PREZENTACJE. Wykorzystanie morskich technik i środków hydrograficznych w badaniach akwenów śródlądowych obszary działań i możliwości

Transkrypt

1 87 PREZENTCJE Wykorzystanie morskich technik i środków hydrograficznych w badaniach akwenów śródlądowych obszary działań i możliwości KMDR POR. DRIUSZ GRBIEC kademia Marynarki Wojennej, Instytut Nawigacji i Hydrografii Morskiej, Zakład Hydrografii Dla większości osób pojęcia techniki hydrograficzne, czy ogólnie hydrografia jednoznacznie kojarzone są z morzem, z pomiarami mającymi na celu między innymi dostarczenie odpowiednio pozyskanych i przetworzonych danych pomiarowych dla lepszego poznania środowiska morskiego. Tymczasem, o czym niejednokrotnie zapomina się, pojęcia te odnoszą się także do akwenów śródlądowych takich, jak: jeziora, zalewy, rzeki i kanały. Na wymienionych typach akwenów człowiek od dawien dawna prowadzi różnorodne formy działalności związane, między innymi, z handlem, wypoczynkiem i rekreacją oraz badaniami naukowymi ze szczególnym uwzględnieniem limnologii. Biorąc pod uwagę ostatnią z wymienionych form działalności można postawić pytanie czy rzeczywiście możliwe jest wykorzystanie morskich, hydrograficznych środków pomiarowych dla potrzeb badania stanu jezior, a jeżeli tak, to w jakich obszarach działalności? W dalszej części niniejszego opracowania postaram się przynajmniej częściowo zapoznać czytelnika z działaniami podejmowanymi przez pracowników kademii Marynarki Wojennej w Gdyni w akwenach śródlądowych na terenie praktycznie całego kraju. Pozwoli to, z pewnością, na bliższe poznanie wielu zagadnień hydrograficznych mogących mieć wpływ na prace prowadzone przez limnologów. Kwestią otwartą pozostaje określenie stopnia przydatności takich prac. Nie będąc specjalistą w tej dziedzinie nauki ocenę stopnia przydatności takich technik i środków pomiarowych pozostawiam im samym. Wyjaśnienia, z pewnością, wymaga sprawa wykonywania pomiarów w akwenach śródlądowych przez instytucję związaną raczej z morzem (z racji samej nazwy kademia Marynarki Wojennej), a nie z jeziorami. Wytłumaczenie tego jest bardzo proste. Zainteresowanie realizacją pomiarów na jeziorach wynika z konieczności prowadzenia praktyk i szkoleń hydrograficznych będących integralną częścią programu kształcenia słuchaczy studiów na kierunku nawigacja w specjalności hydrografia i geodezja morska. Praktyki takie zasadniczo powinny odbywać się na morzu. Niestety, często się zdarza, że warunki hydrometeorologiczne panujące na nim nie dają możliwości pełnego wykonania zakresu zaplanowanych prac, a wielkość jednostek pływających nie pozwala na prowadzenie ich w warunkach dłuższego (kilkudniowego) pobytu w rejonie prac. Stąd też w 1997 r. zrodził się pomysł zorganizowania takich praktyk na jeziorze Kosobudno w oparciu o bazę noclegową Ośrodka Szkolno-Wypoczynkowego MW Cyranka w miejscowości Czernica. Praktyki takie pozwalają na pełną realizację zamierzonych prac i to praktycznie bez względu na kierunek i siłę wiatru oraz stan powierzchni wody (stopień sfalowania). Obszary działalności hydrografii w akwenach śródlądowych Biorąc pod uwagę własne doświadczenia można zdefiniować kilka rodzajów prac hydrograficznych, moim zdaniem zbieżnych z działaniami prowadzonymi przez limnologów. W mojej ocenie są nimi: a) Prace batymetryczne, pozwalające na uzyskiwanie szczegółowych danych na temat głębokości i ukształtowania dna; b) Prace poszukiwawcze prowadzone za pomocą sonarów, mające na celu uzyskiwanie informacji na temat obecności i rodzaju obiektów dennych; c) Pomiary geodezyjne w celu określenia przebiegu linii brzegowej, tworzenia mapek zasadniczych, wyznaczania pozycji obiektów nawodnych i podwodnych; d) Identyfikacja i weryfikacja obiektów podwodnych prowadzona za pomocą środków bezzałogowych (pojazd ROV) oraz ludzi (nurkowie); e) Wybrane elementy pomiarów hydrologicznych (określenie pionowego rozkładu prędkości dźwięku w wodzie, barwy i przeźroczystości wody); f) Pobieranie próbek dna (czerpak, sondy grawitacyjne) z określonych miejsc; g) Lokalizacja i wydobywanie małych obiektów podwodnych nawet w warunkach zerowej widzialności optycznej w rejonie dna. Wymienione powyżej rodzaje prac były, i są nadal, wykonywane nie tylko w ramach wcześniej wymienionych praktyk i szkoleń, ale także na specjalne zlecenia wystawiane przez organizacje i instytucje państwowe, samorządowe oraz prywatne (np. sądy, policja, Państwowa Straż Pożarna, gospodarstwa rybackie, ośrodki naukowo-badawcze, urzędy miasta i gminy). Każdorazowo działania takie wymagają indywidualnego podejścia w kwestii planowania i realizacji prac hydrograficznych ze względu na często odmienne warunki hydrologiczne, ukształtowanie dna i linii brzegowej, rodzaj i wielkość poszukiwanych obiektów itp. Jednak cechą wspólną jest stosowanie jednakowych standardów dokładności pomiarów odpowiadających warunkom realizacji prac prowadzonych w morskich akwenach zaliczanych do tzw. kategorii specjalnej. Kategoria ta cechuje się bardzo wysokimi wymaganiami, zarówno w kwestii dokładności określenia pozycji, jak i przetwarzania danych. For-

