Realizarea Hartilor DE Hazard LA Inundatii In Spatiul Hidrografic AL Raului Crasna
REALIZAREA HĂRȚILOR DE HAZARD LA INUNDAȚII IN SPAȚIUL HIDROGRAFIC AL RÂULUI CRASNA
CUPRINS
CAPITOLUL 1. Introducere
CAPITOLUL 2. Situația actuală din România privind hărțile de hazard și risc la inundații
CAPITOLUL 3. Norme metodologice privind modul de elaborare și conținutul hărților de hazard și risc la inundații
CAPITOLUL 4. Instrumente, echipamente și programe utilizate la realizarea hărților de hazard și risc la inundații
4.1 Tehnologia LiDAR
4.1.1 Principiul de funcționare
4.1.2 Principiul de măsurare
4.1.3 Componentele unui sistem laser-scaner aeropurtat
4.2 Sistemul FLI-MAP destinat cartografierii rapide
4.2.1 Descrierea sistemului FLİ-MAP
4.2.2 Elicopterul ca instrument suport pentru componenta aeropurtată a sistemului FLİ-MAP
4.2.3 Componentele lui FLİP7 – principalul program de procesare a datelor înregistrate de sistemul FLİ-MAP
4.3 Global Mapper – program utilizat în vizualizarea și prelucrarea datelor LiDAR
CAPITOLUL 5. Studiu de caz în spațiul hidrografic Crasna
5.1 Încadrarea geografică a zonei de studiu
5.2 Etape de realizare
5.2.1 Acțiuni pregătitoare
5.2.2 Studii topo-geodezice
5.2.3 Culegerea datelor spațiale
5.3 Studii și modelări hidrologice și hidraulice
5.4 Realizarea hărții de hazard la inundații
5.5 Elaborarea Planului pentru Prevenirea, Protecția și Diminuarea Efectelor İnundațiilor
Concluzii
Deviz estimativ
Bibliografie
Curriculum Vitae Europass
LISTA FIGURILOR
Figura 1.1. Depășirea cotelor pe râuri în nord-vestul României 10
Figura 4.1. Suprafața de reflexie 20
Figura 4.2: Modul de lucru în prima și a doua reflexie 20
Figura 4.3: Unitate de computerizare în interiorul elicopterului 21
Figura 4.4: Elicopter echipat cu sistemul LiDAR 22
Figura 4.5: Dispozitiv laser FLİ-MAP 23
Figura 4.6: Camera video digitală specifică sistemelor LiDAR 24
Figura 4.7: Camera foto digitală Applanix DSS 322 24
Figura 4.8: İmagine din timpul survolării 25
Figura 4.9 : İmagine procesată 26
Figura 4.10 : Utilizarea datelor LiDAR 27
Figura 4.11 : Folosirea datelor FLİ-MAP cu pachetul SİG 27
Figura 4.12 : İmagine de mare rezoluție preluată cu metodologia FLİ-MAP 28
Figura 4.13 : Coridoare pentru planificarea zborului 28
Figura 4.14 : Prelucrarea datelor cu programul Global Mapper 30
Figura 5.1 : Încadrarea râului Crasna pe harta României 31
Figura 5.2 : Zona studiată în bazinul hidrografic al râului Crasna 32
Figura 5.3 : Premarcaj fotogrametric 33
Figura 5.4 : Reper fotogrametric din tablă metalică 34
Figura 5.5 : Rețeaua geodezică pentru bazinul hidrografic Crasna 36
Figura 5.6 : Schița rețelei geodezice de sprijin pentru bazinul hidrografic Crasna 37
Figura 5.7 : Dispunerea profilelor transversale în zona studiată 38
Figura 5.8 : Profil pod în zona localității Berveni, județul Satu Mare 38
Figura 5.9 : Profil transversal în zona localității Berveni, județul Satu Mare 38
Figura 5.10 : Secțiune profil longitudinal 39
Figura 5.11: Principiul sistemului FLİ-MAP 40
Figura 5.12 : Etapele prelucrării măsurătorilor LiDAR 41
Figura 5.13 : Profilul LiDAR – Clasificare teren / vegetație 41
Figura 5.14 : Nor de puncte furnizat de sistemul FLİ-MAP pentru bazinul hidrografic Crasna 42
Figura 5.15 : İmagine de înaltă rezoluție preluată din plan vertical, obținută de camera CCD a sistemului FLİ-MAP 42
Figura 5.16 : Secțiune a râului Crasna pe fotograme 43
Figura 5.17 : Reperarea punctului la sol pe fotogramă 45
Figura 5.18 : Date laser FLİ-MAP: Nor de puncte după clasificarea punctelor 46
Figura 5.19 : Modelul digital al terenului cu rezoluție 2 metri, în zona localității Berveni, județul Satu Mare 47
Figura 5.20 : Profil transversal realizat în albia minoră, rezultat din modelul digital al terenului (DTM) obținut din scanarea de tip LiDAR cu ajutorul programului Global Mapper 47
Figura 5.21 : Profil transversal realizat în albia majoră, rezultat din modelul digital al terenului (DTM) obținut din scanarea de tip LiDAR cu ajutorul programului Global Mapper 48
Figura 5.22 : İmportul datelor din SİG 50
Figura 5.23 : Utilizarea programului HEC-RAS 50
Figura 5.29 : Detaliu de inundare din zona localității Craidorolt, județul Satu Mare 51
Figura 5.24 : Simulare viitură – 1 metru deasupra nivelului apei din DTM 52
Figura 5.25 : Simulare viitură – 2 metri deasupra nivelului apei din DTM 52
Figura 5.26 : Simulare viitură – 3 metri deasupra nivelului apei din DTM 53
Figura 5.27 : Simulare viitură – 4 metri deasupra nivelului apei din DTM 53
Figura 5.28 : Simulare viitură – 5 metri deasupra nivelului apei din DTM 54
LISTA TABELELOR
Tabelul 1 : Inventarul punctelor de coordonate cunoscute 34
Tabelul 2 : Inventar de coordonate pentru punctele de la sol 44
LISTA ABREVIERILOR UTILIZATE
ANAR – Administrația Națională “Apele Române”
LiDAR – Light İntensity Detection and Ranging
APR – Airborne Profile Recorder
GPS – Global Positioning System
İNS – İnertial Navigation System
DTS – Distrubuted Temperature Sensing
FLİ-MAP – Fast Laser İmaging and Mapping Airborne Pltform
DGPS – Differential Global Positioning System
İMU – İnertial Measurement Unit
MPEG – Moving Picture Experts Group
CCD – Charge Coupled Device
CAD – Computer Aided Drafting
DXF – Drawing İnterchange Format
ASCİİ – American Standard Code for İnformation İnterchange
3D – Three Dimensional
USGS – Geological Survey
DEM – Digital Elevation Model
SDTS – The Spatial Data Transfer Standard
BMP – Basic Multilingual Plane
JPEG – Joint Photographic Experts Group
PNG – Portable Network Graphics
TİFF – Tagged İmage File Format
LOS – Line Of Sight
WGS84 – World Geodetic System dating from 1984
GNSS – Global Navigation Satellite System
ANCPİ – Agenția Națională de Cadastru și Publicitate İmobiliară
SİG – Sistem İnformatic Geografic
DTM – Digital Terrain Model
PPPDEİ – Planul pentru Prevenirea, Protectia si Diminuarea Efectelor
İnundațiilor
PREFAȚĂ
Lucrarea de față reprezintă un studiu privind “ Realizarea hărților de hazard la inundații în spațiul hidrografic al râului Crasna”.
Fenomenele și procesele geografice de risc au fost întotdeauna în atenția specialiștilor. Cunoscute sub denumirea de hazarde și riscuri, aceste fenomene sunt o problemă prioritară a geografiei mondiale contemporane. Acest fapt este determinat nu doar de frecvența lor crescută ci și de intensitatea cu care se produc și mai ales, de impactul nefast asupra mediului și societății.
Este realizabil și de dorit să se reducă riscul consecințelor negative, in special pentru sănătatea și viața oamenilor, activitatea economică și infrastructura asociată cu inundațiile. Pentru o eficiență maximă în gestionarea acestor fenomene și reducerea implicită a riscului, este necesară o coordonare și o realizare a unor planuri și hărți, pe cât posibil, la nivelul unui bazin hidrografic.
Pentru a avea la dispoziție un instrument eficient de informare pentru stabilirea priorităților și luarea unor decizii privind gestionarea riscului la inundații, în prezent se realizează hărți de hazard și risc la inundații care au rolul de a arăta potențialele consecințe negative.
Lucrarea este compusă din trei părți : studiu teoretic, aplicații practice și concluzii. În prima parte sunt prezentate o serie de noțiuni teoretice cu privire la situația și modul de întocmire al hărților de hazard la inundații, în cea de-a doua parte se prezintă o serie de lucrări efectuate în teren și la birou în vederea realizării unor hărți de hazard la inundații, iar ultima parte prezintă importanța realizării acestor hărți.
Partea teoretică este compusă din 4 capitole.
Primul capitol face o introducere în modul de abordare a problemei apărării împotriva inundațiilor, al doilea capitol prezintă situația actuală din România privind gradul de realizare a harților de hazard și risc la inundații, capitolul trei cuprinde metodologia folosită la elaborarea hărților de hazard și risc la inundații, iar cel de-al patrulea capitol conține informații referitoare la instrumentele, echipamentele și programele utilizate la realizarea acestor hărți.
Partea practică a lucrării prezintă modul de întocmire a hărților de hazard la inundații in spațiul hidrografic al râului Crasna.
CAPITOLUL 1 – Introducere
Hazardele hidrologice sunt fenomene naturale ce au o influență negativă directă asupra vieții oamenilor, asupra societății și a mediului înconjurător în ansamblu. Cunoașterea acestor fenomene permite luarea unor măsuri adecvate pentru limitarea efectelor și pentru reconstrucția regiunilor afectate.
Inundațiile constituie un fenomen natural ce joacă un rol esențial în dezvoltarea societății umane, ele fiind din punct de vedere geografic dezastrele cele mai răspândite pe glob și totodată cele mai mari producătoare de pagube și victime omenești. Marile inundații au dus la schimbări majore în ceea ce privește modul de abordare a acestui fenomen, trecându-se de la acceptarea lor, la elaborarea unor strategii de apărare și prevenire a inundațiilor.
Dezastrele produse de inundații în numeroase țări în ultimii ani au dus la dezvoltarea și punerea în aplicare a unor proiecte orientate spre a face față provocărilor viitoare.
Fig 1.1 : Depășirea cotelor pe râuri în nord-vestul României
Istoria ne-a demonstrat că inundațiile nu pot fi evitate însă efectele lor pot fi reduse printr-un management mai eficient. Pentru reducerea efectelor inundațiilor trebuie identificate, analizate și evaluate riscurile acestora în vederea reducerii lor.
Riscul la inundații este definit prin natura și probabilitatea sa de producere, gradul de expunere al populației și al bunurilor, predispunerea la inundații a acestora și valoarea lor, rezultând că pentru reducerea riscului trebuie acționat asupra acestor caracteristici.
Diminuarea pagubelor și a pierderilor de vieți omenești ca urmare a inundațiilor nu depinde doar de măsurile luate în timpul inundațiilor, ci este o combinație între măsurile premergătoare producerii fenomenului, cele de management din timpul desfășurării inundațiilor și cele întreprinse post inundații. Pentru ca eforturile
autorităților să fie coordonate și să aibă ca efect o comunitate pregătită să facă față fenomenului de inundații, gestionarea inundațiilor trebuie abordată într-o modalitate integrată.
Principalele activități ce pot fi efectuate în cazul inundațiilor se împart în trei mari categorii, și anume activități preventive, activități ce se întreprind în timpul desfășurării fenomenului de inundații și activității ce se întreprind după trecerea fenomenului de inundații.
