Habilitation thesis Ichinur Omer [311309]

TABLE OF CONTENTS

REZUMAT ……………………………………………………………………………………………………. 3

ABSTRACT……………………………………………………………………………………………………… 6

1. [anonimizat] ……………9

2. PROPUNERE DE DEZVOLTARE A CARIEREI UNIVERSITARE………. 138

3. BIBLIOGRAFIE …………………………………………………………………………………………. 142

REZUMAT

Activitatea de cercetare științifică și didactică a candidat: [anonimizat] 1993, odată cu susținerea concursului pe postul de preparator la Universitatea „Ovidius” Constanța, [anonimizat], ocupând apoi prin concurs posturile de asistent (în 1996), șef de lucrări (în 2000), Conferențiar (în 2005) și Profesor universitar (în 2016).

Absolventă a [anonimizat] a Institutului de Construcții București (1993) și Facultatea de Matematică și Informatică a Universității Ovidius Constanța (2002), candidata a susținut, în decembrie 2002, teza de doctorat cu titlul „Contribuții la calculul sistemelor hidraulice sub presiune funcționând în regim nepermanent”, sub conducerea științifică a Prof. dr. ing. Arsenie Dumitru Ion. [anonimizat], referitoare la conducta cu secțiune variabilă (conducta tronconică) și conducta cu debit distribuit: stabilirea relațiilor cu ajutorul cărora se pot trasa liniile energetică și piezometrică în cazul curgerii apei într-o conductă tronconică sau într-o [anonimizat]; deducerea relației lui Jukovski, a celerității și ecuațiilor fundamentale pentru descrierea fenomenului de șoc hidraulic într-o conductă tronconică și o conductă cu debit uniform distribuit.

Rezultatele cercetărilor realizate și prezentate în cadrul tezei de doctorat au fost publicate în volumele unor conferințe naționale și internaționale sau în reviste naționale. Candidata a [anonimizat].

[anonimizat], perioada prezentată în teza de abilitare fiind de 14 ani: ianuarie 2003 – iulie 2016. Aceste cercetări au fost realizate în cadrul Facultății de Construcții a [anonimizat] 23 de ani.

Teza de abilitare este structurată în 3 părți: [anonimizat]; în partea a doua este prezentată propunerea de dezvoltare a [anonimizat] a treia conține referințele bibliografice.

[anonimizat] s-a desfășurat pe trei direcții principale: Cercetări privind fenomenul de șoc hidraulic prezentate pe scurt în subcapitolul 1.2., Cercetări privind procesele costiere a litoralului românesc prezentate în subcapitolul 1.3. și Cercetări privind calitatea resurselor de apă subcapitolul 1.4.

Rezultatele cercetării științifice s-au concretizat în publicarea a 67 de lucrări științifice în reviste de specialitate cotate ISI și volume ale manifestărilor științifice din țară și străinătate indexate ISI și BDI:

ABSTRACT

REALIZĂRI ȘTIINȚIFICE, ACADEMICE ȘI PROFESIONALE

Rezultatele pe care le-am obținut în timpul studiilor universitare mi-au permis ca, imediat după absolvirea Facultății de Hidrotehnică din București, în anul 1993, să susțin concursul pe postul de preparator la Universitatea „Ovidius” Constanța, Facultatea de Inginerie, Catedra de Construcții, ocupând apoi prin concurs posturile de asistent (în 1996), șef de lucrări (în 2000) și Conferențiar (în 2005).

În această perioadă (1993 – 2016), am desfășurat activități didactice de predare și aplicative la disciplinele „Mecanica fluidelor și Hidraulică”, „Hidraulica construcțíilor”, „Hidrogeologie și Hidraulica subterană”, „Alimentări cu apă și canalizări, „Tratarea și epurarea apelor” la programele de studii de licență, „Hidrodinamică costieră”, „Procese costiere”, „Hidrogeologie aplicată”, „Geochimie”, „Transportul poluanților”, „Hidrogeologie aplicată”, „Managementul integrat al resurselor de apă” și „Managementul integrat al resurselor de apă”, la programele de studii de Masterat.

Pentru o mai bună pregătire profesională, în februarie 1995, m-am înscris la doctorat, în domeniul Inginerie civilă, specializarea „Mecanica fluidelor și Hidraulică” și în septembrie 1995, la cursurile Academice Postuniversitare de “Gestiunea și protecția resurselor de apă” de la Universitatea Tehnică de Construcții București, pe care le-am absolvit în anul 1997. Ca urmare a rezultatelor obținute, pentru realizarea lucrării finale de studii, am obținut o bursă TEMPUS la Centrul de Cercetare Geodinamică Thonon – les – Bains, Franța, cu durată de 3 luni.

În anul 1997, m-am înscris la a doua facultate, Facultatea de Matematică și Informatică din Universitatea „Ovidius” Constanța, specializarea Matematică – Informatică, ceea ce m-a ajutat foarte mult în folosirea cu ușurință a aparatului matematic necesar explicării aspectelor teoretice si mi-au permis elaborarea programelor de calcul automat.

În perioada 2000-2002, fiind în faza de finalizare a tezei de doctorat, am redactat capitole teoretice mai puțin prezentate în literatura de specialitate, referitoare la conducta cu secțiune variabilă (conducta tronconică) și conducta cu debit distribuit: stabilirea relațiilor cu ajutorul cărora se pot trasa liniile energetică și piezometrică în cazul curgerii apei într-o conductă tronconică sau într-o conductă cu debit uniform distribuit, funcționând în regim permanent; deducerea relației lui Jukovski, a celerității și ecuațiilor fundamentale pentru descrierea fenomenului de șoc hidraulic într-o conductă tronconică și o conductă cu debit uniform distribuit.

Experiența acumulată în stagiile de pregătire, dar și cea acumulată în perioada anterioară sunt cumulate în teza de doctorat cu titlul „Contribuții la calculul sistemelor hidraulice sub presiune funcționând în regim nepermanent”, teză susținută public în decembrie 2002, membrii comisiei acordându-mi, în unanimitate, titlul de doctor cu calificativul foarte bine. Titlul de doctor în Inginerie Civilă a însemnat începutul unei etape profesionale noi, superioară din punct de vedere calitativ.

Capacitatea de a îndruma studenții și tinerii cercetători s-a manifestat prin coordonarea proiectelor de diplomă și disertație (circa 10 pe an), prin participarea la comisii de îndrumare a elaborării referatelor/rapoartelor de cercetare științifică în calitate de coordonator și la comisii pentru susținerea proiectelor de diplomă și a lucrărilor de disertație. De asemenea, am fost membru în comisii predoctorale și doctorale și în comisii pentru ocuparea posturilor didactice.

În timp, mi-am dezvoltat un stil propriu de predare, îmbinând noul cu tradiționalul, punând accent pe învățarea prin descoperire, prin cooperare și prin problematizare. Utilitatea obținută prin îmbinarea activităților de grup cu cele individuale în procesul de învățare a fost probată prin rezultatele foarte bune obținute de studenți, masteranzi și cursanți. Pentru creșterea gradului de înțelegere am pus accent pe capacitatea de sinteză, am introdus subiecte noi, am încurajat studiul individual, am elaborat materiale didactice cu conținut științific ridicat în care am inclus cele mai noi informații în domeniu.

Sunt preocupată ca nivelul prelegerilor, pentru disciplinele la care sunt titular, să fie ridicat și în același timp accesibil studenților.

Ca o apreciere pentru calitatea activității didactice depuse, am fost desemnată ca titular al cursului de „Mecanica fluidelor”, pentru câteva grupe de studiu, în cadrul cursurilor de pregătire tehnică generală pentru personalul cu studii medii / superioare organizate de CNE Invest Cernavodă. La finele acestor cursuri, am fost apreciată de către cursanți (pe baza unor chestionare confidențiale) cu calificaticul „foarte bine”.

Activitatea didactică desfășurată în cadrul Facultății de Construcții din Universitatea „Ovidius” Constanța s-a concretizat și prin publicarea a 7 cărți de specialitate și un capitol de carte publicat în străinătate. Cărțile publicate au avut, de asemenea, drept scop îmbunătățirea activității didactice și profesionale, transpunând în material didactic informațiile dobândite în cadrul activităților de cercetare și de documentare.

Am participat la dezvoltarea bazei materiale necesare desfășurării procesului de învățământ, prin îmbunătățirea și realizarea unor standuri de studiu și de cercetare în laboratorul de Hidraulică al Facultății de Construcții din Universitatea „Ovidius” Constanța, reamenajarea, modernizarea și dotarea unui nou laborator de hidraulică, pentru activități didactice.

În 2014 am obținut o bursă de mobilitate de predare ERASMUS la Universitatea Pamukkale din Denizli, Turcia și în 2015 o mobilitate de predare CEEPUS la Universitatea Tehnică din Viena, Austria.

Din anul 2011, sunt evaluator ARACIS si am participat la 18 evaluari (8 evaluări ale programelor de studii de licență, 8 evaluări ale programelor de studii de masterat și 2 evaluări instituționale): În perioada 2014-2015, am participat la evaluarea internă a 13 programe de studii de licență și masterat din cadrul Universității Ovidius din Constanța.

Dorința de a înțelege mai bine fenomenul educațional și de a fi mai bine informat m-a determinat să mă implic activ în forurile de conducere colectivă ale facultății, în 2004 fiind aleasă în funcția de Secretar Științific al Facultății de Construcții și membru în Consiliul Facultății în perioada 2004-2012. Ca o încununare a activității didactice desfășurate în cadrul facultății, în ianuarie 2016 am fost numită director al Departamentului de Construcții, iar din 26 mai 2016, Decan al Facultății de Construcții.

RECUNOAȘTEREA ȘI IMPACTUL ACTIVITĂȚII

Recenzor pentru reviste și manifestări științifice naționale și internaționale

Reviewer pentru Ovidius University Annals – CONSTANTZA series: Civil Engineering, Water Across Time in Enginnering Research – WATER 2010, 2011, 2012 ,2013 si 2014.

Membru în asociații profesionale internaționale

Membru in BENA (Balkan Environmental Association) din 2014

membru în IAHS (International Association of Hydrological Scientist) din 2013

membru în IAENG (Intenational Associations of Engineers) din 2013

Membru în asociații profesionale naționale

membru în Asociatia Romana de Stiinte Hidrologice

membru în Asociația Generală a Inginerilor din România (AGIR) – filiala Constanța;

membru în Asociația pentru Îmbunătățiri Funciare și Construcții rurale din România (AIFCR);

Membru supleant al CTS 11 – Cerințe funcționale pentru construcții hidrotehnice și edilitare din cadrul Ministerului Dezvoltării Regionale și Administrației Publice.

Membru în comisia de calitate a învățământului la nivelul facultății.

În paralel cu activitatea didactică desfășor o susținută activitate de cercetare relaționate cu domeniul „Mecanica fluidelor și Hidraulică”, „Gestiunea și protecția resurselor de apă” și „Inginerie costieră”.

Experiența dobândită în activitatea didactică m-a determinat să aloc permanent timp activității de cercetare, fapt materializat prin publicarea de studii și articole de specialitate, precum și participarea la conferințe naționale și internaționale.

Pentru că o carieră academică nu presupune doar elaborarea unor cursuri pentru studenți, în cei peste douăzeci și trei ani de activitate didactică am publicat 67 de articole și studii de specialitate la sesiuni științifice, conferințe internaționale de specialitate sau în cadrul unor programe/proiecte de cercetare-dezvoltare naționale/internaționale.

Activitatea științifică desfășurată în universitate s-a concretizat prin participarea mea, în calitate de director/responsabil științific și de membru al echipelor de lucru, în cadrul unor proiecte finanțate de UEFISCDI (CNCSIS) și prin autoritățile naționale în domeniu.

Rezultate ale cercetării, interpretări și puncte de vedere asupra unor aspecte tehnico-științifice au fost comunicate în:

67 de lucrări științifice publicate în reviste de specialitate cotate ISI și volume ale manifestărilor științifice din țară și străinătate indexate ISI și BDI:

15 lucrări în reviste cotate ISI cu factor de impact și ISI Proceedings (în perioada 2009-2016)

21 lucrări în reviste indexate BDI (în perioada 2010-2016)

31 lucrări științifice în reviste cotate CNCSIS, volumele unor manifestări științifice naționale sau internaționale sau reviste de specialitate.

14 contracte de cercetare din care :

9 granturi cu CNCSIS sau UEFISCDI, la 2 dintre aceastea fiind director/responsabil de proiect și la celelalte 7 membru în colectivul de cercetare.

