• Nie Znaleziono Wyników

Realizacja pomiarów geodezyjnych wykorzystywa-nych do obliczeń hydrologicznych

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Realizacja pomiarów geodezyjnych wykorzystywa-nych do obliczeń hydrologicznych"

Copied!
12
0
0

Pełen tekst

(1)

INFRASTRUKTURA I EKOLOGIA TERENÓW WIEJSKICH INFRASTRUCTURE AND ECOLOGY OF RURAL AREAS Nr 3/II/2012, POLSKA AKADEMIA NAUK, Oddziaá w Krakowie, s. 133–144

Komisja Technicznej Infrastruktury Wsi

Tomasz Salata

REALIZACJA POMIARÓW GEODEZYJNYCH

WYKORZYSTYWANYCH DO OBLICZEē

HYDROLOGICZNYCH

____________

IMPLEMENTATION OF GEODESICAL MEASUREMENT

UTILIZED FOR HYDROLOGICAL CALCULATIONS

Streszczenie

OkreĞlając podstawowe parametry uksztaátowania cieku wodnego, niezbĊdną czynnoĞcią jest wykonanie pomiarów poáoĪenia charakterystycznych punktów terenowych. Od jakoĞci wykonania tych pomiarów i opracowania pozy-skanych danych uzaleĪnione jest uzyskanie poprawnych wyników z pomiarów dy-namiki przepáywu, na równie wysokim poziomie. Praca przedstawia sposób wy-konywania pomiarów geodezyjnych dla potrzeb pozyskania danych o stanach wody w rzece o charakterze podgórskim oraz o uksztaátowania koryta rzeki.

Kompleksowe wykonanie zadania obejmuje prace pomiarowe w terenie, związane z zaáoĪeniem wysoko-dokáadnej stabilizowanej osnowy pomiarowej, pomiar szczegóáowy wybranych punktów rzeĨby terenu i poziomu lustra wody oraz wykonanie obliczeĔ i niezbĊdnych prac kameralnych. DokáadnoĞci wykony-wanych pomiarów powinny speániaü wymogi okreĞlone w odpowiednich rozpo-rządzeniach, normach i geodezyjnych instrukcjach technicznych.

Dane uzyskane z pomiarów mają zastosowanie na wstĊpnym etapie sporzą-dzania analizy dynamiki przepáywu.

W pracy zaprezentowano technologiĊ pozyskania danych terenowych stosowaną w pracach hydrologicznych, czyli: wybór miejsca pomiarów, metody dokáadnego oznaczania profilu w przekroju rzeki oraz gĊstoĞü wykonywania po-miarów w przekrojach poprzecznych. Są to rzadziej spotykane zadania dla wyko-nawstwa geodezyjnego, które mogą mieü znaczenie w opracowaniu przez zespóá pomiarowy wáasnej techniki realizacji zadaĔ wysokich dokáadnoĞci.

Sáowa kluczowe: pomiary geodezyjne rzek, dokáadnoĞü geodezyjna, profile

(2)

Summary

In order to define basic parameters of a water stream, it is necessary to determine the location of characteristic field points that influence local hydrologi-cal conditions. The papers presents the methodology for performing geodesihydrologi-cal measurements that are necessary to obtain data about water state in rivers and river bed profiles. The comprehensive process includes the following stages: field measurements, which include highly-accurate and stabilized minor control points; detailed measurements of selected relief points and water mirror level; finally, calculations and indispensable analysis performed outside the field. Accuracy pa-rameters should be in line with requirements defined in relevant regulations, norms and geodesical instructions.Data obtained from measurements are used in the preliminary stage of hydrological analysis preparation. The paper presents the procedure of field data collection applied in hydrological works, which includes selection of measurement point, methods of exact determination of river bed pro-file and density of measurements along propro-file cross-sections. These tasks are less frequent in geodesical practice, yet they may be significant for the group per-forming the measurements and may help to develop own methodology for high-accuracy tasks.