Activitățile preventive servesc la diminuarea pagubelor generate de inundații prin:
Evitarea construcției de locuințe și de obiective sociale, culturale și economice în zonele potențial inundabile, cu prezentarea în documentațiile de urbanism a datelor privind efectele inundațiilor anterioare;
Realizarea de măsuri structurale de protecție, inclusiv în zona podurilor și podețelor;
Realizarea de măsuri nestructurale (controlul utilizării albiilor minore, elaborarea planurilor bazinale de reducere a riscului la inundații și a programelor de măsuri, introducerea sistemelor de asigurări);
Identificarea de detaliu, delimitarea geografică a zonelor de risc natural la inundații de pe teritoriul unității administrativ-teritoriale, înscrierea acestor zone în planurile de urbanism general și prevederea în regulamentele de urbanism a măsurilor specifice privind prevenirea și atenuarea riscului la inundații, realizarea construcțiilor și utilizarea terenurilor;
Implementarea sistemelor de prognoză, avertizare și alarmare pentru cazuri de inundații;
Întreținerea infrastructurilor existente de protecție împotriva inundațiilor și a albiilor cursurilor de apă;
Comunicarea cu populația și educarea ei în privința riscului la inundații și a modului de a acționa în situații de urgență;
Activitățile desfășurate în timpul fenomenului de inundații sunt:
Detectarea ve servesc la diminuarea pagubelor generate de inundații prin:
Evitarea construcției de locuințe și de obiective sociale, culturale și economice în zonele potențial inundabile, cu prezentarea în documentațiile de urbanism a datelor privind efectele inundațiilor anterioare;
Realizarea de măsuri structurale de protecție, inclusiv în zona podurilor și podețelor;
Realizarea de măsuri nestructurale (controlul utilizării albiilor minore, elaborarea planurilor bazinale de reducere a riscului la inundații și a programelor de măsuri, introducerea sistemelor de asigurări);
Identificarea de detaliu, delimitarea geografică a zonelor de risc natural la inundații de pe teritoriul unității administrativ-teritoriale, înscrierea acestor zone în planurile de urbanism general și prevederea în regulamentele de urbanism a măsurilor specifice privind prevenirea și atenuarea riscului la inundații, realizarea construcțiilor și utilizarea terenurilor;
Implementarea sistemelor de prognoză, avertizare și alarmare pentru cazuri de inundații;
Întreținerea infrastructurilor existente de protecție împotriva inundațiilor și a albiilor cursurilor de apă;
Comunicarea cu populația și educarea ei în privința riscului la inundații și a modului de a acționa în situații de urgență;
Activitățile desfășurate în timpul fenomenului de inundații sunt:
Detectarea posibilității formării viiturilor și a inundațiilor probabile;
Prognozarea evoluției și a propagării viiturilor în lungul cursurilor de apă;
Avertizarea autorităților și a populației asupra întinderii, severității și a timpului de apariție al inundațiilor;
Organizarea de acțiuni de răspuns ale autorităților și ale populației pentru situații de urgență;
Asigurarea de resurse (materiale, financiare, umane) la nivel județean pentru intervenția operativă;
Activarea instituțiilor operaționale, mobilizarea resurselor, etc;
După trecerea fenomenului de inundații se iau următoarele măsuri:
Ajutorarea populației afectate de dezastru;
Reconstrucția clădirilor avariate, a infrastructurilor și a celor din sistemul de protecție împotriva inundațiilor ;
Revizuirea activităților de management al inundațiilor în vederea îmbunătățirii procesului de planificare a intervenției pentru a face fața unor evenimente viitoare în zona afectată, precum și în alte zone.
CAPITOLUL 2 – Situația actuală din România privind hărțile de hazard și risc la inundații
Administrația Națională “Apele Române” (ANAR) a finalizat zece contracte de finanțare în cadrul proiectelor intitulate “Planul pentru prevenirea, protecția și diminuarea efectelor inundațiilor”, proiecte pentru care au fost accesate aproximativ 40 de milioane de euro și care se derulează la nivelul următoarelor bazine hidrografice: Crisuri, Banat, Siret, Mureș, Someș-Tisa, Buzău, Arges-Vedea, Dobrogea-Litoral, Olt și Jiu. Pentru cel de-al unsprezecelea bazin hidrografic, și anume Prut-Bârlad, care reprezintă un proiect major cu o valoare de 67 de milioane de euro, se așteaptă aprobarea de la Bruxelles.
Proiectele presupun realizarea hărților de hazard la inundații pe tronsoane ale cursurilor de apă principale și ale afluenților săi de gradul I și II, pe o lungime de aproximativ 20.000 de km de cursuri de apă. Pentru realizarea acestor proiecte se folosește metoda de scanare LiDAR (Light Intensity Detection and Ranging) ce presupune efectuarea de zboruri aerospațiale pentru colectarea datelor necesare la realizarea modelului digital al cursului de apă și al zonei adiacente. Se vor efectua de asemenea și lucrări de teren, și anume ridicări topografice convenționale, ce constau în realizarea bazei de date topografice și care au ca rezultat editarea de hărți în format SIG, precum și efectuarea de studii hidraulice, hidrologice și de management al bazinului hidrografic.
Hărțile de hazard la inundații vor indica, pe baza rezultatelor de modelare din teren, zonele inundabile. După elaborarea lor, acestea vor fi puse la dispoziția Consiliilor Județene pentru a realiza hărțile de risc, care vor indica nivelul pagubelor care se vor produce și zonele de evacuare a populației, în baza datelor obținute din hărțile de hazard.
Deoarece hărțile de hazard și risc sunt încă în proces de realizare, în prezent România dispune de hărți și planuri de apărare împotriva inundațiilor reactualizate în 2010, la nivelul fiecărei localități, la nivel de comună, sistem hidrotehnic, județ și bazin hidrografic. Aceste planuri au fost calculate după inundațiile istorice și pe baza lor s-au trasat benzile de inundabilitate. În cadrul acestor planuri sunt indicate cele mai vulnerabile zone în ceea ce privește riscul de inundații, ele fiind la dispoziția tuturor autorităților implicate în managementul inundațiilor.
Evenimentele din anii trecuți au demonstrat că orice zonă din România este expusă riscului la inundații. Deosebirea dintre planurile de apărare utilizate în prezent și hărțile ce vor rezulta din modelarea hidraulică este aceea că hărțile de hazard la inundații vor arăta cu precizie ridicată extinderea zonei inundate, iar în unele situații vor oferi chiar informații referitoare la viteza apei, adîncimea apei la viituri, corespunzătoare unor debite cu diferite probabilități de depășire (0,1%, 1%, 5%, 10%), adică date referitoare la inundații ce se petrec odată la 1000 de ani, la 100 de ani, la 20 de ani sau la 10 ani.
Până la sfârșitul anului 2013, Comisia Europeană cere că România să finalizeze și să publice hărțile de risc și de hazard la inundații. De asemenea, până la sfârșitul anului 2015, România trebuie să pregătească și planuri de management al riscului la inundații.
Aceste planuri trebuie să includă măsuri ce urmează să se implementeze pentru a reduce riscul la inundații, precum și măsuri de protecție, de prevenire și pregătire, inclusiv sisteme de avertizare timpurie.
CAPITOLUL 3 – Norme metodologice privind modul de elaborare și conținutul hărților de hazard și risc la inundații
Hotărârea de Guvern numărul 447 din 10 aprilie 2003 conține normele metodologice în ceea ce privește modalitatea de realizare și conținutul hărților de risc la inundații.
Conform acestei Hotărâri de Guvern, “harta de risc natural la inundații constituie documentația ce cuprinde (în formă scrisă și grafică) zonele inundabile la diverse probabilități de producere a viiturilor, cu indicarea pagubelor materiale și umane potențiale, pentru unități administrativ-teritoriale afectate de inundatii’.
Aceste hărți sunt incluse în documentația de amenajare a teritoriului județean și se detaliază în planurile de urbanism generale, zonale și locale ale localităților. Consiliul județean poate încadra o suprafață în categoria zonelor inundabile în baza acestor hărți de risc.
De asemenea, unitățile teritoriale ce aparțin Administrației Naționale a Apelor Române împreună cu autoritățile administrației publice locale, în urma analizării hărților de risc la inundații au următoarele sarcini:
Să identifice, să declare și să monitorizeze zonele de risc la inundații;
Să asigure managementul situațiilor de criză în cazul producerii inundațiilor;
Să stabilească măsurile de prevenire și atenuare a riscului natural la inundații;
Să detalieze exigențele minime de conținut ale documentațiilor de urbanism și de amenajare a teritoriului pentru zonele expuse riscului natural la inundații.
Elaborarea hărților de risc la inundații presupune parcurgerea următoarelor etape:
Întocmirea hărții cu limitele zonelor inundabile pentru diverse asigurări de producere a viiturilor;
Determinarea obiectivelor ce pot fi afectate;
Evaluarea vulnerabilității obiectivelor expuse riscului;
Estimarea pagubelor materiale și a pierderilor de vieți omenești în funcție de vulnerabilitatea elementelor expuse sau de valoarea riscului la care sunt expuse;
Constituirea băncii de date județene;
Redactarea hărții cu risc natural la inundații;
Detalierea hărtii de risc natural la inudatii la nivelul localităților.
Pentru realizarea băncii de date corespunzătoare hărții de risc la inundații trebuie să se colecteze, să se prelucreze și să se stocheze informații privitoare la :
Baza topografică și cartografică (hărți existente, fotograme, imagini satelitare, profile transversale și longitudinale prin albiile râurilor, relevee la stațiile hidrometrice, etc);
Zone în care s-au produs inundații la cea mai mare viitura cunoscută, lucrări cu rol de apărare împotriva inundațiilor și de protecție a malurilor executate;
Caracterizarea bazinului hidrografic;
Intervenții asupra morfologiei cursului de apă de natură să schimbe regimul natural al scurgerii maxime a apelor ( defrișări în albiile minore și majore, împăduriri ale versanților, amplasarea construcțiilor în albia majoră inundabilă, lucrări de terasamente, etc);
Utilizarea prezentă și de perspectivă a albiei majore inundabile (zone locuite, zone industriale, suprafețe agricole, diguri și alte obiective care pot fi afectate);
Nominalizarea instituțiilor responsabile cu gestionarea crizei (primării, pompieri, jandarmerie, etc), precum și a zonelor de refugiu și căilor de acces la acestea;
Elementele expuse hazardului la inundații (construcții, terenuri, etc).
Hărțile de risc la inundații ale localităților se întocmesc începînd cu zonele cu densitate mare a elementelor expuse hazardului, precum și cu zonele în care s-au identificat fenomene de inundații. Aceste hărți se realizează numai de instituții specializate și autorizate de Ministerul Apelor și Protecția Mediului, pentru probabilități de depășire a debitelor maxime de 20%, 10%, 5%, 2%, 1% și 0,1%, în funcție de importanța obiectivelor aflate în zona de risc și încadrarea în clasele și categoriile de importanța corespunzătoare acestora. Aceste hărți trebuie actualizate periodic.
În ceea ce privește redactarea hărților de risc la inundații trebuie parcurse etapele:
Procurarea planurilor care să conțină curbe de nivel și cote de teren în zona potențial inundabilă a localității;
Delimitarea albiilor minore ale cursurilor de apă, după caz, de unitățile de gospodărire a apelor alături de autoritatea de cadastru funciar și cu deținătorii terenurilor riverane;
Realizarea calculelor hidraulice pentru delimitarea zonelor potențial inundabile;
Trasarea pe planurile de situație a benzilor inundabile și stabilirea clasei și categoriei de importantă a obiectivelor sociale și economice potențial afectate;
Trasarea pe planurile de urbanism general a limitei de inundabilitate corespunzătoare clasei de importantă stabilite;
Evaluarea pagubelor potențiale (fizic și valoric);
Avizarea hărților privind zonele de risc la inundații de către organele de specialitate ale administrației publice centrale și locale, competente potrivit legii;
Aprobarea hărților privind zonele de risc la inundații de consiliile județene.
