Necesitatea măsurătorilor topogeodezice în amenajarea [307066]

Necesitatea măsurătorilor topogeodezice în amenajarea

bazinelor hidrografice torențiale

Aspecte introductive

Legea cadastrului nr. 7 din 13 martie 1996, modificată și completată de O.U.G. nr.70/2001 și O.U.G. nr.417/2004, prevede:

„identificarea, înregistrarea, [anonimizat] a [anonimizat]: commune, orașe și municipii.”

Planurile și registrele cadastrale se țin la zi în concordanță cu situația de pe teren.

Pe parcelele de teren unde s-au executat lucrări de îmbunătățiri funciare sau unde au avut loc procese de degradare sau de poluare a solului, actualizarea se face ori de câte ori este cazul.

[anonimizat]-teritoriale, [anonimizat] o [anonimizat] a resurselor de apă și pentru asigurarea calității apelor.

[anonimizat] ( când trebuie culese date în concordanță cu specificul lucrărilor), continuând cu faza premergătoare execuției lucrărilor (când se pune problema trasării pe teren a constucțiilor) [anonimizat] a comportării construcțiilor.

Pentru a [anonimizat] a [anonimizat], [anonimizat] o necesitate atât pentru a reda forma fidelă a terenului, cât și pentru poziționarea planimetrică si altimetrică a [anonimizat], bazinul hidrografic luat în studiu. Astfel, măsurătorile terestre sunt folosite pentru a reda cât mai exact forma reală a [anonimizat] (GIS) de aplicare a [anonimizat].[anonimizat], printr-o reactualizare a [anonimizat]: [anonimizat].

Rolul constucțiilor hidrotehnice în amenajarea bazinelor hidrografice

Procesele torențiale și de degradare a [anonimizat], ajungându-se până la producerea unor catastrofe cu victime omenești. Principalul factor determinant al proceselor torențiale îl constituie dereglajul regimului hidrologic al cursurilor de apă. [anonimizat]-biologice ale solurilor. [anonimizat]. [anonimizat]trucții hidrotehnice corespunzătoare, combaterea fiind mai ușoară și mai eficientă.

Principalele roluri avute în vizor, la realizarea construcțiilor din cuprinsul bazinelor hidrografice amenajate hidrotehnic sunt:

apărarea obiectivelor periclitate de viiturile torențiale (așezări omenești, căi ferate, drumuri, obiective turistice etc);

combaterea alunecărilor de teren;

combaterea eroziunii solului;

reducerea transportului de aluviuni;

regularizarea albiilor râurilor;

apărarea împotriva inundațiilor.

Noțiuni despre tipologia și funcționalitatea construcțiilor

hidrotehnice folosite în amenajarea rețelei hidrografice torențiale

Diversitatea condițiilor fizico-geografice în care s-au declanșat și dezvoltat procesele torențiale din România, implicațiile de ordin economic și social ale acestor procese, precum și caracteristicile diferite ale obiectivelor periclitate de viituri, explică gama largă de lucrări de combatere utilizate în acest domeniu, precum și clasificarea tipologică diferită a acestor lucrări [Clinciu, 2001].

După modul de amplasare în cuprinsul albiei, construcțiile hidrotehnice se împart în:

lucrări hidrotehnice transversale (traverse, praguri și baraje), care străbat albia de la un mal la celălalt;

lucrări hidrotehnice longitudinale (canale, pinteni, diguri etc.), care sunt orientate fie în lungul axului albiei, fie perpendicular sau înclinat față de acest ax, fără a bara însă albia complet.

Lucrări hidrotehnice transversale

Lucrările hidrotehnice transversale sunt lucrări care barează complet albia torentului, de la un mal la celălalt, permițând trecerea apei și aluviunilor din amonte spre aval prin deschideri proiectate la partea superioară a acestora (deversoare) sau în corpul lucrărilor (barbacane, fante).

Fig.1 Lucrare hidrotehnică transversală din Valea Vidaș

Aceste lucrări hidrotehnice transversale îndeplinesc o serie de funcțiuni, dintre care cele mai importante sunt:

funcțiunea de regularizare care reprezintă acțiunea de modificare a geometriei albiei astfel încat acesta să capete o secțiune transversală cât mai regulată, un profil longitudinal cât mai continuu și un traseu în plan cât mai stabil;

funcțiunea de retenție prin care sunt reținute aluviunile transortate de viituri, formându-se astfel, în spatele lucrărilor, niste depozite denumite aterisamente;

funcțiunea de consolidare, se poate realiza fie prin acoperire (corpul lucrărilor, radierul), fie prin aterisare (prin formarea aterisamentului), astfel consolidându-se atât patul albiilor, cât și malurile limitrofe;

funcțiunea de atenuare prin diminuarea viiturilor torențiale.

Măsura în care se realizează cele 4 funcțiuni depinde în mare măsura de înălțimea utilă a lucrării transversale. Aceasta reprezintă înalțimea măsurată pe paramentul amonte între nivelul natural al talvegului și nivelul pragului deversorului în momentul execuției lucrării.

După înălțimea utilă a construcțiilor („Ym” din fig.2), lucrările hidrotehnice transversale se clasifică în:

traverse, sunt lucrări hidrotehnice transversale înfundate complet în patul albiei (Ym = 0), care au rol principal de regularizare și consolidare;

praguri, sunt lucrările transversale cu înălțimea definită de relația 0 < Ym < 1,5m; ele frâng și atenuează panta talvegului, lărgesc și ridică nivelul fundului albiei, împiedică continuarea eroziunilor, refac și mențin stabilitatea malurilor etc.

baraje, sunt lucrările hidrotehnice transversale cu Ym > 1,5 m

Fig.2 Reprezentarea înălțimii utile (Ym) a construcțiilor hidrotehnice transversale

Barajele de pe rețeaua hidrografică torențială se diferențiaza în mod net de cele din domeniul hidro-energetic, nu numai prin înălțime, ci și prin modul special de alcătuire constructivă.Acest mod este determinat atât de condițiile din teren în care sunt amplasate lucrările hidrotehnice transversale, cât și de funcțiunile speciale care sunt atribuite acestor lucrări.

Părțile componente si funcționale ale unui baraj

Barajele din domeniul amenajarilor torențiale sunt compuse din două elemente principale:

barajul propriu-zis care barează albia;

disipatorul hidraulic de energie ce cuprinde construcțiile anexe.

Barajul propriu-zis, la rândul lui se compune din: fundație, corp, aripi și încastrări.

Fundația (fig.3) este partea barajului care preia sarcinile și le transmite la terenul de fundare, fiind elementul de infrastructură al construcției. Foarte importantă este aici adâncimea de fundare (Yf ) care trebuie să îndeplinească anumite condiții printre care: să nu depăsească adâncimea maximă de înghet, să fie în concordanță cu panta albiei din aval precum si cu înălțimea utilă a acestuia: Ym.

Corpul barajului (fig.4) ocupă poziția de maximă importanță deoarece acesta atenuează șocul viiturilor torențiale, reține aluviunile, ajută la efectul de consolidare al lucrărilor prin formarea de aterisamente. Acesta se situează între planul superior al fundatiei, și planul în care este situat planul deversorului.

Aripile barajului (fig.4) împiedică deversarea peste întreaga deschidere a barajului, obligând apele să se scurgă numai prin deversor, ele sunt situate deasupra corpului barajului, de o parte și de alta a umerilor deversorului si sunt încastrate lateral în maluri.

Încastrările barajului (fig.3) sunt porțiunile laterale ale barajului, care sunt sprijinite pe fundația acesteia și se află în contract direct cu malurile.

Principala caracteristică a încastrărilor o constituie adâncimea de încastrare, aceasta se modelează în primul rând după natura substratului litologic si trebuie să se înscrie între limitele următoare [Clinciu, Lazăr, 1997] :

– terenuri stâncoase, constituite din roci metamorfice sau sedimentare dure sau foarte dure 0,5 – 1,0 m;

– terenuri tari, stabile și compacte, situate pe substrate de roci metamorfice și sedimentare 1,0 – 1,5 m;

– terenuri instabile, cu alunecări și surpări al căror substrat este de natură nisipoasă, argiloasă sau marnoasă 1,5 – 2,5 m.

Disipatorul hidraulic de energie este compus la rândul lui din: radier, ziduri de gardă și pintenul terminal.

Radierul (fig.4) reprezintă partea principală a disipatorului hidraulic și realizează consolidarea patului albiei, imediat în aval de amplasamentul lucrării transversale. Pe radier se pot dispune un prag disipator sau dinți disipatori de energie. Aceștia sunt construiți din beton și sunt încastrați într-o placă cu lungime constantă.

Zidurile de gardă (fig.4) se află de o parte și de alta a radierului, și au rolul de a sprijini malurile albiei, imediat în aval de baraj și de a încadra apa pe radier.

Pintenul terminal reprezintă „dintele” înfundat în patul albiei la extremitatea din aval a radierului și care se racordează în cele 2 părți laterale cu zidurile de gardă.

Fig.3 Componentele nevizibile ale unui baraj

Fig.4 Componentele vizibile ale unui baraj

Lucrări hidrotehnice longitudinale

În ciuda faptului că lucrările hidrotehnice longitudinale, pe ansamblul lucrărilor, dețin o pondere volumetrică mai redusă, ele constituie, în multe cazuri, componente importante ale soluțiilor de amenajare a rețelei hidrografice torențiale, componente fără de care nu pot fi atinse obiectivele generale ale acțiunii de amenajare.

Lucrările hidrotehnice longitudinale sunt folosite cu precădere în rețeaua hidrografică a torentului, în strânsă corelație cu lucrările hidrotehnice transversale, dar sunt utilizate și în regiunea conului de dejecție, unde lucrările transversale nu pot fi, în general, amplasate.

Principalele funcții pe care le îndeplinesc aceste tipuri de lucrări, asemeni celei din fig.5 sunt:

– apără malurile împotriva eroziunii și a altor fenomene de transport în masă

(alunecări, surpări, prăbușiri);

– consolidează direct sau indirect sursele de aluviuni;

– regularizează cursul de apă torențial;

– asigură o scurgere controlată (dirijată) în zona obiectivelor periclitate de viituri.

Fig.5 Lucrare hidrotehnică longitudinală

Localizarea bazinului luat în studiu

Bazinul luat în studiu se gasește pe Valea Târlungului și mai exact pe Pârâul Vidaș, un afluent care debușează direct în lacul de acumulare,după cum se poate observa și în fig.6.