5 contracte de cercetare cu diferiți beneficiari.

Ca o recunoaștere a activității de cercetare, în perioada 2009-2010 am fost selectată expert/evaluator pentru proiectele CNCSIS.

Toate acestea dovedesc înalta recunoaștere națională și internațională în domeniul cercetării.

Activitatea post-doctorală s-a desfășurat pe trei direcții principale:

În perioada 2003-2011 – Cercetări privind fenomenul de șoc hidraulic prezentate pe scurt în subcapitolul 1.2.,

În perioada 2011-2016 Cercetări privind hidrodinamica și procesele costiere a litoralului românesc prezentate în subcapitolul 1.3. și Cercetări privind calitatea resurselor de apă subcapitolul 1.4.

LUCRĂRI REPREZENTATIVE

I. OMER, D.I. Arsenie, M. Florea, The influence of longitudinal elastic properties on the celerity of elastic waves, CMEM Algarve, Portugal, 10-12 June 2009; publicat în WATER RESOURCES MANAGEMENT, ISSN 978-1-84564-199-3; pp 393-399 doi : 10.2495/WRM090351, http://www.witpress.com/Secure/elibrary/papers/WRM09/WRM09035FU1.pdf

I. OMER, R. MATEESCU, L. RUSU, D. NICULESCU, E. VLASCEANU, Coastal Works Extensions on the Romanian Touristic Littoral, its Ecological Impacts on the Nearshore Bathing Areas, Journal of Environmental Protection and Ecology (JEPE), Vol. 16, Issue: 2, Pages: 424-433, Published: 2015. Impact factor is: 0.838 http://www.jepe-journal.info/vol-16-no2-2015

I. OMER, R. MATEESCU, A. DIMACHE, Heavy metal pollution of the Romanian costal area, Revista de chimie, vol. 67, nr. 3/2016, pp. 553-556. Factor de impact 0.81 http://www.revistadechimie.ro/pdf/ICHINUR%20O%203%2016.pdf

Ichinur Omer, Razvan Mateescu, Elena Vlasceanu, Dragos Niculescu, Eugen Rusu, Hydrodynamic regime analysis in the shore area taking into account the new Master Plan implementation for the coastal protection at the Romanian shore, The 15th SGEM Geoconference 2015, Albena, Bulgaria, 16-25 iunie 2015, Section MARINE AND OCEAN ECOSYSTEMS. DOI: 10.5593/SGEM2015/B32/S15.086 http://www.sgem.org/sgemlib/spip.php?article6094

Dragos Niculescu, Elena Vlasceanu, Ichinur Omer, Razvan Mateescu, The monitoring of the Romanian littoral cliffs using Automatic Flight Systems, 15th SGEM Geoconference 2015, Albena, Bulgaria, 18-24 iunie 2015, Section PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING. SGEM2015 Conference Proceedings, ISBN 978-619-7105-34-6 / ISSN 1314-2704, Book2 Vol. 1, pp, 1187-1194 DOI: 10.5593/SGEM2015/B21/S10.151 http://www.sgem.org/sgemlib/spip.php?article5740

Elena Vlasceanu, Ichinur Omer, Dragos Niculescu, Eugen Rusu, Angela Ivan, Modeling aspects of hydro – geomorphologic process with impact on the Romanian coastal eco – system evolution of the Black Sea, in the new climate change context, The 15th SGEM Geoconference 2015, Albena, Bulgaria,16-25 iunie 2015, MARINE AND OCEAN ECOSYSTEMS. DOI: 10.5593/SGEM2015/B32/S15.088 http://www.sgem.org/sgemlib/spip.php?article6096

Razvan Mateescu, Ichinur Omer, Luminita Buga, Certain results of the remote sensing techniques applications for the coastal environment quality monitoring and romanian ICZM process implementation, The 14th SGEM Geoconference 2014, Albena, Bulgaria,17-23 iunie 2014, publicata in SGEM 2014 Conference Proceeding, Section PHOTOGRAMMETRY AND REMOTE SENSING, pp. 93-98, DOI: 10.5593/SGEM2014/B23/S10.012, http://www.sgem.org/sgemlib/spip.php?article4210

Mateescu R., Spinu A., Omer I., Remote sensing and GIS applications on the Romanian coastal zone management and rehabilitation works, 13th SGEM GeoConference on Informatics, Geoinformatics And Remote Sensing, SGEM2013 Conference Proceedings, ISBN 978-954-91818-9-0 / ISSN 1314-2704, June 16-22, 2013, Vol. 1, 875 – 880 pp, DOI:10.5593/SGEM2013/BB2.V1/S11.034, http://www.sgem.org/sgemlib/spip.php?article2932

E. Vlasceanu, R. Mateescu, I. Grigoras, M. Lungu, I Omer, Hydrological and Geomorphological Vulnerability on the Romanian Cliffs Shore Sector under Climate Change Influence of the Last Decades – Case Study: Costinesti Flood from 22nd of September 2005, Analele Universității „Ovidius”Constanța, seria Constructii, Anul XVII – Nr 17 (2015), pp. 71-78 (Index Copernicus Journal Master List, ProQuest, EBSCO and Google Scholar.) http://revista-constructii.univ-ovidius.ro/doc/editii/2015.pdf

Ichinur Omer, Sunai Gelmambet, Waves regime in Romanian Coastal Zone, Analele Universității „Ovidius”Constanța, seria Constructii, Anul XV – Nr 15 (2013), pp. 125-130, (Index Copernicus Journal Master List, ProQuest, EBSCO and Google Scholar.) http://revista-constructii.univ-ovidius.ro/doc/editii/2013.pdf

I. OMER, C. Gherghina “A software implementation of water waves propagation”, ANNALS of the ORADEA UNIVERSITY, Fascicle of Management and Technological Engineering, Volume VII (XVII), 2008, pp. 485-490 DOI: 10.15660/AUOFMTE.2008.982 http://imtuoradea.ro/auo.fmte/article.php?v1=2008 . http://imtuoradea.ro/auo.fmte/files-2008/MECANICA_files/OMER%20ICHINUR%201.pdf

Razvan Mateescu, Alina Spinu, Ichinur Omer, Analysis of the Sea-Land Interface Variability on the Romanian Littoral, Based on the Remote Sensing and GIS, Analele Universității „Ovidius”Constanța, seria Constructii, Anul XIV – Nr 14 (2012), pp. 49-58 (Index Copernicus Journal Master List, ProQuest, EBSCO and Google Scholar.) http://revista-constructii.univ-ovidius.ro/doc/editii/2012.pdf

Mateescu R., Omer I., Matei S., Wave conditions in the transitional zone of Romanian Coast- Mamaia Bay, Ovidius University Annals Series: Civil Engineering Vol.1, Issue 12, Ovidius University Press, iunie 2010, pp. 39-46 (Index Copernicus Journal Master List, ProQuest, EBSCO and Google Scholar.). http://wwwold.univ-ovidius.ro/revista-constructii/doc/anale/2010.pdf

CERCETĂRI PRIVIND CURGEREA APEI ÎN REGIM NEPERMANENT ÎN SISTEME HIDRAULICE SUB PRESIUNE

Cercetările care vor fi prezentate în paragrafele următoare au fost realizate în cadrul contractului Idei cod 1219, finanțat de “Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior și a Cercetării Științifice Universitare”.

Influența asupra celerității a proprietăților sistemului longitudinal elastic pentru protecție la șoc hidraulic

Regimul nepermanent de curgere în sistemele hidraulice sub presiune poate deveni în anumite condiții un fenomen periculos pentru o instalatie hidraulică. Mișcarea rapid variabilă cunoscută și sub denumirea de șoc hidraulic, poate să inducă în sistemul respectiv, suprapresiuni care să depașească de mai multe ori, presiunea din situația de regim permanent. Proiectarea instalațiilor hidraulice sub presiune (gravitaționale sau cu pompare) astfel încât să reziste unor asemenea variații de presiune, reprezintă de cele mai multe ori o soluție total neeconomică, în special în cazul instalațiilor de mari dimensiuni (ca lungimi si diametre).

Protecția sistemelor hidraulice la efectele periculoase ale șocului hidraulic poate fi asigurată prin mai multe mijloace. Din punct de vedere tehnic, cele mai frecvente soluții de protecție la șoc hidraulic utilizate în România sunt castelul de echilibru și rezervorul cu pernă de aer.

Castelul de echilibru este aplicat în special în domeniul hidroenergetic, iar rezervorul cu pernă de aer este folosit la protecția la șoc hidraulic a instalațiilor de pompare. Ambele soluții sunt scumpe, pretențioase în exploatare și introduce o pierdere locală de sarcină mai mare în comparație cu soluțiile prezentate în continuare.

Aceste soluții de protecție la șoc hidraulic, în special la suprapresiuni, bazate pe reducerea celerității (viteza de propagare a undelor elastic) sunt:

“barrel jacket” – peretele conductei este căptușit cu un strat dintr-un material elastic, având un modul de elasticitate mult mai mic decât al oțelului, dar suficient de mare pentru a prelua suplimentul de presiune care apare la șoc hidraulic.

“elastic cylinder” – se consideră un cilindru dintr-un material elastic (cauciuc), de secțiune mică, dispus longitudinal într-o conductă obișnuită.

Figura 1: Secțiune prin conductă

Pentru a obține relațiile de calcul în cele două variante se utilizează următoarele ipoteze:

starea de tensiune în pereții conductei este plană;

materialele sunt elastice;

se consideră numai eforturile de întindere din pereții conductei, eforturi calculate cu formula cazanelor în care se consideră că pereții conductei sunt subțiri, nepreluând eforturile de încovoiere.

Pentru cele două variante prezentate se determină influența diverșilor factori care intervin în formulele obținute asupra diminuării celerității, respectiv a amortizării suprapresiunilor.

Modelul matematic

Formula celerității se obține scriind, în două moduri, variația masei de fluid în intervalul de timp . Între două secțiuni de control, la distanța , masa este:

iar variația masei este (1)

S-a notat A – secțiunea de curgere, c – celeritatea, – densitatea apei.

La o închidere instantanee a vanei, rezultă:

(2)

este viteza medie inițială.

Egalând cele două expresii, rezultă prima relație a celerității:

(3)

În continuare se prezintă modelele matematice ale celor două soluții propuse.

Soluția a) – “barrel jacket”

Suprapresiunile () produc o variație a grosimii elementului elastic și o variație a diametrului conductei . Variația relativă a secțiunii de curgere devine:

(4)

Variația grosimii elementului elastic este:

(5)

Ee este modulul de elasticitate al elementului elastic.

Variația diametrului este:

(6)

Et este modulul de elasticitate al oțelului.

Variația relativă a densității apei este:

(7)

Ew este modulul de elasticitate al apei.

Folosind calcule algebrice, obținem:

(8)

În această formulă anumiți termeni sunt foarte mici și pot fi neglijați. Formula aproximativă implicit a celerității este:

(9)

Am găsit că variația vitezei inițiale (v0) are o influență mică asupra celerității. Pentru valoarea, s-a făcut următoarea reprezentare grafică (figura 2).

Figura 2: Variația lui c funcție de δe/De și pentru diferite valori ale lui Ee

Soluția b) – “elastic cylinder”

În acest caz, variația relativă a secțiunii elementului elastic este:

(10)

Variația relativă a secțiunii conductei este:

(11)

Adunând relațiile (10) și (11), variația secțiunii totale rezultă:

(12)

Variația relativă a secțiunii de curgere este:

(13)

Folosind calculele algebrice se obține formula celerității:

(14)

Comparând această formulă cu formula celerității pentru o conductă din oțel și introducând notația , relația (14) ia următoarea formă:

(15)

Figura 3: Variația celerității funcție de De/Dt și Ee

Aplicație numerică

Se consider următorul exemplu de calcul:

Prima soluție: – variabil între 15 mm și 300 mm,

,

,

,

,

.

A doua soluție: – variabil între 15 mm și 300 mm,

,

,

,

,

,

.

Rezultatele sunt prezentate în figura 4.

Figura 4: Variația celerității pentru exemplul test

Concluzii

În anumite condiții, soluțiile propuse pot fi o alternativă avantajoasă de protecție la șocul hidraulic a instalațiilor hidraulice sub presiune.

Din reprezentările grafice (figura 2 și figura 3) se constată modulul de elasticitate al elementului elastic reprezintă un parametru important. Odată cu creșterea modulului de elasticitate al elementului elastic crește și celeritatea.