2 88 ma sprawozdania jest rzeczą otwartą i wynika z możliwości wykonawcy oraz oczekiwań strony zamawiającej. Mogą być nimi np. tylko echogramy zarejestrowane na wybranych profilach, plany batymetryczne, planszety szczegółowe, numeryczne modele dna z przekrojami pionowymi, mozaiki dna, wykazy pozycji, atesty czystości dna, zdjęcia podwodne oraz charakterystyki wykrytych lub wydobytych obiektów podwodnych. Przykładowe formy sprawozdawczych opracowań batymetrycznych zaprezentowano na ryc. 1 i 2. Możliwe jest także wykonanie bardziej zaawansowanych form przetwarzania danych, np. numerycznych modeli dna, które często pozwalają na lepsze zrozumienie ukształtowania dna, a przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania na dokonywanie przekrojów pionowych na zadanym profilu. Hydrograficzne środki pomiarowe Biorąc pod uwagę rodzaje prac hydrograficznych przydatnych w badaniach limnologicznych należy wspomnieć o hydrograficznych środkach pomiarowych. Ich zadaniem jest w głównej mierze zapewnienie możliwości uzyskania wszelkich niezbędnych danych pozwalających w wyniku procesów przetwarzania uzyskiwać żądane materiały i informacje wyjściowe (sprawozdawcze). W dotychczasowych pracach prowadzonych przez MW w akwenach śródlądowych wykorzystywano między innymi: - sonar holowany posiadający możliwość pracy na kanale HF (ok. 500 khz) oraz LF (100 khz); - sonar opuszczany przeszukania okrężnego i sektorowego wysokiej rozdzielczości; Ryc. 1. Przykładowe formy opracowania danych batymetrycznych (planszety, profile, plany batymetryczne). Źródło: D. Grabiec (pomiary i opracowanie MW). Ryc. 2. Przykłady numerycznych modeli dna opracowanych na podstawie danych batymetrycznych. Źródło: D. Grabiec [, B], dzh MW [C].

3 89 - dwukanałową echosondę hydrograficzną, mającą możliwość pracy na częstotliwości 120 khz oraz 710 khz; - pojazd podwodny zdalnie sterowany, wyposażony w kamerę cyfrową oraz manipulator (ramię z uchwytem); - magnetometr holowany; - zestaw urządzeń i przyrządów hydrologicznych i zabezpieczających pomiary; - zestaw przyrządów geodezyjnych (teodolity, tachimetr elektroniczny, GPS RTK). Użycie ww. środków pomiarowych każdorazowo jest uzależnione od rodzaju prac oraz oczekiwanych rezultatów końcowych. Należy tu także nadmienić, że wszystkie te środki można instalować nawet na doraźnie przystosowanych jednostkach pływających. Niektóre z nich przedstawiono na ryc. 3 i 4. Uzyskiwane efekty prac W wyniku zrealizowanych w latach prac hydrograficznych, przeprowadzonych na akwenach śródlądowych (jeziora i zalewy), opracowano kilkanaście dokumentów sprawozdawczych o różnym stopniu szczegółowości, zależnym od warunków określonych w danym zleceniu i oczekiwań zleceniodawcy. Niemniej, w trakcie ich realizacji okazywało się, że wykonane prace dostarczały także szereg innych interesujących informacji, związanych z historią danego akwenu, np. odkrycie reliktów drewnianej przeprawy mostowej, pozostałości rozbitego samolotu z II wojny światowej, próby ukrycia w wodzie elementów z przestępstwa, utonięcia czy morderstwa. Ryc. 3. Przykłady jednostek pływających wykorzystywanych podczas realizacji prac hydrograficznych na jeziorach w latach Źródło: D. Grabiec.