Fig.6 Amplasamentul zonei de studiu (Google Earth)

În bazinul Târlungului s-au realizat nenumărate lucrări de importanță deosebită. Datorită dezvoltării fară precedent a Municipiului Brașov, atât sub raportul construcțiilor de locuințe și al îmbunătățirii condițiilor de confort ale populației, cât și din punct de vedere al capacităților industriale, aceasta a condus la o creștere vertiginoasă a consumului de apă potabilă și industrială. Astfel, la finele anului 1975 s-a adoptat soluția de regularizare a Râului Târlung printr-o acumulare de compensare a deficitelor. Această acumulare s-a realizat cu ajutorul unui baraj de pământ, în spatele căruia lacul creat se extinde pe o lungime aproximativă de 2,5 km. În legătură cu necesitatea asigurării funcționării normale și de lungă durată a acumulării, precum și cu prevenirea colmatării lacului, trebuie să subliniem faptul că atât albia principală a Văii Târlung cât și afluenții ei care debușează direct în lac au un caracter torențial, manifestat prin viituri puternice și printr-un apreciabil transport de aluviuni.

Astfel pentru reducerea transportului de aluviuni, unii afluenți ai Râului Târlung au fost corectați cu lucrări hidrotehnice. Lucrările de amenajare din Bazinul Hidrografic Târlungul superior mai sunt justificate și de apărarea altor obiective economice din raza bazinului cum ar fi: drumul național 1A Brașov-Vălenii de Munte, drumurile forestiere auto din bazin, sau a altor obiective cum ar fi înălțarea patului albiei principale a Târlungului ca urmare a depunerilor eterogene de aluviuni, distrugerea faunei salmonicole, scădrea continuă a fertilității solului, poluarea apelor etc.

În concluzie, având în vedere, pe de o parte pericolul real al colmatării acumulării Săcele, iar pe de altă parte, caracterul evident dinamic al dezvoltării proceselor torențiale în limitele întregului bazin al Târlungului superior, se pot sublinia ca justificate și îndreptățite temeiuri că amenajarea întregului teritoriu de scurgere aferent acumulării menționate este nu numai necesară dar și oportună.

Bazinul Pârâul Vidaș care constituie și obiectul actualului proiect de diplomă este situat în versantul nordic al curburii extreme a Carpaților Orientali, în vecinătatea zonei de tranziție pe care o face masivul Bucegi. Ca o consecință a acestei poziții de tranziție, decurg o serie de aspecte morfologice, hidrologice, climatice, biogeografice, care caracterizează bazinul studiat. Forma bazinului se poate asimila cu o elipsă puțin alungită în direcția axei mai mari, axă orientată pe direcția NNV-SSE, sprijinită în amonte de varful Vidaș (1285m), iar la extremitatea din aval pe talvegul râului Târlung. Bazinul Vidaș se învecineaza spre vest cu bazinul Doftana Ardeleană, iar spre est cu bazinul Valea Zâmbrului.

Relieful este caracterizat prin pante mari ale versanților și ale albiilor; lungimea rețelei hidrografice (3,3 km), precum și panta celui mai mic parcurs sunt de natură să favorizeze formarea și dezvoltarea proceselor de degradare și torențialitate.

Având în vedere că Pârâul Vidaș debușează imediat amonte de coada lacului de acumulare prezentând un puternic caracter torențial, caracterizat prin viituri puternice și printr-un insemnat transport de aluviuni, torentul Vidaș afecta direct capacitatea de retenție și buna funcționare a acumulării Săcele.

Ca urmare a acestor caractere a parâului Vidaș, in anii 1980-1981, in acest bazin s-au executat lucrari hidrotehnice care urmăresc reducerea efectelor negative pe care le produce acest pârâu printre care cel mai important fiind reducerea transportului de aluviuni din amonte spre acumularea de la baza Bazinului Hidrologic Tarlungul superior.

În momentul de față ne propunem prin realizarea acestui proiect in Bazinul Vidaș, bazin în care s-au realizat lucrări hidrotehnice, prin folosirea celor mai noi tehnologii (GIS, GPS etc.), să redăm cât mai exact forma reală a terenului, prin crearea modelului digital al albiei. Astfel în cazul în care se va dori, pe viitor, continuarea cercetării în bazinul luat în studiu, printr-o reactualizare a măsurătorilor efectuate de către noi, se vor putea determina anumite schimbări ale microreliefului cum ar fi: înălțarea patului albiei, schimbarea actualului traseu al albiei, nivelul de aterisamente colmatate în perioada respectivă etc.

Categoriile de ridicări topografice aplicabile în cadrul acțiunii de amenajare a rețelei hidrografice torențiale

3.1. Metode de ridicare aplicate în amenajarea rețelei hidrografice torențiale

Pentru executarea măsurătorilor topografice în cadrul acțiunii de amenajare a rețelei hidrografice torențiale este necesară ridicarea în plan a tuturor detaliilor ce caracterizează elementele specifice văii și întocmirea profilelor transversale și longitudinale în concordanță cu specificul măsurătorilor.

Ridicările topografice cuprind ansamblul lucrărilor de proiectare, măsurători, calcule și rapoarte, în vederea obținerii unor date precise în scopul reprezentării grafice sau digitale la scară a unei porțiuni din suprafata terestră. Prin calitatea datelor furnizate, acestea constituie una dintre cele mai importante metode de achiziție a datelor la scară locală și în special pentru completarea cu date de detaliu a setului de date existent.

După conținutul planurilor, ridicările topografice pot fi:

ridicări planimetrice ce urmăresc determinarea poziției în plan a punctelor caracteristice pentru redarea detaliilor natural și artificial de pe suprafața terestră;

ridicările altimetrice au ca obiect determinarea cotelor unor puncte caracteristice în scopul reprezentării reliefului unei suprafețe prin linii de nivel sau pe anumite direcții prin profile;

ridicări combinate prin care se obțin planuri complete cu detalii de planimetrie și relieful terenului redat prin linii de nivel.

Asemenea reprezentări permit realizarea planurilor de situație ce stau la baza proiectelor de construcții de orice gen, prin punctele lor caracteristice.

Punctele caracteristice definesc orice detaliu de pe suprafața terestră, fie detalii de planimetrie, fie de altimetrie. Aceste puncte caracteristice se aleg la schimbarea direcției liniei de contur a limitelor de proprietate sau a construcțiilor civile ori hidrotehnice (baraje, praguri, canale etc) sau la schimbarea de pantă a terenului.Punctele caracteristice ale terenului reprezintă un număr minim de puncte, alese condiționat în funcție de precizia cerută, de scara planului, de forma detaliilor luate în considerare și care trebuie să permită definirea și reprezentarea fidelă în plan a detaliilor măsurate în teren.

În cadrul lucrării de amenajare a rețelei hidrografice torențiale pentru ridicarea în plan a detaliilor, metoda folosită este aceea a drumuirii cu radieri, întrucât văile pe care se fac ridicările topografice nu favorizează vizibilități lungi spre detaliile de ridicat sau spre punctele rețelei geodezice.

Metoda drumuirii, specifică rețelelor de ridicare, se utilizează în cazul redării unor detalii de formă alungită (culmi, văi cu apă puțină sau seci, instalații de transport, canale etc.). Traseul se desfășoară în lungul acestora, iar stațiile se aleg la schimbările de direcție sau de pantă. Metoda drumuirii este o metodă de îndesire a rețelei topografice (ordinul V), însă nu în mod uniform, ci în apropierea detaliilor astfel că ridicarea lor să fie cât mai precisă și economică.

Totalitatea punctelor de drumuire pe o anumită suprafață constituie rețele de ridicare spre deosebire de rețelele de îndesire determinate prin intersecții și poligonații.

În afară funcției de îndesire metoda drumuirii poate servi și la determinarea unei rețele de sprijin independente, în cazul suprafețelor mici sau chiar la ridicarea unor detalii de formă alungită.

Drumuirile sunt de mai multe feluri și ele pot fi clasificate după diferite criterii (Chițea 1997):

După modul de sprijinire:

primare, dacă traseul se desfășoară între punctele rețelei de sprijin;

secundare, dacă traseul se sprijină, cel puțin la un capăt pe un punct de drumuire primară;

terțiare, dacă traseul se sprijină și pe un punct de drumuire secundară.

După modul de control al determinărilor:

încadrate pe puncte de coordonate cunoscute;

închise pe punctul de plecare;

După natura elementelor determinate:

planimetrice, ce determină coordonatele plane x, y ale punctelor;

altimetrice, ce determină cotele z ale punctelor;

combinate, ce determină coordonatele spațiale ale punctelor.

După natura instrumentului folosit:

tahimetrice, denumite și unghiulare, ce măsoară pe teren unghiurile orizontale, verticale și distanțele;

busolare, ce măsoară pe teren orientări, unghiuri verticale și distanțe;

nivelmetrice, care la rândul lor pot fi geometrice, ce măsoară pe teren direct diferențe de nivel și trigonometrice, ce măsoară unghiuri verticale și orizontale.

După modul de măsurare a distanțelor:

clasice, cu măsurarea directă a distanțelor;

tahimetrice, cu determinarea distanțelor pe cale optică;

electronice, cu determinarea distanțelor cu ajutorul undelor.

Proiectarea drumuirilor

Poziția punctelor drumuirilor care formeaza drumuirile se alege astfel încât să fie satisfăcute următoarele condiții:

în punctele de capăt să fie cel puțin o viză de referință care să permită orientarea drumuirii;

între punctele vecine ale drumuirii să existe vizibilitate în vederea măsurării direcțiilor orizontale;

lungimea totală a drumuirii să nu depășească 2000-2500m , iar numărul laturilor să fie mai mic de 30. În caz contrar, erorile de măsurarea se pot cumula și depăși toleranțele, iar în cazul unor greșeli refacerea traseului implică un volum mare de muncă;

punctele de drumuire să fie amplaste în apropierea punctelor de detaliu ca să fie posibilă ridicarea tuturor detaliilor de la distanțe cât mai mici (Chițea 1997).

3.2. Particularități ale ridicărilor topografice în bazinele hidrografice

Pentru realizarea măsurătorilor topografice în bazinele hidrografice torențiale apar două probleme principale: lipsa vizibilității și distanța mare până la rețeaua geodezică de sprijin. Deasemenea și prezenta lucrare s-a realizat într-o zonă de munte, bine împadurită și situată la o distanță mare față de rețeaua de sprijin.

3.2.1. Lipsa vizibilității

Construcțiile hidrotehnice studiate, se află într-o zonă muntoasă, de pădure, în care principala problemă o constituie lipsa vizibilității, din cauza vegetației arborescente, combinate cu pantele foarte abrupte ale văilor unde sunt construite barajele (fig.7).

Fig.7 Ilustrarea lipsei vizibilității în Valea Vidaș

În pădurile de deal și de munte relieful variat, accidentat, ar favoriza teoretic vizibilitatea, dar, practic aceasta este împiedicată de pădure. De multe ori văile largi și crestele sau culmile permit desfășurarea unor drumuiri din care se determină alte puncte prin radieri.

În cazul bazinelor forestiere din zona montană, drumuirea se execută atât pe culmea bazinului cât și pe firul văii acestuia, teoretic ea fiind sprijinită pe două puncte vechi iar în ambele capete ale drumuirii să existe vizibilitate spre alte puncte vechi.