Mărind secțiunea materialului elastic, respective crescând δe (cazul a) sau De (cazul b), celeritatea scade.

In cazul b, cilindrul din material elastic reduce secțiunea de curgere. Apreciem că prima soluție “barrel jacket” este mai eficientă decât a doua.

Bibliografie

[1] Popescu, M., Arsenie, D.I. & Vlase, P., Applied Hydraulic Transients – For Hydropower Plants and Pumping Stations, Balkema, Netherlands, 2003.

[2]. Arsenie, D.I., Florea, M., Mîrzali, I., Nițescu, C., “Some aspects concerning the propagation of the water hammer in pressure pipes”, Timișoara, Romania, 2005.

[3] Arsenie, D.I., Florea, M., Omer, I., “Hydraulic system protection from the water hammer using a longitudinal elastic element”, Cluj, pp. 303–308, Romania, 2003.

[4] Chaudry, H., “Applied hydraulic transients”, Van Nastrand Reinhold Company, 1987.

[5] Streeter, V., Wylie, E., “Hydraulic transients”, Mc. Graw Hill, New York, 1967.

[6] Glover, T. J., Pocket Ref. Sequoia Publishing Inc. 2ed., 1996.

[7] Hwang, Ned H .C., Houghtalen R. J., “Fundamentals of hydraulic engineering systems”, Prentice Hall, 1996.

INFLUENȚA CONȚINUTULUI DE AER LIBER DIN APĂ ASUPRA FENOMENULUI DE ȘOC HIDRAULIC

INTRODUCERE

Deoarece compresibilitatea aerului este mult mai mare decât cea a apei (la presiune atmosferică) rezultă că variația de presiune generată de manevra unei vane este cu atât mai mică cu cât conținutul de aer este mai mare. Având în vedere formula lui Jukovski care exprimă factorii de care depinde variația de presiune în cazul unei manevre a vanei realizată într-un timp infnit mic se constată că:

asupra vitezei de curgere a apei și asupra densității lichidului aerul are o influență mică, din care motiv în calculele uzuale inginerești această influență se neglijează;

asupra celerității (viteza de propagare a variației de presiune) are o influență care nu ar trebui neglijată.

Având în vedere complexitatea deosebită a fenomenului, pentru realizarea unui model de calcul este necesar să se utilizeze ipoteze simplificatoare, suplimentare față de cazul în care se neglijează aerul dizolvat:

Procentul de aer liber, notat și exprimat ca raport între volumul aerului și volumul amestecului bifazic lichid-gaz are valori mci (6% uzual). Având în vedere că pentru o masă dată de gaz, volumul acestuia variază cu presiunea, volumul de gaz considerat în acest raport corespunde presiunii atmosferice normale.

Aerul liber este dispersat în fracțiuni foarte mici care sunt distribuite aproximativ uniform în lichid. Aceasta înseamnă că prin prezența aerului în lichid, în procentele mici considerate, nu sunt afectate proprietățile de omogenitate și izotropie ale lichidului.

Se consideră că în decursul evoluției fenomenului, masa de lichid și masa aerului liber rămân constante; cu alte cuvinte nu se produc transformări de stare (lichidgaz).

se nelijează variațiile de temperatură care ar putea apare în fenomenul de șoc hidraulic.

MODELUL MATEMATIC

Modelul matematic care va fi prezentat în continuare se bazează pe principiul conservării masei și pe formula lui Jukovski care stabilește relația între variația vitezei de curgere a apei într-o conductă și variația de presiune care rezultă.

Se consideră un tronson al unei conducte, de lungime l, în care un lichid (apă, amestec bifazic apă-aer) curge în regim permanent.

Datorită unei manevre a vanei existente în capătul aval al conductei se produce o variație a vitezei în urma căreia viteza scade de la o valoare v0 la o valoare v1 (). Simultan, în secțiunea vanei, se generează o variație de presiune, care face ca presiunea să crească de la o valoare p0 la o valoare p1 ().

Această creștere a presiunii are următoarele efecte:

creșterea densității lichidului;

creșterea diametrului și implicit a secțiunii conductei.

Variațiile de viteză și presiune, generate în secțiunea de la vană constituie împreună o undă fizică care se propagă de-a lungul conductei, în sens invers vitezei inițiale (v0).

În figura nr. 2.1 a este prezentată situația la un moment oarecare t, în care această undă ajunge într-o secțiune a conductei.

Pe porțiunea de conductă pe unde a trecut unda, lichidul curge cu viteza , presiunea este , densitatea este , diametrul este și aria secțiunii transversale este .

Fig. 2.1 a

Fig. 2.1 b

Până la un moment ulterior, , frontul undei parcurge într-o mișcare uniformă, cu o viteză denumită celeritate (c) o distanță . Această situație este prezentată în fig. 2.1 b.

Pornind de la formula generală a celerității:

(2.1)

și ținând seama de formula lui Jukovski rezultă următoarea formulă a celerității:

(2.2)

Având în vedere că acest calcul s-a efectuat pe trepte de variație a presiunii, variațiile de la momentul „i” s-au determinat funcție de valorile parametrilor la momentul „i-1”.

În continuare se caută să se exprime variațiile relative și în funcție de variația de presiune care generează aceste variații.

Pentru variația relativă s-a considerat o corelație polinomială de gradul al doilea:

(2.3)

Deoarece este evident că o variație nulă a presiunii conduce la o variație nulă a densității rezultă că termenul liber este nul, astfel încât corelația devine:

(2.4)

Pe baza rezultatelor din [5], prin metoda celor mai mici pătrate, s-au obținut valorile constantelor a și b pentru diferitele procente de aer considerate.

Tabel 2.1

În figurile nr. 2.2 a, 2.2 b, 2.2 c, 2.2 d sunt date graficele corespuzătoare variațiilor relative ale densității conform corelațiilor deduse, fiind figurate și valorile experimentale.

Fig. 2.2 a

Fig. 2.2 b

Fig. 2.2 c

Fig. 2.2 d

În ceea ce privește variația relativă , aplicând metodologia obișnuită din literatura de specialitate a rezultat formula:

(2.5)

În plus față de teoria clasică s-a considerat și variația diametrului cu variația presiunii.

Se știe că (2.6)

De aici rezultă (2.7)

Cunoscând variația diametrului, se poate calcula diametrul la pasul următor:

(2.8)

Pentru variațiile relative s-a considerat o corelație având aceeași structură c a pentru variația relativă a densității:

(2.9)

Deoarece o variație nulă a presiunii conduce la o variație nulă a ariei rezultă că termenul liber este nul. Astfel relația (2.9) devine:

(2.10)

Pe baza rezultatelor din [5], prin metoda celor mai mici pătrate s-au determinat valorile constantelor c și d:

(2.11)

Introducând în formula celerității rezultatele obținute pentru variațiile relative ale densității și secțiunii se obține:

(2.12)

Cu ajutorul acestei formule s-au reprezentat grafic celeritățile în funcție de presiune (fig. 2.3 a, 2.3 b, 2.3 c și 2.3 d).

Pe baza acestor valori ale celerității s-a propus o corelație logaritmică care să permită calculul celerității în funcție de presiune:

(2.13)

S-a constatat că valorile parametrilor m și n depind de procentele de aer, rezultatele numerice fiind prezentate în tabelul 2.2.

Tabel 2.2

În continuare s-au determinat corelațiile m() și n():

(2.14)

Astfel corelația pentru celeritate devine:

(2.15)

În formula (2.15) s-a considerat raportul =200.

Fig. 2.3 a

Fig. 2.3 b

Fig. 2.3 c

Fig. 2.3 d

În figurile nr. 3a, 3b, 3c și 3d s-au reprezentat valorile celerității date de corelația 2.15, de relația (2.13) și formula celerității din în [5], de unde se observă că între cele două curbe nu apar diferențe semnificative.

CONCLUZII

Pe baza unor rezultate experimentale cuprinse în teze de doctorat care tratează și influența aerului din conductele sub presiune asupra evoluției fenomenului de șoc hidraulic (lovitura de berbec), s-a obținut o formulă originală având o structură logaritmică care permite calculul celerității în funcție de presiunea în conductă și de procentul de aer liber, pentru o anumită valoare a raportului .

BIBLIOGRAFIE

CERCETĂRI PRIVIND PROCESELE COSTIERE

Regimul Valurilor în Zona Costieră Românească

Abstract – Valurile reprezintă unul din factorii importanți care contribuie la eroziunea zonei costiere. Zona costieră a României are o lungime de cca. 247 km. Lucrarea prezintă o analiza a datelor măsurate privind valurile, aceste măsurători fiind realizate de INCMD în perioada 2003-2010. In perioada studiată, frecvența pe direcții a valurilor are cele mai mari valoari pe direcție SE și NE. Frecvența valurilor este mai mare în lunile reci (octombrie-martie), cea mai mare valoare înregistrându-se în luna ianuarie (45.7%). S-a realizat si o analiza a datelor de val din anul 2010, stabilindu-se valorile medii ale principalilor parametri ai valurilor.

Introduction

Unul din factorii importanți care conduc la modificarea țărmului Marii Negre este dinamica valurilor. Valurile reprezintă miscări ondulatorii ale apei de suprafață, cu propagare liniară, care antrenează întreaga masă de apă și care se propagă radial. Energia hidrodinamică a valurilor induce, ca efect important, eroziunea sau depunerea materialului solid.

Zona de interes analizată în cadrul acestei lucrări o reprezintă întreaga linie de coastă a României care se întinde de la Golful Musura la nord (granița cu Ucraina) și Vama Veche la sud (frontiera cu Bulgaria).

Fig. 1. Zona de studiu (după [2])

Din punct de vedere geomorfologic, litoralul României este împarțit în două zone principale (fig. 1):

Zona Nordică, între Golful Musura și Cap Midia – Năvodari, având o lungime de cca 165 km

Zona Sudică, între Cap Midia – Năvodari și Vama Veche, având o lungime de cca. 82 km.

2. Analiza datelor măsurate privind valurile din zona costieră

În vederea studiului regimului de valuri în zona costieră, s-au prelucrat 6144 de date obținute din măsurători efectuate de INCMD în perioada 2003-2010. Distribuția lunară a măsurătorilor pe fiecare an este reprezentată în fig. 2.

Fig. 2. Numărul lunar de măsurători ale parametrilor valurilor (2003 – 2010)

S-a reprezentat frecvența medie lunară și medie anuală a valurilor, exprimată în procente la sută, media fiind calculată pentru perioada de studiu 2003-2010 (fig 3 și fig. 4).

Din fig. 3. rezultă că frecvența valurilor este mai mare în lunile reci (octombrie-martie), cea mai mare valoare înregistrându-se în luna ianuarie (45.7%).

Fig. 3. Frecvența medie lunară a valurilor (perioada 2003 – 2010)

Se observă că în 2010 s-a înregistrat cea mai mare valoare a frecvenței valurilor de vânt și hulă (39.1%), iar în 2008 cea mai mică valoare (18.8 %).

Fig. 4. Frecvența medie anuală a valurilor (perioada 2003 – 2010)

Dintre procesele caracteristice dinamicii zonei costiere, precum circulaŃia curenŃilor, dispersia poluanțilorț etc., direcția valurilor este un factor esențial. Singura metodă prin care s-ar putea asocia acestor măsurători si o direcție, este corelarea cu datele de vant. Astfel, în perioada 2003-2010, frecvența pe direcții a valurilor are cele mai mari valoari pe direcție SE și NE.

Fig. 5. Frecvența pe direcții a valurilor (perioada 2003 – 2010)

Fig. 6. Frecvența medie multianuală a valurilor (perioada 2003 – 2010)

În anul 2010, frecvența cea mai mare o au valurile din direcție nordică (73%), atât în sezonul rece (30%) cât și în sezonul cald (43%).

Fig. 7. Frecventa pe directii a valurilor (2010)

Din cele 1069 observații în anul 2010, 67% reprezintă situații de calm și date lipsă, iar 33% mare agitată (valuri de vânt și hula, Fig. 8.).

Fig. 8. Frecvența medie a valurilor (2010)

În sezonul cald, 69% reprezintă situații de calm și date lipsă, iar 31% mare agitată, în timp ce în sezonul rece se înregistrează 65% situații de calm și date lipsă, iar 35% mare agitată.

