Wykorzystanie technik sonarograficznych do mapowania rzek. i zbiorników wodnych oraz do analiz ekosystemów wodnych

Transkrypt

1 Wykorzystanie technik sonarograficznych do mapowania rzek i zbiorników wodnych oraz do analiz ekosystemów wodnych Cezary Karpiński Bartosz Łozowski

2 Część I Amatorskie urządzenia sonarowe w zastosowaniach profesjonalnych Cezary Karpiński (MaxiMapa)

3 Techniki sonarograficzne

4 Techniki sonarograficzne

5 Techniki sonarograficzne

6 Techniki sonarograficzne Nowoczesne urządzenie klasy popularnej 6

7 Techniki sonarograficzne 7

8 Wykorzystanie technik sonarograficznych 8

9 Wykorzystanie technik sonarograficznych 9

10 Wykorzystanie technik sonarograficznych 10

11 Wykorzystanie technik sonarograficznych 11

12 Wykorzystanie technik sonarograficznych 12

13 Wykorzystanie technik sonarograficznych 13

14 Wykorzystanie technik sonarograficznych 14

15 Wykorzystanie technik sonarograficznych 15

16 Część II Amatorskie urządzenia sonarowe w modelowaniu ekosystemów wodnych Bartosz Łozowski (Śląskie Centrum Wody Uniwersytetu Śląskiego)

17 Wykorzystanie technik sonarograficznych w projekcie POIG ZiZOZap Realizacja Projektu PO IG /09 Zintegrowany system wspomagający zarządzaniem i ochroną zbiornika zaporowego (ZiZOZap) w latach ( m.in. przez Uniwersytet Śląski Wśród celów Projektu: rozwój nowoczesnych technologii, modelowanie ekosystemu zbiornika wodnego Wykorzystanie urządzeń sonarowych do nawigacji po Zbiorniku Goczałkowickim, nawiązanie współpracy z firmą MaxiMapa Sp. z o.o. Odkrycie wspólnych obszarów zainteresowań związanych z technikami soarograficznymi 17

18 Wykorzystanie technik sonarograficznych w projekcie POIG ZiZOZap W Projekcie ZiZOZap przygotowywano model ekosystemu zbiornika wodnego (z uwzględnieniem zmian chemicznych i fizycznych paramentów wody i organizmów żyjących w wodzie) zintegrowany z modelem hydrodynamicznym zbiornika Ekosystemowe modele matematyczne - to programy komputerowe, które można uruchamiać nawet na domowych komputerach, zazwyczaj używa się wydajnych serwerów CO UMOŻLIWIA MODEL EKOSYSTEMOWY Testowanie wpływu na ekosystem zbiornika, celowo wprowadzanych/projektowanych zmian: dopływ wody o określonych parametrach, zmiany czaszy zbiornika, odłów ryb, dopływ związków troficznych, zmiany klimatyczne paleta możliwych scenariuszy jest tak duża jak wiele modelowanych jest parametrów Część hydrodynamiczna umożliwia tworzenie scenariuszy dla sytuacji skrajnych (susza, powódź), co pozwala zaplanować działania w sytuacjach kryzysowych 18

19 Wykorzystanie technik sonarograficznych w projekcie POIG ZiZOZap Przykładem takiego modelu jest używany przez nas program: AEM3D (Aquatic Ecosystem Model 3D) firmy HydroNumerics DO URUCHOMIENIA MODELU KONIECZNA JEST M.IN.: dokładna batymetria informacja o osadach informacja o organizmach wodnych (rybach, roślinności zanurzonej) WIELE INFORMACJI MOŻNA POZYSKAĆ WYKORZYSTUJĄC TECHNIKI SONAROGRAFICZNE! [ 19

20 Od danych do modelu Opracowanie metody tworzenia map batymetrycznych (map ukształtowania czaszy zbiornika z informacją o głębokości) przy użyciu urządzeń sonarowych powszechnie dostępnych - szybko, dokładnie i relatywnie tanio w stosunku do metod dotychczas stosowanych Metoda chroniona zgłoszeniem patentowym w RP i Europie (własność: MaxiMapa Sp. z o.o. i Uniwersytet Śląski) 20

21 Od danych do modelu Dane batymetryczne Model czaszy Zbiornika Goczałkowickiego Batymetria dostosowana do modelu siatka 100 x 100 m 21