Datorită zonei nefavorabile din punct de vederea al vizibilității, respectiv, o vale adâncă, conturată de relief stâncos împădurit și înalt, care a dus la imposibilitatea vizării atât către punctele de îndesire amplasate la sol, cât și către semnalele inaccesibile (turle de biserici, antene, semnale piramidă etc.) în cazul prezent nu s-a putut satisface întrutotul teoria, drumuirea fiind una închisă pe punctul de plecare și doar cu un punct de orientare.

Datorită preciziei mijloacelor moderne de măsurare și a grijii operatorilor pe tot parcursul măsurătorilor, erorile rezultate la finalul acțiunii nu au avut valori mari, încadrându-se în toleranțe și mai apoi putând fi compensate.

3.2.2. Distanța mare față de rețeaua națională de sprijin, lipsa bornelor în sistem de proiecție stereografic 1970

Un inconvenient specific măsurătorilor topografice din zonele montane de pădure îl reprezintă, distanța foarte mare, a zonei de lucru, față de punctele rețelei naționale de sprijin. Pentru încadrarea lucrării în sistemul de proiecție stereografic 1970 s-au făcut cercetări privind amplasarea punctelor rețelei geodezice și s-a constatat lipsa bornelor în apropierea lucrărilor hidrotehnice studiate, ducând la imposibilitatea încadrării măsurătorilor în sistemul de proiecție național.

Pe întreaga suprafață a țării s-a determinat o rețea de puncte de coordonate cunoscute (x, y, z) numită rețea geodezică de stat. Poziția acestor puncte este determinată cu precizie, în cadrul unor sisteme de referită și de coordonate.

În România se lucrează cu două rețele:

Rețeaua planimetrică de ordin I-IV, care este definită față de sistemul stereografic 1970, plan secant unic.

Rețeaua de nivelment care este definită față de punctele de referință Marea Neagră – Constanța 1975.

Aceste puncte ale rețelei sunt amplasate și determinate astfel încât să asigure o densitate optimă care să permită realizarea rețelelor de ridicare și efectuarea ridicării punctelor de detaliu în orice zonă de pe suprafața terenului.

Rețeaua Geodezică Națională-GPS a fost preconizată pentru a înlocui vechea rețea geodezică de stat depașită tehnic si moral , descompletată prin dispariția semnalelor și a peste 50% din borne. Noua rețea are ca trăsături definitorii încadrarea în rețeaua eropeană EUREF, poziționarea precisă a punctelor în limite centimetrice sau milimetrice, determinarea unitară și omogenă pe întreg cuprinsul țării și o densitate satisfăcătoare pentru desfașurarea ulterioară a lucrărilor ale diferiților utilizatori.

Ca structură, RGN-GPS are 2 componente:

o rețea de puncte bornate la sol, grupate în 4 categorii

o rețea de stații permanente GPS care prin raza lor de acțiune trebuie să acopere suprafața intregii țări

Este recunoscut faptul că „toate ridicările trebuie încadrate în rețeaua geodezică națională determinată pentru coordonatele plane în „proiecția Stereografică 70” și pentru cote în „planul de referință Marea Neagră 1975”. Numai în aceste condiții se asigură unitatea și omogenitatea lucrărilor pe întreg teritoriul țării.”[Boș 2009]

Deasemenea , încadrarea este necesară și pentru a se putea realiza monitorizarea construcțiilor hidrotehnice și a terenului studiat față de situația înregistrată la precedentul studiu din zonă (2008).

3.3. Soluții propuse pentru rezolvarea problemelor generate de particularitățile măsurătorilor topografice în bazinele hidrografice

3.3.1. Metoda aplicată în vederea ridicării în plan

În cadrul studiului executat asupra lucrărilor hidrotehnice din Valea Vidaș, s-a folosit pentru ridicarea în plan metoda drumuirii cu radieri, drumuire ce a fost închisă pe punctul de plecare.

Metoda radierii sau a coordonatelor polare este metoda specifică de ridicare a miilor de puncte ce alcătuiesc detaliile topografice. Aceasta metoda se aplică în mod curent în orice teren, oriunde se poate duce o viză și se poate măsura o distantă direct sau indirect.

Fig.8 Puncte determinate prin metoda radierii

În esență se staționează într-un punct cunoscut A, se duce o viză de referință spre alt punct cunoscut B și apoi la punctul radiat 1 (fig. 8).

Poziția punctului radiat 1 este definită de unghiul polar α1 și de rază vectoare d1, denumite și coordonate polare. Prin metoda radierii punctele se determină radial. Dintr-o stație ele se iau toate în același tur de orizont. Precizia determinării punctelor radiate scade cu creșterea depărtării detaliilor de stație.

Executarea radierilor dintr-o stație de drumuire trebuie să se realizeze organizat, prin deplasări raționale ale purtătorilor de prismă. Pentru reprezentarea reliefului sunt necesare puncte alese suplimentar pe lângă cele ale detaliilor de planimetrie, care vor primi și cote și vor fi folosite ca atare. În acest scop se vor urmări punctele situate pe liniile de schimbare de pantă. În cazul unui relief monoton, cu variații nesemnificative, respectiv a unor terenuri cvasiorizontale, sau plane înclinate, punctele radiate se iau în mod aleatoriu, dispuse în rețea. În acest scop purtătorii de prismă se deplasează pe linii aproximativ paralele, cu opriri la un anumit număr de pași, asigurând astfel o distribuție uniformă a punctelor pe plan. În topografie, în funcție de grija cu care sunt alese aceste puncte de nivelment în ansamblul ridicării în plan, depinde acuratețea redării reliefului.

Metoda drumuirii combinate cu radieri

Această combinație de metode reprezintă modul cel mai frecvent de ridicare a detaliilor ce se poate aplica în majoritatea cazurilor din teren. Drumuirea joacă rolul de suport, conducând la o rețea auxiliară de puncte situată în apropierea detaliilor, iar prin radieri se determină efectiv poziția punctelor caracteristice.

Inițial se aleg drumuirile principale completate cu cele secundare, ale căror trasee trebuie să treacă prin apropierea detaliilor de ridicat. Stațiile se stabilesc astfel încât din ele să se poată radia cât mai multe puncte, la distanțe minime și să nu rămână zone, respectiv detalii, care să nu poată fi ridicate. Culegerea datelor drumuirii și radierilor se poate face din aceeași staționare sau prin revenirea ulterioară în punct. Unele puncte de stații „aruncate”, necesare pentru efectuarea radierilor în zone prin care drumuirea nu se poate dezvolta, se determină prin dublă radiere.

3.3.2. Poziționarea ridicărilor topografice în sistemul stereografic 70 cu ajutorul sistemelor de poziționare globală (GPS)

Metoda cea mai des folosită în zilele noastre, dar și cea mai rapidă și cu rezultate foarte bune pentru a determina coordonatele punctelor noi față de alte puncte vechi în vederea încadrării măsurătorilor în sistemele de referință naționale, o reprezintă determinarea coordonatelor cu ajutorul unui sistem GPS. Determinările GPS nu necesită un volum de muncă foarte mare comparativ cu metodele vechi (ex. intersecții unghiulare), astfel ele devenind lejere, asigurând precizii înalte și randament sporit.

Pentru a se realiza încadrarea lucrărilor de monitorizare a lucrărilor hidrotehnice și a terenului studiat, folosirea acestui tip de determinare a coordonatelor punctelor noi, cu GPS-ul, s-a dovedit a fi atât de cea mai precisă și rapidă metodă, cât și singura soluție de determinare a coordonatelor punctelor de îndesire.

3.3.2.1. Sisteme de poziționare globală (GPS)

Acest sistem are o importanță deosebită în ridicările topografice prin înregistrarea automată a datelor spațiale ale punctelor de pe suprafața fizică a Pământului în vederea determinării coordonatelor punctelor noi pentru încadrarea măsurătorilor într-un sistem de coordonate național. Este folosit atât în cadastru sau geodezie cât și în alte domenii precum: navigație, hidrografie, GIS etc (fig.9)

Fig.9 Domenii care utilizează sistemul G.P.S.

Inițial sistemul a fost conceput pentru stabilirea poziției în spațiu a sateliților lansați. Ulterior s-a constatat că și reciproca este valabilă, adică cu ajutorul unui anumit număr de sateliți se poate determina poziția unui punct de pe scoarța terestră.

Sistemul de poziționare globală bazat pe sateliții artificiali ai Pământului oferă precizii de poziționare a punctelor de domeniul milimetrilor, motiv pentru care acest sistem poate fi utilizat eficient atât în aplicațiile geodezice cât și în cele topografice fiind considerat ca sistem de poziționare și măsurare.

Segmentul spațial al sistemului GNSS este împărțit în trei sisteme de poziționare globală:

Sistemul NAVSTAR-GPS

Segmentul spațial GPS cuprinde un număr de 32 de sateliți dispuși pe 6 plane orbitale de câte 4 sateliți, înclinate la 55o, la o altitudine de 20350 km. Perioada de revoluție este de 11 ore și 56 de minute. Sistemul de referință utilizat este WGS 84. Este sistemul utilizat în România.

Sistemul GLONASS

Segmentul spațial GLONAS cuprinde un număr de 24 de sateliți dispuși pe 3 plane orbitale înclinate la 64,8o la o altitudine de 19100 km. Perioada de revoluție este de 11 ore și 16 minute. În prezent funcționează numai 16 sateliți. În România sistemul GLONASS poate fi utilizat în completarea sistemului GPS. Sistemul de referință utilizat este PZ90.

Sistemul GALILEO

Deocamdată sistemul nu este funcțional. Uniunea Europeană și Agenția Spațială Europeană vor dezvolta sistemul european GNSS, denumit GALILEO. Constelația sistemului va fi compusă dintr-un număr de 30 de sateliți dispuși pe 3 plane orbitale înclinate la 56o la o altitudine de 23616 km. Perioada de revoluție este de 14 ore și 24 de minute. În ceea ce privește poziția de poziționare, disponibilitatea și integritatea, GALILEO va fi superior celorlalte sisteme și va fi interoperabil cu acestea. Sistemul de referință va fi de tip TRS (Terrestrial Reference System).

3.3.2.2. Principiul funcționării sistemului NAVSTAR-GPS

Funcționarea acestui sistem constă în folosirea unei constelații de sateliți artificiali, ai sistemului NAVSTAR-GPS, în așa fel încât din orice punct de pe suprafața scoarței terestre să fie vizibili cel puțin patru sateliți la orice oră din zi și din noapte (fig.10)

Fig.10 Principiul functionarii sistemului NAVSTAR-GPS

Bazele teoretice pe care se bazează determinarea poziției unui punct este relativ simplă. Poziția punctului, în care se instalează instrumentul, este stabilită printr-o triangulație spațială sau retrointersecție liniară spațială, pe baza distanțelor măsurate de la sateliți până la receptor și a coordonatelor acestora în momentul emisiei, date de efemeride în același sistem de referință internațional.

Distanța de la satelit la receptor constituie raza unei sfere unde poziția satelitului este reprezentată ca centru a sferei.