Fig. 9. Frecvența medie a valurilor în sezonul cald și sezonul rece (2010)

Fig. 10. Înălțimi maxime și minime anuale, medianele (2003-2010)

Din analiza statistică a înălțimii valurilor (fig. 10.) din perioada 2003-2010 se constată următoarele:

înălțimea maximă a valurilor de 3.5 m s-a înregistrat în 2008 și 2009;

înălțimea minimă a valurilor de 0.3 m s-a înregistrat în toți anii perioadei studiate;

valoarea medianei multianuale este de 0,62 m.

În ceea ce privește parametrii valurilor din anul 2010 se constată ca valorile medii au fost urmatoarele:

înaltimea valurilor de vânt de 0,6 m pentru sezonul cald si 1 m pentru sezonul rece;

înaltimea valurilor de hula de 0,6 m pentru sezonul cald și 0,9 m pentru sezonul rece;

perioada valurilor de vânt de 4s pentru sezonul cald si 4,6 s pentru sezonul rece;

perioada valurilor de hula de 6,2s pentru sezonul cald si 6,9s pentru sezonul rece;

lungimea de unda a valurilor de 6 m pentru sezonul cald si 8,4 m pentru sezonul rece si

lungimea de unda a valurilor de hula de 13,5 m pentru sezonul cald si 14,75 m pentru sezonul rece.

3. Conclusions

În urma analizei masurăturilor de val efectuate în perioada 2003-2010, s-a constatat următoarele:

frecvența pe direcții a valurilor are cele mai mari valoari pe direcție SE și NE.

frecvența valurilor este mai mare în lunile reci (octombrie-martie), cea mai mare valoare înregistrându-se în luna ianuarie (45.7%).

înălțimea maximă a valurilor s-a înregistrat în 2008 și 2009 (3.5 m), iar înălțimea minimă a valurilor de s-a înregistrat în toți anii perioadei studiate (0.3 m).

S-a realizat si o analiza a regimului de valuri in anul 2010 și s-a concluzionat că 67% reprezintă situații de calm și date lipsă, iar 33% reprezintă situații de mare agitată.

MODELING ASPECTS OF HYDRO – GEOMORPHOLOGIC PROCESS WITH IMPACT ON THE ROMANIAN COASTAL ECO – SYSTEM EVOLUTION OF THE BLACK SEA, IN THE NEW CLIMATE CHANGE CONTEXT

Abstract

In the present work, the quickly change processes of the ecological status from the coastal ecosystems were addressed, induced by the fast sedimentation / erosion processes, determined by the combined action of the hydrological regime of the Danube and marina agitation factors, increasing under the influence of the current climate change.

This paper presents some results of a substantiation study on the hydro-geological and hydro-bio-geomorphic, river, delta, marine and coastal environment, as well as the ecosystem state assessment of this natural and built area from the Romanian Black Sea shore.

The analysis/modeling actions and the simulation of the natural hydro-geomorphological processes, as well as the analysis processes modified / induced by the anthropogenic factor, including the probable impact/evolution assessment of the deltaic ecosystem / coastal affected ecosystem, were developed to highlight the viable solutions that enable an efficient and sustainable management and renaturation of the Romanian coastal vulnerable areas.

The evolution of the marine agitation factors, determinants in the deltas and lagoons formation, extending a multi-criteria complex analysis on the response processes of the coast to the action of the marine agitation factors with ecological impacts from intersed area, is highlighted. Thus, the final results of the hydro-bio-geo-morphological processes study from the shallow area, allow the intervention opinions and the efficient management of the biotic and abiotic resources from the coastal system, based on the changes knowledge at different scales of the climatic conditions determinined by the environment and reflected in different coastal ecosystem status indicators.

Keywords: Numerical modeling of the coastal hydro -bio- geomorphic processes, coastal sedimentation / erosion, environmental factors, the satellite remote sensing, coastal monitoring

2.Material si metoda

Pentru reprezentarea transformarilor primare ale valului s-au utilizat metode numerice care permit aplicarea la o scara mai redusa a campului de masuratori. Un avantaj cert al utilizarii modelelor numerice il reprezinta si scaderea costurilor aferente studiului pe modele fizice. Aceste modele au la baza o reprezentare statistica a camoului masurat al valului, numita spectru de val. In selectarea unui spectru de val se tine cont in primul rand de acurateatea modelului in predictia transformarii valului in apropierea tarmului si de utilitatea lui in asistarea analizelor asupra impactului existent si potential al diferitelor masuri de protectie care se impun.

In cazul de fata, pentru a studia propagarea-atenuarea valurilor respectiv alterarea regimului hidrodinamic prin stagnarea maselor de apa in zonele pilot, a fost ales modelul STWAVE (STeady State spectral WAVE) dezvoltat de Corpul de Ingineri al Marinei Americane (ESACE – WES ). Deoarece regimul de val influenteaza transportul sedimentar de-a lungul coastei precum si regimul hidrodinamic psecific, acurateatea modelului raspunde necesitatilor de analiza si evaluare a raspunsului costier. Avand in vedere ca un spectru de val este produsul interactiunii dintre spectrul energiei valului si un camp de curenti, modelul include submodele ale spargerii valului si inclinarii valului in apropiere de coasta. Deasemeni STWAVE include un model de vant care rezolva corespunzator procesul de dezvoltare a campului de valuri si influenta valurilor brizante asupra distributiei si disiparii energiei de val. Dezvoltarea aplicatiei numerice folosind modelul STWAVE are la baza o serie de etape si proceduri:

Componenta cea mai importanta a celor mai multe aplicatii numerice este reteaua de calcul. Primul pas in construirea retelei de calcul este obtinerea datelor topo-batimetrice pentru sectorul de tarm in care se rmareste desfasurarea aplicatiei. Pentru cazul particular al Baii Musura a fost dezvoltata o aplicatie care cuprinde date de val, linia tarmului si batimetria cu sau fara date de nivel si vant. Pentru linia tarmului si batimetrie s-a folosit un set de date in format ASCI (x,y) si respectiv (x, y,z) la nivelul anului 2012 (fig.2).

Fig.2. Schița batimetriei Băii Musura, în coordonate Stereo 70 / locale (perspectiva 3D)

De-a lungul spectrului de intrare, rețeaua de calcul a fost dezvoltată pentru o situație batimetrică de echilibru, la o dată ulterioară înnisipărilor și redistribuirilor de sedimente, datorita dragarii canalului Bistroe din 2002. Schița domeniului pentru zona de aplicare a modelului este redată pe etape în figura 3-triangularea datelor.

Fig.3. Triangularea datelor batimetrice pe baza fisierului ( X,Y, Z)

Dupa stabilirea domeniului si dezvoltarea retelei se trece la extinderea unui domeniu de calcul pentru initializarea datelor pe limita libera dinspre larg, prin rotatia la un azimut corespunzator. Limitele geografice ale retelei au fost stabilite dupa amplasamentul celor doua brate ale Dunarii care flancheaza Baia Musura, Sulina si Chilia. Spatierea dintre nodurile retelei ( grid resolution) este de 100 m si cuprinde un areal rectangular de 12 600 m pe 8000 m care include linia tarmului din aria modelului domeniului, axele fiind rotite la un azimut de 270 de grade (fig.4).

Fig.3 Rețeaua de calcul

Ca date de intrare in model a fost utilizat un spectru de val bidimensional Ca (frecventa, directie vs energie) ???? Ca date de iesire au fost obtinute inaltimea semnificativa a valului (Hs), Perioada de varf (Tp) si directia medie a valului (θ). Spectrul de intrarea pentru STWAVE a fost construit pe baza unei subrutine numerice de gradul doi care recreeaza un spectru bidimensional pentru fiecare condietie individuala de val (SPECGEN). Pentru aceasta se calculeaza frecventa si imprastierea directionala a spectrului energiei valului pe baza parametrilor semnificativi ai valului : T1/3 și H1/3, metoda descrisa de Goda (1985).

Spectrul de frecvență S(f) este calculat folosind relația spectrului Bretschneider-Mitsuyasu:

T1/3 = 1/(1.05fp) perioada semnificativă, estimată din frecvența de vârf a valurilor,

H1/3 este înălțimea semnificativă.

Pentru calculul spectrului de energie bidimensional, se aplica spectrului de frecventa o functie de imprastiere directionala G(f,θ), astfel ca:

S(f,θ) = S(f) G(f,θ),

G(f,θ)=G0 cos2s(θ/2),

s parametru de împrăștiere relativ la viteza vântului și frecventă,

θ azimutul relativ la principala direcție a valului

G0 este o constantă dependenta de θ și s.

Datele de val disponibile folosite in studiul de caz al Baii Musura au cuprins inregistrari vizuale ale valurilor efectuate din sase in sase ore la platforma Gloria pe un interval de timp multianual. Aceste date au permis dezvoltarea analizelor statistice asupra campului de val. Rutina WWWL a modelului a permis aplicarea diferitelor criterii de limitare prin care au fost indepartate situatiile de calm si selectate doar evenimentele cu magnitudine ridicata care au determinat un raspuns costier semnificativ.

3. Rezultate si discutii

Rezultatele rulării modelului STWAVE sunt vizualizate cu rutina WMV (Wave Model Visualization). Condiția predominantă pentru simularea propagării valurilor de-a lungul Băii Musura a fost de 2.27 m înaltime,cu o perioada de varf de 12 secunde , din direcția NE (fig.5 si 6), având un efect de concentrare in zona centrala a băii. Ca rezultat, s-a observat faptul ca valurile se atenueaza rapid la gradienții batimetrici, ceea ce conduce la ideea ca masele de apă locale au un grad de stagnare ridicat, fiind inprospatate de inputul de apă dulce care vine de pe brațele Dunarii, input care nu a fost luat in calcul in cazul modelului de valuri.

Fig.5. Reprezentarea grafică STWAVE pentru Cazul 1 (Hs=2.26m, Tp=12.50 sec, θ=42,59)

contururile indică înălțimea valurilor propagate –

Fig.6. Reprezentarea grafică STWAVE pentru Cazul 1 (Hs=2.26m, Tp=12.50 sec, θ=42,59)

contururile indică descreșterea înălțimilor de val, iar vectorii, direcția medie a propagării valului

In cazul unui regim de val din directia Est, inaltimile de val au o distributie echilibrata pe intreaga lungime a liniei de tarm. Impactul valului incident de-a lungul coastei este maxim datorita expunerii frontale a tarmului. Modelul furnizează înformații referitoare la distribuția inaltimilor de val, perioadele valurilor propagate în interiorul corpului de apă al golfului Musura și atenuarea valurilor pe exteriorul bazinului, în zonele în care se produce colmatarea maximă. Aceste transformari au dus la dezvoltarea explozivă a speciilor de Trapa natans pe suprafețele de apă linistită puțin adâncă (fig.7)

Fig.7 Reprezentarea grafica STWAVE pentru Cazul de propagare a valurilor dinspre directia NE, cea mai critica în ceea ce priveste intensitatea (Hs=2.26m, Tp=12.50 sec, θ=42,59) – contururile indică descresterea perioadei de val

Verificarea rezultatelor modelului STWAVE pentru cazurile de propagare a valurilor de larg, s-au efectuat cu metode clasice utilizand perspectometrul naval și o geamandura. Masuratorile s-au realizat zilnic, la trei ore distincte, 07.00/08.00, 13.00 și 17.00 /18.00. Au rezultat peste 40 de înregistrări, sub 1.5m, în domeniul de înalțime al valului observat. Având în vedere faptul că valurile reprezintă oscilații ale maselor de apă până la adâncimi considerabile, cu componente transversale și longitudinale, s-au măsurat elemente atât din componenta transversală (direcția și viteza de propagare a valului, lungimea de undă) cât și din cea longitudinală (perioadă, înălțimea valului). S-au mai măsurat și alte elemente specifice: viteza particulei elementare în val, lungimea valului si parametrii descriptivi ai vântului. În figura alăturată șenalul navigabil în câmpul vizual al unui perspectometru instalat lânga Farul Sulina (fig.8).

Fig.8 Intrarea canalului Sulina – Amplasarea geamandurii și a perspectometrului pentru urmărirea câmpului de valuri la gura de varsare, 30.06.2012.

Rezultatele masurătorilor înălțimii valurilor în zona brațului Sulina sunt reprezentate în figura 9.

Fig.9 Experiment- măsurare valuri în zona gurii de vărsare a canalului navigabil Sulina

Procesul de propagare și transformare a valurilor în zona gurilor de varsare este determinat de regimul hidrologic al fluviului. Astfel transportul de apa și sedimente indus de valuri este raportat la vitezele generate de valurile de frecvență înaltă și joasă, și are componente transversale și longitudinale vis-a-vis de orientarea țărmului atât în cazul valurilor nedeferlate cât și a celor deferlate.

