Cap. I. Date generale [306299]

Cap. I. Date generale

Fig. 1.1 Harta județului Botoșani și amplasarea obiectivului în județ

1.1 [anonimizat] a omenirii, dar mai ales necesitatea ca suma cunoștințelor acumulate în timp să fie transmisă generațiilor viitoare, s-a făcut simțită și în domeniul măsurătorilor terestre atât prin găsirea modalităților de reprezentare a unor zone prin care oamenii au călătorit cât și a celor în care își desfășurau activitatea în mod curent. [anonimizat], [anonimizat], etc.

Evoluția în timp a măsurătorilor terestre a [anonimizat], dar și dezvoltarea informaticii. Instrumentul teoretic al măsurătorilor terestre este furnizat de matematică prin principiile și metodele de prelucrare a măsurătorilor, [anonimizat], [anonimizat] a zonei de interes prin intermediul cunoștințelor de cartografie.

Obiectivul (Lacul Unțeni) [anonimizat]. Din cauza volumului mare de precipitații (ploi, ninsori) [anonimizat] a multelor afluenți a [anonimizat], care are proprietatea de a [anonimizat]. Principalele efecte la producerea de inundații sunt în special de tip economice (întreruperii temporare sau permanente a proceselor de producție) dar și asupra vieții sociale cât și asupra mediului înconjurător prin consecințele de ordin ecologic pe care ele le pot produce.

Respectarea cerințelor privitoare la fidelitatea reprezentării pe hartă a [anonimizat] , geomorfologia și hidrologia. Cunoașterea geografiei permite o tratare corespunzătoare a [anonimizat], [anonimizat], în timp ce apelând la geologie și geomorfologie se ajunge la formele reliefului și legile de modificare a lor.

Domeniul măsurătorilor terestre se poate împărți în următoarele ramuri principale:

geodezia – [anonimizat] a unor porțiuni întinse ale acestuia. Pentru a [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat]. Totalitatea acestor puncte alcătuiește rețeaua de puncte geodezice. [anonimizat].

topografia – care, pornind de la datele furnizate de geodezie (coordonatele unor puncte într-un sistem unitar, care însă nu delimitează și nu reprezintă detalii din teren), să stabilească poziția relativă a obiectelor din teren și să le reprezinte pe hărți sau planuri. Caracteristic pentru lucrările topografice este că acestea se desfășoară pe suprafețe relativ mici în care influența curburii Pământului este considerată neglijabilă.

cartografia – disciplină care se ocupă de arta și tehnica întocmirii, redactării și editării hărților și a planurilor topografice.

1.2 Localizarea geografică

Obiectivul este situat în partea nord-estică a județului Botoșani, în comuna Unțeni, la 17 km de municipiul Botoșani și 18 km de orașul Săveni, reprezentând limita de Est a intravilanului satului Unțeni (fig. 1.2). Obiectivul are o suprafață de aproximativ 55 ha, conținând un volum de apă de 1.05 mil. m3 . Ca destinație, lacul este de tip piscicol, el reprezentând un obiectiv turistic semnificativ a comunei Unțeni.

Fig. 1.2 Amplasamentul obiectivului în comuna Unțeni

Localitatea ce se află în apropierea obiectivului este satul Unțeni. El are o populație de aproximativ 1128 locuitori (2011), 282 locuințe, principala ocupație a acestora fiind preponderent specifică agricolă (Cultivarea terenurilor agricole, creșterea animalelor în special a ovinelor din rasa karacul).

1.3 Situația juridică

Ridicarea topografică vizează imobilul-teren situat în extravilanul U.A.T.-ului Unțeni. Obiectivul se află în proprietate privată, fiind deținut de S.C. CYPRINUS S.R.L, având o suprafață de aproximativ 55 ha, dar ridicarea topografică s-a efectuat pe o suprafață de aproximativ 85 ha, cuprinzând limite vecine, căilor de comunicație în apropierea obiectivului și diferite elemente topografice și detalii planimetrice existente în zonă. Lacul, ca tip de destinație, este de tip piscicol.

1.4 Baza geodezo – topografică din zona studiată

Pentru a putea întocmi orice tip de lucrare geodezo-topografică este nevoie de o documentare prealabilă, din aceasta rezultând alegerea datelor necesare întocmirii studiilor topografice. Conform cu cerințele zonei studiate se solicită : hărți și planuri existente ale lucrărilor geodezice executate anterior, inventare ale coordonatelor punctelor geodezice și reperele de nivelment, descrierea topografică a punctelor etc.

Toate aceste informații sunt furnizate de către Oficiul de Cadastru și Publicitate Imobiliară Cluj, la cerere. În urma documentării, s-a trecut la identificarea pe teren a punctelor pentru care existau coordonate cunoscute, stabilindu-se, astfel, rețeaua de triangulație pe care se vor sprijini ridicările topografice ulterioare:

Tabel 1.1 Inventar de coordonate ale punctelor rețelei geodezice

1.4.1 Proiecția stereografica 1970

Această proiecție a fost adoptată de către țara noastră în anul 1973 fiind folosită și în prezent. Are la bază elementele elipsoidului Krasovski-1940 și planul de referință pentru cote Marea Neagră–1975. A fost folosită la întocmirea planurilor topografice de bază la scările 1:2.000, 1:5.000 și 1:10.000, precum și a hărților cadastrale la scara 1:50.000.

Dintre elementele caracteristice proiecției Stere 70 amintim :

– Punctul central al proiecției

– Adâncimea planului de proiecție

– Deformațiile lungimilor

Punctul central al proiecției (polul proiecției) este un punct fictiv, care nu este materializat pe teren, situat aproximativ în centrul geometric al teritoriului României, la nord de orașul Făgăraș. Coordonatele geografice ale acestui punct sunt de 25˚ longitudine estică și de 46˚ latitudine nordică.

Adâncimea planului de proiecție este de aproximativ 3.2 km față de planul tangent la sfera terestră în punctul central. În urma intersecției dintre acest plan și sfera terestră de rază medie s-a obținut un cerc al deformațiilor nule cu raza apropiată de 202 km (fig. 1.3).

Deformația relativă pe unitatea de lungime (1 km) în punctul central al proiecției este egală cu -25 cm/km și crește odată cu mărirea distanței față de acesta pană la valoarea zero pentru o distanță de aproximativ 202 km. După această distanță valorile deformației relative pe unitatea de lungime devin pozitive și ating valoarea de 63,7 cm/km la o depărtare de centrul proiecției de aproximativ 385 km.

Fig. 1.3 – Harta deformațiilor liniare relative pe teritoriul României în proiecția Stereografică 1970.

Adoptarea proiecției Stereo70 a urmărit o serie de principii care satisfac cerințele de precizie și câteva aspecte specifice teritoriului României dintre care amintim:

– Teritoriul României are o formă aproximativ rotundă și poate fi încadrat într-un cerc cu raza de 400 km;

– Limitele de hotar sunt încadrate, în cea mai mare parte ( 90 %), de un cerc de rază 280 km și centru în polul proiecției;

– Proiecția este conformă (unghiurile sunt reprezentate nedeformat);

– Deformațiile areolare negative și pozitive sunt relativ egale, ceea ce permite o compensare a lor, adică prin reprezentarea in planul Proiecției Stereo70 este menținută suprafața totală a teritoriului.

Deformația liniară poate fi apreciată din punct de vedere cantitativ cu ajutorul formulei:

Dsec = D0 + L2 / 4R2 +L4 / 24R4 + …[km/km], unde:

– Dsec este deformația regională sau liniară relativă pe unitatea de lungime (1km) în plan secant;

– D0 = -0.000 250 000 km / km este deformația din punctul central al proiecției în plan secant;

– L este distanța de la punctul central al proiecție Stereografice 1970 la punctul din mijlocul laturii trapezului sau a distanței măsurate pe suprafața terestră;

– R = 6 378. 956 681 km este raza medie de curbură a sferei terestre pentru punctul central al proiecției.

Modul în care se realizează proiecția punctelor de pe suprafața terestră pe planul proiecției Stereografice 1970 este prezentat în fig. 1.4.

Fig. 1.4 – Proiecția punctelor de pe suprafața terestră pe planul proiecției Stereografice 1970.

r – raza cercului deformațiilor nule (aprox. 202 km);

H – adâncimea planului de proiecție (aprox. 3.2 km);

1, 2, 3, …,9 – puncte de pe suprafața terestră;

1’,2’,3’,…,9’ – puncte de pe suprafața planului de proiecție Stereografic 1970.

Pentru a putea vizualiza mai ușor mărimea și caracterul deformațiilor liniare s-au utilizat culori diferite in reprezentarea planului de proiecție Stereografic 1970 astfel:

– culoarea roșu pentru valori negative ale deformațiilor (distanța din teren > distanța plan proiecție);

– culoarea galben pentru valori aproximativ egale cu zero ale deformațiilor (distanța teren ~ distanța plan proiecție);

– culoarea albastră pentru valori pozitive (distanța teren < distanța plan proiecție).

Distanțelor, egale între ele, de pe suprafața terestră (12), (23), (34), (45), (56), (67), (78), (89) le corespund distanțele (1’2’), (2’3’), (3’4’), (4’5’), (5’6’), (6’7’), (7’8’), (8’9’) din planul proiecției. Între cele două categorii de distanțe se pot scrie următoarele inegalități:

– (1’2’)<(2’3’)<(3’4’)< (4’5’)<(5’6’)<(6’7’)<(7’8’)<(8’9’);

– (1’2’)<(12); (2’3’)<(23); (3’4’)<(34); (4’5’)<(45); (5’6’)≈(56); (6’7’)>(67); (7’8’)>(78); (8’9’)> (89).

Pentru a obține informații privitoare la mărimea diferenței dintre cele două tipuri de distanțe este necesară o reprezentare grafică a funcției Dsec = f(L), descrisă anterior, folosind următoarea diagramă (fig. 1.5) :

Fig. 1.5 – Diagrama deformațiilor liniare relative în proiecția Stereografică 1970.

1.4.2 Sistemul de cote Marea Neagră 1975

Nivelmentul reprezintă totalitatea metodelor, procedeelor și operațiilor prin care se determină altitudinea unor puncte de pe suprafața terestră în scopul reprezentării lor pe o hartă sau pe un plan. Înălțimile punctelor ce alcătuiesc rețelele nivelitice de orice ordin au ca origine un punct de sprijin, de bază, numit punct fundamental sau punct de nivel zero.

În România, sistemul de nivelment utilizat pentru rețeaua de nivelment de stat este denumit „Sistemul de cote Marea Neagra zero 1975”. Punctul zero fundamental a fost considerat în Capela Militară Constanța.

Fig. 1.6 Reprezentarea suprafețelor de nivel

1.5 Prezentarea softurilor utilizate în prelucrarea datelor

1.5.1 AutoCAD

AutoCAD este cel mai răspândit mediu de grafică și proiectare asistată de calculator. Are un format soft recunoscut pe mapamond, (fișier de tip .dwg) , compatibil cu aproape orice mediu de proiectare asistată de calculator.

Zona de desenare sau zona grafică, prezentate în figura de mai jos, reprezintă spațiul aflat la dispoziția utilizatorului, iar dimensiunile sale pot fi modificate. În această zonă se observă un simbol grafic care reprezintă axele sistemului de coordonate și un sistem rectangular, numit “colimator”care stabilește poziția curentă a cursorului de desenare în cadrul spațiului de lucru.