Așadar raționamentul este următorul:

folosind o singură distanța provenită de la un singur satelit, punctul nou se poate găsi oriunde pe o sferă în jurul satelitului;

datele de la doi sateliți vor genera două sfere care se intersectează după un cerc pe care se află receptorul;

cu trei distanțe provenite de la același număr de sateliți, vor rezulta două puncte posibile rezultate din intersecția unui cerc cu o sferă;

o măsură suplimentară și implicit distanța de la un al patrulea satelit, permite calculatorului să elimine poziția ridicolă (în afară suprafeței terestre) și să o stabilească pe cea corectă.

3.3.2.3. Metode și procedee de măsurare GPS

Determinările punctelor rețelelor geodezice sau a punctelor caracteristice din cadrul unei măsurători au la bază înregistrări specifice, definitorii pentru o anumită metodă, astfel distingem:

măsurători în regim static în care receptoarele rămân fixe în timpul observațiilor, efectuate în mai multe reprize asupra acelorași puncte;

măsurători în regim cinematic în care receptoarele din punctele noi sunt în mișcare.

Cele două tipuri de culegere a datelor au generat tot atâtea metode de poziționare GPS statică respectiv cinematică, în cadrul cărora se diferențiază procedee sau variante de execuție care sunt definite de mai mulți factori: precizia urmărită, dependența de timpul de staționare și lungimea vectorilor de bază, numărul și tipul receptoarelor s.a.

A. Metoda statică este cea mai frecventă metoda de măsurare GPS. În cadrul acestei metode la efectuarea măsurătorilor, receptoarele instalate în puncte de stație trebuie să rămână fixe într-un interval de timp în cadrul căruia se primesc semnalele de la aceiași minim patru sateliți artificiali .Timpul de staționare este îndelungat, aproximativ 45 de minute, în funcție de lungimea bazei.

Procedeul rapid static reduce substanțial timpul de staționare (5-10 min) în condiții favorabile, dar se dublează la receptoarele cu o singură frecvență L1 rămânând totuși scurt în comparație cu metoda statică. Din aceste motive procedeul se recomandă în cazul bazelor scurte (5-10 km) la realizarea rețelelor de îndesire, reperaj fotogrammetric etc.

B. Metoda cinematică este caracterizată de o durată scurtă de timp, de aproximativ 5 secunde, pentru măsurători de fază a undelor purtătoare. În această metodă un receptor rămâne fix, iar celălalt receptor se deplasează succesiv în punctele noi unde determinările sunt aproape instantanee având și o precizie bună .

Culegerea datelor se face în cadrul aceluiași interval de timp, respectiv cu aceiași constelație de sateliți și păstrarea legăturii cu aceiași minim patru sateliți. Această metodă este cea mai eficientă metoda de determinare a poziției punctelor, dar în același timp este și cea mai sensibilă și cu o încredere mai slabă asupra preciziei față de alte metode.

În cadrul acestei metode se regăsesc următoarele procedee:

Procedeul pseudocinematic unde datele se culeg inițial în aceleași condiții cu excepția că fiecare măsurătoare durează aproximativ cinci minute, punctele noi fiind apoi restaționate după circa o oră, timp în care constelația satelitară se schimbă. Prin folosirea acestui procedeu, poziționarea este posibilă și în cadrul unui număr mic de sateliți, patru sau chiar trei, asigurând o precizie satisfăcătoare pentru rețelele de sprijin.

Procedeul cu deplasare continuă presupune că receptorul mobil să se instaleze succesiv în punctele noi, la intervale de timp prestabilite, funcție de distanță.

Procedeul Stop & Go realizează măsurători pe o bază sub 10 km, adică distanța între receptorul fix și cel în mișcare să nu depășească distanța precizată. Așadar un receptor devine mobil deplasându-se succesiv în punctele care interesează. Modul de lucru necesită cinci sateliți disponibili pentru asigurarea unui GDOP mic (maxim 8).

C. Metoda GPS – cinematică în timp real (RTK)

Cele două metode prezentate mai sus, împreună cu procedeele pe care le subordonează, în ciuda preciziei pe care o au la determinarea de puncte, a randamentului ridicat precum și ușurință în procesul de măsurare ele prezintă și un principal inconvenient și anume, aflarea coordonatelor punctelor noi din măsurătoare doar prin postprocesare.

În eliminarea acestui incovenient intervine Metoda GPS – cinematică în timp real, sau simplu RTK (Real Time Kinematic).

Poziționarea în timp real RTK permite să se cunoască, direct pe teren, coordonatele receptorului mobil, precum și verificarea calității datelor și remedierea lor la nevoie.

În principiu tehnica GPS – RTK permite evidențierea erorilor de măsurare a pseudo-distantelor, spre cei patru sateliți, într-un punct de referință cunoscut cu precizie în sistemul WGS 84, respectiv o stație permanentă GPS sau un receptor staționabil la sol, într-un punct de coordonate știute.

Condiția de bază pentru aplicarea acestei tehnici moderne cere ca receptoarele, de referință și cele mobile, să vadă simultan aceiași minim patru sateliți.

Efectiv tehnologia RTK modernă deschide noi oportunități ale sistemului GPS, de mare randament și o precizie bună echivalentă cu cea a metodei cinematice, satisfăcătoare pentru determinări fie a punctelor rețelei geodezice de îndesire, fie a punctelor rețelei de ridicare [Boș, 2009].

3.3.2.4. Sistemul de poziționare ROMPOS

Sistemul ROMPOS (ROMANIAN POSTIONING DETERMINATION SYSTEM) este o infrastuctură definită prin unele servicii care permit poziționarea rapidă și comodă , într-un sistem GNSS, la un moment dat a unui obiect în repaus sau în mișcare, inclusiv a punctelor geotopografice.

Efectiv, ansamblul ROMPOS permite trecerea de la poziționarea în mod postprocesarela determinarea poziției în timp real, folosind un singur receptor GNSS. Precizia variaza în funcție de aplicație și poate fi îmbunătățită, după caz, de la ordinul metrilor, până la nivel centimetric, sau milimetric. În acest sens, sunt disponibile o serie de servicii:

ROMPOS-DGNSS, are la bază măsurători diferențiale, pentru aplicații cinematice în timp real, cu o precizie de poziționare între 3 și 0,5m; satisfăcătoare unor sisteme GIS, navigației pe mare, pe uscat sau în aer, sau pentru activități publice de poliție,salvare,turism;

ROMPOS RTK, tot pentru aplicații cinematice, în timp real, dar cu o precizie de determinare până la 2 cm, apte pentru lucrările topografice;

ROMPOS GEO (Geodezic) pentru aplicații statice, prin postprocesare ce asigură o precizie sub 2 cm, folosite pentru rețelele geodezice de sprijin realizate prin îndesire și lucrări tehnice, inginerești, de specialitate, GIS, geodinamică etc.

Punctele de îndesire determinate la studiul realizat în valea Vidaș sunt obținute prin postprocesare cu ajutorul datelor furnizate de serviciul ROMPOS GEO.

Organizarea , executarea pe teren și prelucrarea măsurătorilor topogeodezice

Realizarea drumuirii

Lucrările de teren au fost concepute și executate în așa fel încât să cuprindă toate elementele necesare întocmirii planului de situație și a profilelor. Având în vedere faptul că măsurătoarea s-a realizat într-un bazin hidrografic torențial în care există lucrări hidrotehnice, metoda de ridicare aleasă este metoda drumuirii combinată cu radieri.

Caracteristicile drumuirii alese

Drumuirile sunt caracterizate, în primul rând, de categoria unde se încadrează, clasificare ce s-a realizat în capitolul anterior. Astfel, după modul de sprijinire, drumuirea executată a fost primară întrucât traseul drumuirii s–a desfășurat între punctele rețelei de ridicare, determinate prin tehnologie GPS.

După modul de control al determinărilor s-a realizat o drumuire închisă pe punctul de plecare, orientată pe un punct de coordonate cunoscute din rețeaua de ridicare.

După natura elementelor determinate, drumuirea a fost combinată, determinându-se coordonatele spațiale ale punctelor alese în teren, adică atât poziția planimetrică (x, y) cât și cea altimetrică (cota).

După natura instrumentului folosit precum și după modul de măsurare a distanțelor , s-a optat bineînțeles pentru drumuirea electronică întrucât determinarea distanțelor s-a făcut cu ajutorul undelor.

Deci, putem afirma că pentru întocmirea planului de situație și a planurilor derivate (profile), ca și metodă de ridicare a detaliilor, definite de punctele lor caracteristice, s-a optat pentru o drumuire primară, orientată și închisă pe punctul de plecare, executată cu aparatură electronică, respectiv cu stația totală, cu ajutorul căreia s-au determinat coordonatele spațiale ale punctelor măsurate.

Aparatura folosită

Pentru realizarea drumuirii și radierea punctelor s-a folosit stația totală Leica TC 405.

Fig.11 Stația totală Leica TC 405

Etape realizate în cadrul executării drumuirii

A. Alegerea punctelor de drumuire

În prima fază s-a realizat recunoașterea terenului, după care am parcurs suprafața ce urma a fi ridicată în plan, atât în zona de albie cât si pe versanți, indicând în mare masură locurile unde ar urma să instalăm punctele de stație astfel încât majoritatea punctelor caracteristice microreliefului să fie înregistrate. Din aceste puncte de stație, care reprezintă de fapt drumuirea propriu-zisă, trebuie luată în considerare și vizibilitatea spre punctele caracteristice lucrărilor hidrotehnice.

S-a acordat o atenție deosebită alegerii amplasamentului punctelor din drumuire care urmau a fi determinare prin tehnologie GPS. Primul punct s-a ales pe marginea drumului național DN 1A în apropierea construcției hidrotehnice longitudinale pentru o reperare mai bună și pentru a beneficia de un acces foarte ușor până la acesta, iar cel de al 2-lea pe marginea drumui forestier ferit de vegetația arborescentă, asigurandu-se totodată vizibilitatea reciprocă între cele 2 puncte GPS.

Alte 2 puncte ce urmau a fi determinate prin tehnologia GPS au fost amplasate în partea din amonte a terenului studiat, în interiorul padurii, nerespectându-se astfel indicațiile de respectare a preciziei a aparaturii GPS folosite.

B. Marcarea și semnalizarea punctelor

Toate punctele de drumuire au fost marcate prin borne de beton îngropate în pamânt, la suprafață rămânând vizibile pe o înălțime de aproximativ 10 cm.(fig.12).

Fig.12 Marcarea punctelor prin borne de beton

Semnalizarea punctelor s-a făcut cu cu vopsea roșie pe detaliile din apropiere, și anume: punctul de plecare-pe parapetul din apropiere de pe marginea DN 1A,iar a celorlaltor puncte de drumuire-pe arboretele învecinate. Semnalizarea s-a realizat,avandu-se în vedere găsirea și identificarea mai ușoară a puntelor.(fig.13).