Key words: rivers surveying, accuracy, river transverse profiles, measurement

data development

WSTĉP

Pomiary geodezyjne są jedną z najdokáadniejszych form realizacji odczytu danych terenowych i ich zapisu w ustalonej i standardowej formie. Wykorzy-stywane są z reguáy jako podstawa do dalszych dziaáaĔ inĪynieryjnych w okre-Ğlonych ramach problemowych. Jakkolwiek zagadnienie pomiarów terenowych są dla samej geodezji zjawiskiem znanym, jednakĪe dodatkowym elementem uáatwiającym komunikacjĊ pomiĊdzy poszczególnymi dziedzinami nauki moĪe byü sposób opracowania wyników. Geodezyjne prace kameralne mogą byü od-powiednio ukierunkowane i zdecydowanie uáatwiü dalsze prace projektowe lub analizĊ wyników. Geodezja mogáaby przejąü na siebie wiĊcej obowiązków, dostarczając, np. dla dziedziny nauki - hydrologii pomierzony, obliczony i od-powiednio zestawiony, jednym sáowem, kompletny zestaw danych, przetworzo-nych z pomiarów. Prace kameralne powinny wówczas opieraü siĊ na oprogra-mowaniu komputerowym równieĪ z rodziny GIS – nie ograniczaü siĊ do typowego wykorzystania CAD-a.

CEL I ZAKRES PRACY

DokáadnoĞü w pomiarach geodezyjnych odgrywa zasadniczą rolĊ. Stosując róĪne techniki pomiarowe zawsze okreĞlona zostaje ocena dokáadnoĞci danej metody, oraz podane są gáówne parametry znaczące dla uzyskania odpowiednich

(3)

rezultatów. Wymogi techniczne w zakresie dokáadnoĞci pomiarów geodezyjnych zostaáy okreĞlone w Rozporządzeniu w sprawie standardów technicznych wyko-nywania geodezyjnych pomiarów sytuacyjnych i wysokoĞciowych oraz opraco-wywania i przekazywania wyników tych pomiarów do paĔstwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego [Rozporządzenie 2011]. Zakáada siĊ, Īe dla róĪnej klasy szczegóáów terenowych naleĪy przestrzegaü okreĞlonych dokáadno-Ğci i uzyskiwaü odpowiedni stopieĔ w zakresie powtarzalnodokáadno-Ğci pomiarów.

Dla potrzeb realizacji zadania pomiarów stanu wody i przekroi dna rzeki Raby przyjĊto dokáadnoĞci dla szczegóáów I-go stopnia, czyli wg rozporządzenia dokáadnoĞü <0.10 m poáoĪenia punktu w terenie, chociaĪ mierzone szczegóáy takimi nie są. CzĊsto stosuje siĊ takie zaáoĪenia w pomiarach realizacyjnych, gdzie osiągana i stosowana dokáadnoĞü wielokrotnie przewyĪsza zakáadane w ogólnych standardach dokáadnoĞci.

Zakres obszarowy obejmuje odcinek 650 metrów w górĊ rzeki, licząc od ujĞcia rzeki Raby do rzeki Wisáy. Jako zadanie problemowe zostaáo zakreĞlone wykonanie dwóch gáównych przekroi poprzecznych koryta rzeki Raby oraz dla kaĪdego z nich po jednym profilu poprzecznym (powyĪej i poniĪej). Zadanie powyĪsze przedstawia rysunek 1.

ħródáo: opracowanie wáasne.

Rysunek 1. Szkic rozmieszczenia przekroi poprzecznych na rzece Raba

PoáoĪenie przekroi na rzece Rabie zostaáo wybrane z uwagi na zaobser-wowanie na danym odcinku badaĔ intensywnych zmian hydrodynamiki prze-páywu oraz morfologii koryta i związane z nimi powstawanie okreĞlonych for-macji dennych w postaci wydm Īwirowych i Īwirowo-piaszczystych. W rzekach o charakterze podgórskim powstawanie tego typu utworów rzecznych,

(4)

zbudo-wanych z drobnych Īwirów jest zjawiskiem rzadko spotykanym [Sáowik-Opoka, Radecki-Pawlik 2006].

METODY POMIAROWE

ZaáoĪenia koncepcyjne okreĞlaáy wykonanie przekroi poprzecznych zorientowanych wysokoĞciowo wobec siebie. Zatem istotnym jest w tym wy-padku pomiar róĪnicy poziomów lustra wody na odcinku 620 metrów pomiĊdzy przekrojami. Oprócz tego waĪna jest dokáadnoĞü wykonywanych pomiarów w obrĊbie pojedynczego przekroju.