Fig. 1.7 Interfața programului AutoCAD

Sub zona de desenare se află zona de introducere de la tastatură a comenzilor programului, cu rol foarte important în decursul utilizării acestuia. Această zonă afișează în mod implicit trei linii de text. Linia de jos, numită “linie de comandă”, are rolul de a permite utilizatorului introducerea comenzilor specifice programului AutoCAD.

De asemenea, tot în această zonă utilizatorul primește în permanență mesaje și diverse informații generate de AutoCAD, legate de comanda activă la un moment dat. Astfel, programul cere ca utilizatorul să stabilească anumite opțiuni ale comenzii curente, să introducă diverse valori necesare în procesul de desenare etc.

În partea cea mai de jos a interfeței se găsește zona de stare în care sunt afișate informații asupra stării sistemului: coordonatele punctului curent, modurile ajutătoare de lucru (SNAP,GRID, ORTHO etc.), spațiul model sau hârtie (Model Space, Paper Space).

În partea superioară a interfeței se află linia de titlu, care conține numele desenului curent, zona meniurilor desfășurabile cu comenzile programului, bara de comenzi standard cu butoane pentru cele mai frecvent utilizate comenzi AutoCAD și Windows (UNDO,  REDO,  ZOOM,  PAN,  OPEN,  SAVE,  PLOT,  COPY,  PASTE, etc.) și linia de afișare și modificare rapidă a proprietăților obiectelor desenate (strat – layer, tip de linie, culoare utilizată).

Majoritatea comenzilor și opțiunilor programului AutoCAD se găsesc în meniurile desfășurabile aflate în bara de meniuri din partea superioară a interfeței.

Coordonatele în AutoCad :

Majoritatea desenelor care sunt realizate cu AutoCAD-ul, indiferent de complexitatea lor sunt formate din obiecte elementare, cum ar fi linii, arce, circumferințe, polilinii, etc.

Pentru desenarea acestor obiecte este necesar de introdus coordonatele punctelor ce indică poziția, dimensiunea sau direcția lor. Și în operațiile de editare necesită introducerea unor puncte. În AutoCAD sunt patru metode de introducere a coordonatelor:

– Utilizarea coordonatelor absolute;

– Utilizarea coordonatelor relative;

– Introducerea directă a distanței;

– Afișarea coordonatelor.

Introducerea directă a distanței: AutoCAD-ul poate specifica coordonatele relative și prin introducerea directă a distanței. În acest caz în loc să se introducă valorile coordonatelor, se poate specifica un punct prin indicarea direcției cu cursorul și introducerea distanței. Metoda permite specificare rapidă a lungimii unui segment și este folosită în special pentru direcțiile ortogonale, când este activată opțiunea Ortho.

1.5.2 Microsoft Excel

Microsoft Excel este un program de calcul tabelar, care aparține grupei de programe Microsoft Office. Pe lângă numeroasele domenii în care are aplicabilitate, acest program permite și automatizarea lucrărilor de topografie.

Funcțiile Excel permit efectuarea de calcule și prelucrări diverse, de la cele mai simple până la cele mai complexe.

Fig. 1.8 Interfața programului Microsoft Excel

Funcțiile predefinite reprezintă formule speciale care respectând o anume sintaxă, execută operații și prelucrări specifice, fiind destinate rezolvării unor probleme și aplicații ce conțin elemente predefinite de calcul.

Unele funcții predefinite sunt echivalente formulelor: de exemplu, formula de adunare a conținutului celulelor A1, A2 și A4, adică =A1+A2+A4 este echivalentă cu funcția =Sum(A1:A2;A4). Alte funcții (majoritatea cazurilor) nu au echivalent în rândul formulelor, rezultatul scontat neputând fi obținut decât prin aplicarea funcțiilor predefinite sau putând fi obținut pe cale obișnuită, prin aplicarea succesivă a mai multor operații și formule.

Folosirea funcțiilor predefinite este supusă unor reguli foarte stricte, a căror nerespectare poate conduce la un rezultat incorect sau generator de eroare.

1.5.3 Microsoft Word

Microsoft Word este un procesor de text care face parte, de asemenea, din grupa de programe Microsoft Office. Cu ajutorul acestui program se pot realiza documente, pagini de internet, rapoarte, desene etc. Microsoft Word permite lucrul cu mai multe documente deodată. Folosind meniul "Window" se poate trece dintr-un document în altul. În meniul "File" există comenzile: "Save" (salvează progresul dumneavoastră), "Save As" (salvează munca dumneavoastră într-un fișier ), "Open" (deschide alt document scris în Microsoft Word), "New" (Deschide un document gol), "Print" (listează documentul deschis în acel moment). În afară de meniul "File" mai există următoarele meniuri: Edit, View, Insert, Format, Tools, Table, Window, Help, fiecare având funcții specifice.

Fig. 1.9 Interfața de lucru a programului Microsoft Word

1.5.4 Surfer

Surfer este un program de cartare 3D a suprafetelor si contururilor, care ruleaza Microsoft Windows. Acest produs software converteste rapid si usor datele in contururi, suprafete, vectori, imagini, relief si harti. Toate aspectele hartilor pot fi personalizate pentru a crea prezentarea dorita. Producerea de harti de calitate nu a fost nicicand mai usoara si mai facila.

Surfer este folosit pe scara larga pentru modelarea terenurilor, vizualizarea terenului, analiza suprafetelor, generarea de harti 2D etc. Facilitatile de import fac deosebit de facil importul datelor.

Folosirea programului a fost necesară pentru exportarea în format .dwg a curbelor de nivel sub formă de polilinii.

Fig. 1.10 Interfața de lucru a programului Surfer

1.5.5 ArcGIS

ArcGIS este un pachet de programe produs de compania ESRI care permite crearea, prelucrarea, integrarea analiza și afișarea datelor geografice la diferite niveluri. În cadrul arhitecturii ArcGIS utilizatorii pot accesa "clienți ArcGIS" (ArcView, ArcEditor, ArcMap) sau "servere" (ArcSDE, ArcGIS server and ArcIMS).

In ArcGIS sunt incluse sute de instrumente pentru efectuarea de analize spațiale. Aceste instrumente vă permit să transformați datele în informații și să automatizați o mare parte din sarcinile incluse in proiectul GIS.

ArcGIS oferă posibilitatea de a produce hărti de înaltă calitate fără a întâmpina dificultățile întâlnite în cazul altor software-uri de cartografie. ArcGIS oferă urmatoarele avantaje:

– O biblioteca mare de simboluri.

– Module wizard simplu de parcurs si sabloane de harta predefinite.

Pornind de la simple analize până la analize de business și tehnici de distribuție, există o gamă variată de aplicații ce pot folosi operații de geocodare. Folosind adresele geocodate putem afișa locații și putem recunoaște caracteristicile anumitor zone. Acest lucru poate fi facut foarte usor doar vizualizând informația sau utilizând instrumentele de analiză disponibile în ArcGIS.

Fig. 1.11 Interfața de lucru a programului ArcMap, soft aparținând de ArcGIS

1.5.6 HEC-RAS și HEC-GEORAS

Una dintre cele mai utilizate soluții software o reprezintă programul HEC-RAS împreună cu extensia pentru Esri ArcGIS, HEC-GeoRAS. Extensia a fost dezvoltată odată cu implementarea soluției software ArcView 3.2, fiind adusă la zi de fiecare dată când programul de origine avea un nou upgrade, ajungând până la ArcGIS 10.2 la acest moment. Conform tutorialului existent pe pagina de internet a dezvoltatorului, Hec-RAS (Hydrologic Engeneering Center River Analisis System) este un soft free source dezvoltat de Hydrologic Engeneering Center of U.S. Army Corps, care permite integrarea bazelor de date spațiale GIS prin intermediul extensiei HEC-GeoRAS.

Fig. 1.12 Interfața programului HEC-RAS

1.5.7 Leica GeoOffice Tools

Acest program este un software de birou pentru toate instrumentele firmei Leica, ustensilă pentru importul datelor. Combină datele de la toate instrumentele pentru a produce rezultatele finale, astfel se vor obține cele mai bune rezultate. Cu acest program se pot procesa date GNSS, TPS de la stațiile totale, date de nivelment .

Fig. 1.13 Interfața programului Leica GeoOffice Tools

Cap. II. Culegerea datelor pentru crearea MDT

Principalele date utilizate pentru crearea efectivă a MDT sunt :

Măsurători topo-geodezice efectuate și compensate, pentru zona de studiu

Planuri topo-cadastrale aflate în arhiva OCPI a județului (planuri cadastrale 1:10000, 1:2000, ortofotoplanurile, etc)

2.1 Efectuarea măsurătorilor topo-geodezice

Aceasta s-a efectuat prin metoda drumuirii planimetrice combinată cu radierea, cunoscută și sub denumirea de metoda poligonației, este cea mai utilizată metodă de îndesire a rețelei de sprijin pentru ridicarea detaliilor terenului. Datorită numărului mare de puncte de detaliu și faptului că acestea nu pot fi vizibile dintr-o singură stație, rezultă necesitatea unui număr mare de puncte de sprijin. Drumuirea planimetrică permite crearea unui număr suficient de puncte de sprijin situate la distanțe convenabile pentru efectuarea măsurătorilor de detaliu. În plus, măsurătorile efectuate pentru îndesirea rețelei de sprijin pot fi combinate cu cele pentru ridicarea detaliilor, ceea ce conduce la economie de manoperă și de timp de lucru. Dacă punctele succesive se unesc între ele cu segmente de dreaptă, se formează un contur poligonal, la care punctele respective sunt vârfuri. Dacă acest contur este deschis, deci pornește de pe un punct și se termină pe un alt punct de sprijin, drumuirea se numește deschisă sau desfășurată. În situația când conturul poligonal se termină pe punctul de pe care a început, drumuirea se numește închisă sau în circuit.

Noțiunea de drumuire derivă de la faptul că aceste trasee poligonale sunt parcurse într-un sens ales, de către operatorii care efectuează măsurătorile pe teren. Vârfurile traseului poligonal reprezintă punctele de stație ale drumuirii iar segmentele care unesc aceste puncte se numesc laturile drumuirii. Pentru un sens de parcurs stabilit și pentru un punct staționat oarecare, vârful anterior se numește vârf din urmă și latura anterioară latura din urmă a drumuirii; punctul și latura următoare față de stația considerată se numesc respectiv punct înainte și latură înainte ale drumuirii.

Scopul principal al drumuirii este de a permite determinarea coordonatelor vârfurilor traseului poligonal. Pentru aceasta, pe teren se staționează succesiv cu aparatul fiecare punct și se fac măsurători ale unghiurilor orizontale dintre laturile drumuirii și ale unghiurilor verticale ale acestor laturi. De asemenea, se măsoară și distanțele înclinate între puncte pe cale directă sau electronic.

În situația când se dorește ca simultan cu măsurătorile pentru drumuire să se ridice și punctele de detaliu, atunci în fiecare stație, după ce s-au determinat elementele necesare drumuirii, se continuă cu măsurarea punctelor de detaliu vizibile și apropiate de stația respectivă. În acest sens încă de la stabilirea traseului drumuirii se va urmări o alegere judicioasă a poziției punctelor de stație, astfel încât, acestea să fie în număr cât mai mic și să permită ridicarea completă a detaliilor.

Ca tip de drumuire pentru proiect s-a folosit drumuirea tahimetrică desfășurată.

Fig. 2.1 Schiță drumuire

.