Fig.13 Semnalizarea punctelor de drumuire

C. Instalarea aparatului în punctul de stație

După ce s-au ales, marcat și semnalizat punctele de drumuire, aparatul s-a instalat în primul punct din care s-a pornit realizarea drumuirii. Prin respectarea pașilor specifici de centrare și de calare a aparatului s-a urmărit respectarea condițiilor de instalare corectă în fiecare punct de stație considerat.

D. Efectuarea propriu-zisă a măsurătorilor

După proiectarea și materializarea punctelor de drumuire, s-a trecut la măsurarea efectivă a elementelor rețelei (Fig.14). Astfel s-a staționat în primul punct, denumit 5000, care a primit coordonatele arbitrare x=400000; y=500000 și z=500 pentru o memorare mai ușoară și totodată pentru o mai mare siguranță și un randament sporit. Acesta s-a orientat spre al 2-lea punct al drumuirii care urma sa fie și el determinat prin tehnologie GPS. În continuare, am staționat în stația a doua, ne-am orientat spre primul punct și am determinat punctul al treilea. În acest fel am parcurs traseul întregii drumuiri, până am ajuns din nou în cel de-al doilea punct. Pentru parcurgerea întregii zone de studiu au fost necesare 10 puncte de stație și s-au determinat 4 puncte prin tehnologie GPS.

Fig.14 Schița drumuirii

Ridicarea în plan propriu-zisă

Deoarece s-a dorit crearea unui model digital al albiei cât mai apropiat de forma reală a acesteia, precum și reprezentarea corectă a lucrărilor hidrotehnice existente în albie, a fost necesar să optăm pentru metoda drumuirii combinată cu radieri, scoțând astfel în evidență majoritatea detaliilor compuse din punctele lor caracteristice.

Punctele caracteristice ale terenului au fost radiate din cele 10 stații de drumuire componente, după cum se poate observa în fig.16.

Fig.15 Distribuirea punctelor în funcție de stația din care au fost radiate

Am împarțit mai întâi arealul supus măsuratorii în 7 zone omogene, si anume: versant, patul albiei, lama de apă, drum de exploatare, drumul național DN 1A, pășune si lucrări hidrotehnice. Scopul pentru care am adoptat codificarea punctelor radiate direct în faza de teren a fost acela de a putea identifica foarte usor acele puncte caracteristice diferitelor părți componente ale sectorului de albie precum și pentru simplificarea reconstituirii punctelor în etapa de analiză si modelare GIS.

Codificarea punctelor caracteristice s-a realizat astfel (Fig 16):

Codul 1 – pentru punctele caracteristice lucrărilor hidrotehnice;

Codul 2 – pentru punctele caracteristice zonei de pat al albiei;

Codul 3 – pentru punctele caracteristice versanților;

Codul 4 – pentru punctele caracteristice drumului de exploatare;

Codul 5 – pentru punctele caracteristice lațimii si adâncimii lamei de apă;

Codul 6 – pentru punctele caracteristice pașunii din avalul bazinului;

Codul 7 – pentru punctele caracteristice drumului național DN 1A

Fig.16 Codificarea punctelor măsurate

Ridicarea detaliilor s-a executat firesc din aval în amonte, pe traseul drumuirii și s-a avut o grijă deosebită pentru radierea cât mai precisă a tuturor detaliilor existente precum: drumurile, firul văii etc. dar mai ales a construcțiilor hidrotehnice care de altfel constituie principalul obiectiv al proiectului prezentat. Punctele radiate caracteristice lucrărilor hidrotehnice au ocupat poziții care să definească forma lucrărilor; astfel au fost luate puncte la partea superioară evidențiind aripile barajului, deschiderea la partea superioară a deversorului, cât și la partea inferioară evidențiind forma zidurilor de gardă și a radierului barajului.

Determinarea punctelor pentru poziționarea în sistem stereografic 70

Tehnologia RTK modernă deschide noi oportunități ale sistemului GPS, de mare randament și o precizie bună echivalentă cu cea a metodei cinematice, satisfăcătoare pentru determinări fie a punctelor rețelei geodezice de îndesire, fie a punctelor rețelei de ridicare [Boș, 2009].

Pentru a se putea încadra măsurătoarea efectuată în sistemele de referință naționale, a fost necesară determinarea unor puncte de îndesire prin tehnologie GPS.

S-au determinat 4 puncte alese judicios, 2 la capătul din aval al suprafeței studiate și 2 la cel din amonte.Astfel , măsurătorile se vor putea compensa folosind, fie o drumuire închisă pe punctul de plecare din aval, fie o drumuire sprijinită folosind toate cele 4 puncte determinate. În final, vom arăta, că s-a recurs la varianta drumuirii închise pe punctul de plecare din cauza preciziei nesatisfăcătoare de determinare a punctelor din amonte.

Punctele GPS au fost materializate prin borne de beton și semnalizate corespunzător pe detaliile alăturate. Aceste puncte au fost amplasate lângă detalii fixe și trainice în vederea realizării unei descrieri cât mai bogate cu elemente de reperaj evidente pentru o căutare ulterioară.

La poziționarea lor s-a avut în vedere în primul rând căutarea unui loc neecranat, pe cât posibil, ținând cont de morfologia terenului, de vegetația arborescentă, acolo unde unghiul de mască să se încadreze toleranței. Acestă condiție a putut fi respectată doar pentru punctele din aval, cele din amonte neputând respecta condiția de neecranare din cauza vegetației arborescente bogate.(Fig.17 și Fig.18).

Fig.17 Amplasarea punctelor GPS în zona din aval a terenului studiat,cu respectarea condiției de neecranare

Fig.18 Amplasarea punctelor GPS în zona din amonte a terenului studiat, fără respectarea condiției de neecranare

Pentru determinarea acestor puncte s-a ales procedeul static de poziționare, iar coordonatele punctelor au fost calculate prin postprocesare folosind aplicația ROMPOS-GEO furnizată de ANCPI.

Aparatura folosită

Determinarea punctelor de îndesire prin tehnologie GPS s-a realizat cu 2 aparate Leica GPS1200+ ,acestea conducand la calculul coordonatelor spațiale(x,y,z).

Echipamentul leica GPS1200 cu dublă frcvență este un produs al tehnologiei de vârf în domeniul măsurătorilor terestre.Este dotat cu tastatură alfanumerică și ecran sensibil la apăsare(touch-screen).(Fig 19).

De remarcat este faptul că acest sistem GPS este foarte usor de utilizat avand un meniu simplu și concis și care, în timpul observațiilor satelitare, a raspuns foarte bine așteptărilor din punct de vedere al preciziei si al rapiditații.

Fig.19 Sistemul Leica GPS 1200+

Executarea propriu-zisă a măsurătorilor GPS

Executarea măsurătorilor GPS s-a realizat pe parcursul primei zile de măsurători imediat după amplasarea bornelor caracteristice punctelor de îndesire. Nu au fost necesare lucrări pregătitoare cu privire la documentarea asupra punctelor vechi din zonă, deoarece sistemul ROMPOS folosește o rețea de stații permanente care acoperă integral suprafața țării. Efectiv, s-a urmărit a se folosi în postprocesare corecțiile primite de la stațiile permanente amplasate în Făgăraș și Sfântu Gheorghe.

Pentru efectuarea măsurătorilor, s-a utilizat metoda statică de poziționare, în cadrul căreia a fost nevoie să se primeasca semnalele de la minim aceeși 4 sateliți ca și stațiile permanente pentru posibilitatea realizării corecțiilor specifice.Pe parcursul determinărilor, numărul sateliților disponibili, de la care s-au primit înregistrări a oscilat între 5 și 12 (mai puțini pentru punctele amplasate în zona de pădure). S-au măsurat mai întai primele 2 puncte din aval folosind cele 2 receptoare GPS din dotare, iar la sfârșitul sesiunii de măsurare au fost mutate în amonte pentru înregistrarea celorlalte 2 puncte alese. S-a staționat timp de aproximativ 3 ore pe fiecare punct pentru a se putea obține coordonatele punctelor cu preciziii de sub 2 cm, precizie caracteristică serviciului ROMPOS GEO.

Prelucrarea măsurătorilor GPS în vederea obținerii coordonatelor punctelor noi

Procesarea datelor GPS presupune un ansamblu de lucrări, ce vizează prelucrarea pe calculator a acestora pana la obținerea coordonatelor spațiale ale punctelor rețelei de îndesire în datumurile geodezice naționale (elipsoid, sistem de proiecție, nivel de referință). [Munteanu 2010].

În cazul de față, procesarea datelor s-a desfășurat automat, pe baza softului LEICA Geo Office, furnizat de producător, odată cu procurarea echipamentului GPS.

Obținerea coordonatelor punctelor s-a folosit serviciul ROMPOS GEO care a furnizat coordonatele stațiilor GPS permanente din Făgăraș și Odorheiul Secuiesc (Fig.20), precum și valorile înregistrate de acestea la data și intervalul orar în care s-au făcut determinările pe Valea Vidaș.

Fig. 20 Coordonatele stației GPS permanente FAGA

În fereastra grafică putem observa cele 2 tipuri de date: cele de la punctele de îndesire (de culoare verde) și cele de la stațiile permanente (de culoare roșie), a căror durată de înregistrare acoperă integral durata determinarilor efectute în zona de studiu (Fig. 21). În continuare, s-a efectuat procesarea măsurătorilor cu datele funizate de ANCPI și s-au obținute coordonatele corectate ale punctelor de îndesire în sistem de referință ETRS 89 (European Terrestrial Reference System 1989).

Fig.21 Procesarea datelor în Leica Geo Office

Inventarul de coordonate, astfel generat, este însoțit de o fereastră grafică unde sunt afișați vectorii de determinare, rezultați prin procesare si pozițiile punctelor vechi si noi în sistemul de referință ales la crearea proiectului (Fig 22 și Fig 23).

Fig. 22 Schema cu dispunerea vectorilor

Fig.23 Schema cu dispunerea vectorilor pentru zona studiată

Erorile de determinare ale punctelor, afișate de programul Leica Geo Office, au valori diferite pentru cele 4 puncte măsurate.Astfel, erorile punctelor 5000 și 5001(cele din aval) se încadrează în toleranțe, cu valori de 2-5cm, dar erorile punctelor 5006 și 5007, situate în zona de pădure, de ordinul metrilor nu pot fi acceptate. Prin urmare, la efectuarea compensării drumuirii, nu se vor lua în considerare valorile rezultate din înregistrările GPS ale punctelor 5006 și 5007, drumuirea urmând a se compensa ca o drumuire închisă pe punctul de plecare 5001, orientat către punctul 5000.

După determinarea coordonatelor finale ale punctelor calculate, se poate genera și exporta, prin comenzi specifice programului, carnetul de teren si fișierele RINEX.

Astfel coordonatele obținute în sistemul de referința global WGS 84, sunt transcalculate în sistemul Stereografic 1970 și Marea Neagră 1975, cu ajutorul programului TransDat.

Compensarea punctelor de drumuire

Drumuirea închisă pe punctul de plecare are ca elemente măsurate, unghiurile orizontale și verticale și laturile acesteia, motiv pentru care, din punctul de vedere al teoriei prelucrării măsuratotilor topografice, putem trata aceasta problemă ca o problemă de compensare a masuratorilor eterogene.