Dla uzyskania najwyĪszych dokáadnoĞci okreĞlenia pozycji páaskiej i wy-sokoĞciowej poziomów wody, w pobliĪu miejsca przekroi zaáoĪone zostaáy sta-nowiska pomiarowe utrwalone rurkami stalowymi, dáugoĞci 80 cm . Gwarantuje to wzglĊdnie stabilną pozycjĊ wysokoĞciową góry rurki, wystawionej nad po-wierzchniĊ gruntu o ok. 3-4 cm, oraz zapewnia stabilnoĞü poáoĪenia poziomego. Pomiar przemieszczeĔ stanowisk moĪe byü obserwowany w odstĊpach czaso-wych, przy okazji wykonywania pomiarów poziomów lustra wody i przekroju dna rzeki w róĪnych porach roku.

ZaáoĪone zostaáy 4 stanowiska pomiarowe, z czego 3 sáuĪą bezpoĞrednio do pomiaru szczegóáów sytuacyjnych (1001ps, 1003ps, 1021ps), natomiast sta-nowisko nr 1002ps jest poĞrednim stanowiskiem, na którym wykonano pomiar tachimetryczny wstecz i wprzód na punkty 1001ps i 1003ps. Do okreĞlenia wy-sokoĞci przyjĊto metodĊ trygonometryczną, z uwagi na wykonanie pomiarów instrumentem 3” firmy Trimble z kompensatorem dwuosiowym i bezpoĞrednim pomiarem odlegáoĞci, charakteryzującym siĊ báĊdem staáym równym 2mm +/-2ppm. Wykonanie pomiarów nadmiarowych na kaĪdym stanowisku gwaranto-waáo wykluczenie báĊdów grubych oraz moĪliwoĞü uĞrednienie wyników dla niewielkich róĪnic wysokoĞci pomiĊdzy poszczególnymi stanowiskami pomia-rowymi. Rozmieszczenie stanowisk pomiarowych zostaáo przedstawione na rysunku 2.

Wykorzystanie pojedynczego stanowiska nr 1001ps poáoĪonego przy uj-Ğciu Raby do Wisáy staáo siĊ moĪliwe dziĊki áagodnym skarpom koryta rzeki i braku roĞlinnoĞci wysokiej. Inaczej rzeĨba wyglądaáa przy przekroju „w górĊ” Raby, gdzie nachylenie waáów i roĞlinnoĞü stanowiáy barierĊ obserwacyjną -stąd dodatkowe stanowisko 1201ps, które nie jest kluczowym w ciągu poligo-nowym z uwagi na krótką celową, natomiast moĪna z niego wykonaü pomiar kontrolny na staáe punkty pomiarów hydrologicznych. Podnosi to jego dokáad-noĞü wysokoĞciową.

Liczba obserwacji nadliczbowych wynosi 4 kąty i 4 boki. DokáadnoĞci nawiązaĔ dla poniĪszych stanowisk są bliskie 1 cm, co prezentuje poniĪszy ry-sunek.

(5)

ħródáo: opracowanie wáasne.

Rysunek 2. Stanowiska pomiarowe

ħródáo: opracowanie wáasne.

Rysunek 3. DokáadnoĞci nawiązaĔ poszczególnych stanowisk pomiarowych

W przedstawionym zadaniu moĪna dla stanowisk pomiarowych wykonaü niwelacjĊ techniczną i okreĞliü precyzyjnie róĪnicĊ wysokoĞci. Byáo by to przy-datne szczególnie pomiĊdzy stanowiskami 1001ps i 1003ps. JednakĪe biorąc pod uwagĊ rodzaj stabilizacji (rurki stalowe) oraz aspekt ekonomiczny, tachi-metryczny pomiar róĪnic wysokoĞci speániá zadanie naleĪycie (báąd pomiĊdzy skrajnymi stanowiskami to ok. 25 mm/620 mb dáugoĞci). Nie jest to wartoĞü znacząca, przy wykonywaniu obliczeĔ hydraulicznych, báąd poniĪej 0.005% stosunku báĊdu wysokoĞci do odlegáoĞci.