22 Od danych do modelu Elementy charakteryzujący Sposób kalkulacji Model 3D i mapa batymetryczna Zbiornika Wydra w Jaworznie z parametrami zbiornika Wskaźnik głębokościowy jeziora Wg W g = h śr /h maks 0, Wartość Jednostka Normalny poziom wody w zbiorniku - - m n.p.m. Przepływ - bezprzepływow y Położenie geograficzne (centroid jeziora) '31.09"N; 19 19'1.57"E Charakterystyki powierzchni jeziora północ - N południe - N wschód - E zachód - E Powierzchnia zwierciadła wody jeziora F ,00 m 2 m 3 s -1 Długość jeziora L 355,00 m Szerokość średnia jeziora B śr = F0/L 53,56 m Szerokość maksymalna jeziora B maks 350 m Wskaźnik wydłużenia jeziora λ λ = L/B śr 6,63 Długość linii brzegowej jeziora l 1 134,40 m Rozwinięcie linii brzegowej K K = l/2sqrt(πf0) 2,32 Charakterystyki pojemności, głębokości i dna jeziora Pojemność jeziora V ,00 m 3 Głębokość maksymalna h maks 4,26 m Głębokość średnia h śr 2,11 m Głębokość względna hw h w = h maks /sqrt(f0) 0,031 %

23 Od danych do modelu Czy dobra batymetria faktycznie ma aż takie znaczenie? Batymetria Zbiornika Łąka w Pszczynie przygotowana na podstawie danych z sonaru Lowrance HDS-5X Gen2 Symulacja dopływu zimnej wody do zbiornika Łąka - widoczne 2 części zbiornika - efekt przedzielenia zbiornika nierozebranym wałem drogowym 23

24 Od danych do modelu Osady Mapa miąższości osadów z oszacowanymi wartościami objętości i powierzchni osadów zbiornika Paprocany w Tychach przygotowana na podstawie danych z sonaru Lowrance HDS-5X Gen2 24

25 Od danych do modelu Roślinność zanurzona (makrofity miękkie) Wywłócznik kłosowy (Myriophyllum spicatum) jedyny gatunek z roślin zanurzonych zbiornika Sosina w Jaworznie, uważany za wskaźnik wysokiej trofii siedliska. Zasięg wyznaczony technikami sonarograficznymi z wykorzystaniem sonaru Lowrance HDS-5X Gen2. Analiza składu gatunkowego wykonana za pomocą odłowów kontrolnych. 25

26 Od danych do modelu Lokalizacja i biomasa ryb Wykres wyznaczonego automatycznie położenia ryb (kolor niebieski), linii dna (kolor czerwony) oraz powierzchni wody (kolor zielony) i okno programu komputerowego umożliwiającego przeprowadzenie analiz na podstawie danych z sonaru Lowrance HDS-5X Gen2 26

27 Od danych do modelu Zagęszczenie biomasy ryb w Zbiorniku Goczałkowickim, analiza wykonana na podstawie pomiarów sonarowych z użyciem autorskiego programu do szacowania biomasy ryb. Analiza składu gatunkowego i struktury wiekowej wykonana za pomocą odłowów kontrolnych. 27

28 Sposoby czytania modelu W efekcie działania modelu powstają ciągi danych liczbowych i szeregi czasowe danych, ale dzięki graficznym narzędziom wyniki przedstawia się prosto i czytelnie: zmiana w czasie temperatury w wybranym miejscu w przekroju od powierzchni do dna zmiana stężenia chlorofilu a w wybranym punkcie, wartości rzeczywiste i zmierzone profil prędkości przemieszczania się wody w wybranym symulacja warstwy powierzchniowej punkcie i czasie zbiornika - chlorofil a 28

29 Przykłady zastosowania modelu AEM3D Zbiornik Paprocany (Tychy) Problem: zakwity sinic wielokrotnie uniemożliwiają Powiatowemu Inspektorowi Sanitarnemu wydanie zgody na korzystanie z kąpieliska. Jakość wody widoczna na poniższych zdjęciach. 29

30 Przykłady zastosowania modelu AEM3D Zbiornik Paprocany (Tychy) Problem: Czy kąpielisko będzie narażone na obecność zakwitów sinicowych? [R. Ulańczyk, A. Woźnica, B. Łozowski] N Stężenie chlorofilu a (kolor niebieski - najmniejsze, kolor czerwony - największe) Dominujące w rejonie Tychów wiatry przemieszczają pojawiającą się na powierzchni wody biomasę glonów i sinic w obszar kąpieliska. Ukształtowanie dna, linii brzegowej i lokalizacja odpływu powodują, że jest to miejsce szczególnej kumulacji tych organizmów. 30

31 Podsumowanie Model batymetryczny można przygotować dla każdego zbiornika i rzeki Model ekosystemowy jest dobrym narzędziem wspomagającym zarządzanie Modelowanie ekosystemowe jest zalecane przez RDW Dobrze przygotowany model jest potężnym narzędzie wspierającym eksperta i decydenta, jest elementem zarządzania opartego na wiedzy W PRZYGOTOWANIU DANYCH WEJŚCIOWYCH DO MODELI NIEZWYKLE UŻYTECZNE SĄ TECHNIKI SONAROGRAFICZNE 31

32