În cazul de față, s-au executat doua tipuri de compensări ale coordonatele punctelor de drumuire rezultate. S-a realizat o compensare empirică pe cale clasică , precum și o compensare riguroasă cu ajutorul programului modern de calcul și compensare a drumuirilor “TopoSys 4.2.”

Compensarea empirică a drumuirii

Calculele propriu-zise ale compmensării empirice cuprind două faze: calculul și compensarea orientărilor și calculul și compensarea coordonatelor. (Fig. 24)

Calculul și compensarea orientărilor

Pentru realizarea acestei etape, mai întai trebuie compensate valorile unghiurilor orizontale. Suma acestor unghiuri într-un poligon cu n laturi trebuie sa fie egală cu (n-2)*200. În cazul de față, unde avem un poligon de 9 laturi suma unghiurilor este egala cu 1400o. Compensarea se face împarțind neînchiderea la numarul de laturi, iar corecția unitară astfel obtinută se adună cu semn schimbat fiecărui unghi.

Orientările se calculează din aproape în aproape, pornind de la orientarea de referință și în funcție și unghiurile orizontale masurate. Prima orientare se calculează din coordonatele cunoscute ale punctelor determinate GPS; motiv pentru care orice drumuire pornește din două puncte de coordonate cunoscute.

ΘAB = arctg

Orientările celorlalte laturi se calculează din aprope în aproape pe baza formulelor:

θ2B= θ12 ± 200g +α3

Pentru control se compară orientarea de închidere calculată din aproape în aproape, determinată de drumuire, cu orientarea de referință calculată din coordonate. Diferența dintre aceste valori reprezintă eroarea de închidere pe orientări:

eθ = θdBD – θcBD

Teoretic, această eroare trebuie să fie egală cu zero, în cazul în care compensarea neînchiderilor unghiurilor orizontale a fost făcută corect.

Calculul și compensarea coordonatelor relative

Coordonatele relative se calculează cu relația:

Drept control, suma algebrică se compară cu diferența dintre coordonatele punctelor de sprijin:

, respectiv

Erorile de închidere pe x și y vor fi:

, respectiv

Eroarea totală calculată cu relația trebuie să se încadreze în toleranțe.

Dacă condiția de bază, eroarea mai mică decât toleranță, erorile ex și ey se compensează, adică se repartizează coordonatelor relative, fie proporțional cu lungimea laturilor, fie cu mărimea relativelor.

Se calculează mai întâi eroarea unitară prin împărțirea erorilor pe x și y la lungimea desfășurată a drumuirii sau la suma modul a coordonatelor relative.

Calculul coordonatelor absolute

Acestea se calculează plecând de la primul punct cunoscut:

;

;

XB = X2 + ΔX2B; YB = Y2 + ΔY2B

Fig. 24 Calculul coordonatelor punctelor de drumuire

Tabel 1. Calculul coordonatelor X,Y, Z ale punctelor de drumuire

Compensarea riguroasă a punctelor de drumuire și calculul punctelor radiate

Compensarea riguroasă a drumuirii închise pe punctul de plecare, s-a realizat cu ajutorul programului TopoSys 4.2. Sistemul de programe TopoSys permite prelucrarea și compensarea tuturor tipurilor de măsurători și drumuiri folosite în topografie, cu o precizie ridicată și într-o perioadă scurtă de timp.

Pentru aceasta, în primul rând se dorește întâi crearea unui proiect. Proiectele TopoSys reprezintă unități de informații generale care pot cuprinde una sau mai multe lucrări și o serie de informații comune acestor lucrări. Astfel, se deschide programul și se lansează comanda Nou din meniul Proiect, unde automat se solicită locul unde va fi salvat acesta în formatul specific MDB.

Urmatorul pas este reprezentat de crearea lucrării în cadrul proiectului, definit de comanda Creare lucrare din meniul Proiect (Fig. 25).

Fig.25 Crearea unei lucrări noi

În acestă fereastră am completat denumirea lucrării și am ales setările de creare, astfel: sistemul de coordonate(x – pe nord), unitatea de măsură a direcțiilor (centezimal), direcție verticală (zenitală), distanța măsurată (înclinată), reducere la nivelul mării (da) și coeficientul de scară cu valoarea 1. Coeficient de scară reprezintă o constantă cu care se înmulțesc distanțele măsurate pentru reducerea în planul proiecției folosite, în zona restrânsă a măsurătorilor, pe o suprafață cu raza maximă de 10 Km.

După crearea proiectului și a unei lucrări, trebuie intoduse punctele vechi determinate prin tehnologie GPS, în cazul nostru, punctele 5001, care reprezintă punctul de plecare și de sosire a drumuirii și 5000, pe care s-a realizat orientarea. (Fig. 26)

Fig. 26 Introducerea manuală a punctelor vechi

În continuare se introduc măsurătorile, dint-un fișier ASCII recunoscut de TopoSys prin urmărirea căii: Proiect-Import-Import ASCII-Masuratori. (Fig. 27)

Fig. 27 Importul măsurătorilor

Fișierul astfel importat, pentru a putea fi recunoscut de programul TopoSys trebuie să îndeplinească urmatoarele condiții, conforme cu Fig.28:

Câmpurile trebuie sa fie separate prin spațiu sau virgulă;

Valorile trebuie să fie numerice în afară de codul punctului, care poate fi și text;

Consistența formatului trebuie respectată pe tot conținutul fișierului;

La sfârșitul unui ciclu de valori (numarul stației, înaltimea aparatului, punctul vizat, direcția verticală etc.) determinate din acelalași punct de statie, se scrie un set de cifre de forma “999 0 0 0”.

c

Numărul de caractere “9” trebuie să fie egal cu “0”, iar cantitatea acestora diferă în funcție de numărul coloanelor.

În funcție de formatul fișierului de importat, se configurează panoul Import ASCII. În partea din stânga sunt câmpurile posibile, iar în dreapta trebuiesc alese câmpurile care se regăsesc în fișierul sursă.(Fig. 29)

Fig. 29 Panoul Imoprt ASCII

În faza următoare se trece la calculul drumuirii prin apelarea comenzii Drumuire din meniul Calcule. Cu această funcție programul calculează punctele de stații noi ale drumuirii, generând în mod automat traseul drumuirii pe baza vizelor reciproce între stații, vizibil în fereastra grafică. Pentru realizarea calculului drumuirii trebuie introdus numărul stației de pornire, precum și cel al stației de închidere (Fig. 30).

Fig. 30 Traseul drumuirii

În lucrarea de față, unde avem o drumuire închisă pe punctul de plecare, aceasta se poate calcula dacă punctul de plecare / închidere este un punct cu coordonate cunoscute și este orientat pe un alt punct de coordonate cunoscute. Astfel se observă că s-au îndeplinit întocmai condițiile pentru parcurgerea normală a acestor calcule.

Direcțiile se corectează cu valoarea neînchiderilor pe direcții, împărțite la numărul de stații. Coordonatele se corectează ponderat în funcție de lungime cu neînchiderile pe X și Y. Rezultatele se vor folosi ca și coordonate preliminarii pentru compensarea drumuirii.
În urma calculului drumuirii, programul a generat automat un raport de calcul unde sunt prezentate corecțiile aduse, după cum se vede în Fig. 31.

Fig. 31 Raport de drumuire generat de TopoSys

Coordonatele provizorii calculate în etapa anterioară se compensează, în continuare folosind Metoda Celor Mai Mici Pătrate, cu date ponderate,în mai multe iterații. Se realizează o compensare plană a coordonatelor prin apelarea comenzii Compensare Plană din meniul Compensare. În fereastra care se deschide, se setează parametrii apriorici ai compensării. Astfel în cazul de față s-a efectuat o compensare plană constrânsă pe puncte fixe, cu o pondere în funcție de distanță unde eroarea medie apriorică a direcțiilor este de 20 sec, iar eroarea medie apriorică a distanțelor are valoarea de 2 cm.(Fig. 32)

Fig. 32 Opțiunile comenzii de compensare plană

În urma compensării riguroase este generat automat un inventar de coordonate cu valorile finale ale coordonatelor punctelor de drumuire.(Fig. 33).

Fig. 33 Coordonate compensate riguros în TopoSys

După ce a fost compensată drumuirea se trece la compensarea punctelor radiate ce se bazează pe coordonatele finale ale punctelor ce definesc drumuirea. Realizarea acestei operații se face prin apelarea comenzii Radiere Manuala din meniul Calcule.( Fig. 34)

Fig. 34 Calcularea manuală a punctelor radiate

Calculul punctelor radiate s-a facut pentru fiecare stație în parte, păstrând ca puncte de referință stația si celelalte doua puncte ale drumuirii, vizibile din stația respective. În linii mari dupa calculul radiatelor, în fereastra grafică au fost schițate pozițiile punctelor caracteristice în sistemul de proiecție Stereo ’70 pe baza coordonatelor punctelor de stație (Fig.35).

Fig.35 Evidențierea compensării punctelor radiate

Facilități și produse oferite de măsurătorile topogeodezice și de aplicațiile GIS și CAD necesare pentru monitorizarea construcților hidrotehnice și a efectelor acestora

Aspecte teoretice

Măsurătorile topogeodezice efectuate pe teren reprezintă suportul necesar pentru proiectarea și monitorizarea construcțiilor hidrotehnice din cuprinsul bazinului hidrograf torențial. Prin utilizarea mijloacelor specifice CAD/GIS, a fost posibilă o mai bună exploatare a rezultatelor măsurătorilor topogeodezice, atât prin realizarea unor caracteristici vectoriale ale construcțiilor hidrotehnice, cât și prin stocarea în format digital a sectorului amenajat de albie torențială.

Modelul digital al terenului

Modelele digitale ale terenului reprezintă o categorie de modele simbolice ce au apărut odată cu dezvoltarea sistemelor de informații geografice. Un element esențial pentru ca o analiză asupra bazinelor hidrografice torențiale să se poata realiza, îl reprezintă necesitatea de construcție, în prealabil, a Modelului Digital al Terenului, model prin care imaginea tridimensională a reliefului este transferată din spațiul natural al bazinului în spațiul virtual al calculatorului.

Definiția modelului digital al terenului a suferit pe parcursul istoriei câteva modificări, în vederea specificării cât mai exacte ale acestuia. În ultimă instanață, aceasta se prezintă astfel: „Un model digital al terenului este o structură numerică de date ce reprezintă distribuția spațială a unei variabile cantitative și continue (Angel Felicisimo)”

Modelul digital, având o structură numerică, reiese că acesta este codificat în cifre, ceea ce permite utilizarea în medii informatice. Pentru a elabora un model digital, este necesar, în primul rând, să se efectueze un proces de codificare a informației, ceea ce permite o reprezentare virtuală sub formă de cifre.

