku SVP (Sound Velocity Profiler) wynosi ok. 0.1 m/s, a dokładność obliczeń przy znanych wszystkich pomiarach jest w przybliżeniu podobna. Istnieje wiele wzorów empirycznych służących do obliczania prędkości dźwięku w wodzie. Najbardziej znane wzory to: Wooda, Wilsona, Medwina, Chena i Millero czy Del Grosso. Różnią się one przyjętymi współczynnikami, a wyniki obliczeń nie odbiegają daleko od siebie.
Przed sondażem hydroakustycznym Jeziora Kamienne wykorzystano urządzenie do badania przewodności oraz temperatury YSI 600R oraz program YSI2SS do obliczeń prędkości dźwięku w wodzie na podstawie formuły opracowanej przez Medwiena w 1977 r. Opiera się ona na znajomości temperatury, zasolenia i głębokości, mających zasadniczy wpływ na prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w wodzie. Wzór jest obowiązujący dla następujących przedziałów wartości: 0 < T < 301C, 0 < S <45ppt, 0 < D < 1000 m i ma następującą postać:
Na podstawie wyników badań prędkości dźwięku w wodzie oraz bezpośredniego pomiaru sondą łańcuszkowo – talerzykową skalibrowano jednowiązkową sondę ultradźwiękową Simrad EA 501P do pomiaru głębokości dna Jeziora Kamienne. Prędkość dźwięku w wodzie wynosiła średnio 1445m/s.
Powyższy echogram przedstawia kontrolny pomiar odległości do talerza sondy łańcuszkowej z ustaloną prędkością dźwięku 1445 m/s (wartości odległości od 6 do 1 m).