Aceste hărți delimitează zonele în care se impune interdicția amplasării de construcții definitive și zonele ce prezintă un risc major de inundații.
În urma interpretării hărților de risc la inundații pot fi luate măsuri în ceea ce privește utilizarea terenurilor inundabile în funcție de categoriile de folosință, pot fi elaborate programe ce privesc asigurarea bunurilor și a persoanelor, pot fi realizate planuri ce au ca scop principal apărarea împotriva inundațiilor.
CAPITOLUL 4 – Instrumente, echipamente și programe utilizate la realizarea hărților de hazard și risc la inundații
Pentru realizarea hărților digitale de hazard și de risc la inundații este nevoie de efectuarea măsurătorilor pe teren și de stabilirea planurilor de zbor pentru înregistrarea datelor din elicopter. Pe structura modelului digital creat se vor elabora scheme hidrologice și hidraulice care vor conduce în final la realizarea hărților de hazard și de risc.
4.1 Tehnologia LIDAR
În ceea ce privește survolul aerian cu elicopetrul se utilizează tehnologia LiDAR.
LiDAR (Light Detection And Ranging) este o tehnologie optică de sondare la distanță cu ajutorul căreia pot fi extrase informații despre obiecte aflate la depărtare prin intermediul măsurării proprietăților luminii împrăștiate pe acestea. Tehnica utilizată reprezintă echivalentul radarului pentru domeniul luminii vizibile, diferența dintre cele două constând în lungimea de undă a radiației electromagnetice utilizate. Lungimea de undă reprezintă distanța parcursă în spațiu de radiația electromagnetică în timpul unei singure perioade de oscilație. Această distanță este în cazul luminii vizibile de ordinul unei jumătăți de micrometru iar în cazul undelor radio poate ajunge la ordinul metrilor. La sistemele LiDAR lungimile de undă se află în intervalul 0,3-1,1 micrometri, acoperind astfel tot spectrul luminii vizibile.
O primă aplicație a acestei tehnologii a fost determinarea distanței la care se află anumite obiecte de interes. Nu după mult timp și alte domenii au adoptat tehnologia LiDAR, creându-se astfel sisteme pentru sondarea reliefului.
Tehnologia LiDAR aeropurtată de mare densitate este o inovație a tehnicilor de detectare prin senzori la distanță mult superioară față de tehnicile de survolare tradiționale. Pentru coridoare lungi, reprezentate de căi ferate, linii de înaltă tensiune, străzi, bazine hidrografice, altimetria laser oferă o nouă metodă de survolare pentru culegerea datelor într-un mod rapid. Tehnologiile LiDAR care operează la altitudini joase (50-450m) și la mică viteză (50Km/h) pot fi încadrate la instrumente de survolare profesională intrucât oferă o precizie absolută în X, Y, H de 3-8 cm cu o viteză de 100-150 de km pe zi.
Scanerul aeropurtat furnizează astfel rezultate geometrice privind:
Distanțele de la senzor la punctele din spațiul obiect;
Pozițiile succesive pe itinerariul de zbor a platformei;
Unghiurile de orientare exterioară a senzorului pe itinerariul de zbor;
Coordonatele punctelor teren.
Cele mai multe sisteme operează la altitudini mai mici de 1000 de metri, iar unghiul de câmp este mai mic de ±300, cele mai multe chiar mai mici de ±200. Cele mai multe sisteme înregistrează pe lângă distanța înclinată și informații privind intensitatea semnalului înregistrat sau amplitudinea acestuia. Frecvența mare de măsurare a scanerului este foarte importantă. Frecvența de măsurare este cuprinsă între 2 kHz putând ajunge la 80 kHz. Densitatea punctelor măsurate este cuprinsă între un punct pe 20 de metri pătrați la 20 de puncte pe metru pătrat. Densitatea de eșantionare teren este o funcție de corelație între:
viteza platformei;
rata pulsurilor de energie laser utilizate;
unghiul de câmp de scanare;
altitudinea de zbor,
iregularitățile itinerariului de zbor;
structura 3D a suprafeței topografice înregistrate.
Scaner laserul nu este capabil să fixeze un anumit punct din teren în timpul înregistrării. Scaner laserul se evidențiază prin:
precizie ridicată;
o rată mare de eșantionare a spațiului obiect;
un grad mare de automatizare.
4.1.1 Principiul de funcționare
Față de lumina solară din domeniu vizibil, radiația utilizată de sistemele laser este monocromatică, care nu se dispersează pe traseul de propagare. Drept sursă de radiație electromagnetică pot fi utilizate: un gaz precum azotul în domeniul ultraviolet, heliu sau neonul în zona vizibil, gazul carbonic pentru zona infraroșului termic. Gazul este plasat într-un montaj special conceput astfel că moleculele, atomii de gaz să aibă aceeași fază, direcție, polarizare cu radiația montajului. Acest lucru generează o acumulare de amplitudini care formează radiația optică coerentă monocromatică și polarizată. Această radiație are o direcție de propagare precisă. Sistemul laser este deci un sistem activ care utilizează radiația electromagnetică din domeniul vizibil sau infraroșu care trimite un fascicul spre spațiul obiect , interacționează cu acesta și partea retroreflectată a semnalului este recepționată de sistem.
În funcție de modul de lucru, sistemele laser pot fi:
laser cu fascicul vertical sau unidirecțional, utilizat la înregistrarea profilelor (Airborne Profile Recorder(APR))
laser scanerul bidirecțional sau de baleiaj care scanează o bandă în spațiul obiect .
Modul de baleiaj utilizat de laser-scanner poate fi: cu oglindă oscilantă, cu oglindă de rotație sau cu fibre optice.
Sistemele laser-scaner pot lucra indiferent de starea atmosferei, zi și noapte. Pentru înregistrarea spațiului obiect folosește stații GPS de referință la sol, precum și o cameră video.
4.1.2 Principiul de măsurare
Sistemele laser pot funcționa atât la emisie cât și la recepție în modul impuls (măsurând timpul de parcurs a semnalului între emisie și recepție) sau cu unde continue (măsurând diferența de fază între emisie și recepție). Sistemele laser pot lucra prin înregistrarea primei radiații retroreflectate sau a celei de a doua retroreflexie a fascicolului incident. În primul caz laserul operează în modul – prima reflexie – iar în cea de a doua în modul – a doua reflexie.
Cele două moduri de lucru produc suprafețe diferite astfel: în modul prima reflexie se generează suprafața de reflexie prin scanarea obiectelor, în timp ce în cel de al doilea caz se generează solul sau obiectele cu înălțime minimă.
4.1.3 Componentele unui sistem laser-scaner aeropurtat
Componentele majore ale unui laser-scaner aeropurtat sunt:
sistemul laser-de scanare care cuprinde: sursa laser, optică de transmisie și recepție, detectorul de semnal, sistemul de măsurare a timpului și componentele electronice aferente;
calculatorul, sistemul de operare și programul de control a colectării datelor;
sistemul de stocare a datelor de scanare, GPS, INS (determinarea unghiurilor), eventual a datelor imagine;
scanerul;
sistem GPS;
sistemul inerțial de determinare a unghiurilor de înclinare;
platformă pentru montarea componentelor sistemului;
stații GNSS de referință la sol;
programul de prelucrare preliminară a datelor;
GPS pentru sistemul de navigație al platformei, cu legături radio sau antene pentru recepția în timp real a corecțiilor;
opțional alți senzori, în special camere video, camere digitale cu senzori DTS, camere aerofotogrametrice, senzori multispectrali sau termali;
opțional aparate pentru înregistrarea temperaturii și controlul umidității.
Sistemul operativ al laser-scanerului trebuie să fie completat cu un sistem GPS-INS de determinare a poziției și unghiurilor de înclinare a platformei.
Sistemul FLI-MAP destinat cartografierii rapide
Pentru ca operatorul să poate extrage informații valoroase din datele LiDAR, se utilizează sistemul laser FLI-MAP. Acronimul FLI-MAP înseamnă Fast Laser Imaging and Mapping Airborne Platform (Laser pentru captare de imagini și produse cartografice pe platformă aeropurtată).
4.2.1 Descrierea sistemului FLI-MAP
Sistemul FLI-MAP integrează câteva componente de tehnologie înaltă într-un instrument de survolare extrem de eficient. Toate componentele sistemului sunt de cea mai înaltă calitate și sunt modernizate în mod regulat cu scopul de a menține cele mai ridicate standarde.
Cele două componente pot fi diferențiate: componenta aeopurtată și componenta terestră. Ambele sunt de extremă importanță pentru operațiunile cu FLI-MAP.
Fig. 4.3: Unitatea de computerizare în interiorul elicopterului
Componenta aeropurtată
Componenta aeropurtată a sistemului FLI-MAP este constituită de un cadru atașat unui elicopter, o unitate de computerizare și o interfață pentru pilot. Cadrul conține toți senzorii. Acești senzori sunt conectați la unitatea de computerizare din elicopter. Unitatea de computerizare conține mai multe computere conectate între ele într-o rețea. Aceste computere au sarcina de a încărca datele obținute, de a computeriza informația de navigare în timp real și de a furniza feed-back pilotului cu privire la ruta de zbor folosind o interfață specială. Întregul sistem este controlat și monitorizat de către un operator care folosește un computer portabil conectat la rețeaua unității de computerizare.
Întrucât toți senzorii sunt poziționați într-un singur cadru, toate pozițiile dintre senzori sunt fixate. Aceste poziții sunt calibrate în mod atent, făcând măsurători adiționale de control după montarea tuturor echipamentelor.
Componenta terestră
Componenta terestră a sistemului FLI-MAP constă în mai multe stații de bază și computere de procesare. Stațiile de bază conțin antenă și receptor GPS, furnizează energie și permit încărcarea datelor. În timpul survolării aceste stații încarcă datele GPS în puncte de referință cu coordonate cunoscute.
Computerele de procesare vor fi folosite pentru a verifica și asigura toate datele culese de stațiile de bază și sistemul aeropurtat, pentru a efectua calcule de referință GPS și integrare INS/GPS și pentru a analiza calitatea datelor obținute.
Senzorii
Cadrul FLI-MAP este echipat cu două brațe pe care sunt așezate antenele GPS. Această construcție minimizează zgomotul, efectele multipath și posibile obstrucții ale semnalului GPS date de motorul elicopterului. Faptul că se folosesc două antene GPS permite ca datele de satelit să poată fi primite permanent, fără a exista riscul blocării. De asemenea, se introduce redundanța, ceea ce contribuie la precizia poziției determinate. Datele GPS sunt încărcate de două ori pe secundă, atât de sistemul aeropurtat, cât și de stațiile de bază.
Fig 4.4: Elicopter echipat cu sistemul LiDAR
Lângă antenele GPS este separat așezată o antenă Omnistar. Omnistar este un serviciu creat de Fugro care furnizează corectări DGPS precise în timp real. Folosind semnalul Omnistar, FLI-MAP poate fi navigat de-a lungul liniilor de zbor predefinite, independent de serviciile DGPS disponibile local sau de legăturile de radio cu stațiile de bază.
Poziția sistemului este determinată la o viteză de 200 de ori pe secundă de un dispozitiv IMU (Unitate de Măsurare Inerțială). IMU este așezat pe cadrul FLI-MAP și este capabil de a determina cu acuratețe orientarea sistemului în spațiu măsurând rotațiile celor trei axe spațiale (Roll, Pitch și Heading), precum și vitezele și accelerațiile în trei dimensiuni.
Aceste măsurători sunt folosite de către sistemul INS (Sistemul de Integrare Inerțial) integrat pentru a calcula altitudinea exactă a elicopterului.