Model analogic al realității, respectiv planul de situație anexat proiectului în care cea mai importantă opțiune este conservarea proporțiilor, este mult mai sofisticat datorită faptului că folosește o simbolistică pentru a exprima realitatea tridimensională într-un mediu bidimensional.

Modelul digital de elevație

Derivată din definiția modelului digital al terenului, modelul digital de elevație se definește ca fiind o structură numerică de date ce reprezintă distribuția spațială a altitudinii suprafeței terenului.

Astfel, termenul de model digital de elevație 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, in formă de triunghi, pătrat sau hexagon.

Modelele digitale de elevație s-au despărțit în două grupuri în funcție de concepția de bază a reprezentării datelor: vectorial și raster.

modelele vectoriale se bazează pe entități (în principiu puncte și linii) definite de propriile

coordonate.

modelele raster, exprimă datele printr-o distribuție regulată de unități elementare de

elevație survenite în urma interpolării unui set de informații punctuale.

Model vectorial: Rețea De Triunghiuri Neregulate (TIN)

TIN (Triangulated Irregular Network) este o modalitate digitală pentru a reprezenta morfologia suprafeței. TIN este o formă de vector bazat pe date geografice digitale si este construit dintr-un set de puncte triangulate. Aceste puncte sunt conectate cu o serie de muchii pentru a forma o rețea triunghiulară.(Fig.36)

Structura de tip TIN se poate considera o structură derivată dintr-o structură de tip punct sau linie, în cele mai multe cazuri datele primare de unde se formează rețeaua de triunghiuri fiind curbele de nivel.

Deoarece nodurile pot fi plasate neregulat pe o suprafată, TIN poate avea o rezoluție mare în zona în care suprafața este mai mult variabilă sau unde mai multe detalii sunt dorite și o rezoluție mai mică în zonele cu o variație mai mică.

Caracteristicile de intrare folosite pentru crearea unui TIN, ramân in aceeeasi poziție ca nodurile si muchiile din TIN. Aceasta permite TIN-ului sa păstreze cu precizie toate datele de intrare, în timpul prelucrării valorilor dintre punctele cunoscute. Se pot include cracteristici localizate cu precizie pe o suprafată – vârfuri de munte, drumuri – prin folosirea lor ca caracteristici de intrare in nodurile TIN.

Modelele TIN sunt mai putin disponibile decât modelele de suprafată raster și tind să necesite mult mai mult timp pentru construcție și procesare. Costurile obtinerii datelor sunt mai mari, iar procesarea datelor TIN tinde sa fie mai puțin eficientă din cauza complexitații structurii de date, față de datele raster. TIN-urile sunt folosite atunci cand se doreste stabilirea modelului cu o precizie foarte mare pentru zone mici, aplicații în inginerie, unde sunt utile pentru că permit calculații despre aria suprafetei, volum etc.

Fig.36 Modelul digital al albiei de pe Valea Vidaș, în format TIN

Model raster: matrice

În forma sa cea mai simplă, rasterul reprezintă o matrice de celule (pixeli) organizată în rânduri și coloane, unde fiecare celulă conține o informație cum ar fi culoarea, temperatura, panta, etc.Rasterile sunt imagini din satelit, poze digitale sau chiar hărți scanate.

Structura de tip raster matricial este potrivită pentru reprezentarea datelor care se schimbă continuu de-a lungul unei suprafețe. Acesta asigură o metodă concretă de stocare a continuității suprafeței. De asemenea regularizează reprezentarea suprafeței, fiind cel mai folosit model de stocare datorită ușurinței cu care se pot aplica diferiți algoritmi.

În seturile de date stocate raster structura ar putea fi descrisă ca rezultatul suprapunerii unei structuri reticulare pe suprafața terenului și extragerea altitudinii medii pentru fiecare celulă. Fiecare celulă prezintă un centru căruia i se atribuie valoarea altitudinii și cu care se constituie matricea de i linii și j coloane. (Fig. 37)

Fig. 37. Reprezentarea suprafeței în format raster

Produsele oferite de măsurătorile topogeodezice și mijloacele moderne utilizabile în acțiunea de monitorizare a construcțiilor hidrotehnice

Planul de situație oferă informații, atât planimetrice, cât și altimetrice despre zona ridicată în plan, în care sunt puse în evidență construcțiile hidrotehnice de interes pentru acest proiect și celelalte elemente caracteristice.

În vederea oferirii unor produse utile pentru monitorizarea construcțiilor hidrotehnice de pe valea Vidaș, este nevoie de crearea modelului digital în format TIN, pe baza căruia vom putea stabili gradul de colmatare al barajelor și vom putea transpune cele 2 studii realizate în 2008, respectiv 2011.

Întocmirea planului de situație

Scopul principal al măsurătorilor topografice in bazinele hidrografice îl constituie redactarea planurilor de situație al albiei, necesar la proiectarea și execuția lucrărilor hidrotehnice.

Prin redactarea planului de situație se finalizează procesul tehnologic al unei ridicări topografice. În redactarea planului de situație se folosesc coordonatele rectangulare plane ale punctelor de drumuire și ale punctelor radiate.

Astfel după executarea operațiilor de teren se trece la faza de birou in vederea redactării planului de situație pentru care s-a făcut ridicarea topografică. Datele din măsuratori, după ce au fost descărcate, compensate și inserate in cadrul unui proiect ACAD, se trece la unirea punctelor. Aceasta operatie, datorita tehnicii avansate, se realizeaza foarte ușor prin intermediul unui calculator echipat cu un soft specializat.

Punctele caracteristice se unesc pe baza codului acestora și conform schitelor făcute pe teren în timpul măsurătorilor, obținându-se forma detaliilor planimetrice. În cazul studiat, nu a fost nevoie pentru realizarea unei schițe, la teren fiind puține detalii de măsurat (drum, podeț, râu și construcții hidrotehnice) și mai multe puncte de cota care nu necesită a fi unite. Astfel beneficiind de un număr mic de detalii planimetrice, care și asa au o distribuție aerisită si clară, unirea punctelor lor caracteristice s-a realizat pe baza codurilor, adaugare la teren a punctului prin intermediul aparatului si de ce nu, pe baza memoriei vizuale a operatorului.

Odată cu obținerea formei detaliilor, planul s-a completat cu semnele convenționale corespunzătoare, în conformitate cu prevederile atlasului de semne convenționale. Desenul astfel obținut contine toate elementele de planimetrie, ale terenului reprezentat.

Pentru reprezentarea altimetrica a reliefului se realizeaza curbele de nivel. Un alt beneficiu al tehnicii moderne, in cazul de fata al programului AutoCAD, crearea acestor linii de nivel se face automat, prin intermediul calculatorului.

Așadar, respectand operațiile specifice programului, au fost create curbele de nivel ale văii Vidaș, întocmai conforme realității din teren. Acestea au fost create din metru în metru, respectiv s-a pastrat o echidistantă de 1 metru, totodată ele fiind întrerupte în dreptul construcțiilor hidrotehnice. Fiecărei linii i s-a atribuit valoarea cotei care o definește.

Atât detaliile planimetrice cât și cele altimetrice, prezente in planul de situație, au fost realizate conform normelor în vigoare și au fost reprezentate sub formă de legendă în cadrul aceluiași plan.

Construcția și corecția modelului digital de elevație în format TIN

În prima fază s-a importat carnetul de teren de coordonate corectate (x,y,z) în programul ArcGIS 10.0 .Folosind aceste coordonate, s-a putut genera, forma inițială, brută a modelului digital de elevație de tip TIN. Aceasta s-a realizat apelând secvența: 3D Analyst Tools – TIN Management -Create TIN (Fig.38)

Fig.38 Creare TIN pe baza punctelor din măsurători

Trebuie menționat faptul că TIN-ul creat inițial nu pune in evidență, decat într-o proporție foarte mică, elementele componente ale sectorului de albie. Mai mult, configurația volumetrică a acestora nu corespunde realității din teren, fapt pentru care, nici analizele și modelările GIS ce urmează a se efectua nu vor fi relevante pentru atingerea scopului și obiectivelor proiectului.

În următoarea etapă de construcție a modelului digital s-a determinat forma detaliilor reprezentative (construcții hidrotehnice, drum forestier, etc.). Aceste linii au fost realizate prin unirea punctelor de același cod.(Fig.39)

Fig.39 Liniile care definesc forma detaliilor

Aceste linii astfel obținute sunt în format 2D, format ce nu poate fi utilizat pentru construcția modelului digital de elevatie. Astfel este necesar să se transforme elementele de tip linie, din element grafic încadrat în spațiul bidimensional (2D), în elemente grafice tridimensionale (3D).

Prin urmare, am realizat acestă conversie prin apelarea secvenței 3D Analyst Tools – Functional Surface – Interpolate Shape din meniul principal Arc Toolbox. În acest mod s-a reușit transformarea din mediul bidimensional (x,y) în mediul tridimensional, unde liniile sunt definite prin toate cele 3 elemente(x,y,z). (Fig. 40)

Fig.40 Conversia liniilor în elemente tridimensionale

În zonele de intersecție a liniei 3D cu “muchiile” modelului TIN, pe acestă linie se formează noi puncte (vertex-uri) care preiau cota caracteristică a acestuia.

Pentru a realiza o linie continuă între fiecare două puncte cunoscute ale modelului, care au participat inițial la formarea acestuia vom recurge la ștergerea tuturor vertex-urilor, apărute în urma intersecției liniei 3D cu modelul TIN.

Fig. 41 Recondiționarea liniilor

După ce s-au corectat toate liniile tridimensionale, prin ștergerea vertex-ilor intermediari, s-a reusit obținerea unui model digital de elevatie a albiei torențiale, în format TIN, a Văii Vidaș, care să redea forma reală, conformă cu realitatea din teren, a construcțiior hidrotehnice din cadrul sectorului de albie amenajat, precum și celorlalte obiective măsurate, ipoteza ilustrată în Fig. 42, Fig. 43 și Fig.44.

Fig.42 Comparație între realitatea din teren și MDA

Fig. 43 Recondiționarea modelului digital a albiei în zona unei lucrări

hidrotehnice transversale

Fig.44 Comparație între cele 2 modele digitale a albiei:recondiționat-nerecondiționat

Am realizat “recondiționarea” tuturor lucrărilor hidrotehnice, a sectorului din drumul național 1A și a drumului de exploatare, pentru celelalte zone omogene din arealul studiat nefiind necesare aceste operații tehnice. Figura prezentată mai jos ilustrează forma finală a MDA în regim amenajat, la care s-a ajuns dupa simulări succesive ale TIN-ului.

Fig.45 Forma finală(recondiționată) a Modelului Digital al Albiei hidrografice torențiale

Monitorizarea construcțiilor hidrotehnice și a efectelor acestora asupra sectorului de albie torențială amenajată

Apa este forța primară de eroziune determinând forma generală a peisajului. Procesele torențiale și de degradare a terenurilor produc mari perturbații și dezechilibre atât ecologice, cât și în activitatea și viața umană, principalul factor determinant al proceselor torențiale fiind dereglajul regimului hidrologic al cursurilor de apă. Această dereglare alterează funcțiile de protecție împotriva scurgerilor superficiale și eroziunii accelerate precum și degradarea funcțiilor fizico-biologice ale solurilor. Procesele torențiale odată declanșate, se accelerează în timp și concomitent cresc dificultățile și costul pentru combaterea lor. În consecință, este de un real folos monitorizarea construcțiilor hidrotehnice folosite pentru atenuarea proceselor torențiale.