(6)

WYKONANIE POMIARÓW TERENOWYCH

Pomiar terenowy obejmowaá zaáoĪenie osnowy oraz pomiary szczegóáowe. Obie te czynnoĞci moĪna wykonywaü ze stanowiska pomiarowego w trakcie pojedynczej sesji pomiarowej, lecz w takim przypadku naleĪy zwróciü uwagĊ na fakt, Īe pomiar nawiązaĔ powinien zostaü wykonany w krótkim odstĊpie czasu. BáĊdem byáo by, gdyby na początku pomiaru pomierzyü nawiązanie, nastĊpnie przez dáugi czas skupiü siĊ na szczegóáowych pomiarach profilu dna rzeki, a nastĊpnie wykonaü drugie nawiązanie. Instrument razem ze statywem mogą w nieznaczny sposób zmieniaü swoje poáoĪenie z powodów nierównomiernego operowania promieni sáonecznych lub zapadania siĊ nóg statywu w podáoĪe. Wykonując istotne pomiaru kierunków w krótkim czasie zespóá pomiarowy ustrzega siĊ od niekorzystnego wpáywu zjawisk mechanicznych.

Pomiar szczegóáów sytuacyjnych ma za zadanie okreĞlenie profilu dna rzeki, poziomu lustra wody, linii waáów rzecznych oraz innych sztucznych elementów potrzebnych do wykonania zadaĔ hydrologicznych. Są to najczĊĞciej stalowe rury okreĞlonej Ğrednicy stabilizowane w pasie przykorytowym rzeki, w które zostają wáoĪone rury o mniejszej Ğrednicy z naciągiem do utrzymania liny rozciąganej pomiĊdzy brzegami rzeki.

ħródáo: opracowanie wáasne.

Rysunek 4. Schemat pomiaru istotnych szczegóáów sytuacyjnych

Pomiar tachimetryczny to przede wszystkim pomiar poáoĪenia rur sáuĪą-cych do naciągu liny, wyznaczającej przekrój poprzeczny. Ponadto pomiarowi podlega równieĪ powierzchnia terenu w zakresie pomiĊdzy naciągami jak i na zewnątrz nich, tj. w linii przedáuĪającej profil. Pomiarowi podlega równieĪ poáo-Īenie lustra wody w kilku miejscach dla kontroli poprawnoĞci odczytów.

(7)

Wszystkie przedstawione pomiary wykonywane są tyczką z pryzmatem. Naciągi na obu brzegach rzeki powinny byü osadzone na tej samej wysokoĞci, lecz czĊ-sto jest to niewykonalne z uwagi na uksztaátowanie terenu. Stabilizacja ich na róĪnych wysokoĞciach nie stanowi problemów obliczeniowych, gdyĪ znając róĪnicĊ wysokoĞci i odlegáoĞü, moĪna obliczyü funkcjĊ prostej. Dalsze pomiary hydrometryczne opierają siĊ na metodzie ortogonalnej, gdzie rzĊdną stanowi linia rozciągniĊtej liny, a odciĊtą kierunek naciągu. WiĊc po przetransponowaniu osi odciĊtych z páaszczyzny pionowej na poziomą, moĪna technikami geodezyj-nymi wykonaü pomiary poáoĪenia pionów hydrometrycznych oraz stan wody w kaĪdym punkcie obwodu zwilĪonego, przyjmując za bazĊ wspóárzĊdne nacią-gów po obu brzegach rzeki.

PRACE KAMERALNE

Obliczenie danych pomiarowych jest znanym zadaniem i nie przedstawia specjalnych trudnoĞci. Do ich wykonania wykorzystano dedykowane oprogra-mowanie geodezyjne, które posiada moĪliwoĞü bezpoĞredniej komunikacji urzą-dzenia pomiarowego z komputerem. Po ustawieniu niezbĊdnych parametrów i wskazaniu nawiązaĔ, nastĊpuje obliczenie wspóárzĊdnych XYZ wszystkich pomierzonych pikiet.

ħródáo: opracowanie wáasne.

(8)

ħródáo: opracowanie wáasne.

(9)

Pomiary pikiet zostaáy wykonane w trzech róĪnych rozwiniĊciach pry-zmatu: 0.19 m dla poziomu lustra wody, dla brzegów bliĪszych 2.5 m, natomiast dla brzegów dalszych 1.6 m. Ustalenia takie zostaáy poczynione dla uzyskania pewnoĞci zapisu i wyeliminowania báĊdu czáowieka.