Poziția calculată și altitudinea IMU sunt integrate folosind tehnicile de filtrare Kalman (Applanix-PosProc). Rezultatul acestui proces este o poziționare și altitudine exactă a sistemului la fiecare 0.02 secunde (50 de ori pe secundă)
Sistemul FLI-MAP folosește două lasere de scanare care au funcția de a asigura redundanța și de a garanta precizia și calitatea datelor.
Fig.4.5: Dispozitiv laser FLI-MAP
Laserele de scanare nu sunt dăunătoare vederii, iar dispozitivele fără reflector de măsurare a razei au capacitatea de a măsura primele raze de întoarcere de la 15-200 de metri. Fiecare scanare a ambelor lasere face 200 de măsurători de 60 de grade și, prin urmare, acoperirea este aproximativ egală cu altitudinea aparatului de zbor deasupra pământului. Fiecare întregistrare de scanare conține timpul, altitudinea laser-ului, informație cu privire la verificarea de date/detectări de eroare, informații cu privire la intensitate, ceea ce oferă capacitatea activă de captare de imagini prin infraroșii. Din punct de vedere operațional, scanarea cu laser se realizează de 53 de ori pe secundă (baleieri), de unde rezultă mai mult de 21 000 puncte pe secundă.
Densitatea de puncte cerută este calculată conform cerințelor clienților și variază între 4 puncte laser pe metru pătrat la altitudini foarte mari și peste 25 de puncte pe metru pătrat dacă se doresc detalii și survolări foarte precise și la altitudini joase. Razele laser sunt orientate la 7 grade în fată și în spate. În acest mod efectele de umbră sunt minimizate. Fiind lasere tip Clasa 1 nu dăunează în nici un fel vederii. De altfel, în timpul
zborului nu este necesară nici un fel de precauție sau măsură de siguranță în privința laserelor.
Două camere video digitale, bine fixate, sunt folosite în sistem pentru a identifica obiecte de-a lungul coridorului survolat. Video-ul are încorporat timpul GPS și este convertit la bord într-un flux video digital MPEG1 care este înregistrat pe discuri hard. Viteza biților poate fi configurată între 1.2 – 3 Mbiti pe secundă. O cameră este poziționată în fată, în unghi oblic.
.
Fig.4.6 : Cameră video specifică sistemelor LiDAR
Cealaltă este poziționată în jos și arată în linii generale zona acoperită de către laser.
Folosind sincronizarea și pozițiile cunoscute între senzori, video-ul poate fi combinat cu datele laser pentru a furniza imagini georeferențiate, cu pixeli corectați pentru diferențele de înălțime locale.
Două camere foto digitale de mare rezoluție ½ " CCD sunt așezate lângă camerele video, fiind orientate în față și în jos. Ambele camere sunt configurate pentru a capta o imagine la intervale regulate. În mod normal, acest lucru se întâmplă o dată la fiecare secundă, dar se poate seta pentru o imagine la fiecare două secunde sau mai puțin. Rezoluția imaginii obținute într-o misiune tipică este de 3-5 cm pe pixel și depinde de altitudinea survolului.
Fig.4.7 : Camera foto digitala Applanix DSS 322
Imaginile sunt stocate într-un format de date neprelucrate pe hard discuri și pot fi ortorectificate în birou. Folosind o caracteristică îmbunătățită de captare a imaginilor, aceste imagini ortorectificate pot fi folosite pentru construirea de mozaicuri în programul de procesare FLIP7 a lui Fugro. Aceste imagini pot fi folosite și de alte pachete de programe ce construiesc mozaicuri.
4.2.2 Elicopterul ca instrument suport pentru componenta aeropurtată a sistemului FLI-MAP
FLI-MAP este certificat pentru operațiuni cu următoarele tipuri de elicoptere: Bell 206 L (LongRanger), Bell 206 A/B (JetRanger), MD 500, Eurocopter AS350 (A-star) și AS355 (Twinstar). Montarea componentei aeropurtate a sistemului FLI-MAP la oricare
din aceste elicoptere durează în jur de patru ore. Nu este nevoie de nici un fel de zbor de calibrare, din moment ce toți senzorii instalați în cadrul FLI-MAP au poziții cunoscute, ce au fost măsurate cu precizie milimetrică. Capacitățile de manevrare ale zborului elicopterului facilitează un mod extrem de flexibil de operare, permițând sistemului FLI-MAP să urmărească cu precizie contururile de teren, să navigheze de-a lungul liniilor de zbor predefinite și să anticipeze schimbări în planul de zbor din cauza influențelor externe. Toate acestea, împreună cu altitudinea tipic joasă a operațiunilor, face ca achiziția de date cu FLIP-MAP să fie aproape independentă de vreme.
4.2.3 Componentele lui FLIP7 – principalul program de procesare a datelor înregistrate de sistemul FLI-MAP
FLIP 7 este principala componentă a pachetului de programe FLI-MPA ce combină informația cu privire la poziția elicopterului și la altitudine cu datele LiDAR despre senzori. FLIP7 furnizează capacități depline CAD (Computer Aided Drafting) ale datelor LiDAR, furnizând operatorului posibilități suplimentare în scopul de a extrage informații valoroase din datele FLI-MAP.
Fig 4.8 : Imagine din timpul survolării
Controlor Video Digital
Această componentă a FLIP7 controlează imaginile video digitale codate în timp special, permițând utilizatorului să coordoneze video-ul cu datele LiDAR procesate pentru a obține o prezentare multimedia a zonei survolate. De asemenea, FLIP7 oferă posibilitatea de a vedea și de a ortorectifica imaginile video pentru a câștiga informații vizuale suplimentare.
Fig 4.9 : Imagine procesată
Diapozitiv de imagine
Această componentă a FLIP7, ca și Controlorul Video Digital, controlează integrarea imaginilor statice digitale cu datele LiDAR procesate pentru a îmbunătăți informațiile ce pot fi extrase din zona survolată. De asemenea, FLIP7 furnizează un mijloc de a uni imaginile statice pentru a obține informații vizuale suplimentare.
Filtre configurabile
FLIP7 este echipat cu o varietate de filtre configurabile ce pot fi folosite individual sau împreună. Aceste filtre permit uitlizatorului să extragă automat informații specifice de interes din datele LiDAR ale lui FLI-MAP. Aceste filtre pot extrage o serie întreagă de caracteristici cu privire la sol, linii de înaltă tensiune, căi ferate și altele. Filtrele clasifică
datele LiDAR în subansambluri ale datelor originale și permit vizualizarea și exportarea fiecărui subansamblu.
Proiectări și Date
FLIP7 are capacitatea de a lucra într-o serie de date de referință orizontale și verticale. FLIP7 are setate proiecțiile Transversal Mercator și Lambert Conform (FLIP7 poate de asemenea în anumite cazuri să proceseze date în sisteme de proiecții locale dacă este necesar – cazul Stereografic 1970 pentru România).
Vizualizarea datelor LiDAR
FLIP7 prezintă datele LiDAR în mai multe moduri. Nu este deloc o sarcină ușoară să folosești și să utilizezi mai mult de 1 000 000 de puncte pe km. FLIP7 prezintă utilizatorului datele LiDAR în moduri care îi permit acestuia o interpretare rapidă și precisă. Punctele LiDAR pot fi vizualizate în “Culoare pe Înălțime” sau în “Culoare pe Intensitate”. În afară de aceste două metode, datele pot fi de asemenea vizualizate în prezentare verticală (profile longitudiale și transversale).
Reducerea datelor LiDAR
Livrarea datelor în proporție de 100% către client adeseori nu este unul din produsele finale, din moment ce este vorba de prea multă informație pentru a putea fi contolată. FLIP7 folosește mai multe filtre pentru a reduce ansamblul de date originale într-o colecție de puncte mai ușor de utilizat și controlat.
Schițe cu ajutorul computerului
După ce utilizatorul a extras datele, procesorul poate utiliza informațiile de bază LiDAR (digitizare).
FLIP7 admite puncte simple și polilinii multisegmentate ce pot fi definite ca “obiecte-desen”.
Prin exportul a mai multe niveluri în pachete CAD, precum MicroStation sau AutoCad, beneficiarul poate importa produsul final într-o structură proprie.
Fig 4.10 : Utilizarea datelor LiDAR
Exportul și importul de obiecte-desen
Obiectele-desen se pot importa în FLIP7 folosind formatul de fișier standard AutoCAd DXF sau un simplu format fișier text ASCII. Desenele-obiect pot fi de asemenea exportate din FLIP7 folosind formatele fișier DXF și ASCII.
Fig 4.11 : Folosirea datelor FLI-MAP cu pachetul SIG
Produse rezultate
Cel mai important produs este modelul digital al terenului. Precizia unui model digital al terenului poate ajunge până la 5-10 centimetri atunci când zborul se face cu elicopterul și există suficiente puncte de control. Din modelul digital rezultă profile topografice ale terenului. Practic se pot alege oricare două puncte de pe model și automat se generează profilul topografic al terenului între punctele respective.
Produsele rezultate pot fi hărți sau planuri tematice: hărți de risc la inundații, hărți ale liniilor de transport de electricitate, hărți cadastrale, hărți ale conductelor îngropate (pe elicopter se montează o cameră termică), etc.
Fig 4.12 : Imagine de mare rezoluție preluată cu metodologia FLI-MAP
Fig 4.13 : Coridoare pentru planificarea zborului
Atunci când imaginile sunt preluate din elicopter, imaginile sunt asamblate pe coridoare, în funcție de modul în care a fost planificat zborul. Este exemplificat în imaginea de mai sus.
Global Mapper – program utilizat în vizualizarea și prelucrarea datelor LiDAR
Global Mapper este mai mult decât un instrument de vizualizare, capabil să afișeze cele mai uzuale seturi de date de tip raster, elevație sau vector. El convertește, editează, tipărește, crează track-uri GPS și permite să se utilizeze funcționalitatea SIG a seturilor de date sub forma unui pachet de programe cu cost deosebit de scăzut și extrem de ușor de folosit.
Fișierele de date pot fi încărcate ca straturi, de exemplu un Model Digital de Elevație (Digital Elevation Model – DEM) poate fi încărcat împreună cu o hartă topografică scanată pentru a crea o reprezentare 3D cu lumini și umbre a hărții. O imagine digitală aeriană poate fi reprezentată împreună cu o hartă vectorială de contururi pentru a crea un grafic extrem de spectaculos. Rezultatele pot fi tipărite sau exportate sub forma de imagini raster de înaltă rezoluție pentru a putea fi utilizate în prezentări și rapoarte.
Global Mapper are încorporate funcționalități pentru calculul distanțelor și suprafețelor, combinări de imagini bitmap și ajustări de contrast, analize de elevație și calcule de tip line of sight, ca și funcții avansate ca rectificări de imagine, generare de contururi, analize de acoperire (view shed) pe baza datelor de suprafață, precum și triangulații și gridding pentru datele 3D. Pot fi efectuate procese repetitive folosind scripturile incorporate ale numeroaselor opțiuni de conversie pe porțiuni.
Global Mapper prezintă următoarele facilități:
Suportă vizualizarea celor mai populare formate de date
Oferă acces direct la intreaga arhivă de imagini satelitare și hărți topografice TerraServer gratuit, fără a fi necesară părăsirea aplicației.
Suporta vizualizarea 3D a datelor de elevație încărcate, inclusiv suprapunerea oricărei imagini încărcate peste o suprafață tridimensională.
Suportă cele mai noi formate DEM și SDTS DEM, inclusiv DEM-uri decimetrice.
Detașează, reproiectează și unește orice combinație de date bitmap
Suport pentru digitizare – se pot digitiza noi elemente vectoriale (suprafețe, linii și puncte) prin desenarea acestora cu ajutorul mouse-ului. De asemenea, se pot edita elemente vectoriale existente. Elementele nou create și cele editate pot fi salvate în oricare dintre formatele de export suportate.