În sectorul de albie amenajată de pe Valea Vidaș, această monitorizare se realizează prin compararea celor 2 modele digitale ale terenului determinate în 2011(la prezentul proiect) și 2008 (la precedentul studiu realizat pe aceeași suprafață).

Monitorizarea gradului de colmatare al barajelor pentru perioada 2008-2011 s-a efectuat prin 2 modalități:

A. Vizual, prin compararea celor 2 modele digitale a terenului sau prin compararea profilelor transversale și longitudinale aferente

B. Riguros, prin calcularea diferenței dintre volumele aterisamentelor dezvoltate în spatele fiecărei construcții hidrotehnice transversale la cele 2 momente de referință.

Această monitorizare succesivă a gradului de comatare a lucrărilor transversale care alcătuiesc sistemul hidrotehnic este importantă prin faptul că oferă informații cu privire la următoarele elemente principale:

– se poate cunoaște astfel potențialul de transport de aluviuni din cuprinsul bazinului, într-un anumit interval de timp;

– se poate determina care este capacitatea de retenție disponibilă la un moment dat.

Evidențierea dinamicii de retenție a aluviunilor este ilustrată cel mai sugestiv în cazul celui de-al doilea baraj, dinspre amonte spre aval.(Fig 46).

Fig.46 Ilustrarea dinamicii colmatării între cele 2 intervale de timp

studiate(sus-2008 , jos-2011)

Calculul volumelor aterisamentelor s-a facut pentru fiecare din cele 5 baraje folosind programul ArcMap și modele digitale al terenului, de tip TIN, determinate la cele 2 momente ale studiului. Astfel, într-o primă fază s-a delimitat câte un poligon în spatele fiecărui baraj. Acestea sunt sub forma unui plan orizontal secant căruia i s-a atribuit o cotă de referință.

În următoarea fază am calculat volumul de aterisament apelând comanda Polygon Volume din submeniul Terrain and TIN Surface a meniului principal 3D Analyst Tools.

Astfel, în câmpul Imput Surface am introdus pe rand TIN-ul din 2008 și TIN-ul din 2011 , calculând astfel volumele pentru aceleași aterisamente, dar la momente de timp diferite.

După aceea, am apelat tabelul cu atribute al clasei aterisament, unde am realizat un nou câmp în care am calculat diferențele de volum de la cele 2 momente (2008 și 2011) pentru fiecare aterisament component.(Fig. 47)

Fig.47 Calculul volumului de aterisament

În continuare, am realizat un grafic cu redarea acestei diferențe de volum, care reprezintă, de fapt, volumul aterisat în perioada 2008-2011.(Fig. 48)

Fig.48 Volumul de aterisament acumulat în perioada 2008-2011

Astfel au rezultat volumele de aterisamente depuse între anii 2008 și 2011 pentru fiecare baraj în parte. Pe baza acestui grafic se pot face analize, diferențiat pentru fiecare baraj. Astfel se poate observa că barajele 2 și 4 au reținut un volum mare de aluviuni (334 mc, respectiv 321 mc), barajele 1 și 5 un volum mediu(191 mc și 141 mc), iar barajul 3 cu cei doar 10 mc poate fi considerat stabil din punctul de vedere al dinamicii colmatării.

Dinamica de aterisare cea mai spectaculoasă a fost observată la barajul numărul 4, realitate pusă în evidență, atât prin comparația TIN-urilor de la cele 2 momente comparate, cât și prin analiza profilului longitudinal al albiei din zona barajului amintit. Astfel acesta a acumulat un volum de 321 mc de aluviuni pe parcursul a 3 ani, ajungând la un grad de colmatare de 99% din întreaga sa capacitate utilă. (Fig. 49)

Fig. 49 Evidențierea dinamicii de colmatare

O viziune de ansamblu pentru întreg bazinul torențial studiat se poate efectua prin analizarea profilului longitudinal al întregii albii realizat pe linia talvegului din aval spre amonte, la cele 2 momente distincte de analiză. Profilele au fost generate automat folosind programul ArcMap 10.0.(Fig. 50)

Fig.50 Vedere comparativă a profilelor longitudinale ale albiei pentru cei 2 ani de studiu

S-a întocmit profilul transversal de mai jos care oferă deasemenea o serie de alte informații cu privire la efectele construcțiilor hidrotehnice din cuprinsul bazinelor hidrografice asupra albiei torențiale amenajate.(Fig. 51)

Fig. 51 Profile transversale comparative

Analizând profilul de mai sus putem afirma că am identificat următoarele procese:

în partea dreaptă este reprezentată o schemă clasică a unei alunecări de teren determinată de erodarea la baza versantului. Această erodare a provocat alunecarea ca urmare a creșterii pantei în zona respectivă.

în partea dreaptă are loc o creștere a nivelului terenului ca urmare a erodării provocate de transportul materialului lemnos pe drumul de exploatare (Fig.52)

Fig.52 Erodarea drumului de exploatare

Astfel, prin compararea a două modele digitale ale terenului (corespunzătoare anilor 2008, respectiv 2011) am reușit identificarea modificărilor apărute în albia torențială în decursul a 3 ani.

Organizarea lucrărilor geodezice

6.1. Antemăsurătoare

Antemăsurătoarea reprezintă lista proceselor pe domenii de activitate și tehnologii caracteristice, încadrate în norma de deviz comasată ce trebuie realizată pentru obținerea produsului producției(topo-fotogrammetrie, cartografie,geodezie).Antemasuratoarea reprezintă cuantificat volumul lucrărilor putându-se întocmi pe părti de lucrări incluse în obiect sau pe întreg obiectul.

Obiectiv: Bazinul Hidrografic Valea Vidas

Lucrări de teren, calcul și raportare

Tabel 2. Antemăsurătoare

6.2. Devizul

Devizul este piesa scrisa a documentatiei tehnici- economice cu ajutorul căreia se evaluează valoric volumul lucrarilor, se calculează prețul de cost al lucrării (obiectului sau obiectivului). Devizul se întocmește pe categorii de lucrări, pe obiect, pe baza antemăsurătorilor aferente și în ordinea din aceasta. Lucrările de masurători terestre se includ în cadrul devizului general al investiției aferente.

Obiectiv: Bazinul Hidrografic Valea Vidas

Lucrari de teren, calcul si raportare

Tabel 3. Devizul

6.3. Extras de resurse- forța de muncă

Tabel 4. Extras de resurse

În concluzie, în urma calculelor făcute și pe baza normelor de muncă a rezultat un volum de ore de muncă de 700.238, un total general de cheltuieli de 52081 lei și un număr de 11 executanți de diferite categorii și grade de specializări.

Scurt rezumat. Concluzii

Pentru a preveni formarea unor procese distructive pe rețeaua hidrografică, calea cea mai eficientă este aceea de a acționa pe versanții bazinului, în special prin intermediul construcțiilor hidrotehnice, iar pentru acesta, măsuratorile terestre sunt o necesitate atât pentru a reda forma fidelă a terenului, cât și pentru poziționarea planimetrică si altimetrică a barajelor de mici dimensiuni, așa cum este si cazul lucrărilor hidrotehnice de pe Valea Vidașului, bazinul hidrografic luat în studiu.

În executarea măsurătorilor de pe rețeaua hidrografică s-au identificat două particularități, și anume: lipsa vizibilității în condițiile, în care acestea se află într-o zonă de munte, împădurită și lipsa bornelor din rețeaua de sprijin a țării pentru poziționarea ridicării topografice în sistem de coordonate Stereografic 1970. Pentru rezolvarea acestor probleme s-a optat, în primul rând, pentru ridicarea în plan cu metoda drumuirii combinate cu radieri, metoda cea mai utilizată în astfel de cazuri, care s-a realizat cu ajutorul stației totale. În al 2-lea rând pentru poziționarea ridicării în plan s-au determinat 2 puncte GPS prin metoda statică utilizând aplicația ROMPOS Geo.

Măsurătoarea s-a făcut în mai multe etape, inițial s-a făcut o recunoașterea a terenului, s-au marcat punctele de stație, s-a realizat drumuirea, s-au ridicat în plan toate punctele caracteristice și cele de interes, cum ar fi cele care redau forma și poziția planimetrică și altimetrică a construcțiilor hidrotehnice.

După efectuarea măsurătorilor s-a trecut la calculul efectiv al celor 2 puncte GPS și al drumuirii.Punctele GPS au fost prelucrate în Leica Geo Office prin postprocesare cu corecțiile de la 2 stații GPS permanente.Drumuirea s-a calculat prin 2 metode: metoda clasică prin compensare empirică și cu ajutorul TopoSys, prin compensare riguroasă.

Prin utilizarea mijloacelor specifice CAD/GIS, a fost posibilă o mai bună exploatare a rezultatelor măsurătorilor topogeodezice, atât prin realizarea unor caracteristici vectoriale ale construcțiilor hidrotehnice, cât și prin stocarea în format digital a sectorului amenajat de albie torențială.

În final, am realizat monitorizarea construcțiilor hidrotehnice și a efectelor asupra rețelei hidrografice prin compararea modelelor digitale ale terenului determinate la cele 2 momente ale prezentului studiu (2008 și 2011).

Bibliografie

BOS, N., 2006: Topografie Moderna, editura Ch Beck;

BOS,N.,2009: Cadastru și cartea funciară editura Ch Beckș

CLINCIU, I., 2001 : Corectarea Torentilor, Universitatea “Transilvania” Brasov,;

CHITEA, G., 1999: Elemente de geodezie si cartografie, Universitatea “Transilvania” Brasov;

CHITEA,G.,1997: Topografie

DIMITRIU, G., 2001: Sisteme Informatice Geografice, Editura Albastra, Cluj ;

MUNTEANU, S, CLINCIU, I, 1977 : Studiu de fundamentare privind amenajarea torentilor din Bazinul Hidrografic Tarlungul superior, Universitatea din Brasov;

Kiss A.,Clinciu I.,Chitea G,1981:Corectarea torentilor(Amenajarea bazinelor hidrografice torentiale)

CHITEA G.,IORDACHE E,CHITEA C.G.,(2009) :Tehnologii spațiale partea I,Sisteme de poziționare globală , editura Lux Libris

CLINCIU I.,2008:Constructii hidrotehnice în amenajarea bazinelor hidrografice, Universitatea “Transilvania” Brasov,notițe de curs

KISS A.,CLINCIU I,CHITEA G.(1981) Studii teren hidrologice și topohidrografice.Îndrumar de proiectare

TAMAS Ș.,TEREȘNEU C.(2010) Concepte și tehnici ale sistemelor de informații geografice editura Lux Libris