Se remarcă o intensificare progresivă a înaltimii câmpului de valuri în zona barei Sulina, la contactul cu curentul provenind de pe brațul Sulina, precum și o refractie corespondentă cu influența asupra curgerii dinspre golful Musura.

Fenomenele de interferență din vecinatatea digului nordic al canalului navigabil Sulina, deși nu pot fi modelate de STWAVE, conduc la menținerea canalului de scurgere, determinat de bilanțul hidric local, respectiv menținerea distanței cordonului de nisip față de digul de incintă (fig.10).

Fig.10 Fenomen de interferență la intersecția a două câmpuri de valuri în zona de nord a Canalului Sulina/cap terminal al insulei cordon de nisip din sudul Băii Musura

4. Concluzii

Modelul STWAVE nu a fost capabil să evalueze schimbările regimului de val rezultate din procesele de difracție induse de digul de nord al canalului Sulina. Dincolo de influența caracteristicilor topo-batimetrice, tendințele furnizate de modelul potențialului de transport sedimentar nu verifică bine schimbările istorice ale liniei de tarm.

Deși modelul spectral al valurilor staționare, STWAVE (Steady-State Spectral Wave Model ) poate fi considerat o aplicatie flexibilă și un model robust pentru formarea și propagarea valurilor de vânt din apropierea țărmului, pentru a stabili un criteriu de estimare a impactului asupra sistemului din apropierea coastei, este necesar sa se compare potențialului transportului sedimentar și schimbările liniei de țărm pe diferite perioade temporale. Discrepanțele care pot apare între rezultatele modelului și măsurătorile in situ subliniază tendința variatiei liniei de țărm pe termen lung și scurt in specialn după un eveniment meteo-hidrologic notabil.

Studiile bazate pe modele hidraulice fizice dimensionate la diferite scari dimensionale, precum si studiile realizate pe modele numerice de simulare a raspunsului tarmului in vecinatatea promontoriilor naturale si/sau a digurilor transversale, elaborate in legătură cu formarea și extinderea unor plaje pretejate la litoralului românesc, au fost realizate prin aplicarea unei metode operative, grafice, de ajustare a modelelor numerice bidimensionale cu rezultate mai putin realiste in prognozarea proceselor de difractie si refractie a valurilor.

Astfel, in optimizarea dimensiunilor în plan ale plajelor concave din sectorul Mamaia sud, necesita dincolo de dimensionarea realizata de executant in prezent, dincolo de prevederile Masterplanului de protectie costiera, ar trebui considerate metodele grafice de îmbunătățire a predictiei formei liniei de tarm și a stabilității formațiunilor morfologice obținute in urma executiei innisiparilor artificiale protejate de epiuri si diguri longitudinale extinse.

Metoda grafica a spiralei logaritmice, conform careia simularea dezvoltarii liniei de tărm a unei plaje concave, dupa o curbă teoretica, de forma spiralei logaritmica (întâlnita foarte des in natura), având proprietatea ca unghiul u dintre raza vectoare R și tangenta în punctul de intersecție cu raza vectoare este constant: această spirală mai satisface condiția: R2 / Rl = exp ( α x cotg u ), in care: R1 si R2 sunt lungimile a doua raze vectoare, iar α este unghiul dintre ele.

In esență metoda schematizează forma de dezvotare a liniei țărmului in golfuri, admițând un centru de trasare a spiralei in sensul de circulație dominante a aluviunilor, in raport cu un punct fix de limitare a plajei în aval, promontoriu sau epiu. Ambele condiții mentionate au elemente de subiectivitate în formularea, succesul aplicării metodei depinde de combinarea sinergică a principalelor componentelor si interacțiunilor sistemului marin si costier. In timp, prin confruntata cu studiile de teren, metoda a mai fost prelucrata fie prin simularea parțială a liniei țărmului prin segmente de spirala, a fost realizat in comunitatea internationala un software de aplicare a modelului parabolic/MEPBEY, in legătura cu stabilitatea plajelor litorale de nisip.

Implementarea softului pentru planul de situatie a executiei sistemelor hidrotehnice de protectia a sectorului Mamaia sud, in amenajare recenta, a permis calculul grafic al poziției liniei țărmului, diferita de cea reliazata de proiectant, precum si o trasare manuala a rezultatelor pe schita de executie a acestor solutii de protectie.

Astfel, in aplicația grafica parabolica, au fost folosite hărțile topografice de implementare a innisiparii artificiale, iar procedura folosita a considerat:

1) Alegerea unei linii de control Ro, un punct de difracție al valului in amonte si unul/in sensul dominant al derivei litoraleca poziții de limitare a dezvoltarii liniei de tarm care poate fi influențată de valurile incidente prin procesul de difracție.

2) Stabilirea direcției valurilor dominante –incidente sub un unghi β

3) Calcularea lungimilor de unda Rn de unghi θ ce radiaza in afara punctului de difracție din amonte, pentru intervale constante de 10 grade, calculate folosind ecuația (unde Rβ este lungimea liniei de control):

4) Schițarea interfeței liniei de țărm in echilibru static: unind punctele (Rn, θ) se poate calcula in final interfetei/platformei in echilibru static

5) trasarea grafica automata a formei prognozate a plajei de nisip.

Fig.. Schita de definire a unui model parabolic după Hsu and Evans (1989). Definirea unghiului valului de referință β

In urma examinarii stabilitatii plajei, comparând diferentele dintre linie țărmului proiectata in planurile de executie si cea prognozată in echilibru static cu ajutorul metodei grafice implementate informatic in Mepbay se poate afirma ca linia de țărm deja proiectata este mult diferita de cea prognozată prin metode grafice, iar plaja care in prezent se afla intr-un echilibru dinamic in urma bugetelor sedimentare pozitive, urmare a executiei innisiparii artificiale, va suferi ajustari prin redistribuire ca alternativa a formelor plane proiectaet ale plajei.

Implementarea sistemului de calcul automat – MEPBAY a fost realizata prin următoarele etape:

1. Definirea liniei de control, Ro;

Distanta dintre punctele de control din aval si amonte este data de ecuația

unde:

d este lungimea (in unități de ecran/pixeli) a liniei de control Ro.

Xo si Yo sunt coordonatele punctului de control din amonte, unde Ro începe.

X1 si Y1 sunt coordonatele punctului de control din aval, unde Ro se termina.

2. Calcularea unghiului de referință al valurilor de incidența, β;

Directa dominnta este notata perpendicular la tangenta spre aval.

Aplicarea modelului parabolic grafic.

In functie de trei constante C, ce au fost generate prin analiza de regresie pe un număr de 27 de prototipuri reprezentative de plaje crenelate, si diferă intre ele in funcție de unghiul de referință β (Hsu and Evans, 1989), si care au fost formulate sub forma unor polinoame de ordinul 4, după cum urmează:

Co =0.0707-0.0047β + 0.000349β2 – 0.00000875 β 3 + 0.00000004765β4

C1 =0.9536 + 0.0078 β – 0.00004879 β 2 + 0.0000182 β 3- 0.000001281 β 4

C2 =0.0214 – 0.0078 β + 0.0003004 β 2 – 0.00001183 β 3 + 0.00000009343 β 4

Astfel, in aplicarea modelului parabolic pentru determinarea stabilitatii liniei de țărm proiectate a sectorului sudic al plajei Mamaia, s-a urmărit identificarea efectului de ajustare a dezvoltarii liniei de tarm proiectate pentru solutiilor transversale si longitudinale de protectie, iar rezultatele confirma o diferenta semnificativa a liniei de țărm stabile, in special in ariile pretejate, pe aliniamentul H. Parc H.Dacia.

Fig.. Aplicarea modelului parabolic la plaja Mamaia

Se poate concluziona, cã prin aplicarea modelului MEPBAY, poate fi observat cã actuala platforma plajei Mamaia sud (linia rosie din desen) este aproximativ identicã ca orientare cu forma ecuației plajei parabolice in echilibru static. Aceasta indica faptul ca plaja este in echilibru static pe ansamblu, existând o ușoarã tendințã de dezechilibru/retragere in zona sudicã (protejatã) pentru situatia liniei de tarm proiectate.

Este evidentiat astfel faptul ca morfodinamica zonei costiere reprezintă o problemă deosebit de complexã, a cârei rezolvare nu poate fi făcutã decât parțial, dată fiind multitudinea de factori care duc la apariția și evoluția în spațiu și timp a diferitelor procese costiere, iar metodele de calcul grafic ar trebui considerate orespunzator, dat find contributia lor la ajustarea modelor de proce in descrierea caracteristicilor răspunsului costier .

MONITORIZAREA ZONEI COSTIERE

UTILIZAREA SISTEMELOR AUTOMATE DE ZBOR ÎN SUPRAVEGHEREA INTEGRATĂ A MEDIULUI ZONEI COSTIERE

REZUMAT: Utilizarea sistemelor miniaturale de zbor fără pilot, pe lânga constrângerile fizice și financiare, prezintă o serie unică de provocări. Pe de o parte, dimensiunea și greutatea, iar pe de altă parte puterea motoarelor și autonomia de zbor, sunt limitări care fac ca utilizarea modelelor de aeronavă UAV (unmaned aerial vehicle) adecvate utilizării în monitoringul costier, în special în cartarea de înaltă rezoluție în cadrul sistemelor de georeferențiere directă (DG), să fie foarte costisitoare.

Evoluția rapidă a interfaței mare-uscat la litoralul românesc, pentru o perioadă de cca. 5 ani, a fost revizuită pe baza măsurătorilor și a tehnicilor de analiză a datelor de teledetecție satelitară și aeriană, incluzând tehnici de utilizare a dronelor. Astfel, prin analiza complexă a datelor provenind de la diferiti senzori, au fost determinate zonele cele mai vulnerabile ale litoralului românesc.

Cuvinte cheie: Drone de supraveghere, teledetecție, georeferențiere, linia de țărm, arii vulnerabile

Abstract: Use of the miniature flight systems, despite the physical and financial limitation, presents a series of unique challenges. First of all, the dimensions and weight, and on the other hand, the electric-motor power and flight autonomy, are data which give to the proper use of the UAV (unmanned aerial vehicle) within coastal monitoring, especially high resolution mapping for coastal, a high cost. The shoreline evolution on the northern Romanian littoral, it was revisited based on the measurements and RS and aerial RS data analysis techniques, including UAV's usage technology. Thus, based on the complex analysis of data and information coming from different sensors, the most vulnerable areas along the Romanian it was determinate.

Key words: UAV (unmanned aerial vehicle), remote sensing, shoreline change, vulnerable area

1. INTRODUCERE

Monitorizarea litoralului românesc, reprezentând 6 % din lungimea tãrmului Mãrii Negre, prezentând două unități fiziografice specifice unui tãrm natural (plaje, faleze) în proporție de cca. 78 % și specifice unui tãrm “construit” în proporție de cca. 22 % (porturi, cca. 8 % , precum și construcții de protecție costieră, cca 14 %), este cerută de schema generală de activități de protecție și conservare a mediului zonei costiere.

Etapele de supraveghere, proiectare, implementare și monitorizare a structurilor hidrotehnice litorale de protectie se bazează pe programul de supraveghere a eroziunii costiere, constând în colectarea de date și stocarea lor, prin efectuarea de măsurători specifice în vederea realizãrii unei baze de date complexe, suport informațional al elaborării de studii și cercetări de inginerie costierã și geomorfologie, în scopul optimizãrii proiectãrii și implementării durabile a soluțiilor de control al eroziunii.

Deși cauzele eroziunii costiere la litoralul românesc se cunosc în mare parte, asupra lor nu se poate interveni întrucat ele se referă în principal la un dezechilibru al sursei sedimentare, redusă ca pondere de blocarea debitului aluviunilor deversate de Dunãre ca urmare a amenajărilor hidrotehnice în bazinele hidrografice, interceptarea și devierea sedimentelor transportate în lungul tãrmului datoritã unor construcții de navigație (jetelele canalului navigabil Sulina, porturile Constanța, Midia, Mangalia), dar și existența unor formațiuni și fenomene naturale (ins. Sahalin, transferul de nisip de pe plajă în lagune, etc).