Wyniki w postaci zestawu danych w formacie pliku tekstowego, w którym przechowuje siĊ dane dotyczące: numeru pikiety i wspóárzĊdnych XYZ wizuali-zuje siĊ na mapie numerycznej, dodając dodatkowo opisy dotyczące charakteru i znaczenia kaĪdego punktu pomiarowego. Schematyczny zapis piet pomiaro-wych na mapie przedstawia rysunek 6.

Dla kaĪdego przekroju „gáównego” wykonywane są dodatkowe pomiary kilka metrów w dóá i w górĊ rzeki. Cechują siĊ one znacznie mniejszą gĊstoĞcią niĪ podstawowe i zaznacza siĊ na nich jedynie najistotniejsze elementy. Przekrój gáówny jest wykonywany precyzyjnie w oparciu o liniĊ, którą tworzy rozcią-gniĊta lina, wiĊc jak widaü na powyĪszej rycinie są rozmieszczone bardzo blisko prostej.

Etapem sprawdzającym poprawnoĞü wykonania pomiarów i obliczeĔ jest graficzne wykonanie profilu poprzecznego. JeĞli rysowanie profilu zostanie wy-konanie w sposób póáautomatyczny – wówczas wszystkie pikiety obarczone grubymi báĊdami nie bĊdą pasowaü do pozostaáych. W oprogramowaniu CAD dostĊpne są narzĊdzia, które radzą sobie bardzo dobrze z takimi zadaniami. W tym przypadku wykorzystano oprogramowanie Microstation z nakáadką geo-dezyjną MK2006, która w pliku projektowym Ğrodowiska 3D pozwala na nary-sowanie przekrojów. Rycina poniĪsza przedstawia przekrój „górny” rzeki Raby.

ħródáo: opracowanie wáasne.

(10)

Na przekrojach umieszcza siĊ miarĊ odlegáoĞci liczoną od wskazanego miejsca w linii pomiarowej (najczĊĞciej jest to początek przekroju), oraz po-dziaákĊ odciĊtych wysokoĞci (wartoĞci wysokoĞci podawane w metrach m.p.m.).

WYKORZYSTANIE NARZĉDZI GIS

DO OPRACOWANIA OKREĝLONYCH DANYCH HYDROLOGICZNYCH

W pracach kameralnych, posáugując siĊ technologią komputerową moĪna niejednokrotnie niewielkim nakáadem pracy wykonaü zaawansowane obliczenia, pod warunkiem, Īe kaĪdy krok przetwarzania danych jest wykonywany w spo-sób standardowy. Autor rozumie przez to fakt, Īe dane są pozyskiwane, przetwa-rzane i udostĊpniane w formacie uznanym za standard. Zatem, jeĞli punkty po-miarowe tworzą siatkĊ punktów uáoĪonych w páaszczyĨnie poziomej wzdáuĪ linii prostej (linia gáównego przekroju), a dane hydrologiczne są uáoĪone w páaszczyĨnie pionowej to moĪna je przedstawiü jako fragment transponowanej páaszczyzny poziomej w systemach GIS.

ħródáo: opracowanie wáasne.

Rysunek 8. Wykorzystanie oprogramowania GIS do sporządzenia izotach

Danymi Ĩródáowymi bĊdą w tym przypadku wartoĞci prĊdkoĞci chwilowej páyniĊcia wody mierzone w pionach hydrometrycznych rozmieszczonych wzdáuĪ przekroju poprzecznego rzeki, za pomocą pomiaru rzĊdnych i odciĊtych

(11)

przedstawionych na rycinie nr 4. Dane Ĩródáowe moĪna zapisaü do pliku teksto-wego i wczytaü do projektu obejmującego takie dane w systemie informacji geograficznej. Dalej naleĪy utworzyü warstwĊ páaszczyzny krzywej dla prĊdko-Ğci stosując metodĊ nieregularnych trójkątów TIN. [GaĨdzicki 2003]. Kolejnym krokiem bĊdzie ekstrapolacja krzywych stanowiących izotachy prĊdkoĞci, tj. izolinie áączące punkty o takiej samej wartoĞci prĊdkoĞci Ğredniej w pionie. Schemat ideowy przedstawia rysunek 8.