Suport pentru GPS – permite suprapunerea în timp real al track-ului unui GPS conectat la portul serial al calculatorului, peste orice imagine încărcată.
Suport pentru export – se pot exporta atât date vectoriale, cât și date bitmap sau de elevație într-o varietate largă de formate.
Rectificare de imagini – se poate rectifica grafic (georeferentia) orice imagine JPG, TIFF sau PNG și se poate salva rezultatul sub forma unei noi imagini, complet georeferentiate.
Generare de contururi – se pot crea contururi pentru orice combinație de date de elevație. De asemenea, se poate specifica intervalul între contururi care urmează
să fie utilizat. Datele contur generate pot fi apoi exportate în orice format vectorial suportat.
Triangulație și gridding automat pentru date 3D. Aceasta permite convertirea unui set de mostre de elevație într-un set de date grid, care poate fi apoi folosit pentru generarea de contururi, analize line of sight și analize de acoperire (view shed), printre altele. Datele pot fi, de asemenea, exportate în oricare dintre formatele grid de elevație suportate.
Captura avansată de ecran – sub forma de fișier BMP, JPG, PNG sau TIFF, cu rezoluția care este specificată.
Conversie pe porțiuni a oricărui tip de fișier de date de intrare.
Analize perfecte de acoperire folosind datele grid de elevație pornind de la o locație, o înălțime a transmițătorului și o rază de acțiune specificate.
Profilul 3D al traseului și aplicații Line of Sight (LOS), inclusiv înălțimea transmițătorului/receptorului, vizibilitate minimă și gradul de curbură a Pământului.
Afișarea textului descriptiv – atunci când se deplasează cursorul pe ecran, se va obține în bară de stare descrierea fiecărui element situat în vecinătatea cursorului.
Suportă navigarea cu ajutorul tastaturii – se poate deplasa harta cu ajutorul săgeților și se poate folosi funcția Zoom cu ajutorul tastelor page up și page down.
Suportă căutarea după nume a tuturor datelor vectoriale încărcate.
Fig 4.14 : Prelucrarea datelor cu programul Global Mapper
CAPITOLUL 5 – Studiu de caz în spațiul hidrografic Crasna
Realizarea hărților de hazard și risc la inundații în spațiul hidrografic al râului Crasna
5.1 Încadrarea geografică a zonei de studiu
Râul Crasna este un afluent de ordinul I al Tisei ce izvorăște la capătul sudic al Depresiunii Șimleu, la contactul dintre culmile Munților Meses și Munților Plopiș, de sub vârful Măgura Priei, la o altitudine de 557 de metri. Acest râu are un bazin de recepție bine dezvoltat, cu o asimetrie destul de accentuată spre dreapta, mai ales în aval de confluența cu Valea Zalaului. Geneza și dezvoltarea bazinului hidrografic al râului Crasna este rezultatul poziției sale în extremitatea nordică a Carpaților Occidentali și a mobilității microplacii transilvano-panonice, ce a generat o serie de modificări ale ariilor din sectorul inferior al Crasnei.
Fig. 5.1 : Încadrarea râului Crasna pe harta României
Subbazinul hidrografic al râului Crasna are o suprafață de 2.100 kmp și face parte din bazinul hidrografic Someș-Tisa. Cuprinde 54 cursuri de apă codificate cu o lungime totală de 708 km (0,9 % din lungimea totală pe țara). Suprafața reprezintă 0,9 % din suprafața țării și 9 % din cea a spațiului hidrografic Someș-Tisa. Densitatea medie a rețelei este de 0,34 km/ km2, scăzând treptat din amonte în aval. Fondul forestier acoperă o suprafață de 331km2, adică 15,8 % din suprafața bazinului hidrografic.
Râul Crasna are o lungime de 134 km de la izvor până la frontiera cu Ungaria și o asimetrie în favoarea părții drepte a bazinului până la stația Domănesti, de unde situația se inversează. Afluenții principali sunt: Zalăul, Maja și Maria, toți cu debite nesemnificative și cu lungimi ce nu depășesc 38 km.
Fig. 5.2 : Zona studiată în bazinul hidrografic al râului Crasna
5.2 Etape de realizare
Activitățile care au fost efectuate în vederea elaborării hărților de hazard și risc la inundații pentru spațiul hidrografic al râului Crasna au presupus realizarea de studii și măsurători de teren, studii și măsurători aeriene, realizarea modelului digital al terenului, realizarea studiilor hidrologice și a studiilor hidraulice.
5.2.1 Acțiuni pregătitoare
Acțiunile premergătoare cercetării în teren au avut în vedere asimilarea și ordonarea informațiilor numerice și descriptive din literatură de specialitate, de pe materiale cartografice cât și informații specifice de la oficiile și instituțiile regionale și județene cu sfera de interes și în zona analizată.
Drept urmare, au fost inventariate și procurate studiile topografice executate în Spațiul Hidrografic Banat a căror vechime nu depășește 10 ani. Studiile topografice includ planuri de situație, profile longitudinale, profile transversale, relevee, planuri informaționale GIS, modelul digital al terenului, ortofotoplanuri, etc. Următorul pas a fost reprezentat de realizarea unei analize atente asupra preciziilor de întocmire a acestor documentații și stabilirea zonelor pentru care este nevoie de completări sau extinderi.
5.2.2. Studii topo-geodezice
a) Puncte de control la sol
Punctele de control la sol prezintă o importanță maximă în realizarea cu succes a proiectului deoarece acestea constrâng modelul brut obținut din norul de puncte determinat în urma survolării. Aceste puncte trebuie să aibă o precizie de 10 centimetri pentru a se atinge precizia cerută pentru modelul digital.
Reperajul a fost executat pe cale topografică și pe cale fotogrametrica. Pe cale topografică determinarea punctelor s-a realizat în urma măsurătorilor GNSS în cadrul rețelei geodezice. Calea fotogrametrica a permis determinarea punctelor de reper și control pentru fiecare fotogramă.
Deoarece precizia produsului fotogrametric final depinde de precizia coordonatelor punctelor de reper a fost utilizat premarcajul fotogrametric.
Fig. 5.3 : Premarcaj fotogrametric
În zonele aflate la periferia sau în afara intravilanelor s-au folosit pentru marcare foi de tablă metalică vopsite cu alb, iar în interiorul localităților, acolo unde a fost posibil, s-a marcat direct cu vopsea albă pe covorul asfaltic sau pe diferite suprafețe din beton. Forma și dimensiunea acestor marcaje au fost stabilite pentru a asigura identificarea și vizibilitatea punctului de coordonate cunoscute pe fotograma, cu precizie adecvată. Pentru fiecare reper s-a întocmit câte o descriere topografică clară, în care s-a specificat materialul folosit și înălțimea reperului față de sol. Centrul reperilor s-a reprezentat pe schița prin minim trei distanțe date față de anumite detalii de teren, astfel încât să se poată realiza oricând localizarea și recunoașterea lor pe fotograma și în teren. Fiecărei schițe i s-a atașat apoi fotografii digitale, făcute la sol, cu imaginea reperului respectiv.
Fig. 5.4 : Reper fotogrametric din tablă metalică
b) Rețea geodezică de sprijin
Rețeaua geodezicã de sprijin este compusã din:
– 14 puncte de coordonate cunoscute;
– 30 de puncte noi bornate (determinate utilizând tehnologia GNSS);
– 151 de puncte noi.
Tabelul 1 : Inventarul punctelor de coordonate cunoscute
Punctele noi au fost materializate prin borne de tip FENO. Bornele au fost amplasate astfel încât să se acopere întreaga suprafață a bazinului hidrografic
Aparatură utilizatã:
– 6 aparate GNSS de tip Leica;
– 4 aparate GNSS de tip Topcon
– 2 stații totale Leica;
– 2 stații totale Topcon;
– 5 calculatoare DELL ;
– 1 imprimanta laser A3;
– 1 plotter color A0;
– set de programe profesionale (proprietatea societății) care permit prelucrarea automatizatã a lucrãrilor.
Etapele principale ale lucrãrii:
1 – Elaborarea proiectului tehnic de rețea :
2 – Efectuarea mãsurãtorilor GNSS de teren;
3 – Calculul și compensarea rețelei geodezice de sprijin ;
4 – Editarea lucrãrii;
5 – Verificarea.
1. Elaborarea proiectului tehnic de rețea:
Proiectul tehnic de rețea a fost realizat pe hãrți la scări mici, având în vedere amploarea lucrării și amplasarea noilor puncte bornate în locuri ușor accesibile și cu vizibilitate. În momentul proiectării rețelei geodezice s-a încercat realizarea unor lanțuri de triunghiuri cu latura variabilă de 30-40 km.
Fig. 5.5 : Rețeaua geodezică pentru bazinul hidrografic Crasna
Efectuarea mãsurãtorilor de teren:
Pentru această lucrare s-au folosit concomitent 10 aparate GNSS. De asemenea au fost folosite și 4 stații totale. Activitatea a constat în inventarierea bornelor existente și elaborarea unui plan în urma căruia s-a îndesit rețeaua cu puncte noi astfel încât să fie asigurată o densitate de 4 puncte/km pe cursul râului supus analizei.
Măsurătorile au fost efectuate în două etape, și anume:
Realizarea rețelei geodezice de sprijin pentru determinarea coordonatelor în sistem WGS84.
Realizarea rețelei geodezice de sprijin pentru realizarea rețelei geodezice de nivelment.
În prima etapă au fost folosite cele 10 aparate GNSS ca stații mobile și au fost amplasate concomitent câte 6 aparate, timpul de staționare fiind direct proporțional cu distanța față de celelalte aparate. În cea de-a doua etapă au fost staționate 4 puncte din rețeaua geodezică națională pentru determinarea coordonatelor în sistem Stereografic 1970 și 3 reperi de nivelment.
Deoarece sistemul LiDAR nu măsoară decât până la maxim 15 centimetri adâncime în apă, au fost efectuate și măsurători batimetrice pentru a se putea realiza modelul digital al terenului.
Prelucrarea și compensarea rețelei :
Rețeaua geodezică de sprijin a fost prelucrată cu softul LEICA Geo Office 5.0. În urma compensării rețelei au fost determinate coordonatele compensate în sistemul WGS84. Lucrarea a fost depusă la A.N.C.P.I. în vederea certificării. În urma analizei făcută de specialiștii din cadrul A.N.C.P.I., rețeaua geodezică de sprijin în sistemul de coordonate WGS84 a fost receptionata și avizată.
Transformarea coordonatelor punctelor din rețeaua geodezică de sprijin din sistem WGS84 în sistem Stereografic 1970 s-a realizat cu ajutorul programului TransDAT, program implementat de A.N.C.P.I..
Deoarece lucrarea presupune realizarea rețelei geodezice de sprijin pentru obținerea modelului digital al terenului, au fost realizate măsurători GNSS suplimentare pentru determinarea cotelor. Drept urmare a fost proiectată o rețea geodezică de nivelment având în componență 3 reperi de nivelment situați pe căile ferate ce străbat bazinul hidrografic Crasna.
Editarea lucrãrii:
Pentru editarea lucrãrii s-au folosit diverse programe, precum și AutoCad 2000LT care permit transmiterea datelor din calculator la plotter și la imprimantă.
Pe toată lungimea râului au fost realizate 363 de profile transversale, un profil longitudinal și profile pentru 45 de poduri.
Fig. 5.6 : Schița rețelei geodezice de sprijin pentru bazinul hidrografic Crasna
Fig. 5.7 : Dispunerea profilelor trasnversale în zona studiată
Fig. 5.8 : Profil pod în zona localității Berveni, județul Satu Mare
Fig. 5.9 : Profil transversal în zona localității Berveni, județul Satu Mare
Fig. 5.10 : Secțiune profil longitudinal
Verificarea și predarea lucrãrii:
Verificarea lucrãrii a fost realizatã de cãtre specialiști abilitați de cãtre A.N.C.P.I., care nu au participat la realizarea lucrãrii. Aceștia au avut în vedere analizarea modului de realizare a măsurătorilor de teren și a modului de compensare a rețelei topografice de spriin, precum și încadrarea în toleranțele admise.