Tabel 2.1 Coordonatele absolute ale drumuirii

Pentru măsurarea și determinarea pozițiilor planimetrice ale punctelor caracteristice ale terenului necesare întocmirii planului de situație s-a folosit metoda radierii ca metodă auxiliară de ridicare sprijinită pe puncte de drumuire .

Astfel metoda radierii constă în măsurarea din fiecare punct de stație a direcțiilor orizontale și a distanțelor determinate pe punctul de stație și fiecare punct caracteristic.

Măsurătorile se execută doar în poziția I a lunetei aparatului, iar operațiile de teren se desfășoară în următoarea succesiune:

a. Instalarea aparatului în punctul de stație și măsurarea înălțimii acestuia;

b. Orientarea stației pe punctul din urmă al drumuirii sau pe unul sau mai multe puncte de coordonate cunoscute;

c. Realizarea măsurătorilor propriu-zise ale punctelor de detaliu care constau în:

-măsurarea distanțelor înclinate;

-măsurarea direcțiilor orizontale către punctele de detaliu;

-măsurarea unghiurilor verticale ale aliniamentelor determinate de punctele de stație și cele de detaliu.

Calculul coordonatelor punctelor de detaliu se realizează în următoarea succesiune:

Reducerea la orizont a distanțelor înclinate;

Calculul unghiurilor orizontale între aliniamentul de referință (punctul de stație – punct de orientare) și aliniamentul determinat de punctul de stație și punctul de detaliu;

Calculul orientării aliniamentului „punct de stație – punct de detaliu”;

Calculul coordonatelor relative ale punctelor de detaliu în raport cu punctele de stație;

Calculul coordonatelor absolute ale punctelor de detaliu.

2.2 Întocmirea planului topo-cadastral

Reprezentarea în plan a detaliilor planimetrice de pe suprafața topografică se face în funcție de punctele caracteristice determinate prin măsurători de teren și care raportate pe o foaie de hârtie și unite prin linii conform schițelor din teren, dau imaginea detaliilor terenului, care au făcut obiectul ridicării în plan .

Planul topo-cadastral este rezultatul a trei categorii de lucrări :

– lucrări de măsurare pe teren a elementelor unghiulare și liniare , necesare determinării pozițiilor punctelor ;

– lucrări de calcul la birou unde se face prelucrarea datelor rezultate de pe teren ;

– lucrări de redactare a planului la birou prin reprezentare grafică a elementelor rezultate din calcul .

În operația de redactare a planurilor se folosesc diferite instrumente, în funcție de mărimea și importanța suprafeței de reprezentat, de precizia de redactare. Principalele instrumente de raportat și desenat sunt :

– coordonatografele rectangulare ,

– coordonatele polare ,

– rigle și echere ,

– raportoare ,

– hârtia de desen .

Întocmirea plaurilor topografice se poate face prin metode exacte, folosindu-se coordonatele rectangulare, prin metode aproximative, folosindu-se coordonate polare, sau, în mod curent prin metode combinate, folosindu-se atât coordonatele rectangulare cât și cele polare .

Lucrările de întocmire se desfășoară în mai multe faze :

Faza pregătitoare

În această fază se întocmește inventarul de coordonate a punctelor ce urmează a se raporta, alegerea scării și a axelor de coordonate .

Raportarea punctelor

Raportarea punctelor determinate prin coordonate rectangulare (puncte de triangulație, de intersecție, de drumuire și uneori de radiere) se face după realizarea caroiajului , față de punctele acestuia .

Verificarea raportării punctelor prin coordonate rectangulare se face prin măsurarea grafică a distanțelor dintre puncte și compensarea cu valorile corespunzătoare din calcul .

Unirea punctelor

După raportarea punctelor de sprijin ca și a punctelor caracteristice, se unesc conform schițelor făcute pe teren, obținându-se forma detaliilor planimetrice . Odată cu aceasta, se desenează și semnele convenționale, în conformitate cu prevederile atlasului de semne convenționale .

Cartografierea planului

În această fază se face scrierea prin care se completează și se definitivează un plan. Scrierea privește nu numai numerotarea punctelor, ci și toponimia, adică denumirea localităților, apelor, pădurilor, etc. La sfârșit se scrie și titlul planului, regiunea cuprinsă, scara planului și numele operatorului .

Pe baza măsurătorilor topografice destinate întocmirii de noi planuri, s-a realizat planul de situație al suprafeței din tema de proiect, la scara 1:1000, în sistem automatizat, pe platforma programului de grafică asistată de calculator – AutoCad , operativitatea în realizarea planului crescând in mod simțitor.

Fig. 2.2 Întocmirea planului topografic de detaliu

Cap. III. Crearea modelului digital al terenului

3.1 Sisteme Informaționale Geografice

3.1.1 Noțiuni generale

Un sistem informațional geografic este un ansamblu de subsisteme, destinat pentruculegerea, prelucrarea, integrarea, stocarea, extragerea, prezentarea și furnizarea datelor și informațiilor geografice. Ca subsisteme pot fi considerate echipamentele (în care rolul principal îl au calculatoarele electronice), programele, bazele de date și de cunoștințe,tehnologiile și personalul de proiectare, realizare și exploatare. Informația geografică este prezentată pe teme diferite, dar referite la un cadru geografic sau cartografic unitar. Fiecare temă este concretizată printr-un "strat" de date. Un sistem informațional geografic poate fiutilizat pentru realizarea de combinații ale relațiilor geografice ale diferitelor straturi de date și prezentarea unei hărți ca rezultat al analizei geografice. Temele individuale pot fi prezentate și separat.

Când spațiul de definiție a poziției elementelor este spațiul geografic, SIS devine sistem informațional geografic (SIG). Un SIG poate rezulta din generalizarea unor sisteme informaționale teritoriale ale unor zone adiacente.În unele țări se acceptă doar denumirea de sisteme informaționale teritoriale pentru toate aceste genuri de sisteme.În cazul SIG, datele de poziție sunt coordonatele geografice, definite într-un datum geodezic acceptat, universal.

Sistemele informatice geografice (Geographical Information Systems – GIS) fac parte din clasa mai largă a sistemelor informatice. Ele au ca principală caracteristică tratarea informației ținând cont de localizarea sau amplasarea ei spațială, geografică, în teritoriu prin coordonate. Tehnologiile GIS au apărut în urmă cu 25 de ani din necesitatea de a facilita operații complexe de analiză geografică pentru care sistemele existente (CAD, DBMS) nu ofereau nici o posibilitate ori necesitau un mare consum de timp sau proceduri foarte anevoioase.

Aplicabilitatea GIS este practic nelimitată căci marea majoritate a activităților umane au drept trăsătura importantă localizarea în spațiu. În mod natural, un astfel de sistem este utilizat pentru producerea de planuri și hărți, gestionarea rețelelor de utilitate publică (apă și canalizare, termoficare, electrice, telefonice, gaze, drumuri, căi ferate, linii de transport urban etc.), identificarea amplasamentului optim pentru o investiție, studiul impactului unui obiectiv (centrala nucleara, aeroport, rafinărie ) asupra mediului ambiant, etc.

Informații de calitate înseamnă decizii de calitate. GIS, integrând baze de date distribuite și facilități de suport al deciziilor, poate fi un ajutor fundamental în managementul oricărei organizații complexe, cu sarcini multiple, interdependente.

Chiar dacă sistemele GIS au înregistrat o creștere extraordinară în ultimii 15 ani și sute de mii de oameni folosesc acum această tehnologie, foarte puțini realizează cum le este afectată indirect viața cotidiană de aceste sisteme informaționale.

Mai pe larg, un sistem GIS este un sistem folosit pentu modelarea informației, proceselor și structurilor, care reflectă lumea reală, inclusiv evenimentele trecute, pentru a putea înțelege, analiză și gestiona resurse și facilități. Un sistem GIS poate fi descris ca un sistem de gestiune a unei baze de date, care de regulă prezintă utilizatorului datele într-un mod interactiv grafic, care poate fi interogată și analizată.

3.1.2 Componentele GIS

GIS nu trebuie privit ca un sistem pur hardware, el este un ansamblu constituit din (figura 5.1):

• Oamenii – utilizatorii sistemului;

• Metode– procesele și programele utilizate pentru atingerea scopurilor dorite;

• Date – informațiile necesare care stau la baza aplicației;

• Software – nucleul sistemului GIS;

• Hardware – componentele fizice pe care va rula sistemul.

Fig. 3.1 Componentele unui GIS

Figura următoare (fig. 3.2) trebuie interpretată ca o propoziție, și pornește de la cele mai importante elemente care alcătuiesc un sistem GIS, până la cele mai puțin importante.

Fig. 3.2 Ierarhia componentelor GIS

Oamenii

Sistemele informaționale, geografice sau nu, vin din necesitatea oamenilor în organizații de a răspunde la întrebări, de a-și realiza sarcinile într-un mod cât mai simplu și, în general de a interacționa cu lumea și oamenii care o alcătuiesc.

Un sistem informațional precum GIS vine în sprijinul realizării activităților într-un timp mult

mai scurt și cu rezultate mult mai consistente, cu un nivel ridicat de încredere.Designul și implementarea unui sistem GIS începe cu oamenii și necesitățile lor, și se termină cu aplicații reale de care aceștia se folosesc în vederea atingerii scopurilor propuse. Întregul sistem există pentru a ne sprijini în realizarea sarcinile pe care le avem.

Metodele

Metodele reprezintă următoarea treaptă în ierarhia menționată mai sus, deoarece acestea definesc funcționalitățile pe care trebuie să le aibă sistemul informațional.

În diferite organizații oamenii au nevoie să întocmească diverse tipuri de rapoarte, să ia anumite decizii și, în general, să aplice propriile abilități pentru a rezolva tot felul de probleme. Activitățile, procesele desfășurate în vederea realizării acestora lucruri poartă denumirea de aplicații. Aplicațiile iau naștere din misiunea și obiectivele organizației. În proiectarea oricărui sistem de informații trebuie ținut cont de tipul de aplicații ce vor fi suportate de acesta.

Mai exact, aplicațiile reprezintă modul în care sunt obținute datele, cum sunt stocate, transformate și analizate pentru a fi prezentate într-o formă finală la ieșire. Un exemplu simplu de aplicație îl constitue densitatea populației la nivel național sau monitorizarea calității apei.

Datele

Pentru că aplicațiile să funcționeze în mod corespunzător, acestea au nevoie de date. Nu se poate construi o harta cu potențialul vânzărilor sau cu amplasarea geografică a clienților fără a deține anumite tabele ci informațiile necesare realizării unui astfel de rezultat. Aceste tabele se vor află intr-o baza de date (eventual mai multe), sistemul necesitând existența unor intrumente specializate pentru accesul, administrarea și manipularea datelor. Tipurile de date posibile, modul de capturare, stocare și interogare a acestora vor fi prezentate în subcapitolul următor.

Software

Când vorbim de software-ul GIS, ne referim la instrumentele utilizate pentru a stoca, analiză, și afișa informațiile geografice. În orice sistem GIS, datele, pe lângă reprezentarea spațială, posedă legături către diferite atribute ce sunt stocate într-o baza de date. Majoriatatea aplicațiilor oferă o interfață ușor de utilizat pentru interogarea datelor și manipularea spațială prin utilizarea unor instrumente precum zoom sau pan.

Pe scurt, componentele software principale ce alcătuiesc un sistem informațional GIS sunt: un sistem de gestiune a bazelor de date, o interfață grafică care să permită manipularea instrumentelor, și bineînțeles instrumentele.