4 90 C B E D F Ryc. 4. Przykłady hydrograficznych środków pomiarowych wykorzystywanych podczas realizacji pracy hydrograficznych na jeziorach w latach [] pojaz podwodny ROV, [B] sonar holowany, [C] GPS RTK, [D] echosonda hydrograficzna, [E] sonar opuszczany, [F] kwantometr.

5 91 Doskonałym przykładem może być tutaj sprawa wykrycia pozostałości drewnianej przeprawy mostowej na granicy jezior Kosobudno i Dybrzk. Relikty te, znajdujące się na głębokości ok. 7 metrów, stanowią przedmiot badań i praktyk studenckich, prowadzonych przez Zakład rcheologii Podwodnej UMK w Toruniu. Dosyć często mamy także do czynienia z pewnymi ciekawostkami, choćby takimi, jak pozostałości zatopionego lasu na jeziorze Pile (okolice Bornego-Sulinowa). Las ten znajduje się na głębokości ok. 23 metrów i wystaje ponad linię dna na wysokość metrów. Poniżej, na ryc. 5 i 6, przedstawiono fragmenty materiałów roboczych, prezentujących omawiane powyżej elementy. Celem tej prezentacji jest, między innymi, przedstawienie specjalistom-limnologom aktualnych możliwości technicznych w zakresie wykrywania małych obiektów podwodnych i ich identyfikacji za pomocą środków bezzałogowych (pojazd ROV) lub nurków. Podsumowanie Uzyskane doświadczenia oraz wyniki potwierdzają zasadność wykorzystania standardowego wyposażenia hydrograficznego do prac związanych z badaniem stanu jezior, zalewów i rzek. utor niniejszego opracowania zdaje sobie sprawę, że prace takie niekoniecznie muszą pokrywać się z celami limnologii, mogą jednak one stanowić pewien element uzupełniający stan wiedzy na temat procesów zachodzących w jeziorach (np. sedymentacyjnych). Szczegółowe badania batymetryczne mogą dostarczyć wielu cennych informacji na temat ukształtowania dna, zmian głębokości poprzez porównanie aktualnych danych z archiwalnymi. Pomiary sonarowe pozwalają na określenie nie tylko położenia obiektów podwodnych, ale także na prowadzenie ich identyfikacji oraz określenia położenia i ukształtowania podwodnych stoków i wzniesień oraz zmian, jakie na nich D B C Ryc. 5. Pozostałości drewnianej przeprawy mostowej wykrytej środkami hydrograficznymi. Identyfikacja wzrokowa za pomocą nurków. [] obraz sonarowy grupy pali wbitych w dno, [B] echogramy pojedynczych pali, [C] zdjęcie jednego z pali; [D] zdjęcie grupy pali. Źródło: D. Grabiec [,B], MW-ZTNiPP [C], UMK-ZP [D].

6 92 Wgnieciony dach samochodu Wybita tylna szyba i pokrywa bagażnika samochodu B Cienie hydroakustyczne od pni drzew C Obraz sonarowy zatopionego kajaka Ośw ietlone sonarem gałęzie drzew Ryc. 6. Obrazy sonarowe ciekawostek odnalezionych na dnie jezior podczas prac hydrograficznych. [] wraku samochodu, [B] zatopionego kajaka turystycznego, [C] podwodnego lasu. Źródło: D. Grabiec zachodzą pod wpływem upływu czasu lub celowej działalności człowieka. Pomiary takie pozwalają także na wyznaczanie optymalnych miejsc do pobierania próbek dna. Wykorzystanie zaś techniki bezzałogowej pozwala w wielu wypadkach zaoszczędzić zarówno czas przeznaczony na wykonywanie prac podwodnych, jak i wyeliminować konieczność wysyłania ludzi, co ma dość duże znaczenie w przypadku wykonywania pomiarów na większych głębokościach. Pojazd typu ROV wyposażony w cyfrową kamerę TV oraz manipulator jest w stanie rejestrować i wykonywać proste czynności związane z umieszczaniem lub podejmowaniem niewielkich obiektów podwodnych z głębokości sięgającej blisko 300 metrów. Jeżeli dodamy do tego możliwość długotrwałej i ciągłej pracy pod wodą ograniczonej jedynie wytrwałością operatora lub operatorów to uzyskamy w miarę pełny obraz tego, z czym powinna kojarzyć się współczesna hydrografia morska realizowana w akwenach śródlądowych.