În momentul actual, datoritã necesității unor fonduri mai mari de investiție într-o prima fază în tehnologia de investigare de la distanță, opțiunile sunt în favoarea soluțiilor de tip masurători de teren, care deși sunt mult mai elaborate, fiind adaptate înregistrărilor repetate a proceselor mediului costier cu o natură dinamicã accentuată, și acționeazã în sensul monitorizării parametrilor caracteristici ai acestora. Pe termen lung însă, metodelele de investigare de la distanță, asa cum sunt și metodele de teledetecție aeriene, necesitã costuri de operare mai reduse.

2. MATERIAL ȘI METODĂ

Vehiculele aeriene fără pilot cu cameră oferă cercetătorilor o vedere panoramică asupra elementelor de mediu costier supuse investigației. Astfel, un elicopter cu opt motoare, echipat cu un aparat foto digital de înaltă rezoluție, și un GPS de precizie poate fi un instrument avansat în cercetarea imagistică a zonelor costiere.

Astfel, utilizarea acestei noi tehnologii, împreună cu eforturile de măsurare in situ, sunt în măsură să acopere zone costiere/umede inaccesibile și permit o mai bună înțelegere cu privire la starea ecosistemelor în schimbare rapidă. Această metodă aeriana de investigare, colectare și de cartografiere a datelor spatiale este noua tehnologie dezvoltată în ultimii cinci ani.

Obiectivul principal al supravegherii costiere prin metode aeriene este dezvoltarea unei baze informațioanale și tehnice, suport pentru fundamentarea soluțiilor de proiectare-extindere și menținere-optimizare a mãsurilor de protecție și conservare costierã, menite sã conducã la limitarea degradãrii zonei costiere românesti și la asigurarea condițiilor dezvoltării durabile a acesteia.

Obiectivele specifice ale unui program de supraveghere sunt:

Determinarea modificărilor țărmului construit – evaluări la nivel sezonier, bianual, anual și multianual;

Evaluarea variabilității condițiilor de mediu (starea geomorfologică, regimul valurilor, nivelul mării și a curenților din zona de mică adâncime) în scopul modelãrii și prognozei evoluției proceselor costiere;

Cuantificarea cauzelor și evaluarea riscurilor potențiale în arealele naturale, și în cele protejate de construcții costiere;

Identificarea și fundamentarea măsurilor, metodelor și tehnologiilor de protecție durabilă și reabilitare a zonei litorale naturale și construite;

Optimizarea soluțiilor de reabilitare și gestionare durabilă a zonelor litorale protejate, prin monitorizarea efectelor, capacității funcționale și stării fizice a acestor soluții;

Perfecționarea legislației și a cadrului instituțional și administrativ pentru protecția și reabilitarea integrată a zonei costiere protejate în vederea îndeplinirii obligațiilor care revin guvernului din convenții și programe internaționale la care România este parte semnatară sau participantã.

Desfăsurarea supravegherii integrate costiere de la distanță se realizeazã de-a lungul întregului litoral românesc, iar metodologia și parametri urmăriți se referă la metodologia măsurătorilor hidrologice, geomorfologice și sedimentologice, și a măsurătorilor specifice ingineriei costiere. Datele colectate sunt de tip cantitativ și calitativ. Cele cantitative se determină cu aparatură fotogrametrică de precizie, sunt apoi prelucrate su softuri dedicate și stocate în format electronic în baza de date. Datele calitative constau în investigații și observații vizuale, realizate prin fotografiere de detaliu și înregistrare video.

Frecvența zborurilor este în strânsă legătură cu intensitatea/magnitudinea proceselor studiate, și este stabilită pe unități componente ale sistemului costier astfel:

1. unități geomorfologice: plaja emersă- lunar/ sezonier/ bianual/anual și după evenimente deosebite (furtuni, înghet), plaja aferentă sistemului de protecție costieră – bianual, plaja submersă – la cinci ani, faleza – anual.

țărm amenajat și/sau protejat de structuri costiere: capacitate funcțională, rezistență la acțiunea valurilor/apei subterane, dispunerea în vecinătatea obiectivelor de importanță socio-economică, etc.

Pentru operativitate, investigațiile realizare cu ajutorul dronelor necesită o rețea de sprijin, respectiv o dispunere a unei rețele de puncte de control (GCP – ground control point, determinate prim metode clasice de survey topografic,/măsurători GPS, clasa geodezică) pentru o georeferențiere rapidă, conectată la baza bornată de supraveghere a eroziunii costiere. Sistemul litoral existent de reperi CNAR, IPJ, IRCM , etc, este extins în funcție de zonă, de numărul și tipul de amplasamente construite, dar și de conectarea la rețeaua utilizatã pentru măsurarea nivelului mării, formată din bench-mark-urile maregrafelor Sulina, Constanța și Mangalia.

Fig.1.a și 1.b Cap Schitu – Amplasament lansare – 21.10.2014

Pentru fiecare zbor, de cca 15 minute se colectează aproximativ 1-2000 de fotografii, care se compun în mozaicuri, și se georeferențiază prin metode informace sau interpretare vizuală, în softuri specializare (Pix4D, EnsoMosaic, etc), și ulterior produsele obținute, reprezentate de aerofotograme, DSM/DTM, imagini NDVI, date de reflectanță, etc, se analizează în vederea identificării aspectelor importante, semnifiactive cu privire la evoluția elementelor sistemului costier [1].

3. REZULTATE ȘI DISCUȚII

Rezultatele obținute prin implementarea tehnologiilor de utilizare a dronelor, vizează dezvoltarea unui program de supraveghere integrată a zonei costiere românesti. Invesțigațiile și măsurătorile desfăsurate s-au materializat ulterior sub formă de rapoarte tehnice și studii, documente aferente rapoartelor tehnice, care au fost transmise catre agenția finanțatoare a proiectului care a permis asimilarea, implementarea și dezvoltarea tehnologiei, ROSA (Romanian Space Agency). Cateva din rezultatele acțiunilor demarate pot fi consultate direct sau indirect (pe siteul proiectului: www.cosmomar.ro) de către factorii de interes din zona costieră, respectiv autoritațile guvernamentale centrale și locale, ministerele cu activitate în zona costieră, agenți economici și alte unitãți interesate: ABADL Administrația Bazinala a Apelor Dobrogea – Litoral Constanța, Inspectoratul de Protecția Mediului Constanța, Consiliul Județean Constanța, Primăriile/prefecturile localitãților din zona costierã, Institute de proiectare/ Universitãți.

O aplicatie a dronelor in domeniul geodeziei este realizarea Modelelor digitale ale suprafetelor sau ale terenului (DSM/DTM). O astfel de aplicatie, avand ca scop urmarirea eficientei implementarii unei solutii de protectie a falezei, a fost desfasurata in zona Costinesti – Schitu.

Fig. 2.a și 2.b Cap Schitu – Imagine orto-mozaic și imagine corespondenta DSM (Digital Surface Model) – 21.10.2014

Datele DTM obtinute prin procesarea imaginilor cu ajutorul pachetului de programe Pix4D, au permis sa fie efectuata o comparatie a doua orizonturi de timp, inainte si dupa amenajearea versantilor de faleza, respectiv evaluarea eficientei solutiei de protectie adoptate, precum si cartarea habitatelor si a izobatelor in zona de mica adancime in ariile investigate [1], [3].

Fig.3.a și 3.b Cap Schitu – Imagine DTM (Digital Terain Model) – 04.2011 și 07.2012,

inainte si dupa amenajarea versantilor de faleza.

Fig. 4.a și 4.b Cap Schitu – Imagine DSM sub nivelul marii, utilizata la realizarea batimetriei in arii invecinate constructiilor hidrotehnice, și imagine Reflectanta, utilizata in cartarea habitatelor in zona de mica adancime – 21.10.2014

Bazele de date existente și cele obținute prin derularea sesiunilor de supraveghere de la distanță cu ajutorul dronelor se gestionează în cadrul Centrului Cosmomar, având ca obiective de lucru [2]:

elaborarea elementelor de fundamentare-optimizare pentru măsurile de protecție, conservare a zonei costiere românesti;

propunerea de proiecte care vizează reconstrucția și protecția costieră;

elaborarea de programe naționale/internaționale, precum și proiecte de cercetare/demonstrative privind zona costierã;

studii de impact/bilant de mediu pentru evaluarea impactului activităților socio-economice la nivel regional;

asistentă tehnică/consultantă pentru limitarea degradării zonei costiere;

dezvoltarea bazelor de date și a serviciilor de informare stiințificã/tehnică la nivel local, regional, național și internațional;

propuneri de reglementări administrativ-juridice pentru completarea cadrului legislativ și armonizarea acestuia cu ‘aquis’-ul comunitar european.

Urmare a implementării tehnologiilor de supraveghere cu ajutorul dronelor/UAV se va urmări dezvoltarea unui program de monitoring privind starea mediului costier, care va fi inițiat în vederea protecției și reabilitării tărmului românesc, urmarindu-se implicarea tuturor stackholder-ilor, instituțiile care au capacitate de expertizã: INCDGGM – GeoEcoMar, INCDPM-ICIM Bucuresti, Aquaproiect S.A., INMHGA, CN “Apele Romane”, IPTANA, Facultatea de Construcții București, Universitatea București, Universitatea “Ovidius” Constanța, societăți de construcții specializate în construcții hidrotehnice de protecție costierã, Consiliul Judetean Constanța, etc.

CONCLUZII

Multe faleze și plaje naturale prezintă un comportament de eroziune inegal. Utilizarea vehiculelor aeriene disponibile pe scară largă în sectorul civil pentru obținerea unei mari varietați de date de teledetecție ca disciplină științifică, și în special tehnologia digitală fotogrammetrică dezvoltată recent a permis integrarea datelelor în bazele de date vectoriale și raster GIS. Tehnicile de monitoring costier tradițional, reprezentate de tehnicile clasice de survey, cartare cu topo-batimetrică folosind diferite instrumente de lucru: GPS-ul, stația totala, scanarea ultrason/Sidescan, dar și de investigații seismice, investigații video la sol și aeropurtate, pot fi optimizate și extinse prin utilizartea tehnicilor moderne de fotogrametrie aeriană aferente dronelor, complementare sistemului LIDAR, fiind utilizare în aplicații specifice, aferente aplicării diferitelor metode de cercetare, în vederea sporirii gradului de ințelegere actuală asupra proceselor, mediului natural costier.

BIBLIOGRAFIE

[1] Piotr J. Dziubana, Anna Wojnara*, Artur Zolicha, Krzysztof Ciseka, Wojciech Szumińskia, Solid state sensors – practical implementation in Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), Procedia Engineering 47 ( 2012 ) 1386 – 1389;

[2] Rachel L. Finn, David Wright Unmanned aircraft systems: Surveillance, ethics and privacy in civil applications, Computer law & s e c u r i t y r e v i e w 2 8 ( 2 0 1 2 ).

[3] Graciela Metternicht a,*, Lorenz Hurni b, Radu Gogu , Remote sensing of landslides: An analysis of the potential contribution to

geo-spatial systems for hazard assessment in mountainous environments, Remote Sensing of Environment 98 (2005) 284 – 303

Utilizarea tehnologiei UAV in monitorizarea falezelor costiere

Abstract. Utilizarea tehnologiei UAV (Unmanned Aerial vehicle), alături de metodele clasice de măsurare in situ, sunt în măsură să ofere o acoperire completă în cazul zonelor costiere greu accesibile, furnizând o vedere de ansamblu în ceea ce privește starea ecosistemelor marine și costiere în schimbare accelerată în ultimii ani. Această metodă permite colectarea de imagini și informații 3D, precum și cartografierea arealelor cu modificări spațiale notabile. Obiectivul principal al supravegherii falezelor costiere prin metode aeriene este dezvoltarea unei baze de date, suport pentru dimensionarea soluțiilor de protecție și amenajare a acestora. Rezultatele studiilor de evaluare asupra stării actuale a falezelor marine și costiere de la litoralul românesc a condus și la realizarea unei baze de date de referință sintetice, prin extinderea rețelei de observații și măsurători, desfășurate în anul 2014-2015, în zona falezelor, cuprinzând o caracterizare a modificărilor mediului marin și costier de la litoralul românesc sudic și surprinzând modificări spectaculoase cu un impact ecologic în zona acestuia. Totodata, Au fost investigate caracteristicile zonelor litorale turistice și vulnerabilitatea habitatelor naturale la modificările induse de factori antropici/naturali extremi care s-au produs în perioada menționată.