De asemenea A.N.C.P.I. a realizat o verificare a coordonatelor în sistem Stereografic 1970 rezultate în urma procesului de transcalcul a coordonatelor verificate și recepționate de această agenție.
5.2.3 Culegerea datelor spațiale
Pe baza hărților topografice existente și a planurilor cu delimitările unităților administrative situate de a lungul râului Crasna a fost definită suprafața necesară zborului și s-a întocmit planul de zbor ținând cont de scară, înălțimea de fotografiere și camera fotografică utilizată. Pe planul de zbor s-au trasat traiectoriile și s-au ales pozițiile reperilor fotogrametrici la sol.
a) Realizarea zborului
Zborul s-a realizat cu ajutorul sistemului LiDAR ce utilizează tehnologia FLI-MAP, cu elicopterul. Această tehnologie are abilitatea de a capta date de puncte sincronizate cu laser, imagini digitale și imagini video digitale. Modul general de funcționare presupune existența unui senzor laser montat cu foarte mare precizie pe elicopter care transmite o undă laser către suprafața terenului în timpul zborului. Un receptor montat în spatele elicopterului recepționează undele laser reflectate de suprafața terenului. Majoritatea
sistemelor LiDAR folosesc o oglindă de scanare pentru generarea unei benzi de impulsuri laser. Lungimea benzii depinde de unghiul de oscilare al oglinzii, iar densitatea punctelor de la sol depinde de factori precum viteza elicopterului și rata de oscilare a oglinzii. Distanțele de determină prin calcularea timpului necesar parcurgerii semnalului laser a distanței de la senzorul emițător până la sol și înapoi la acesta.
Fig.5.11 : Principiul sistemului FLI-MAP
Componenta aeropurtată
Componenta aeropurtată se referă la platformă care se amplasează pe elicopter și care are montate două camere video, două camere foto și un laser. De asemenea există și două receptoare GNSS care dau permanent poziția platformei. Fiecare din componente aduce un aport la determinarea poziției (coordonarte rectangulare) a fiecărui punct din norul de puncte. Practic, fiecare punct este determinat din cinci intersecții de drepte. Condiția esențială este ca poziția fiecărui loc (punct) din care pleacă cele 5 drepte să fie cunoscută cu o precizie foarte mare. Locul din care pleacă dreptele sunt: două centre ale camerelor foto, două centre ale camerelor video și centrul laserului.
Poziția acestor centre este dată de cele două receptoare GNSS. Distanța și orientarea între cele două receptoare și fiecare centru trebuie să fie cunoscută cu precizie micrometrică. Orice eroare în determinarea poziției corecte se amplifică și duce la erori direct proporționale cu înălțimea de zbor. Din acest motiv este vital ca platformă să fie montată astfel încât să nu producă erori. Drept urmare, deși se înregistrează date de la cele 5 componente, acestea nu dau poziția corectă dacă platformă nu respectă condiția de montare micrometrică. Fiecare din cele 5 componente trebuie să fie montate fix în același loc de fiecare dată.
Componenta terestră
Poziția receptoarelor montate pe elicopter este dată nu numai de sateliți ci și de alte receptoare amplasate pe sol. După cum se știe din teorie, poziția unui receptor GNSS este dată de semnalul primit de la satelit. În afară de aceasta, pentru a-i fixa poziția absolută în sistem WGS84, trebuie ca un alt receptor să fie amplasat pe un alt punct care are poziția cunoscută. Ambele receptoare trebuie să primească semnal de aceiași minim 4 sateliți și să aibă timp de staționare comun suficient de mare. Pentru stabilirea poziției celor două receptoare amplasate la bordul elicopterului sunt suficiente 6 alte receptoare amplasate de-a lungul traseului de parcurs. În cele 6 receptoare pot fi incluse și stații permanente.
b) Prelucrarea măsurătorilor
Etapele prelucrării măsurătorilor LiDAR și implicit obținerea modelului digital al terenului din măsurători LiDAR sunt relativ rapide.
Fig. 5.12 : Etapele prelucrării măsurătorilor LiDAR
După realizarea zborului și descărcarea datelor urmează prelucrarea pentru a obține coordonatele norului de puncte în sistemul de proiecție dorit. Această operație se realizează cu ajutorul programelor specializate. Se curață modelul digital al terenului de efecte inerente cum ar fi: copaci, clădiri, obiecte care s-au interpus între teren și elicopter (vehicule în mișcare sau staționate, persoane sau animale aflate în zonă, etc.).
Norul de puncte este poziționat în plan orizontal și pe altitudine. În plan orizontal nu este nevoie de multe puncte de control (reperi) deoarece receptoarele GNSS și echipamentul montat pe platformă dau rezultate foarte bune. Probleme pot să apară la calibrarea modelului digital al terenului. Modelul este cu atât mai bine calibrat cu cât există mai des puncte de control pe altitudine. Clasificarea se face cu soft-ul FLIP7.
Fig. 5.13 : Profilul LIDAR – Clasificarea teren / vegetație
Fig. 5.14 : Nor de puncte furnizat de sistemul FLI-MAP pentru bazinul hidrografic Crasna
Fig.5.15 : Imagine de înaltă rezoluție preluată din plan vertical, obținută de camera CCD a sistemului FLI-MAP
Fig 5.16 : Secțiune a râului Crasna pe fotograme
Coordonate LiDAR
Coordonatele (WGS84) calculate ale căii de zbor (50 de ori pe secundã) sunt transformate în sistemul de coordonate local ale rețelei de control de la sol aplicând schimbãri de date corespunzãtoare.
Coordonatele punctelor laser sunt la rândul lor calculate prin combinarea coordonatelor căii de zbor cu parametri de configurare ai sistemului și razele laser măsurate de către scanerul laser.
Aceastã procesare a datelor LiDAR din raze în coordonate în sistemul de coordonate local este fãcut folosind FLIP7. FLIP7 este dezvoltat de Fugro pentru a procesa, a analiza și manipula datele LiDAR ale sistemului FLI-MAP.
În timpul procesării LiDAR cu FLIP7 pot fi aplicate filtre speciale pentru a optimiza output-urile datelor în scopuri specifice. Datele LiDAR pot fi exportate în diferite formate, precum .dxf, ASCII, X,Y,Z sau orice alt format acceptat în domeniu.
Tabelul 2 : Inventar de coordonate pentru punctele de la sol
Procesarea datelor
Procesarea datelor se împarte în două părti: preprocesare și postprocesare. Preprocesarea datelor se face pe loc în timpul survolãrii. Acest lucru permite un control deplin al calității datelor din teren. În cazul în care existã lacune în date, se pot planifica linii de zbor suplimentare în scopul de a se a asigura calitatea datelor finale.
Preprocesarea
Preprocesarea începe cu calcularea referințelor între stațiile de bază și antenele din sistemul aeropurtat.
Aceste referințe multiple se combină cu scopul de a avea o poziție precisă a elicopterului în fiecare moment. Soluția poziționării GNSS este integrată cu datele INS pentru a calcula cu precizie direcția de zbor a sistemului. Între timp, se verifică acoperirea de date și densitatea de puncte. În final, precizia absolută a datelor laser este verificată folosind informația cu privire la localizarea și înălțimea punctelor de referință.
Postprocesare
Principalul program pentru procesarea de date este pachetul de procesare FLI-MAP numit FLIP7, dezvoltat special pentru a vedea, manipula și analiza datele laser FLI-MAP și imaginile video. Fiind un pachet multi-media, cu numeroase caracteristici special creat pentru survolare, FLIP7 faciliteazã operația de procesare, aplicare și comunicare a datelor de survolare FLI-MAP.
Programul ajuta utilizatorul cu filtre speciale pentru a clasifica datele laser, pentru a extrage informații specifice cu privire la puncte și linii, pentru a combina imaginile video cu datele laser în scopul de a obține mozaicuri video ortorectificate. Rezultatele procesãrii cu FLIP7 pot fi exportate în diferite pachete CAD, SIG și DTM.
FLIP7 controlează pe deplin transformările de coordonate (schimbări de date, proiectări de hărți) pentru a garanta că datele exportate pot fi integrate cu date provenind de la alte surse folosind aceleași sistem de referință de coordonate.
Reperarea punctelor de control la sol după realizarea zborului:
Poziționarea reperului pe planul de zbor
Identificarea reperului pe fotogramă
Detaliul reperului identificat
Fotografierea cu camera digitală și măsurarea PCS
Descrierea punctului în tabelul anexat fișei de teren
Fișa de teren finală pentru PCS
Fig. 5.17 : Reperarea punctului la sol pe fotogramă
Generarea modelului digital al terenului
Obținerea modelului digital se face din norul de puncte obținut cu laserul amplasat pe elicopter. Toate datele obținute vor fi stocate într-o bază de date compatibilă cu sistemul ARC VIEW – GIS încă de la începutul lucrării. Toate datele achiziționate vor fi corelate în vederea obținerii unor rezultate foarte precise din punct de vedere al riscului la inundații.
Fig. 5.18 : Date laser FLI-MAP : Nor de puncte după clasificarea punctelor
Pentru acumulări au fost făcute, după cum am menționat, măsurători terestre și batimetrice privind elementele caracteristice ale acestora.
Modelul digital al terenului (DTM) este realizat pe trei nivele de acuratețe, astfel va avea acuratețea pe verticală 10-15 cm cu reprezentare la scară 1 : 2.000
DTM-ul furnizat acoperă întregul bazin. Benzile DTM de precizie furnizate acoperă albia majoră, inclusiv zona albiilor vechi părăsite, pe o lățime medie de aproximativ 1,5 – 2,0 km.
Pentru interconectarea modelelor digitale ale terenului realizate pe cursurile râurilor și pentru a asigura un sistem unitar pe toate bazinele hidrografice din România, acestea trebuie să fie georeferențiate pe puncte a căror altitudine este stabilită în Sistemul Național de Altitudini MN – 75 din rețeaua națională de nivelment și conform normativelor sau ordinelor în vigoare ale A.N.C.P.I..
DTM-ul realizat pe baza punctelor înregistrate asigură execuția profilelor longitudinale pe diferite aliniamente și secțiuni transversale la densitatea dorită. DTM final va fi aprobat de către Agenția Națională de Cadastru și Publicitate Imobiliară și va deveni proprietatea beneficiarului – Administrației Bazinale de Apă Someș-Tisa de care aparține și râul Crasna.
Produse rezultate
Cel mai important produs este modelul digital al terenului. Precizia acestui model digital al terenului este de 5-10 centimetri. Din modelul digital rezultă profile topografice ale terenului. Practic se pot alege oricare două puncte de pe model și automat se generează profilul topografic al terenului între punctele respective.
Fig. 5.19 : Modelul digital al terenului cu rezoluție de 2 metri, în zona localității Berveni, județul Satu Mare
Fig. 5.20 : Profil transversal realizat în albia minoră, rezultat din modelul digital al terenului (DTM) obținut din scanarea de tip LiDAR cu ajutorul programului Global Mapper
Fig. 5.21 : Profil transversal realizat în albia majoră, rezultat din modelul digital al terenului (DTM) obținut din scanarea de tip LiDAR cu ajutorul programului Global Mapper
Caracteristicile fișierelor stocate automat pe calculator în urma efectuării unui set de măsurători sunt:
– volum mare de date, stocate în fișiere ASCII format ’’delimited’’;
– fiecare fișier include un număr constant de linii de header care conțin informații referitoare la data și ora măsurătorii, număr de cicluri pe fiecare măsurătoare, unghiul de elevație și azimut, locul de amplasare a sistemului etc; aceste informații sunt utile interpretării ulterioare a rezultatelor;
– dispersie mare (3-5 ordine de mărime);
– informația conținută nu este evidentă, ea trebuie extrasă prin diverși algoritmi matematici de prelucrare;
– comprimarea datelor obținute din măsurători succesive poate oferi o imagine asupra evoluției temporale a fenomenelor studiate.