Nivelul coborât pe care se află software-ul în ierarhie se datoreza faptului că aplicațiile pot exista chiar dacă se renunță la software, atâta timp cât datele există și sunt aranjate într-o manieră utilă.

Hardware

GIS hardware nu este nimic altceva decât un sistem, un computer pe care să ruleze aplicația GIS. Pe lângă sistemul propriu-zis cu tastatură, monitor, cabluri, conexiune internet, mai pot există componente precum: imprimante profesionale, scanere, echipamente speciale care să scaneze hărți și să introducă datele din hărți în baza de date GIS. Trio-ul din centrul Figurii.1: aplicații-software-date, reprezintă nucleul sistemului de informații. În mod ideal, acesta ar trebui să funcționeze indiferent de oamenii care intervin în sistem (în cazul în care design-ul aplicației este bine realizat ) și trebuie să fie îndeajuns de flexibil pentru a funcționa indiferent de inovațiile care apar la nivel hardware, chiar și în absența totală a hardware-ului.

3.1.3 Avantaje și riscuri

Avantajele utilizării unui GIS:

• Datele sunt mai bine organizate

• Elimină redundanța în stocarea datelor

• Facilitatea actualizărilor

• Analize, statistici și noi căutări mult mai ușoare

• Utilizatorii sunt mai productivi

Principalele riscuri pe care orice sistem GIS și le asumă :

• Complexitate

• Costuri ridicate

• Modificările din teren

• Dificultăți în formarea de personal

3.1.4 Tipuri de date folosite in GIS

Esența proiectului GIS este constituită de relațiile univoce dintre entitățile grafice și atributele descriptive asociate acestora.

Fondul grafic se poate compune din următoarele tipuri de entități:

A) date raster : planuri scanate, ortofotoplanuri, imagini satelitare.

B) date vectoriale : punct, linie și poligon

A) Principala modalitate alternativă de reprezentare/stocare a entităților grafice este sub formă de imagini raster –obținute prin scanarea hărților/planurilor existente sau prin aero-fotografierea teritoriului (planuri de baza, ortofotoplanuri, imagini satelitare). Imaginea raster este o matrice rectangulară de pixeli și doar cromatica acestora ajută ochiul uman sau software-ul să distingă entitățile reprezentate.

B) Entitățile grafice folosite în GIS sunt definite vectorial,ceea ce înseamnă că reprezentarea lor pe ecran se bazează pe algoritmi matematici (geometrie,trigonometrie, algebră). O entitate este generată pe ecran (de către software) pornind de la coordonatele carteziene ale punctelor sale detrminante și de la definiția sageometrica.

Datele spațiale folosite la proiect sunt de tip date vectoriale (fig. 5.3) și sunt :

a)puncte – reprezintă entități punctiforme (simboluri) de pe plan /hartă (puncte de referință geografică și geodezică; puncte de măsurători; borne; clădiri; centre administrative; etc), acestea sunt caracterizate de coordoatele absolute ale plasării sale în plan/spațiu (X, Y, și eventual Z). Acestea se pot abate de la caracterul punctual doar atât cât să capete un plus de sugestivitate (fiecare mediu Gis pune la dispoziția utilizatorilor câteva zeci/sute de simboluri conforme unor standarde mai mult sau mai puțin acceptate la nivel mondial).

b)linii – succesiuni de segmente liniare (inclusiv arce de cerc) costituind rețele ce apar în reprezentarea grafic (rețeaua hidrologică, drumurile, lini electrice, etc).

c)poligoane – contururi închise reprezentând entitățile caracterizate de suprafață la sol (parcele, arii protejate, lacuri, etc)

Datele alfa-numerice (fig. 3.3) reprezintă cumulul organizat și structurat de informații associate entităților grafice (“atribute”). Fiecărei entități grafice i se asigneaza o linie de table în baza de date ( o “înregistrare”).

Pentru că industria bazelor de date este dominantă de peste trei decenii de modelul relațional desigur că majoritate aplicațiilor GIS au recurs la acesta. Modelul relațional al bazelor de date se manifestă, dintr-o perspectiva simplificată/practică, prin următoarele:

– date – constituie atribute ale unei familii de entități înrudite. Acestea sunt structurate în tabele:

– coloanele de tabel definesc atributele urmărite ( se mai numesc și câmpuri/fields);

– rândurile definesc entitățile urmărite. Un rând (lini din tabel) colectează atributele (caracteristicile) unei entități (se mai numesc și înregistrări/records);

– între tabele se pot stabili relații de asociere/legătură, prin considerarea unor identificatori comuni (unei înregistrări dintr-un tabel îi poate corespunde una sau mai multe înregistrări din alt tabel);

– existența mecanismelor de gestionare/exploatare relațională a bazelor de date (comenzi/instrucțiuni pentru crearea, modificarea, actualizarea, interogarea și raportarea datelor).

În fluxul proiectului GIS, după constituirea fondului grafic al unei teme, urmează crearea (implicită sau explicită) a tabelei de date asociate acelei teme. Platforma GIS construiește automat acea tabela, sau asista proiectantul să stabilească legăturile cu o tabela externă pregătită în prealabil.

Desigur că tabela asociată unei teme are atâtea înregistrări câte entități vectoriale sunt în acel strat tematic (ex. De strat tematic: hidrografia ocolului, bornele, etc).

În mod firesc avem posibilitatea de a adaugă câmpuri/coloane noi la tabela principala asociată, pentru a colecta și alte informații despre entitățile vestoriale modelate.

Entități grafice (date vectoriale) b) Date alfa-numerice

Fig. 3.3 Tipuri de date. (curbe de nivel)

Odată definită structura de organizare a datelor alfa numerice se poate începe popularea bazei de date. În acest sensexista următoarele situații/practici:

– culegere explicită sincronă cu dezvoltarea fondului grafic;

– culegerea explicită asincronă cu dezvoltarea fondului grafic – atributele se complectează după creearea entităților grafice;

– importul datelor din tabele ale unor baze de date înrudite tematic cu aplicația GIS.

3.1.5 Simbolizarea datelor

Alegerea modului de reprezentare a datelor pe o hartǎ poate fi cea mai importantǎ decizie. Modul de reprezentare determinǎ ceea ce harta comunicǎ. Pe unele hǎrti se dorește doar reprezentarea poziției obiectelor. Cel mai ușor mod de a realiza acest lucru este de a desena toate obiectele cu același simbol. Pe alte hǎrti se dorește reprezentarea pe baza valorilor atribut sau a caracteristicilor care le identificǎ. De exemplu drumurile forestiere pot fi cartate pe categorii pentru a avea o idee mai bunǎ despre modelele de colectare a masei lemnoase sau se poate carta arealul unei specii forestiere, respective habitatul unor specii de animale din fondul cinegetic etc. de la cel mai favorabil spre cel mai puțin favorabil.

În general obiectele se pot reprezenta dupǎ cum urmeazǎ:

1.Cu un simbol unic (fig. 3.4)

Fig. 3.4 Simbolizarea datelor prin simbol unic

2. Simbolizare cu valori unice – clasificare în funcție de o caracteristică, de un anumit tip (fig.3.5)

Fig. 3.5 Simbolizarea datelor prin valori unice

3. Simbolizare ce reprezintă cantități (culori graduale, simboluri graduale și hǎrți de densitǎți de puncte) (fig. 3.6)

Fig. 3.6 Simbolizarea datelor prin simboluri graduale

4. Simbolizarea de tip diagramǎ (grafic). Grafice de tip cerc, columnar sau columnar cumulative. (fig. 3.7)

Fig. 3.7 Simbolizarea datelor sub formă de diagramă prin grafice de tip cerc

3.1.6 Captarea datelor

Captura datelor se referă la introducerea datelor în sistem. Această este componentă cu cele mai mari cerințe din punctul de vedere al resurselor de timp din cadrul unui GIS. Fiecare apariție a obiectelor dintr-o hartã trebuie specificatã, la fel si relațiile spațiale dintre ele.

Informația privind ridicarea unui teritoriu poate fi obținută din diferite surse clasice sau moderne de date :

-hărți topografice – în care această informație se regăsește sub forma curbelor de nivel și a punctelor de cotă; (acurateție mică/medie – nu se recomandă)

-ridicări precise topogeodezice; (acuratețe foarte mare dar mari consumătoare de timp, folosite pentru ridicarea suprafețelor mici și completări cu date de detaliu a setului de date existent)

-ridicări GPS; (acuratețe medie/mare, inutilizabilă în zone cu pădure și/sau forme de relief care pot ecrana semnalul de la sateliți)

-ridicări ale topografiei terestre pe baza teledetecției și aerofotogrametriei; (acuratețe mare, utilizată pentru ridicarea suprafețelor intinse)

Metoda folosită la lucrare pentru ridicarea detaliilor, fiind o suprafață destul de restrânsă, este ridicări precise topogeodezice clasice.

Avantaje și dezavantajele metodei :

-permit obținerea unor date foarte exacte cu ajutorul cărora se pot obține modele precise;

-se pot surprinde în detaliu „elementele cheie”ale reliefului (abrupturi, creste, alte discontinuități) care, înglobate în algoritmul de construire al modelului, duc la creșterea calității reprezentării terenului;

-costul foarte ridicat;

-timpul relativ îndelungat -în ciuda echipamentelor moderne -în care se fac ridicările topografice și posibilitatea utilizării acestei metode doar pe spații restrânse;

-foarte greu de efectuat (uneori chiar imposibil) în zone accidentate cum ar fi unele regiuni montane sau regiuni în care accesul e interzis (conflicte armate, de exemplu).

Deoarece dezavantajele metodei nu au o influență majoră asupra lucrării se poate folosi cu incredere.

3.2 Modelarea digitală a terenului

3.2.1 Noțiuni generale

Modelul Digital de Elevație este o reprezentare statistică a suprafeței continue a terenului cu ajutorul unui număr mare de puncte selectate, de coordonate X, Y și Z cunoscute, într-un sistem de coordonate arbitrar.

La fel cum harta topografică stă la baza realizării diferitelor hărți geomorfologice, Modelul Digital de Elevație (MDE) reprezintă punctul de plecare atât pentru calcularea unor elemente morfometrice ale reliefului și realizarea hărților geomorfologice digitale cât și pentru analiza spațială și modelarea matematică, metode specifice Sistemelor Informaționale Geografice, în vederea rezolvării unor probleme teoretice și practice din domeniul geomorfologiei și nu numai.

Modelarea suprafețelor este procesul prin care se reprezintă grafic o suprafață naturală sau artificială prin intermediul uneia sau a mai multor ecuații matematice. Modelarea suprafeței terestre este așadar un caz particular de modelare a suprafețelor în care trebuie să se țină seama de problemele specifice ce țin de reprezentarea Pământului sau a unor porțiuni din acesta.

Odată cu dezvoltarea SIG ia naștere o nouă terminologie care, datorită timpului foarte scurt de la apariția sa, este departe de a fi definitivată și perfect unitară. Iată de ce modelele digitale de elevație pot fi întâlnite în literatura de specialitate sub denumiri diferite care se referă fie la același tip de model, fie la modele ale suprafeței terestre cu caracteristici diferite. Se impune astfel o scurtă trecere în revistă a termenilor utilizați în prezent.

