Discharge determination by Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP): a moving bottom error correction method and its application on the River Amazon at Óbidos

Abstract

Abstract Since 1995, hydrologists of the HiBAm (Hydrology and Geochemistry of the Amazon Basin) Research Program carried out several hundred discharge measurements in the Amazon basin. Implementation of modern discharge measurement techniques using ultrasonic devices (ADCP), give evidence of a systematic error linked to the displacement of the river bottom due to high water velocity close to the bottom. This error leads to an underestimation of discharge value. It was possible to establish a correlation between the water velocity close to the river bottom and the error between real position and position computed by ADCP when the boat returns to its starting point after a two-way crossing of the river. When there is no bottom displacement, i.e. during low flow period, this return position error is weak (less than 50 m). This has allowed quantification of river bed load speed, or bottom displacement speed. A correction method was developed on the basis of this correlation. This method, systematically applied to ADCP discharge measurements obtained at Óbidos hydrometric station, allowed all measured discharges to be corrected, especially for 1997 and 1999 floods. Another method, based on the analysis of real trajectory of the boat (obtained from topographic measurement or GPS positioning) compared with the ADCP computed trajectory, is under study. Résumé La mise en œuvre sur le fleuve Amazone des nouvelles techniques de mesure des débits par système ultrasonique (ADCP), a mis en évidence une erreur systématique liée à des vitesses de fond importantes qui occasionnent un déplacement du fond du fleuve. Cette erreur entraîne une sous-estimation des débits. Les hydrologues du Projet HiBAm ont effectué plusieurs centaines de mesures sur le Bassin Amazonien depuis 1995. Il a été possible d'établir une corrélation entre la vitesse moyenne de l'eau près du fond et l'écart en planimétrie sur la position du bateau de mesure lorsqu'il revient à son point de départ. Lorsqu'il n'y a pas de déplacement du fond, cet écart est faible (inférieure à 50 m) et de signe positif ou négatif. Ceci a permis d'estimer les vitesses de charriage de fond. Une méthode de correction des débits a été établie sur la base de cette corrélation. Cette méthode, utilisée pour l'importante station hydrométrique d'Obidos, a permis de corriger les débits mesurés, dont ceux des crues de 1997 et 1999. Une autre méthode, basée sur la comparaison de la trajectoire réelle du bateau (obtenue par relevé topographique ou par positionnement GPS) et de la trajectoire calculée par l'ADCP, est à l'étude.