Cuvinte cheie: Alunecarea falezelor costiere, analiza seriilor de timp, ritmuri de retragere, soluții inginerești de monitorizare, managementul costier

Keywords: coastal sliding processes, time-series analysis, erosion rates, monitoring engineering solution, coastal management

Introducere

Ca principal factor modelator al falezelor sunt valurile, care în dezvoltarea lor depind în principal de factorii hidrometeorologici (anemobarici) și de caracteristicile morfometrice ale bazinului și coastei Mării Negre. Valurile de furtună și de hulă creează agitații puternice ale maselor de apă a căror intensitate maximă se îngustează mai mult în sezonul rece, dar se pot înregistra furtuni puternice și în perioada sezonului cald, deși frecvența acestora este destul de redusă comparativ cu situațiile înregistrate în ultimii ani la litoralul românesc. Valurile de vânt sunt generate de vânturile puternice predominante din direcția NE și E având viteze mai mari de 10m/s. În timpul furtunilor, înălțimea valurilor variază între 4-6 m în zona de mică adâncime iar ca perioadă între 10-12 s. Direcția de propagare a valurilor este în general orientată perpendicular pe țărm și este influențată de asemenea și de configurația țărmului și a obstacolelor întâlnite în calea propagării lor.

Concentrarea energiei valurilor pe plaja emersă și pe baza versanților de faleză în regim natural, care poate apărea în anumite condiții hidrodinamice, incluzând difracția valurilor de către digurile longitudinale sau transversale, permeabile sau nepermeabile, are ca rezultat creșterea ratei eroziunii țărmului în anumite areale. Un astfel de sector vulnerabil este și sectorul 2 Mai în care valurile creează situații deosebite de risc asupra construcțiilor și utilităților de pe faleză.

Metodologia de procesare a datelor (imagini foto-video)

Pentru scopurile desfășurării proiectului pilot de investigare a țărmului cu ajutorul metodelor de investigație aeropurtate/UAV, au fost realizare:

– masuratori topo-geodezice cu GPS-ul și telemetru laser asupra liniei țărmului, liniei vegetației, liniei înaintare val, precum și evaluarea volumelor prăbușirilor versantului de faleză, în corelație cu modificarea câmpului de valuri și traiectoriile de curenți în ariile de îmbaiere din zona 2Mai – Vama Veche și 2Mai – Eforie Sud.

Prin utilizarea dronelor în zona 2 Mai – Vama Veche au fost desfășurate investigații aeropurtate. Măsurătorile au evidențiat căderea a cca 5-9m cubi a materialului de faleză, în cazul unui singur eveniment în anumite sub sectoare de țărm situate între promontoriile naturale în care placa Sarmațiană se extinde în mare. Au fost înregistrate cca 400 de metri de țărm vulnerabil, cu alunecări în dezvoltare pe sectorul 2 Mai – Vama Veche.

Fig. 1 –- Alunecare produsă în zona 2 Mai

A fost luată în considerare prelucrarea cu softul Agisoft PhotoScan pentru o parte din imaginile aeriene preluate cu ajutorul elicopterului fără pilot în zona localității 2 Mai.

Procesarea cuprinde următoarele etape principale:

Încărcarea fotografiilor în Agisoft PhotoScan;

Verificarea imaginilor încărcate, eliminarea imaginilor nenecesare;

Alinierea fotografiilor;

Generarea norului de puncte de înaltă densitate;

Construirea rețelei (modelul poligonal tridimensional);

Generarea texturii;

Exportul rezultatelor.

Încărcarea fotografiilor

Inainte de a începe orice operațiune este necesar să indicăm care puncte vor fi folosite pentru reconstrucția imaginii tridimensionale. In realitate fotografiile nu sunt încărcate efectiv în Agisoft Photoscan până când nu este nevoie de ele, deci când „încărcăm fotografiile” de fapt doar selectăm care dintre ele vor fi utilizate pentru procesarea ulterioară (fig. 2).

Fig. 2 – Încărcarea fotografiilor în Agisoft Photoscan.

Verificarea imaginilor încărcate

Imaginile încărcate sunt afișate în spațiul de lucru cu etichete care indică statutul lor. Acestea sunt necalibrate dacă lipsesc datele despre distanța focală a camerei (fișierul EXIF), în acest caz fiind necesară calibrarea lor manuală, distanța focală implicită fiind de 50 mm. In cazul nostru caracteristicile camerei sunt cunoscute (tabelul 1)

Deoarece parametri de orientare externă a camerei nu au fost estimați încă, pentru se indică și statusul lor ca fiind nealiniate. La această etapă se pot elimina fotografiile de care nu avem nevoie, fiind în altă zonă sau cele neclare, trenate, mișcate (figura 2).

Tabelul 1. Caracteristicile camerei Canon EOS 5D Mark II

Fig. 3 – Pozițiile camerei și suprapunerea imaginilor.

Alinierea fotografiilor

După ce au fost încărcate și verificate în PhotoScan, este necesar ca fotografiile să fie aliniate, în aceasta etapă fiind identificată poziția camerei pentru fiecare fotografie și construiește modelul unui nor de puncte de densitare redusă (figura 4). Sunt estimate caracteristicile imaginilor și punctele de legătură (tabelul 2). Sunt estimate locațiile camerei și erorile de poziționare estimate. Parametri de orientare (interni și externi) ai camerei pot fi importați, alături de imaginile asociate.

După ce alinierea este finalizată, pozițiile calculate ale camerei și norul de puncte de densitate scăzută vor fi afișate. Se poate verifica rezultatul alinierii și pot fi eliminate imaginile poziționate incorect sau poziția acestora poate fi corectată prin realiniere. După finalizarea acestei etape norul de puncte și pozițiile estimate ale camerei pot fi exportate pentru utilizarea lor cu alte softuri.

Fig. 4 – Locațiile camerei cu imaginile aliniate

Tabelul 2. Caracteristicile imaginilor preluate

Setarea sistemului de coordonate

In cazul aplicațiilor fotogrammetrice este necesară definirea sistemului de coordonate. Aceasta asigură punerea corectă în scara precum și măsurarea corectă a distanțelor, suprafețelor și volumelor. Unele funcționalități, cum ar fi modelul digital de elevație (DEM) este valabil doar după definirea sistemului de coordonate. Acesta poate fi definit în software sau poate fi importat din coordonatele punctelor de control la sol (reperi fotogrammetrici) sau din coordonatele pozițiilor camerelor, măsurate cu GPS. In cazul nostru a fost setat sistemul de coordonate stereografic 1970. Coordonatele punctelor de control la sol (reperi fotogrammetrici, markeri) au fost preluate de pe ortofotoplanurile oficiale furnizate de ANCPI: Tabelul 3. Coordonatele punctelor de control utilizate

Amplasarea reperilor fotogrametrici se face prin marcarea lor în cadrul unei perechi de fotografii. Aceasta se poate face manual pentru fiecare fotografie, dar dacă avem deja calculat modelul tridimensional, este suficientă indicarea reperului doar pe una dintre fotografii, proiecția lui pe celelalte fotografii fiind calculată automat. Aceștia pot fi ajustați manual pentru o mai bună poziționare (fig.5)

Fig. 5 – Amplasarea markerilor (punctelor de control la sol).

Softul calculeaza și erorile de poziționare a imaginilor în raport cu reperii (tabelul 4)

Tabelul 4. Erorile punctelor de control utilizate

Rezultate

Generarea norului de puncte de înaltă densitate

Pe baza pozițiilor estimate ale camerei se calculează informațiile tridimensionale pentru fiecare imagine care prin combinare permit generarea și vizualizarea norilor de puncte de densitate ridicată (figura 7).

PhotoScan tinde să producă nori de puncte extra-denși, de o densitate similară sau mai ridicată ca și norii de puncte rezultați din date LiDAR. Diferiți parametri ai reconstruirii modelului tridimensional pot fi ajustați. Astfel dacă se urmărește o obținerea unei geometrii cât mai detaliate și exacte, se vor seta parametri la calitate mai ridicată. Un nor de puncte de înaltă densitate poate fi editat și clasificat în PhotoScan sau exportat pentru utilizarea cu alte softuri.

Fig. 6. Generarea norului de puncte de înaltă densitate

Generarea modelului tridimensional

Parametri reconstrucției modelului 3D se poate face prin numeroase metode și cu diferite setări ale parametrilor, pentru a obține rezultatele optime pentru un scop dat (figura 6).

Tipul de suprafața poate fi ales pentru a modela orice tip de obiect. Este ideal sa fie ales pentru modelarea obiectelor apropiate, cum sunt statui, clădiri, faleze. Tipul de suprafață „Height field” este optimizat pentru modelarea suprafețelor planare, cum sunt terenurile joase și plate, fiind dedicat procesării fotografiilor aeriene, permițând prelucrarea seturilor de date de mari dimensiuni, cu cerințe mai reduse pentru memoria computerului.

Sursa datelor pentru generarea modelului tridimensional poate fi specificată în funcție de necesități. Pentru generarea rapidă a unui model 3D mai putin detaliat se poate folosi norul de puncte de densitate redusă. Norul de puncte de densitate înaltă cere un timp de procesare îndelungat, dar modelul tridimensional va fi de înaltă calitate, de rezoluție înaltă, cu multe detalii. Se pot specifica și alți parametri cum sunt numărul de poligoane sau modul de interpolare.

Pentru norii de puncte în care punctele au fost clasificate anterior, clasele de puncte pot fi specificate pentru generarea modelului tridimensional. Astfel pot fi selectate doar punctele clasificate ca „teren” pentru a produce un model digital al terenului (DTM) comparativ cu un model al suprafeței (DSM).

Fig. 7 – Aspectul modelului tridimensional.

Exportul ortofotoimaginilor

Exportul ortofotoimaginilor este utilizat pentru generarea de imagini georeferențiate de foarte înaltă rezoluție pe baza imaginilor sursă și a modelului geometrice tridimensional. Sunt suportate următoarele formate pentru exportarea ortofotoimaginilor: JPEG, PNG, TIFF, GeoTIFF, Multiresolution Google Earth KML mosaic.

Pentru obținerea unor ortofotoimagini corecte este necesară setarea prealabilă a sistemului de coordonate. Culorile pot fi corectate pentru imagini care au luminozitate extrem de diferită. Pot fi setate dimensiunile pixelilor iar pentru ortofotoimaginile de dimensiuni mari poate fi utilă divizarea lor în blocuri, mai ușor de utilizat (figura 8).

Fig. 8 Ortofotoimaginea generată pentru suprafața de probă.

Exportul modelelor digitale de elevatie DEM (DSM / DTM)

Modelele digitale de elevatie (DEM) reprezintă modelul suprafeței ca un grid regulat cu valori ale altitudinii și pot fi combinate cu ortofotoimaginile pentru a produce un model 3D al ariei vizate. Sunt suportate următoarele formate de export DEM: GeoTIFF, Arc/Info ASCII Grid (ASC), Band interleaved file format (BIL), XYZ file format, Sputnik KMZ.

PhotoScan permite atât exportul modelului digital al suprafeței (DSM) cât și al modelului digital al terenului (DTM). DSM poate fi exportat dacă a fost contruit un model tridimensional bazat pe toate clasele de puncte. DTM poate fi exportat dacă a fost contruit un model bazat doar pe punctele de la sol.

Pentru obținerea unui DEM corect este necesară setarea prealabilă a sistemului de coordonate. Pot fi setate dimensiunile pixelilor iar pentru DEM de dimensiuni mari poate fi utilă divizarea lor în blocuri, mai ușor de utilizat (figura 9).

Fig. 9 – Modelul digital de elevație (al suprafeței) reconstruit din norul de puncte

Concluziil

Astfel în zona 2 Mai în apropiere de digul de sud al Portului Mangalia s-a observat din multiple unghiuri mecanismul de alunecare a versantului de faleză aflat în regim natural, care periclitează amplasamentele militare învecinate, în special datorită desfășurării accelerate a unor modificări ireversibile în condițiile de precipitații intense însoțite de fenomenul de wave run-up.

Menționăm de asemenea că a fost măsurată decompensare importantă a depozitelor/pachetelor de sedimentare din care este alcătuită faleza, în special în zona în care placa Sarmațiană coboară sub nivelul apei, urmare a ultimelor evenimente hidrologice marine, ceea ce a determinat dezafectarea și prăbușirea amplasamentelor cu folosință militară din zonă. Se evidențiază astfel că este necesară efectuarea unei protecții corespunzătoare, de tip greu, realizată în zona submersă aferentă, dar și în zona versantului, care să reducă local coeficientul energetic al valurilor și curenților.