Pe plan mondial tind să se impună termenii de Model Digital de Elevație (MDE) și Model Numeric al Terenului (MNT). Termenul de Model Digital de Elevație (MDE)/Digital Elevation Model (DEM) se referă în general la o reprezentare digitală a suprafeței terestre prin intermediul valorilor altitudinale. Acestea sunt dispuse uniform și formează o matrice reprezentată prin intermediul unei rețele de celule cu forme regulate, cel mai frecvent pătrate și mai rar triunghiuri sau hexagoane. Cu toate că această reprezentare, cunoscută sub numele de structură raster, „sparge” suprafața respectivă în celule cu dimensiuni identice se consideră că datele formează o suprafață continuă. Este de fapt o „matriță” bidimensională a altitudinii terenului, valorile aparținând unor puncte echidistante de pe suprafața terestră. Această denumire este familiară în SUA și Canada.

Deși MDE a fost dezvoltat inițial pentru reprezentarea digitală a reliefului în prezent este folosit și pentru reprezentarea numerică a valorilor (altele decât cele altitudinale) sau fenomenelor ce variază continuu în spațiu și care pot fi astfel reprezentate prin suprafețe continue. În acest caz datele de la care se pleacă nu mai reprezintă altitudinea terenului ci magnitudinea fenomenului în punctele respective, obținându-se astfel modele digitale cu o largă aplicabilitate (de exemplu modelul digital al temperaturii aerului, al precipitațiilor, al nivelului piezometric, etc.).

Elaborarea unui model numeric al terenului și utilizarea ulterioară a acestuia presupune parcurgerea următoarelor etape (fig. 3.8) :

– generarea MNT: achiziția datelor și construirea modelului;

– manipularea MNT: corectarea erorilor și eventual actualizarea modelului, operațiuni de filtrare, combinarea mai multor modele provenite din surse sau perioade diferite, transformarea structurii modelului (TIN – raster și invers);

– interpretarea MNT: analiza modelului și extragerea informațiilor utile;

– vizualizarea MNT: redarea grafică a MNT (reprezentări 2D, 3D, animație, etc.), etapă strâns legată de cea anterioară;

– exploatarea MNT: dezvoltarea aplicațiilor specifice pentru domeniul dorit.

Fig. 3.8 Etapele generale ale procesului de modelare al suprafeței terestre.

Menționăm că deși parcurgerea tuturor etapelor este obligatorie, aceasta se poate face în ambele sensuri. Astfel, rezultatul care se obține într-o etapă poate reprezenta un feed – back pentru etapa anterioară, procesul se reia având obținându-se un nou model mai bun (fig. 5.8). De exemplu sunt foarte frecvente situațiile în care printr-o simplă vizualizare a MNT se observă erorile modelului și se reiau etapele anterioare în vederea corectării acestora.

Deoarece rezultatele finale în analiza morfologică a reliefului precum și cele obținute în cazul modelării unor procese geomorfologice depind direct de calitatea MNT, în cele ce urmează se va insista pe modul de achiziție al datelor și pe metodele de realizare a MNT și mai puțin pe etapele de vizualizare, interpretare și exploatare care pot fi diferite în funcție de rezultatul urmărit.

5.2.2 Generarea MNT

Se referă la modul de achiziție al datelor, la realizarea propriu-zisă a modelului prin diferite metode de interpolare precum și la alegerea structurii de reprezentare a datelor (raster sau TIN).

5.2.2.1 Achiziția datelor

Achiziția datelor reprezintă procesul prin care se obțin date de la o sursă exterioară Sistemului Informatic Geografic și transformarea acestora într-un format digital specific S.I.G. Acuratețea MNT depinde în mod direct de calitatea datelor folosite astfel că alegerea modului de culegere a datelor este una din problemele esențiale.

Acest lucru s-a mai precizat și la subcapitolul 3.1.6 , dar pe lângă metodele clasice de ridicare, dar pentru o mai bună calitate a modelului rezultat, putem digitiza/vectoriza diferite elemente, care nu necesită precizie mare, cum ar fi diferite construcții amplasate lângă zona de interes, căi de comunicație, elemente de agricultură etc.

Pentru crearea și vizualizarea MDE, ca soft, am folosit programul ArcGis, soft imprementat de cei de la ESRI, dar pentru crearea datelor primare (.shp) folosite de ArcGis, am folosit AutoCad Map, implementat de cei de la AutoDesk si extensia TopoLT dar și programul Surfer8.

Deoarece curbele de nivel, utilizate pentru crearea/interpolarea modelului digital, generate de TopoLT sunt de tip spline și nu se pot implementa date alfa-numerice automat (cota curbei), pentru ca acestea sa fie de tip polilinie și tot odata , fiecare curbă sa aibă ca date alfa-numerice cota, am folosit programul SURFER8.

Prima dată, trebuie să organizăm carnetul de teren, sub forma :

-Nr. Punct

-Coordonata X

-Coordonata Y

-Coordonata Z

Pentru ușurință, putem copia carnetul de teren în EXCEL, ca să ștergem și elementele de care nu avem nevoie. Prin comanda “Text to Colums” din EXCEL putem distribui datele cu același caracter una sub alta și putem șterge cu ușurință coloanele de care nu avem nevoie.

Fig. 3.9 Organizarea carnetului de teren în EXCEL

În figura 3.9 se observă că coloana A reprezintă nr. Punct, coloana B reprezintă coordonata X a punctelor, coloana C reprezintă coordonata Y respectiv coloana D reprezintă coorddonata Z (cota).

Pentru crearea curbelor de nivel folosind softul Surfer8, vom avea nevoie de un fisier de tip .grd respectiv fisier de tip .dat .

Deschidem programul Surfer8, facem un nou worksheet, și copiem carnetul de teren creat mai sus din Excel și salvăm cu extensia .dat (fig.3.10).

Fig. 3.10 Fișier de tip .dat

În continuare vom creea gridul folosind fișierul .dat salvat anterior. Trebuie să ținem cont că softul Surfer , ca și AutoCad, axa N reprezintă axa Y repsectiv axa E reprezintă axa X,(invers decât folosit în topografie) așa că după ce selectăm din meniul GRID->Data , la coloana X, vom selecta coloana C, la Y vom selecta coloana B, iar la Z vom selecta coloana D. Ca metodă de gridd-ing putem folosi Metoda Kriging (reprezentând o sumă liniară sau o medie ponderată a valorilor vecinătăților) (fig. 3.11) .

Fig. 3.11 Crearea fișierului de tip .grd

Cum am precizat mai sus, pentru crearea curbelor de nivel, am creat fișierul de tip .dat respestiv fișier de tip .grd . În meniul Map->Contour Map->New Contour Map, căutăm fișierul .grd creat anterior. Ne va apărea harta reprezentând curbele de nivel, dar fiindcă ne apar și valoarea curbelor principale dând un aspect de discontinuitate a curbelor trebuie sa facem câteva setări.

Selectăm Contour Map, click dreapta și proprietăti. În meniul Levels, la Lebel, schimbăm unde apare Yes în No (fig. 3.12).

Fig. 3.12 Reprezentarea curbelor de nivel folosind softul Surfer8

În continuare pentru asocierea datelor grafice (poliliniilor reprezentând curbele de nivel) și datele alfta-numerice (cotele fiecărei curbe de nivel) trebuie făcute topologie. Aceasta este posibilă folosind softul AutoCad Map, așa că ar trebui să exportăm harta creată în softul Surfer în AutoCad Map. Din meniul Map->Contour Map ->Export Contours, exportăm fișier de tip .dxf .

Această operațiune ne v-a exporta curbele de nivel sub formă de polilinie și fiecare polilinie va avea la Elevation valoarea curbei de nivel (fig. 3.13).

Fig. 3.13 Curbele de nivel vizualizate în AutoCad

Aceste curbe de nivel create vor reprezenta datele primare de intrare în ArcGis pentru reprezentarea modelului digital a terenului și transformarea acestora într-o structură cunoscută (raster sau TIN) pentru o vizualizare 3D a modelului.

Fișiere .dxf/.dwg trebuie exportate în fișiere unde softul ArcGis poate să le citească, aceste fișiere fiind de forma .shp. În meniul Map->Import/Export acționăm Export. La Object type bifăm Line și la layers selectăm layer-ul unde se află poliliniile ce reprezintă curbele de nivel. În meniul Data apăsăm pe Select Attributes, la proprietăți căutăm și bifăm elevation (fig. 3.14).

Fig. 3.14 Exportarea fișierelor de tip .dxf/dwg în format .shp

După finalizarea acestor etape am creat datele de intrare folosite în softul ArcGis pentru afișarea terenului natural. În planul topografic creat în urma ridicărilor detaliilor avem și cota punctelor albiei minore a apei, acestea fiind reperul de creare a apei în modelul digital. Separat într-un fișier nou de AutoCad se copie din planul topografic doar linia apei la nivelul solului (intersecția planului apei cu pamântul deasupra apei). Procedeul este asemănător ca și la curbe de nivel doar că la linia apei este de tip poligon și nu de tip linie ca și la curbele de nivel.

5.2.2.2 Realizarea propriu-zisă a modelului digital

După cum s-a mai precizat mai sus, softul folosit pentru realizarea modelului digital este ArcGis versiunea 10.1, soft implementat de cei de la ESRI. Acesta cuprinde 2 extensii ArcMap 10.1 folosit pentru crearea modelului respectiv, ArcScene 10.1 folosit pentru vizualizarea modelului 3D.

Realizarea modelului se face în mai multe faze. În primă fază, in softul ArcMap vom aduce pe rând datele exportate din AutoCad Map și anume fișierele .shp create pentru curbe de nivel (pentru crearea modelului terenului fără linia apei) respectiv pentru apă. Acest lucru se realizează prin acționarea butonului Add Data din meniul softului ArcMap. Deoarece vizualizarea acestora nu este sugestivă, trebuie să transform datele primare într-o structura cunoscută de vizualizare aceasta fiind în prima fază modelul Raster.

Programul ne permite acest lucru prin accesarea bibliotecii, acesta fiind ArcToolBox. În acesta, deschidem căsuța de la 3D Analyst Tools, în căsuța Raster Interpolation acționăm Topo to Raster. În căsuța ce ne va apărea, la Imput feature data vom căuta fișierul .shp reprezentând curbele de nivel, respectiv cel pentru apă. La Field vom selecta tabelul reprezentând valoarea cotei Z a fiecărei curbe, în cazul nostru Elevation. La Type pentru curbele de nivel selectăm Contour, iar pentru apă selectăm Lake. La output vom selecta calea de salvare a modelului raster rezultat (fig. 3.15).

Fig. 3.15 Transformarea datelor primare în date raster

Pentru că modelul rezultat nu este reprezentativ sub forma culorii, trebuie să aplicăm simbolistica(fig. 3.16). Simbolistica are o mare importanță în vizualizarea modelului raster reprezentat. Aceasta se poate accesa din proprietăți modelului ( din Layer ), în tabul Symbology. La Show ,fiincă modelul rezultat reprezentat este o suprafață de teren, vom alege Classified. ArcGis-ul are implementat diferite seturi de nuanțe, pe care le putem folosi. Selectăm un set de nuațe și putem genera câte clase de culori să apară in funcție de cote. Schimbăm culoarea pentru cota lacului pentru o vizualizare mai buna (fig. 3.17) .

Fig. 3.16 Modelul Raster

Fig. 3.17 Reprezentarea modelului Raster și schimbarea culorilor

Pentru vizualizarea modelului raster creat anterior în 3D, vom folosi cealaltă extensie a softului ArcGis și anume ArcScene 10.1. Adăugăm în ArcScene modelul raster rezultat. În tabul Base Heights, bifăm Floating on a custom surface, setăm suprafața care se ridică la cotă și în același timp setăm și rezoluția imaginii. (fig. 3.18). Deparece suprafața modelului este foarte mare în comparare cu înălțimea, putem scala pe cotă modelul pentru o mai bună vizualizare.Acest lucru se face din nou la Base Heights la Factor to convert lazer elevation values to scene units,schimbăm din valoarea 1, o valoare mai mare, de exemplu 10 (fig. 3.19).