Metodyka generowania modelu warstwicowego moĪe opieraü siĊ na kilku metodach obliczania krzywizn funkcji poĞrednich pomiĊdzy punktami o zna-nych wartoĞciach. Najprostszą jest metoda nieregularzna-nych trójkątów, która za-káada, Īe pomiĊdzy wartoĞcią cechy w punkcie A(x1, y1) i B(x2, y2) wartoĞci

zmie-niają siĊ liniowo. W tym przypadku jest to odpowiednia metoda interpolacji, gdyĪ metoda odwrotnych odlegáoĞci reprezentuje zjawiska posiadające inny charakter przestrzenny [Longley i in. 2006].

WNIOSKI

Technologia wykonania pomiaru geodezyjnego wykorzystywanego w dziedzinie nauki hydrologii musi byü tej samej klasy dokáadnoĞci co pomiary realizacyjne. Powoduje to wzrost zaufania do danych i pewnoĞü obliczeĔ. Usta-wiczna kontrola wykonanych pomiarów na etapie prac terenowych, kameralnych i opracowania wyników eliminuje niemal caákowicie báĊdne wartoĞci i nie do-puszcza do powstawania báĊdów grubych.

Prace pomiarowe stanowią wstĊpny etap sporządzania analiz lecz poprzez odpowiednie i wielokrotne wykorzystanie pozyskanych danych mogą stanowiü istotny zakres prac obliczeniowych i prezentujących dane w sposób zunifikowa-ny. Zastosowanie techniki interpolacji danych przestrzennych dla transponowa-nej páaszczyzny pionowej moĪe wnieĞü wartoĞü dodaną do pakietu danych prze-kazywanych specjalistycznym zagadnieniom hydrologicznym.

BIBLIOGRAFIA

GaĨdzicki J. 2003. Leksykon Geomatyczny, Wydawnictwo „WieĞ Jutra”, Warszawa.

Sáowik-Opoka E., Radecki-Pawlik A. 2006. Wybrane parametry hydrauliczne w obrĊbie wydm Īwirowych jĊzyko-ksztaátnych. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich. Kom. Tech. Inf. Wsi PAN, Oddz. w Krakowie 4/2, 159-172.

Longley P., Goodchild M., Maguire D., Rhind D. 2006. GIS Teoria i Praktyka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa.

Rozporządzenie w sprawie standardów technicznych wykonywania geodezyjnych pomiarów sytuacyjnych i wysokoĞciowych oraz opracowywania i przekazywania wyników tych po-miarów do paĔstwowego zasobu geodezyjnego i kartograficznego, Dz. U. 2011 Nr 263 poz. 1572.

(12)

Dr inĪ. Tomasz Salata Katedra Planowania, Organizacji i Ochrony Terenów Rolniczych Uniwersytet Rolniczy im.H.Koááątaja Al.Mickiewicza 24/28 30 059 Kraków

Cytaty

Powiązane dokumenty

ś ci własnej osoby i personalizacja, którą charakteryzuje przejmowanie dolegliwości i objawów innych osób. Celem działania Domu jest zapewnienie mieszkańcom

[r]

Autor: Ryszard Poprawski, Włodzimierz Salejda Format: html.

• Adres: http://www.if.pwr.wroc.pl/dydaktyka/LPF/1spis.htm Autor: Ryszard Poprawski Włodzimierz Salejda. Format: html

Wydaje się więc, że ze względów poznawczych, dydaktycznych i praktycznych przedstawienie przykładów różnorodnych analiz statystycznych, poprawnie wykonanych w odniesieniu

Identyfikacja i analiza sezonów hydrologicznych na przykładzie dwóch rzek z obszaru środkowej Polski (Paweł Jokiel, Przemysław Tomalski)

Stosowanie metod optymalizacji wypukłej bez założenia wypukłości funkcji celu może skutkować wyznaczeniem ciągu rozwiązań przybliżonych zbieżnych do punktu, w którym funkcja

W metodzie OptD jako kryterium optymalizacyjne przyjęto stopień redukcji czyli jaki procent punktów ma zostać usunięty z oryginalnego zbioru (p%).. Uzyskane wyniki