Întrucât, în lipsa unor înnisipări artificiale consistente, impactul dezafectării amenajărilor de protecție cu faguri de plastic, pe parcursul furtunilor de vară, semnalăm apariția unor posibile conflicte de interese semnificative, în special cu activitățile turistice din zona Eforie – dat fiind rigiditatea materialului plastic al fagurilor, acestea pot râni turiștii aflați pe plaja, și de asemenea, atractivitatea plajei este afectată sub multiple aspecte. În cazul litoralului românesc cuprins între Portița și Vama Veche, protecția naturală a țărmului nu a fost grav afectată (excepție făcând deteriorarea profilului falezelor prin construirea unor drumuri de acces spre baza acestora) dar credem că trebuie luată în considerație această posibilitate în alcătuirea viitoarelor planuri de urbanizare.

Pentru perioada imediat următoare, adoptarea și optimizarea măsurilor de conservare-reabilitare a sectorului sudic al litoralului românesc va trebui sa includă gestionarea mai bună a sedimentelor nisipoase transportate de Dunăre în zona costieră a Deltei Dunării, refacerea suprafețelor de plajă, cu deficit sedimentar, din stațiunile turistice Mamaia, Eforie, Olimp – Venus (în acest sens trebuie identificate sursele de sedimente pentru înnisiparea artificială a acestor plaje), o mai buna protecție a plajei emerse în perioada sezonului rece, precum și consolidarea și îmbunătățirea schemelor eficiente de construcții costiere de protecție extinse la Mamaia, Constanța și Eforie Nord, până la Vama Veche.

Este important ca activitățile umane să nu distrugă mecanismele de refacere naturală a plajei (distrugerea vegetației, exploatarea de nisip, distrugere dunelor și a profilului plajei/falezei), astfel încât plaja să urmeze o evoluție apropiată de cea naturală, iar echilibrarea proceselor morfologice să fie similară celei naturale. Acțiuni recente în vederea realizării unei protecții costiere au fost reinițiate prin dezvoltarea și propunerea implementării unui program de supraveghere al eroziunii costiere prin utilizarea mijloacelor moderne aeropurtate, dar este necesar adoptarea unor reglementări clare în ceea ce privește utilizarea și protecția resurselor naturale costiere. Aceste reglementări vor cuprinde metodologii pentru protecția resurselor naturale ale plajei și falezelor (reconstrucția plajei prin mijloace naturale, reabilitarea profilului natural al plajei prin plantare de arbuști specifici, înierbarea dunelor create, protecția versanților cu ziduri tip întoarce-val) cât și sancțiuni pentru interzicerea exploatărilor de nisip și piatră, a nivelării plajelor, ce sunt importante în schemele de protecție a plaje.

În perspectivă, pentru creșterea capacitaților turistice prin creșterea suprafețelor de plaja, se poate considera soluția construcției de plaje suspendate în aliniamentele unde plaja s-a retras sau a dispărut datorită condițiilor fizio-grafice, respectiv geo-hidrodinamice locale, dar existența în vecinătate a Ariilor Marine Protejate impune un nivel de abordare complex bazat pe modele numerice de ultima generatie, pentru asigurarea implementarii corecte si adecvate a principiilor dezvoltării durabile a zonei costiere.

Imaginile aeriene obținute în urma zborului cu avioane fără pilot reprezintă un nou tip de date date de foarte înaltă rezoluîie, de precizie ridicată, ușor și ieftin de obținut și utilizat, cu capacitate de revenire frecventă pe aceeași suprafață, ceea ce le va face din ce în ce mai utilizate în domeniul aplicațiilor marine costiere.

Datele rezultate prin prelucrarea acestora, cum sunt norii de puncte de înaltă densitate, ortofotoimaginile de înaltă rezoluție precum și modelele digitale de elevație detaliate (DEM) sunt foarte utile pentru modelarea și monitorizarea datelor cu privire la eroziunea costieră, fiind posibilă compararea și integrarea lor cu datele ALS și cu măsuratorile terestre.

Un aspect important este ca în zona de mica adâncime este posibilă inclusiv obținerea informațiilor cu privire la batimetrie, dacă imaginile sunt preluate în perioade în care apa mării prezintă un grad ridicat de transparență.

Considerăm că softurile moderne de prelucrare a imaginilor, care utilizează noua paradigmă din domeniu, numită „computer vision”, prin care modelul tridimensional al terenului este reconstruit cu ajutorul unei viziuni „multidimensionale” care implică multiple imagini, reprezintă viitorul în acest domeniu al fotogrametriei digitale.

BIBLIOGRAFIE

[1] Rachel L. Finn, David Wright Unmanned aircraft systems: Surveillance, ethics and privacy in civil applications, Computer law & s e c u r i t y r e v i e w 2 8 ( 2 0 1 2 ).

[2] Graciela Metternicht a,*, Lorenz Hurni b, Radu Gogu , Remote sensing of landslides: An analysis of the potential contribution to geo-spatial systems for hazard assessment in mountainous environments, Remote Sensing of Environment 98 (2005) 284 – 303

CERCETĂRI PRIVIND CALITATEA RESURSELOR DE APĂ

PROPUNEREA DE DEZVOLTARE A CARIEREI UNIVERSITARE

Continuarea activității în cadrul Facultății de Construcții, desfășurată în cadrul unui climat caracterizat de implicare continuă, colaborare permanentă, transparență, colegialitate, prietenie și sprijin necondiționat al comunității universitare, consider că îmi vor asigura posibilitatea dezvoltării unei cariere durabile.

Pe termen mediu îmi propun elaborarea tezei de abilitare și inițierea demersurilor în vederea obținerii atestatului de abilitare și dobândirea calității de conducător de doctorat în domeniul „Inginerie Civilă".

Ca obiectiv permanent îmi propun consolidarea continuă a prestigiului individual și organizațional pe plan național și, mai ales, pe plan internațional. Pentru realizarea acestei aspirații, am în vedere continuarea dezvoltării mele profesionale pe cele două direcții, respectiv activitatea didactică și activitatea de cercetare științifică.

3.1. Privind dezvoltarea carierei didactice

Dezvoltarea activității educaționale se bazează pe continua îmbunătățire a metodologiei de predare, prin sprijinirea și implicarea studenților în procesul de învățare și cercetare precum și prin asigurarea unui schimb de informații la nivel național și internațional.

Instrumentele pe care le voi utiliza pentru dezvoltarea carierei didactice vor fi menținerea și creșterea standardelor de excelență academică și profesională, pe de o parte, și colaborarea nemijlocită cu colegii (cadre didactice, masteranzi, parteneri în diverse proiecte comune), pe de altă parte. Pentru dezvoltarea competențelor didactice îmi propun:

– promovarea unei culturi a calității, fundamentată pe cunoștințe, entuziasm, responsabilitate, vizibilitate și viziune;

– diversificarea metodelor didactice, bazate pe creativitate colaborativă și parteneriat educațional, apelând la tehnologii inovative de învățare și forme interactive, bazate pe creativitate, colaborare, tehnologia informației și comunicațiilor, precum și pe un parteneriat educațional cu universități și firme de profil din țară și din străinătate;

– stimularea participării și implicarea activă a studenților în desfășurarea cursurilor, seminariilor și exercițiilor, utilizând metode didactice centrate pe învățarea prin descoperire, învățarea pe echipe și învățarea în grup;

– propunerea unor noi discipline pentru programele de studii de master și de licență;

– actualizarea periodică a cursurilor, fișelor disciplinelor, în scopul adaptării permanente le schimbările apărute, facilitând accesul studenților la informații;

– continuarea dezvoltării profesionale și personale prin participarea la diverse forme de formare continuă;

– participarea, în calitate de profesor invitat la activitățile didactice desfășurate în universități din țară și din străinătate.

3.2. Privind activitatea de cercetare științifică

Prin participarea mea în continuare la evenimente de specialitate, atât în plan național cât și internațional, prin publicarea și diseminarea rezultatelor de cercetare precum și prin inițierea și susținerea unor proiecte de cercetare consider că voi aduce un plus de valoare la dezvoltarea cercetării științifice universitare.

Pentru a crește relevanța și impactul rezultatelor mele în cercetarea științifică îmi propun:

– publicarea a minimum 2 articole pe an în reviste științifice indexate în bazele de date internaționale, luate în considerare pentru evaluarea științifică, urmărind diversitatea și tematica revistelor în care voi publica, fără a ignora, pe plan național, revistele și buletinele recunoscute CNATDCU;

– participarea la cel puțin o conferință, cu precădere de nivel internațional, desfășurate atât în țară cât și în străinătate;

– depunea de proiecte la competiții diverse în cadrul rețelelor de cercetare științifică naționale și internaționale, prin lansarea de propuneri de granturi, în calitate de director/responsabil de proiect sau de membru în colectivul de cercetători;

– abordarea în cercetarea mea științifică a unor teme de maximă actualitate în domeniul ingineriei civile;

– implicarea în organizarea de conferințe științifice, creând astfel noi oportunități de colaborare cu diverși parteneri.

CONCLUZII

Planul de dezvoltare a carierei mele profesionale este în concordanță cu liniile directoare ale planului de dezvoltare al Facultății de Construcții și cu planurile manageriale ale conducerii facultății și universității.

Obiectivele formulate în acest plan de dezvoltare a carierei universitare implică colaborare și susținere din partea colegilor din departament și facultate, precum și din partea colegilor din țară și străinătate. Cadrul în care îmi propun continuarea carierei se bazează pe un set de valori precum feedback-ul, transparența, deschiderea la nou, comunicarea sau lucrul în echipă, îmi propun să realizez cât mai multe din imperativele didactice și științifice care sunt în responsabilitatea mea, ca și cadru didactic, cercetător și coleg.

Voi căuta să realizez o re-cuantificare și o re-estimare a efortului depus pentru dobândirea și pentru aprofundarea cunoștințelor, astfel încât evaluările efectuate în scopul aprecierii muncii intelectuale depuse să reflecte capacitatea studenților, masteranzilor și cursanților de a utiliza informațiile primite și nu doar de a reproduce sub o formă cât mai fidelă definiții și concepte.

Îmi propun să îmi consolidez nivelul de entuziasm și eficiență și să dezvolt domeniul Ingineriei civile. Menținerea și crearea unor relații trainice cu cu toți colegii din comunitatea academică, promovarea ideilor de comunitate, transparență și feedback, dezvoltarea de conținut didactic modern și competitiv sunt doar câteva direcții pe care voi insista în perioada următoare.

Consolidarea carierei academice și menținerea unei reputații profesionale excelente îmi vor aduce împlinire și succes atât în plan personal cât și profesional, crescând astfel gradul de vizibilitate și prestigiu al Departamentului de Construcții și al Universității „Ovidius" din Constanța.

REFERINȚE BIBLIOGRAFICE

ARSENIE, D.I., FLOREA, M., MÎRZALI, I., NIȚESCU, C., Some aspects concerning the propagation of the water hammer in pressure pipes, Timișoara, Romania, 2005.

CHAUDHRY H. M., Applied Hydraulic Transients, second edition, Von Nastrand Reinhold Company, U.S.A., 1987.

CIOC D., MĂRUȚĂ AL., CRISTEA AL., Unele probleme referitoare la metoda grafică de calcul a mișcării nepermanente sub presiune, Hidrotehnica, nr. 7, 1963.

CONSTANTINESCU GH., Aerul liber în sisteme sub presiune. Contribuții, Teză de doctorat, Timișoara, 1983.

FLOREA M., Contribuții la studiul mișcărilor nepermanente sub presiune, Teză de doctorat, Constanța, 1997.

OMER I., Contribuții la calculul sistemelor hidraulice sub presiune funcționând în regim nepermanent, teza de doctorat, 2002, 182 pp.

POPESCU M., Rezultate experimentale în studiul mișcărilor nepermanente din sistemele hidraulice sub presiune, Studii și cercetări de mecanică aplicată, Nr.4-5, 1982.

Popescu, M., Arsenie, D.I. & Vlase, P., Applied Hydraulic Transients – For Hydropower Plants and Pumping Stations, Balkema, Netherlands, 2003

POPESCU M., Câteva rezultate privind curgerile nepermanente din sistemele hidraulice sub presiune, Hidrotehnica, Nr. 11-12, 1985.

STREETER V.L., WYLIE B.E., Hydraulic transients, McGraw – Hill Book Company, New York, 1987.

Z. Michael Lahlou, Water Hammer, Tech Brief NATIONAL DRINKING WATER CLEARINGHOUSE, 2003.