Fig. 3.18 Setări pentru vizualizarea modelului în 3D

Fig. 3.19 Reprezentarea modelului raster în 3D

Pentru completarea modelului vor trebui vectorizate celelalte elemente reprezentative (locuințe, căi de comunicație etc), dar pentru ca aceasta să fie posibilă modelul raster trebuie convertit în model TIN, folosind funcția de interpolare. Softul ArcGis permite acest lucru accesând biblioteca ArcToolBox. În meniul 3D Analyst Tools -> Conversion -> From Raster accesăm Raster to TIN.

În căsuța care ne apare la Imput Raster selectăm modelul raster creat anterior, la Output TIN selectăm calea unde se salvează modelul TIN creat(fig. 3.20).

Fig. 3.20 Transformarea modelului raster în model de tip TIN

În continuarie, pentru o completare a modelului, putem digitiza/vectoriza diferite elemente specifice terenului (cladiri, căi de comunicație etc). Pentru aceasta , în Autocad Map, deschidem harțile cadastrale, ortofotoplanurile și digitizăm/vectorizăm fiecare element în parte (fig. 3.21).

Fig. 3.21 Vectorizarea axului drumului în Autocad

După ce am terminat de digitizar/vectorizat toate elementele, ele trebuie exportate, pe rând, în fișiere de tip .shp după aceeași metodologie amintită mai sus. Trebuie să ținem cont de entitățile grafice ce se exportă ( axul drumului este de tip linie, copacii sunt de tip punct etc).

Aceste elemente trebuie aduse la cota terenului. Această operațiune se poate face cu ajutorul interpolării elementelor pe modelul TIN creat reprezentând terenul, cu ajutorul softului ArcGis, și anume din biblioteca softului ArcToolBox. În bibliotecă, la 3D Analyst Tools->Functional Surface accesăm Interpolate Shape. În fereastra care ne-a apărut, la Input Surface selectăm modelul TIN creat. La Input Feature Class selectăm fișierul .shp exportat din Autocad. La Output Feature Class selectăm calea de ieșire a fișierului nou creat, atribuindu-se pe lângă poziția planimetrică a obiectului (coordonatele X și Y) și poziția lui în spațiu (coordonata Z) (fig. 3.22).

Fig. 3.22 Interpolarea elementelor digitizate/vectorizate pe modelul terenului

După finalizarea interpolării în parte a fiecărui element, schimbăm simbolurile, scalăm și rotim simbolurile, schimbăm culorile terenului etc . Astfel am ajuns la forma finală a modelului digtal (fig. 3.23 a),b),c) ).

Fig 3.23 a) Reprezentarea MNT final de departe

3.23 b) Reprezentarea MNT final

Fig 3.23 c) Reprezentarea MNT final de aproape

Cap. IV. Studiu de caz. Simularea fenomenului de inundație

4.1 Introducere

Moldova este o regiune predispusă calamităților naturale. Printre dezastrele naturale, care prezintă cea mai mare amenințare sunt alunecările de teren, inundațiile și cutremurele. Mai jos sunt prezentate principalele inundații în România (tabel 4.1).

Tabel 4.1 Principalele inundații produse în România

Aceste inundații au produs pierderi de vieți omenești, distrugerea infrastructurii, a culturilor agricole, degradarea mediului ambiant.Situația a fost atât de gravă încât localități întregi au fost șterse de pe fața pământului sau au trebuit să fie strămutate total sau parțial. Practic, ultimul deceniu a marcat o creștere fără precedent, ca frecvență și amploare, a distrugerilor produse de inundații, sub toate formele lor de manifestare.

Odată cu avansarea tehnologiei, mai ales în domeniul Sistemelor Informaționale Geografice, cu ajutorul unor softuri specializate, putem simula aceste dezastre naturale și tot odată să venim cu planuri pentru apărare împotriva acestora.

Pentru ca aceasta să fie posibilă avem nevoie de calcule hidrologice.

6.2 Calcule hidrologice

Aceste calcule ne vor ajuta în aflarea înalțimii maxime la care poate să ajungă apa în caz de o calamitate. După statistici, cea mai mare probabilitate de apariție a înundațiilor este în lunile de primăvară,Februarie – Martie, fiindcă apare și fenomenul de dezăpezire. Timpul de culegere a datelor este de 24h. Pentru aceasta vom avea nevoie să cunoastem următoarele :

– Precipitații maxime (PM)

– Dezgheț

– Coeficienți de scurgere

– Precipitații maxime posibile (PMP)

– Suprafața de curgere a bazinului

4.2.1 Precipitații maxime

Deoarece bazinul hidrografic nu are o suprafață mai mare de 1000 km2, datele pentru precipitațiile maxime se pot lua după cartea „Sinteze și Regionalizări Hidrologice” scrisă de Diaconu C. și Șerban P. care, pe baza probabilității spațiotemporale de depășire, precum și a studiilor de regionalizare, au determinat precipitațiile cu diverse probabilități de depășire (fig. 6.1).

Figura 4.1 Precipitații maxime în funcție de regiune

Potrivit referinței de mai sus Lacul Unțeni se află în zona 3C, așa că s-au luat datele din tabelul de mai sus și s-au trecut în tabelul nostru.

4.2.2 Dezgheț

Pentru estimarea dezghețului s-a utilizat metoda grad-zi, pe baza max T – temperatura zilnică maximă (P. Șerban, V. Al. Stănescu, P.Roman -Hidrologie Dinamică, Ed. Tehnică, 1989 – p. 73-74):

Hmelted = M ( Tmax – Te) M × Tmax , unde :

– Te este temperatura de echilibru (care poate fi considerată egală cu zero)

– Tmax – temperatura maximă zilnică

– M – factor grad-zi sau factor de topire de utilizat pentru Tmax (mm/0C zi) (fig. 4.2)

Figura 4.2 Factorul de topire M

Pentru fiecare lună a perioadei de iarnă în care pot apărea temperaturi pozitive, a fost selectată valoarea maximă; analiza frecvenței a dat temperatura maximă zilnică pentru diferite grade de asigurare. Trebuie menționat că Hmelted reprezintă valoarea potențială a zăpezii topite (exprimată sub formă de conținut de apă); valoarea efectivă depinde de existența zăpezii. Astfel, deși aprilie este luna critică din punct de vedere al temperaturii și valorii coeficientului grad-zi, datorită rezervei reduse de zăpadă din bazin, lunile critice pentru acest bazin sunt de fapt martie și februarie, când sunt de așteptat un strat de zăpadă semnificativ și temperaturi pozitive.

Temperatile maxime, în locul unde este amplasat obiectivul, în luna martie, a fost înregistrată în anul 2007 ( tabel 4.2).

Tabel 4.2 Temperaturile înregistrate în luna martie 2007

6.2.3 Coeficienți de scurgere

Coeficienții de scurgere sunt parametrii hidrologici matematici carese stabilesc prompt și aproximativ. Baza de identificare a coeficienților descurgere este formată din componentele principale ale bilanțului hidrologic: ploaia care generează scurgerea maximă, elementele de intercepție a precipitațiilor și în final scurgerea generată de ploaia de intensitate maximă. Coeficienții de scurgere se determină pe baza tabelelor Frevert,adaptate, (Diaconu, C., șa 1995) , cunoscându-se următoarele elemente: folosința terenului, textura solului și panta (tabel 4.3).

Tabel 4.3 Coeficientul de scurgere după tabelele Frevert

Sunt posibile valori mai mari decât 0.8 ale coeficientului de șiroire pe terenuri foarte abrupte și valori mai mari ale IPA, adică precipitații anterioare considerabile anterior ploii analizate, ducând la saturarea straturilor superioare ale solului.

În zona obiectivului, textura solului este de tipul celor grele, fiind din clasa argilelor iar panta se situează intre 0-5%.

4.2.4 Precipitații maxime posibile (PMP)

Procedurile statistice de estimare a PMP pot fi folosite ori de câte ori există suficiente date de precipitații sau alte date meteorologice, ca de exemplu date radar sau nu există înregistrări ale punctului de rouă sau valorilor vântului. Ținând cont de înregistrările de precipitații de la stațiile înconjurătoare, există înregistrări ale fenomenelor de precipitații extreme pe mai bine de 100 de ani. Nu există însă modele de distribuție a furtunilor, punctului de rouă sau vântului. În ciuda anumitor probleme pe care le poate ridica estimarea statistică a PMP, aceasta a fost singura metodă posibilă pentru datele disponibile. Dintre diferitele metodologii statistice, procedura Hershfield a fost cel mai larg acceptată (OMM, 1973, 1986).

PMP se definește ca „cea mai mare înălțime teoretică a precipitației pentru o durată dată care este fizic posibilă pe o suprafață afectată dată într-un anumit punct geografic într-un anumit moment al anului”.

Procedeul Hershfield (OMM, 1973) se bazează pe o relație bine cunoscută a analizelor de frecvență (Ven Te Chow, 1961):

Xt = n + K× Sn ,unde :

– Xt este precipitația cu o asigurare T

– n media valorilor

– K o variabilă de frecvență, care depinde de distribuția statistică adecvată datelor hidrologice de valori extreme. Se poate considera o valoare maximă pentru K de 20.

– Sn deviația standard pentru aceeași serie

4.2.5 Suprafața de curgere a bazinului

În calculul vomului de apă acumulat din precipitații avem nevoie și de suprafața de curgere a acestor precipitații în lac (fig. 4.3).

Figura 4.3 Sensul de curgere a apei provenite din precipitatii

Pentru calculul suprafeței, am folosit din nou softul Surfer8. Folosind gridul creat anterior pentru curbele de nivel, putem crea o hartă vectorială în care să ne arate sensul înclinare a pantei. Aceasta se face din meniul Map ->Vector Map -> New 1- Grid Vector Map. După putem exporta această hartă într-un fișier .dxf, unde putem vectoriza această suprafață. Deoarece acest procedeu nu este foarte precis, pentru a crește precizia, în desen am introdus și curbele de nivel (fig. 4.4).

Fig. 4.4 Determinarea suprafeței de curgere

În figura de mai sus, cu culoarea albastru este reprezentat linia de intersecție a apei cu malurile, cu culoarea verde sunt reprezentate curbele de nivel, iar cu culoarea roșie este reprezentată suprafața de curgere.

4.2.6 Calculul volumului de apă acumulat

Folosind datele de mai sus, putem calcula volumul de apă acumulat (tabel 4.4).

Tabel 4.4 Calculul volumului de apă acumulat

Aceasta se face cu ajutorul formulei :

Va = Pt × Sc , unde :

– Va volumul de apă acumulat din precipitații

– Pt precipitațiile totale calculate din rândul PMP, ca fiind suma apei provenite din precipitații și dezgheț, tinând seama în același timp de coeficientul de curgere.

– Sc suprafața de curgere

4.3 Crearea benzii de inundabilitate PMP – metoda analitică

După calculul volumului acumulat, putem calcula înălțimea până unde poate crește apa, știind cota oglinzii apei. Aceasta se poate face calculând, pe rând, volumul de apă ce ar încăpea între curbele de nivel. Figura geometrică cea mai asemănătoare reprezentând figura creată de două curbe de nivel consecutive, poate fi considerată trunchi de piramidă.