5.3 Studii și modelări hidrologice și hidraulice
Inundațiile pot provoca pierderi de vieți, deplasarea populațiilor și daune agriculturii și mediului înconjurător și, de asemenea pot compromite grav dezvoltarea
economică și să prejudicieze alte activități economice. Constituie un fenomen natural ce nu poate fi evitat, dar poate fi atenuat.
Pentru a evita sau minimiza efectele negative ale inundațiilor, este de preferat să se elaboreze planuri de gestiune a riscurilor de inundație ce trebuie să țină seama de caracteristicile proprii ale zonelor la care se referă și să prevadă soluții specifice pentru fiecare caz în parte.
Astfel, hărțile cu zonele inundabile și hărțile de hazard la inundații, asociate bazelor de date și instrumentelor de modelare și calcul, constituie astăzi instrumente fundamentale pentru planificarea teritorială în care se asociază riscul de inundații cu
prevenirea și avertizarea, având în vedere reducerea impactului inundațiilor în activitatea umană, în conformitate cu directivele Uniunii Europene.
Studiile se bazează pe următoarea desfășurare a activităților:
Definirea programului de lucru, având în vedere definirea datelor necesare pentru diferitele modelări și scenarii de simulare;
Inventariul și colectarea de date de bază existente, cu analiza și validarea sintezei studiilor pentru colectarea și caracterizarea situației de referință ce pot contribui pentru succesul proiectului.
Geomatică: planificare, executare și validare;
Inundații și viituri: analiză critică a datelor de bază din hidrologie (precipitații maxime, debite, cote de inundație maximă etc.);
Bază de date integrată: integrarea datelor geomatice, hidrologia, hidráulica etc. ce vor fi utilizate în modelările cu sistematizarea elementelor de calibrare și producerea de hărți cu zonele de inundație, având în vedere prioritatea lucrărilor de planificare;
Scenarizare: definirea de scenarii de simulare având în vedere o mai bună percepție a riscului de inundație în abordarea integrată, cu posibilitatea de separare a situațiilor de referință pe perioade ce pot apărea din nou, cu altele curente, spre exemplu, ruptura de baraje;
Modelarea hidrologică: pentru diferitele niveluri de detaliu cu caracterizarea exhaustivă a liniilor de apă, bazinelor hidrografice și barajelor cuprinse de modelare, precum și analiza regimului de inundații pentru diferitele probabilități a întâmplărilor și scenariilor;
Modelarea hidraulică și hărțile de inundație: realizarea de hărți cu zona inundabilă prin proces computerizat cu o cartografiere adecvată care va reflecta rezultatele ambelor modelări pentru diferite scenarii
Unul din cele mai cunoscute și utilizate pachete de programe în ceea ce privește analiza sistemelor hidrografice este HEC-RAS. Modelul poate efectua calculul suprafeței libere a apei în mișcare permanentă. Prelucrarea datelor pentru HEC-RAS s-a făcut în SIG cu ajutorul extensiei HEC-GeoRAS, unde s-a desenat talvegul pornind din amonte spre aval, au fost definite malurile, direcția de curgere, profilele transversale și rugozitatea pentru fiecare profil.
Pentru formularea matematică a hidrodinamicii cursului de apă, HEC-RAS folosește ecuații de continuitate, de conservare a energiei, de conservare a impulsului și ecuația Manning.
În ceea ce privește simulările numerice pentru debite cu diferite probabilități de depășire, se importă modelul în format *.sdf obținut cu HEC-GeoRAS, aducând astfel în mediul de lucru geometria albiei și atribuindu-i unitățile de măsură adecvate.
Fig. 5.22 : Importul datelor din SIG
Structurile hidrotehnice se introduc în programul HEC-RAS în modulul de definire a geometriei. Dacă se optează pentru un regim permanent de mișcare, se introduc condițiile limită:
În amonte se introduc debitele cu diverse probabilități de depășite;
În aval se introduce adâncimea apei.
Simularea numerică se poate realiza pentru orice regim de curgere: lent, rapid sau mixt.
Principalele date de ieșire ale programului HEC-RAS sunt :
Caracteristicile hidraulice analitice și grafice privind niveluri (cote de apă), adâncimi, lățimi la oglindă apei, secțiuni de scurgere și viteze medii în albia minoră și în albia majoră, etc.;
Redarea/vizualizarea grafică a profilelor transversale și profilul longitudinal 3D cu pozarea nivelelor, epura vitezelor și alți parametri.
Fig 5.23 : Utilizarea programului HEC-RAS
5.4 Realizare hărți de hazard la inundații
Hărțile de hazard la inundații sunt realizate pe baza modelării hidrologice și hidraulice, având ca suport DTM-ul realizat și sunt prezentate în format electronic.
Hărțile de hazard acoperă zonele geografice care ar putea fi inundate în următoarele cazuri:
inundații cu probabilitate mică sau în cazuri extreme (perioada probabilă de revenire 1000 de ani);
inundații cu probabilitate medie (perioada probabilă de revenire mai mare de 100 de ani);
inundații cu probabilitate mare, după caz.
Pentru fiecare caz în parte trebuie indicate următoarele elemente:
extinderea inundațiilor;
adâncimea sau nivelul apei, după caz;
viteza de curgere sau sau debitul de apa relevant, după caz.
Pentru o prezentare mai bună s-au generat câteva animații cu simulări de inundații.
Fig. 5.29 : Detaliu de inundare din zona localității Craidorolț, judetul Satu Mare
Fig 5.24 : Simulare viitură – 1 metru deasupra nivelului apei din DTM
Fig 5.25 : Simulare viitură – 2 metri deasupra nivelului apei din DTM
Fig 5.26 : Simulare viitură – 3 metri deasupra nivelului apei din DTM
Fig 5.27 : Simulare viitură – 4 metri deasupra nivelului apei din DTM
Fig 5.28 : Simulare viitură – 5 metri deasupra nivelului apei din DTM
Hărțile de risc la inundații indică potențialele efecte negative asociate hărților de hazard exprimate în următorii termeni:
numărul aproximativ de locuitori potențial afectați;
tipul de activitate economică din zona potențial afectată;
instalațiile ce pot produce poluare accidentală în cazul inundațiilor și zonele protejate potențial afectată;
alte informații utile, precum indicarea zonelor unde pot apare inundații cu un conținut mare de sedimente transportate și inundații cu sedimente grosiere și informații privind alte surse e poluare.
Numărul aproximativ de locuitori potențial afectați este exprimat prin “riscul de pierderi de vieți omenești”, acesta calculându-se după formula : probabilitate * victime.
Tipul de activitate economică din zona potențial afectată este exprimată prin “riscul economic”, care se calculează după formula : probabilitate * pagube.
5.5. Elaborare Plan pentru Prevenirea, Protecția și Diminuarea Efectelor Inundațiilor ( PPPDEI)
Scenarii de amenajare
După realizarea hărților de hazard la inundații se vor prezenta diverse scenarii de amenajare, urmând a se realiza o listă a posibilităților de intervenție în bazinul hidrografic Crasna pentru prevenirea și diminuarea efectelor inundațiilor.
Realizarea acestor scenarii de amenajare va constitui baza promovării viitoarelor lucrări de prevenire, protecție și de apărare împotriva inundațiilor la nivelul bazinului hidrografic, stimulând astfel dezvoltarea zonelor cu potențial economic.
Modul de realizare PPPDEI
PPPDEI (Planul privind Prevenirea, Protecția și Diminuarea Efectelor Inundațiilor) este o etapă preliminară a Planului de gestiunea al riscului de inundații, așa cum este descris în Directiva Uniunii Europene privind gestionarea riscurilor de inundații.
Tipuri de intervenții posibile în bazinul Crasna vor rezulta din Scenariile de Planificare, din care vor fi selecționate măsurile disponibile pentru termen scurt, mediu și lung.
PPPDEI se va baza pe:
scenariile de planificare;
hărțile de risc, inclusiv prejudiciul rezultat;
descrierea bazinului hidrografic în care se considera analiza istoricului inundațiilor, datele topografice și modele hidrologice și hidraulice;
diferite scenarii hidraulice.
PPPDEI final ia în considerare toate aspectele de gestionare a riscurilor axate pe prevenirea inundațiilor, protecție, pregătiri, inclusiv prognozarea inundațiilor.
PPPDEI va fi dezvoltat ca un instrument de informare care permite, prin integrarea de baze de date alfanumerice și mediu SÎG cartografice, contribuie la perspectiva de utilizare a terenurilor în stabilirea priorităților și deciziile tehnice, politicile de gestiune financiară și a riscului de inundații .
Plan de măsuri
În ceea ce privește intervențiile posibile în albia de inundații cu scopul de a fi controlate, este importantă distingerea între măsuri structurale de control al inundațiilor și măsuri non structurale, având acestea caracter mai ales preventiv, cu obiectivul de a reduce riscul asociat activităților economice ce se desfățoară în zonele inundabile.
Măsurile structurale de protecție împotriva inundațiilor vizează reducerea unuia sau a mai mulți parametri care le caracterizează, corespunzător debitului de viitură, a nivelurilor de suprafață liberă sau a suprafeței inundabile. Prin intermediul structurilor punctuale sau liniare, se vor putea folosi diverse tipuri principale de măsuri, dintre care merită a fi evidențiate:
construirea de diguri longitudinale care limitează și reduc suprafața posibil inundabilă;
mărirea capacității de scurgere;
derivarea debitelor inundațiilor;
mărirea capacității de depozitare prin crearea de bazine de retenție (lacuri de acumulare, și/sau baraje).
Diguri longitudinale
Construirea de diguri longitudinale, care diminuează suprafața inundabilă, formează limite care reduc frecvența inundațiilor în zona protejată împotriva inundațiilor, situată în afara digurilor.
În mod normal, sunt folosite pentru a face față inundațiilor excepționale și pentru exigențe înalte de siguranță.
Mărirea capacității de scurgere
Mărirea capacității de scurgere a secțiunilor de scurgere este atinsă, în lucrările de inginerie fluvială convenționale, prin diminuarea rugozității secțiunii, prin mărirea respectivei suprafețe sal prin rectificarea traseului.
Acțiunile clasice asociate acestei intervenții iau în considerare curățarea și eliminarea copacilor și arbuștilor, operații de aprofundare și lărgire a albiei principale și a albiei de inundație și, în cele din urmă, suprimarea curbelor și meandrelor.
Acest tip de măsură prezintă următoarele dezavantaje:
nu este vorba de o soluție definitivă, căci linia de apă, cu o rapiditate mai mare sau mai mică, în funcție de debitul solid transportat, revine la situația anterioară intervenției. Menținerea conservării noii secțiuni definite are nevoie de curățiri regulate, ceea ce poate duce la fenomene de eroziune generalizată;
făcând rectificarea traseelor, mărim panta talvegului. Dacă pe de o parte reducem nivelurile inundației, pe de alta reducem capacitatea de depozitare a albiei de inundații, reducând eficiența acestui tip de soluții cu privire la ceea ce inițial s-a dorit;
acțiunile întreprinse nu sunt compatibile cu criteriile ambientale, nici cu anumite cerințe generale ale utilizării din domeniul hidraulic. De fapt, intervențiile indicate implică în mod normal modificări drastice ale morfologiei fluviale.
