Vliv teplotní stratifikace na batymetrické měření pomocí zvuku na malých vodních nádržích

Bc. Marta Kuželková

Master's thesis

Small water reservoirs temperature stratification influence on echosounding bathymetry measurement

Abstract:

Diplomová práce se zabývá využitím přístroje CTD Cast Away, který je určen pro měření teplotních, salinitních a tlakových profilů, za účelem získání hodnot korekcí pro zpřesnění batymetrických měření, prováděných na malých vodních nádržích s využitím ultrazvukové měřicí technologie přístroje River Surveyor M9. Součástí této práce je sledování proměnlivostí těchto faktorů v průběhu roku a stanovení jejich vlivu na rychlost zvuku ve vodním prostředí. Dle naměřených dat bylo zjištěno, že pro podmínky České republiky představuje nejvýznamnější vliv na rychlost šíření zvuku teplota, která se v nádržích v průběhu roku přirozeně mění, na základě změny okolních podmínek v souvislosti se střídáním ročních období. Práce se dále zabývá průběhem teploty a vznikem teplotní stratifikace na vybraných nádržích ze soustavy ležící na Jevanském potoce. V rámci těchto měření bylo zjištěno, že ve sledovaném období od listopadu 2019 do června 2020, prošli nádrže obdobím zimní i mírné letní stratifikace, kdy nedošlo k výrazným rozdílům v teplotních profilech nádrže. V letním období bylo dosaženo mírně vyšších rozdílů v rámci absolutní změny teplot jednotlivých vrstev vody, nicméně bylo očekáváno, že tento rozdíl bude větší. V důsledku, malé hloubky do 5,5 m, obvyklé pro malé vodní nádrže, byl nejvyšší dosažený rozdíl teplot v období letní stratifikace 4,1 °C naměřený na nejhlubší z pozorovaných nádrží s maximální hloubkou 5,19 m. Další z nádrží dosahovaly nižších teplotních rozdílů, odpovídajícím převážně jejich maximální hloubce. V rámci práce bylo zjištěno, že tento teplotní rozdíl, nepředstavuje při aplikaci korekcí, významné změny v hodnotách batymetrických měření. Pro porovnání vlivu na změnu batymetrických dat, byly využity ukazatele RMSE – root mean square error a MAE – mean absolute error. Tyto hodnoty ukazují, že změna, ke které dochází při využití korekcí z měřených profilů je velmi malá a pro potřeby zpřesnění batymetrických měření na malých vodních nádržích v rámci České republiky nevýznamná.

Abstract:

This thesis deals with measurement of temperature, salinity and pressure profiles, using CTD CastAway device for purposes of gathering corrections of sound speed in water. These corrections can be used for improving accuracy of bathymetric measurements done by River Surveyor M9 which uses ultrasonic technology for determining the depth of a reservoir. This thesis follows the changes in these factors during measurements done in between November to June.According to collected data, the highest influence on changes in speed of sound has the factor of temperature at least for the conditions of the small water reservoirs in Czech Republic. The temperature of the reservoirs is variable during the year corresponding to seasonal changes. The thesis also deals with temperature changes and formation of thermal stratification. During these measurements was found that the reservoirs went through winter and mild summer stratification with no significant temperature variety. During the summer stratification there was slightly higher difference of absolute temperature change, however it was expected to observe higher difference. This fact is due to the shallow depth of small water reservoirs which is in Czech Republic usually not exceeding 5.5 m. The highest temperature difference of 4.1°C was observed at the deepest of those reservoirs with total depth of 5.19 m. The rest of the observed reservoirs had slightly lower differences mostly corresponding to their maximal depth. Within this thesis was found that these temperature differences are not significant for the purposes of bathymetric data corrections of small water reservoirs in the Czech Republic. The results were compared using the indicator RMSE – root mean square error and MAE - mean absolute error. These indicators shows that the difference between measured bathymetric data and processed data by applying the corrections from CTD CastAway is very small and for the purposes of increasing accuracy of bathymetric measurement in the conditions of small water reservoirs in Czech republic insignificant.

Keywords

batymetrie, rychlost zvuku, teplotní stratifikace, malá vodní nádrž

Keywords

speed of sound, thermal stratification, small water reservoir, bathymetry

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 6. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Václav Hradilek

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Master programme / field:
Landscape Engineering / Landscape Engineering