Volumul acesteia se calculează cu formula :

,( tabel 4.5) unde putem considera :

– AB (aria bazei mari) ca fiind aria suprafeței de nivel având cota mai mare

– Ab (aria bazei mici) suprafața de nivel având cota mai mică

– h (înălțimea) echidistanța dintre cele două curbe

Tabel 4.5 Calculul înălțimii de creștere a apei

Ca metodologie, în determinarea înălțimii, dacă volumul cumulat nu depășește volumul acumulat din precipitații și dezgheț, înseamnă că apa va trece peste cota mai mare a suprafeței generate. Se observă din tabel că volumul figurii între suprafețele de nivel 111.5 și 114 este mai mare decât volumul apei cumulate din precipitații , înseamnă că apa va ajunge până la cota 113 dar nu va atinge 114. Pentru calculul diferenței s-a utilizat regula de 2 simplă.

4.3.1 Simularea fenomenului de inundație

Având modelul digital al terenului creat anterior și am calculat cota oglinzii de apă presupusă după inundații, putem simula acest fenomen folosind ArcGis. După vizualizarea modelului putem vedea zonele unde inundațiile pot crea distrugeri semnificative(fig. 4.6, 4.7, 4.8, 4.9).

Fig. 4.5 Determinarea zonelor inundate

Fig. 4.6 Zona inundată 1

Fig. 4.7 Zona inundată 1

Fig. 4.8 Zona inundată 2

Fig. 4.9 Zona inundată 2

4.4. Delimitarea benzii de inundabilitate „PMP” utilizând HEC-GeoRAS și HEC-RAS

Delimitarea benzilor de inundabilitate utilizând programul Hec Ras împreună cu extensia Hec Geo Ras, pentru ArcGIS, se realizează urmărind mai multe etape obligatorii în ceea ce privește metodologia specifică. Etapele principale de urmărit sunt următoarele:

– realizarea elementelor de geometrie a albiei ca baze de date GIS

– rularea modelului hidraulic și vizualizarea grafică a rezultatelor

– modelarea GIS și cartarea rezultatelor modelului hidraulic

4.4.1. Realizarea elementelor de geometrie a albiei

Pentru realizarea calculelor hidraulice a benzilor de inundabilitate trebuie construită o bază de date GIS care să țină cont de specificul analizei, bază de date care să poată fi utilizată în etapa de rulare a modelului hidraulic. Principalele baze de date absolut obligatorii de realizat sunt reprezentate de trasarea rețelei hidrografice, malurile, identificarea liniei centrale a albiei și stabilirea extensiunii maxime a arealului de studiu(suprafața bazinului), precum și realizarea profilelor transversale în secțiunile în care se dorește determinarea nivelului apei pentru un anumit debit.

4.4.1.1. Realizarea bazei de date vectoriala specifică rețelei hidrografice

Toate bazele de date necesare pentru rularea modelului hidraulic se realizează apelând la extensia Hec Geo-Ras. Rularea extensiei pentru ArcGIS presupune realizarea unui proiect nou, salvarea acestuia într-un director nou creat, setarea proiecției proiectului și setarea caracteristicilor bazelor de date cu care rulează extensia. Principala bază de date care stă la baza rulării extensiei o constituie reprezentarea tridimensională a reliefului, care poate fi bază de date raster (model digital de elevație) sau bază de date vector (structură TIN).

Setarea modelului digital de elevație ca suprafață de referință pentru altitudini se realizează astfel: toolbarul HEC-GeoRAS -> RAS Geometry->Layer setup->se alege opțiunea ”single” ->structura bazei de date avută la dispoziție (TIN sau GRID) →se selectează baza de date dorită.

.

Fig. 4.10 Setarea modelului Hec-GeoRas

Pentru realizarea bazei de date reprezentând rețeaua hidrografică, se utilizează următoarele comenzi : toolbarul Hec GeoRAS -> RAS Geometry ->Create RAS Layer :

Stream Centerline : reprezentând centrul rețelei hidrografice (în cazul nostru, centrul lacului)

Bank Lines : reprezentând malurile rețelui hidrografice

Flow Path Centerlines : reprezentând bazinul rețelei hidrografice ( în cazul nostru, suprafața bazinului identificată anterior)

XS Cut Lines : reprezentând liniile pentru crearea profilelor transversale

Blocked Obstruction : reprezentând obstacolele de blocaj ( în cazul nostru, digul și barajul)

Fig. 4.10 Crearea bazei de date geografice

Baza de date reprezentând rețeaua hidrografică se concretizează într-un fișier shapefile, vector de tip linie( centrul lacului, malurile, suprafața bazinului,liniile reprezentând profilele transversale etc.),poligon(obstacolele de blocaj etc) sau punct (puncte ale malurilor, puncte reprezentând digurile etc.) , fișier care trebuie editat fiecare în parte. Editarea fișierului se realizează în cadrul proiectului ArcGIS(Editor), ținând cont de direcția de curgere a apei.

Realizarea bazei de date nu poate fi definitivată fără a atribui vectilor reprezentând rețeaua hidrografică un nume și cod unic de identificare. entru atribuirea acestora se apelează următoarele comenzi:

– apelarea butonului Assign River Code (pentru centrul lacului) -> selectarea vectorului reprezentând rețeaua hidrografică -> atribuirea identificatorilor(River name și River Reach)

– – apelarea butonului Select Flow Path (pentru suprafața bazinului) ->selectarea succesivă a unuia dintre cei trei vectori ->atribuirea tipului (centrul albiei, delimitarea extensiunii maxime a arealului pe stânga și dreapta față de albie)

Fig. 4.11 Atribuirea de date atribut

Trasarea profilelor transversale se poate realiza în două moduri diferite: trasare manuală (prin vectorizarea acestora) și trasare automată, utilizând opțiunile puse la dispoziție de extensia Hec GeoRAS .

În cazul în care se alege trasarea manuală a profilelor transversale, este obligatoriu necesar ca acestea să fie trasate perpendicular pe direcția de scurgere, dinspre amonte spre aval și să fie editate ca vectori de la stânga la dreapta în funcție de direcția de scurgere, fără ca acestea să se intersecteze. Pentru trasarea automată a profilelor se apelează următoarele comenzi: apelarea butonului Construct XS Cut Lines -> selectarea bazei de date realizată pentru profilele transversale -> selectarea bazei de date reprezentând rețeaua hidrografică->setarea intervalului dintre două profile succesive (în unitatea de măsură a proiecției) -> setarea lungimii maxime a profilului (aproximativ egală cu lățimea maximă a arealului de studiu).

În cazul în care profilele transversale realizate automat se intersectează, este necesară editarea vectorilor reprezentând profilele transversale intersectate, pentru a corecta acest lucru.

Fig. 4.12 Datele geografice

4.4.1.2. Realizarea bazei de date atribut specifică rețelei hidrografice

Odată cu finalizarea realizării bazei de date vectoriale este obligatoriu să se realizeze baza de date atributală de care se va ține cont în etapa de rulare a modelului hidraulic. Utilizând extensia Hec Geo Ras se poate realiza baza de date atribut specifică rețelei hidrografice necesară în cadrul rulării modelului hidraulic pentru identificarea extensiunii spațiale a benzilor de inundabilitate urmărind următoarele comenzi:

– toolbarul HEC-GeoRAS -> RAS geometry-> Stream Centerline Attributes(pentru centrul rețelei hidrografice)

– toolbarul HEC-GeoRAS -> RAS geometry->XSCut Line Attribute (pentru profilele transversale)

– toolbarul HEC-GeoRAS -> RAS geometry->Blocked Obstruction (pentru obstacolele de blocaj)

Pentru a realiza toate bazele de date necesare în această etapă, se apelează butonul „All”. Dacă în urma apelării acestora programul returnează o eroare (topologie, elevatii etc.), trebuie verificată separat acestea. Ca urmare a realizării bazelor de date atribut specifice profilelor transversale, programul generează o nouă bază de date de tip linie 3D la care îi atașează automat bazele de date extrase de pe modelul digital de elevație ales în momentul setării bazelor de date de intrare în cadrul extensiei.

Fig. 4.13 Datele atribut după validarea datelor geografice

Utilizarea bazelor de date spațiale specifice, realizate pentru rularea modelului hidraulic în cadrul programului HEC-RAS nu se poate face în format .shp al acestora. Pentru a putea utiliza cu succes bazele de date, acestea vor fi exportate în formatul necesar utilizării lor în cadrul programului HEC-RAS. Utilizând extensia HEC-GeoRAS, se poate exporta baza de date GIS specifică în formatul necesar utilizării ei în etapa de rulare a modelului hidraulic prin intermediul softului HEC-RAS, urmărind următoarele comenzi: toolbarul HEC-GeoRAS -> RAS Geometry -> Export RAS Data.

4.4.2. Rularea modelului hidraulic și vizualizarea grafică a rezultatelor

Realizarea calculelor pentru determinarea nivelului apei în profilul de calcul se realizează utilizând softul HEC-RAS, având ca suport baza de date GIS realizată în cadrul etapei anterioare și exportată în format compatibil RAS. Pentru a începe este necesar crearea unui proiect nou salvat într-un director nou. Pentru ca modelul hidraulic să ruleze, este absolut necesară realizarea unor baze de date specifice, apelând la module diferite (Geometric Data, Steady Flow Data, Unsteady Flow Data, Steady Flow Analysis, Unsteady Flow Analysis), fiecare modul generând fișier propriu integrat în cadrul proiectului HEC-RAS pentru rulare.

Fig. 4.14 Interfață program HEC-RAS

Pentru ca bazele de date GIS reprezentând geometria albiei, realizate în etapa anterioară care stau la baza calculelor hidraulice și rulării modelului hidraulic este necesar importul acestora în softul de calcul, pentru a defini geometria albiei și forma geometrică a profilelor transversale. Importul bazelor de date în format GIS se realizează prin intermediul modulului utilizând următoarele comenzi: interfața principală HEC-RAS -> Edit-> Geometric Data -> File -> Import Geometry Data -> GIS Format.

Fig. 4.15 Date geografice importate în HEC-RAS

Ca baza de date atribut sa fie completă , aceasta trebuie completată cu date referitoare la coeficientul Manning utilizând următoarele comenzi:

fereastra principală modul Geometric Data -> Tables -> Manning’s n or k values (Horizontally varied).

SAU

prin apelarea butonului Cross Section, în cadrul tabelului Manning’values pentru fiecare profil în parte.

Astfel, se introduce coeficientul Manning pentru albie, coeficientul specific malului și versantului stâng, respectiv coeficientul specific malului și versantului drept. După completarea acestora, datele geometrice se salveaza utilizând comanda din interfața modului Geometric Data->File->Save Geometry Data.

Fig. 4.16 Completarea profilelor cu coeficientul Manning

După salvarea datelor geometrice trebuie setate datele care caracterizeaza scurgerea. Întrucât metodologia de calcul hidrologic o reprezintă scurgerile provenite din precipitații de pe versanți într-un timp de 24 ore, vom avea nevoie să setăm un debit normal a lacului (Steady Flow Data) și un debit după acumularea de precipitații ( Unsteady Flow Data). Aceste module se pot accesa : interfața principală HEC-RAS->Edit->Steady Flow Data , repectiv Unsteady flow Data.