Canalele de secțiune compusă (sau albie multiplă) sunt o configurație acceptabilă din punct de vedere ambiental, care permite atingerea acelorași obiective. Diminuarea albiei de inundație trebuie efectuată, de preferat, doar pe unul din maluri sau alternativ pe cele două pentru a minimiza impactul cauzat comunităților biotice. Acest tip de configurație prezintă următoarele avantaje:
din punct de vedere hidraulic, este o măsură de control împotriva inundațiilor care nu provoacă modificări ale regimului hidrologic al râului. Necesitatea operațiilor de menținere ale albiei mai mici și a marginilor, întrucât sunt mai mici, se reduce datorită stabilității mai mari pe care o prezintă;
din punct de vedere ambiental, permite diversitatea habitatelor de-a lungul întregului an, datorită menținerii unei înălțimi de scurgere suficient de ridicată pentru dezvoltarea comunităților biotice. Întrucât o parte din albia de inundație nu este afectată de executarea lucrărilor, colonizarea pe specii vegetale și animale este mai ușoară;
din punct de vedere peisagistic, nu constituie obstacole sau bariere vizuale.
Derivarea debitelor
Derivarea debitelor de inundație recurgând la canale permite reducerea debitului de viitură a unei hidrograme de inundație deviind o parte din volumul corespunzător, prin intermediul unui canal de derivare, conducându-l la o secțiune a aceluiași râu situată în aval.
Mărirea capacității de depozitare
Pentru mărirea capacității de depozitare, sau încadrare, prin bazine de retenție se vor putea include lacurile de baraj sau iazurile.
Acest tip de intervenție poate fi foarte eficient în control al inundațiilor, în special în cazul barajelor mari. În acest scop, se va realiza un Plan de măsuri compus din următoarele componente principale:
Producerea de Hărți cu Zonele Inundabile;
Împărțirea în zone strategice, luând în considerare riscul de inundație la nivelul Bazinului, pe baza Hărții de Risc la Inundații, cu estimarea daunelor potențiale și acordând întâietate intervențiilor pe baza analizelor cu mai multe criterii;
Integrarea Planului de Măsuri cu strategia națională de prioritate pentru investiții;
Studiu de viabilitate cu măsuri structurale și non-structurale;
Acordarea de întâietate măsurilor.
Acest plan de măsuri este considerat un instrument de informație ce permite, prin integrarea bazei sale de date alfanumerice și cartografice asociate SÎG, să contribuie la amenajarea teritorială în perspectiva determinării priorităților și a deciziilor tehnice, financiare și politice de management al riscului de inundație a bazinului.
Este normal ca în acest plan de măsuri să fie evidențiate legăturile cu intervențiile în curs ce au influență în Bazinul Hidrografic analizat, anume, în termeni de acțiuni relaționate cu componenta hidrologică și / sau hidraulică.
Măsuri de regularizare fluviale
Regularizarea râului constă, în principal, în stabilizarea albiei principale a unui râu, încercând atingerea următoarelor obiective:
asigurarea unei scurgeri eficiente și sigure a inundațiilor, cu pierderi minime;
garantarea transportului sedimentelor în aval, pentru a minimiza depunerile nedorite;
stabilizarea secțiunilor de scurgere astfel încât să se minimizeze eroziunea;
asigurarea scurgerii curente într-o secțiune bine definită.
În acest mod, într-un proiect de regularizare a unui râu și, simultan, de control al inundațiilor, intervențiile obișnuite presupun diferite tipuri de lucrări, definite în diversele componente ale sale de hidraulică, peisagistică și structurală, precum:
construirea de diguri de incintă longitudinale pentru delimitarea albiilor de inundații;
construirea de diguri transversale și pinteni pentru limitarea bazinelor de retenție și atenuarea debitelor de viitură;
construirea de diguri "fusibile" pentru controlul inundațiilor și blocarea evacuării lucrărilor de canalizare a incintelor în cazul unor inundații excepționale.
construirea unor diguri de contur cu rol de protecție;
construirea de unor evacuatori de descărcare a rețelelor de drenaj a incintelor;
căderi (line sau bruște) pentru micșorarea pantei;
bazine de disipare a energiei corespunzătoare lucrărilor de descărcare laterale;
pontoane; și protecții împotriva eroziunii în zona podurilor și în curbe.
Măsuri pentru a stabiliza configurarea unui râu, acceptabilă de mediu
Intervențiile vor trebuie să salveze diversitatea habitatelor și comunitățile biotice ale cursurilor de apă, pornind de la configurațiile și lucrările de regularizare acceptabile din punctul de vedere al ambientului, precum:
canale de secțiune compusă;
canale de ape mici;
formații de aluviuni (insulițe) și mici insule;
acumulări laterale;
mari iregularități ale fundului apei;
meandre și curbe de albie mai mică;
mici praguri de roci;
apărări de maluri.
CONCLUZII
Directiva Inundații din anul 2007 cere realizarea hărților de hazard și risc. România, ca stat membru al Uniunii Europene trebuie să îndeplinească cererile acestei directive până la termenele stabilite. România a început realizarea hărților de hazard și risc pentru 10 Administrații Bazinale ( pentru Administrația Bazinala Prut – Bârlad încă nu s-a obținut finanțare).
Prezentul proiect, de realizare a hărților de hazard la inundații pentru bazinul hidrografic al râului Crasna, a fost conceput într-o structură echilibrată de activități necesare pentru atingerea obiectivelor urmărite în condițiile specifice acestui bazin hidrografic. În acest sens, eforturile tehnice au fost astfel dimensionate încât să fie bine adaptate la particularitățile zonelor și ale proceselor analizate, să poată fi realizate în intervalele de timp alocate și să se asigure totodată o valorificare maximală a fondurilor prevăzute.
Metodologia de realizare a acestor harti se bazează pe tehnologia modernă LiDAR ce oferă posibilitatea creării modelelor de rezoluție mare. În prezent, se folosesc programe de modelare hidrologică ce permit integrarea acestor modele și a podurilor și construcțiilor hidrotehnice și obținerea benzilor de inundabilitate cu diferite probabilități, conform cerințelor europene.
Rezultatele proiectului reprezintă un instrument absolut necesar pentru coordonarea la nivelul bazinului hidrografic Crasna a activității de management al riscului la inundații.
Modul în care au fost stabilite obiectivele acestui proiect și rezultatele așteptate la finalizarea acestuia respectă atât necesitățile imediate cât și cele pe termen mediu și lung ale Administrației Bazinelor de Apă Somes -Tisa de care aparține și răul Crasna, în ceea ce privește gestionarea unor fenomene extreme.
Spre deosebire de planurile de apărare folosite în prezent, hărțile de hazard la inundații vor arăta cu precizie ridicată extinderea zonei inundate, iar în anumite situații vor putea să ofere informații referitoare la viteza apei, adâncimea apei la viituri, corespunzătoare unor debite cu diferite probabilități de depășire (0,1%, 1%, 5%, 10%),
adică date referitoare la inundații ce se petrec odată la 1000 de ani, odată la 100 de ani, odată la 20 de ani, respectiv odată la 10 ani.
După elaborarea hărților de hazard, ele vor fi puse la dispoziția consiliilor județene pentru elaborarea hărților de risc. Realizarea hărților de risc reprezintă o provocare pentru țara noastră. Încă nu au fost realizate hărțile de risc la nivelul nici unei Administrații Bazinale. Până în anul 2013 și acestea trebuie realizate pentru toate Administrațiile Bazinale.
DEVIZ ESTIMATIV
Lucrări de teren
Lucrări de birou
Total General (Teren + Birou ) = 42966.53 euro
Calculul Manoperei
Valoarea orei medii convenționale ( omc ) = salariul mediu pe firmă / 160 ore
= 1400/160 = 8,75 euro/oră.
Valoarea manoperei directe = Total consum timp x Valoarea orei medii convenționale = 560.59 x 8,75 = 4905.16 euro
Asupra valorii manoperei directe se aplică următoarele impozite și taxe:
Impozite și taxe
TOTAL valoare manoperă = Valoarea manoperei directe + Total taxe = 5335.12 euro
Calculul materialelor:
Cheltuieli generale:
Cheltuieli deplasare
Taxe
Devizul estimativ
.
BIBLIOGRAFIE
Coșarcă, C. Negrilă, A., Onose, D., Savu, A.,- Sisteme de scanare laser aeropurtate.Caracteristici. Softuri de prelucrare și interpretare, Revista de cadastru RevCad;
Păunescu, C., Păunescu V., Popescu M., Spiroiu I. (2011) – Curs de Geodezie-Topografie, Editura Universității București, București;
Dima N., Herbei O. , Veres I., Beldea M., Filip L., Ular R- Instrumente, aparate si formulare utilizate pentru masuratorile topografice – Lucrari practice Editura Universitas, Petrosani, 2007
Dima N., Herbei O. , Veres I., Filip L., Herbei R.- Tehnici si tehnologii moderne in lucrari de topografie si cadastru – Curs postuniversitar – Editura UP – Petrosani 2005
Zăvoianu, F. Noaje, I., Ionescu, I.,(2004) – Rețele geodezice de sprijin. Modulul B (Proiectarea și efectuarea măsurătorilor).Capitolul 7 (Determinări fotogrametrice) și Capitolul 8 (Înregistrări de teledetecție). Carte universitară pentru cursurile postuniversitare de perfecționare (Ediție îngrijită de Consiliul Facultății de Geodezie București), Vol. I, Editura Conspress, București;
Guvernul României – Hotărâre Nr. 447/10.04.2003 pentru aprobarea Normelor metodologice privind modul de elaboraresi conținutul hărților de risc natural la alunecări de teren și inundații, Monitorul Oficial Nr. 305 din 7 mai 2003;
*** – Pagini WEB, prospecte ale unor echipamente, tehnologii și softuri de specialitate, accesate între 10.11.2011 și 06.03.2012:
***http://centre.ubbcluj.ro
***http://energieregen.mec.upt.ro
***http://physis.ro
***http://www.infobarrel.com
***http://www.rqa.ro
***http://ro.wikipedia.org
***http://ec.europa.eu
*** http://www.flimap.nl
BIBLIOGRAFIE
Coșarcă, C. Negrilă, A., Onose, D., Savu, A.,- Sisteme de scanare laser aeropurtate.Caracteristici. Softuri de prelucrare și interpretare, Revista de cadastru RevCad;
Păunescu, C., Păunescu V., Popescu M., Spiroiu I. (2011) – Curs de Geodezie-Topografie, Editura Universității București, București;
Dima N., Herbei O. , Veres I., Beldea M., Filip L., Ular R- Instrumente, aparate si formulare utilizate pentru masuratorile topografice – Lucrari practice Editura Universitas, Petrosani, 2007
Dima N., Herbei O. , Veres I., Filip L., Herbei R.- Tehnici si tehnologii moderne in lucrari de topografie si cadastru – Curs postuniversitar – Editura UP – Petrosani 2005
Zăvoianu, F. Noaje, I., Ionescu, I.,(2004) – Rețele geodezice de sprijin. Modulul B (Proiectarea și efectuarea măsurătorilor).Capitolul 7 (Determinări fotogrametrice) și Capitolul 8 (Înregistrări de teledetecție). Carte universitară pentru cursurile postuniversitare de perfecționare (Ediție îngrijită de Consiliul Facultății de Geodezie București), Vol. I, Editura Conspress, București;
Guvernul României – Hotărâre Nr. 447/10.04.2003 pentru aprobarea Normelor metodologice privind modul de elaboraresi conținutul hărților de risc natural la alunecări de teren și inundații, Monitorul Oficial Nr. 305 din 7 mai 2003;
*** – Pagini WEB, prospecte ale unor echipamente, tehnologii și softuri de specialitate, accesate între 10.11.2011 și 06.03.2012:
***http://centre.ubbcluj.ro
***http://energieregen.mec.upt.ro
***http://physis.ro
***http://www.infobarrel.com
***http://www.rqa.ro
***http://ro.wikipedia.org
***http://ec.europa.eu
*** http://www.flimap.nl
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Realizarea Hartilor DE Hazard LA Inundatii In Spatiul Hidrografic AL Raului Crasna (ID: 123413)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.