Pentru modulul Steady Flow Data, trebuie introduse date numerice reprezentând debitul si panta albiei. Aceste date pot fi unitare pentru toate profilele transversale sau multiple pentru fiecare profil în parte. Întrucât lacul reprezintă o apă stătătoare, acesta nu are debit, dar nici nu se poate introduce valoarea 0, așa că se introduce o valoare apropiată de 0. Pentru atribuirea pantei se apelează butonul Reach Boundary Conditions, din meniul Steady Flow Data, și se introduc valorile pantei din amonte până în aval în condiții normale. După completarea acestor date, se salvează din meniul File.

Fig. 4.17 Date privind modului Steady Flow

Pentru modului Unsteady Flow Data, trebuie introduse date numerice pentru minim două condiții de boundary(în amonte și în aval). Pentru condiția în amonte se utilizează Flow Hydrograph, reprezentând debitul de apă provenit din precipitații și topirea zăpezii. În primă fază trebuie setat data simulării cât și intervalul de timp pentru simularea fenomenului. La Hydrograph Data se introduc datele numerice privind debitul provenit din precipitatții, dar trebuie luat de seamă că aceste date trebuie introduse în m3/s, noi având un volum de apă acumulat în timp de 24 ore în m3, pentru acesta se împarte volumul acumulat la 86400, acest număr reprezentând numărul de secunde în 24 de ore. La timpul 00.00 se introduce valoarea debitului din modulul Steady Flow Data (0.00001 în cazul de față) și la timpul 24.00 se introduce valoarea debitului calculată mai sus în m3/s . Pentru completarea valorile se poate apela butonul Interpolate Missing Values.

Pentru condiția în aval se poate introduce valoarea pantei barajului aflat în documentația tehnică a acestuia aflată la Anexa 1 (1/2.5). După completarea acestor date, se salvează din meniul File.

Fig. 4.18 Date privind modului Unsteady Flow

Ultima etapă în ceea ce privește delimitarea spațială a benzilor de inundabilitate, utilizând programul HEC-RAS o reprezintă rularea modelului hidraulic pe baza valorilor de debit și geometria albiei setate anterior. Acesta se poate apela din interfața principală HEC-RAS->Run-> Steady Flow Analysis, respectiv Unsteady Flow Analysis. Analiza modulelor trebuie rulate pe rand, prima fiind Steady Flow Analysis și apoi Unsteady Flow Analysis. Pentru fiecare în parte se setează parametri după care se apelează butonul Compute.

Fig. 4.19 Rularea modului Steady Flow, respectiv Unsteady Flow

Pentru vizualizarea și verificarea rezultatelor se poate apela butoanele din interfață principală a programului : View cross section, View 3D multiple cross section plot (pentru rezultate grafice) , View detailed output at XS, Culverts, Bridges, Weirs etc… respectiv View sumary output tables by profile (pentru rezultate numerice).

Fig. 4.20 Butoanele pentru vizualizarea rezultatelor

Fig. 4.21 Vizualizarea rezultatelor grafice

Fig. 4.22 Vizualizarea rezultatelor numerice

După verificarea corectitudinilor datelor, acestea trebuie exportate în formate compatibile GIS. Acest lucru este posibil apelând din interfața principală HEC-RAS -> File -> Export GIS Data. Întrucât am putut simula acumularea de precipitații pe 24 de ore în intervale de câte 1 ora, putem exporta datele hidrografice privind scurgerile aflate în diferite ipostaze (în cazul nostru pe ore). Acest lucru este posibil din meniul Export GIS Data->Select Profiles to Export->Select All.

Fig. 4.23 Exportul rezultatelor

4.4.3. Modelarea GIS și cartarea rezultatelor modelului hidraulic

Realizarea modelului de analiză spațială bazat pe bazele de date obținute în urma definitivării modelului hidraulic și exportul acestora în baze de date utilizabile în cadrul softurilor geoinformaționale se face utilizând extensia HEC Geo-RAS, rulată prin intermediul softului geoinformațional ArcGIS. Pentru ca să se poată realiza importul bazelor de date, trebuie convertit, într-o primă etapă, fișierul exportat din softul HEC RAS, fișier *.sdf, în format de fișier compatibil cu extensia HEC GeoRAS *.xml, apelând butonul Import RAS SDF file ->selectarea fișierului *.sdf exportat din HEC RAS ->alegerea directorului pentru salvarea fișierului compatibil *.xml.

Fig. 4.24 Convertirea din SDF în XML

La fel ca în prima etapă privind digitizarea elemenelor vectoriale ,trebuie facută în prima fază setarea modelului digital de elevație și setarea importului bazelor de date GIS din fișierul exportat din HEC RAS. Acesta se poate face accesând toolbarul HECGeoRAS -> RAS Mapping -> Layer setup , si avem de parcurs urmatoarele etape:

– se stabilește o denumire a modelului de analiză spațială

– se alege fișierul care conține bazele de date GIS exportate

– se alege structura bazei de date avută la dispoziție (TIN sau GRID)

– se stabilește directorul în care va fi salvată baza de date importată.

Fig. 4.25 Setarea modelului digital

După setarea layerului, trebuie sa importăm rezultatele provenite din programul HEC-RAS. Acesta se face apelând din meniul RAS Mapping->Import RAS Data. Odată ce datele au fost importate, putem crea diferite profile create prin analiza Unsteady Flow ( de exempul pentru precipitații maxime = max WS) din meniul RAS Mapping->Inundation Mapping->Water Surface Generator. Pentru cartarea rezultatelor accesăm din meniul RAS Mapping->Inundation Mapping-> Floodplain Deliniation Using Rasters, selectăm profilul creat anterior și OK.

Fig. 4.26 Reprezentarea rezultatelor obținute

Rezultatul final este reprezentată printr-o bază de date de tip GRID sau TIN, salvată automat în folderul unde s-a salvat proiectul din ARCGIS, care poate fi utilizat pentru modelul digital creat anterior în ArcScene.

Fig. 4.27 Reprezentarea rezultatelor obținute în ArcScene

Cap. V. Analizarea rezultatelor obținute

Comparând rezultatele celor două metode, putem observa că rezultatele sunt asemănătoare. Totuși consider că metoda folosind softurile HEC-RAS și HEC-GEORAS este mult mai precisă deoarece sunt luate în considerare mult mai multe variabile (coeficientul Manning, Aria profilului apei, Perimetrul udat etc. ), așa că prima metodă o putem folosi ca și o pre-analiză pentru o cunoaștință aproximativă a rezultatului, în ceea ce privește rezultatul din HEC-RAS.

Pentru o analiză în ansamblu, putem schimba culorile la model, stiind cota până unde poate ajunge apa în caz de inundații(fig. 5.1). În figura de mai jos, zona reprezentată de culoarea roșu, reprezintă zona inundabilă în caz de producere a inundațiilor. Acest lucru oferă instrumente puternice factorilor de decizie în caz de inundație. Fiind pus la dispoziția autorităților locale, acesta poate elabora planuri de apărare și reorganizare a teritoriului cum ar fi :

– asigurarea înștiințării și alarmării despre pericolul inundațiilor.

– realizarea unor lucrări destinate să rețină și să întârzie scurgerea apelor de pe versanți, sau de torente care s-ar forma ca urmare a unor ploi abundente sau prin topirea zăpezilor etc. Aceste lucrări pot fi acțiuni de împădurire sau reîmpădurire a versanților, crearea unor tipuri de învelișuri care să favorizeze infiltrația și să reducă scurgerea apelor de pe versanți, construirea unor baraje.

– interzicerea construirii în zonele inundabile.

– aplicarea unor măsuri de proiectare care permit clădirilor și altor construcții civile ori industriale să reziste la creșterea nivelului apelor.

– organizarea și desfășurarea acțiunilor de salvare.

– asigurarea asistenței medicale și aplicarea măsurilor de evitare a apariției unor epidemii.

Fig. 5.1 Reprezentarea zonei inundabile

Primul pas în elaborarea planului de apărare constă în înștiințarea locuitorilor despre pericolul de inundații(fig. 5.2, 5.3).

Fig. 5.2 Reprezentarea zonei 1 inundabilă în realitate

Fig. 5.3 Reprezentarea zonei 2 inundabilă în realitate

Totuși, ca plan principal de apărare, s-a impus construirea unui baraj (fig. 5.4). Datele tehnice ale barajului se află la Anexa 1. Acesta a rezolvat problema în totalitate prin devierea undei de viitură printr-un disipator de energie, iar în cel mai rău caz singurele terenuri inundate sunt cele situate în spatele barajului, având categoria de folosință ,pășuni(fig 5.4).

Fig. 5.4 Reprezentarea barajului și localizarea lui

Fig. 5.4 Reprezentarea disipatorului de energie și a terenurilor inundabile

Ca o notă de final, profesia de topograf nu s-a terminat. Acest baraj, în timpul construirii lui, trebuia trasat asigurându-se în același timp, datele proiectului. Totuși chiar după darea în folosință a acestuia, după cum se vede în imaginea de mai sus, el poate suferi degradări, așa că aici intervine ultima parte a topografiei, și anume urmărirea comportării în timp a barajului.

Concluzii

Scopul lucrării de dizertație constă în realizarea modelelui digital al terenului și pe acesta, cu ajutorul unor calcule hidrologice, a simulării riscului de inundații a Lacului Unțeni, situat în extravilan Unțeni, județul Botoșani.

Obiectivul (Lacul Unțeni) aparține bazinului hidrografic Prut, acesta fiind unul dintre cele mai inundabile bazine de pe teritoriul României.

Deoarece Lacul Unțeni reprezintă limita de Est a intravilanului Unțeni, acest lucru favorizează un risc major de producerea unor viituri, producând distrugeri însemnate din punct de vedere uman(pierderi de vieți omenești, impactul psihologic al omului), material (distrugerea locuințelor, anexelor etc.), economic (distrugerea terenurilor agricole cât și a animalelor) și de mediu (poluare, apariția unor epidemii).

Prin studiul de caz elaborat privind simularea acestui fenomen distrugător, am incercat să previn consecințele care pot apărea în situațiile menționate anterior. Efectuând măsurători topo-geodezice și folosind softuri de specialitate, am realizat modelul digital al terenului și cu ajutorul unor calcule hidrologice, am creat hărti de risc la inundații cu prezentarea probabilităților unor zone de a fi inundate sau nu. Acest lucru oferă instrumente puternice factorilor de decizie în caz de inundație. Fiind pus la dispoziția autorităților locale, acesta poate elabora planuri de apărare și reorganizare a teritoriului cum ar fi :

– realizarea unor lucrări destinate să rețină și să întârzie scurgerea apelor de pe versanți, sau de torente care s-ar forma ca urmare a unor ploi abundente sau prin topirea zăpezilor etc. Aceste lucrări pot fi acțiuni de împădurire sau reîmpădurire a versanților, crearea unor tipuri de învelișuri care să favorizeze infiltrația și să reducă scurgerea apelor de pe versanți, construirea unor baraje.

– interzicerea construirii în zonele inundabile.

– aplicarea unor măsuri de proiectare care permit clădirilor și altor construcții civile ori industriale să reziste la creșterea nivelului apelor.

– asigurarea înștiințării și alarmării despre pericolul inundațiilor.

– organizarea și desfășurarea acțiunilor de salvare.

– asigurarea asistenței medicale și aplicarea măsurilor de evitare a apariției unor epidemii.

În concluzie profesia de topograf, practicată ca inginer cu pregătire superioară sau ca technician de nivel mediu, a fost și este privită cu respect, având în vedere gradul ridicat de tehnicitate al lucrărilor, pregătirea teoretică și experiența practică în rezolvarea unor probleme complexe.