OPIS UPORABE PODATKOV TOPOGRAFSKEGA NAČRTA, …mvd20.com/LETO2010/R27.pdf · S pomočjo...

dr. L. GLOBEVNIK mag. A. VIDMAR, M. AJDIČ

- 159 - AKTUALNI PROJEKTI S PODROČJAUPRAVLJANJA Z VODAMI IN UREJANJE VODA

MIŠIČEV VODARSKI DAN 2010

dr. Lidija GLOBEVNIK* mag. Andrej VIDMAR ** Mladen AJDIČ*

OPIS UPORABE PODATKOV TOPOGRAFSKEGA NAČRTA, PREČNIH PROFILOV STRUG TER IZBRANIH KOEFICIENTOV HRAPAVOSTI V INUNDACIJSKEM PROSTORU REKE MURE

ZA 2D HIDRAVLIČNO MODELIRANJE VISOKIH VODA

UVOD

Za potrebe projekta BIOMURA smo določili potek in doseg visokih voda Mure znotraj visokovodnih nasipov na območju projekta (slika 1). Model je izdelan za 10 km dolgo območje projekta BIOMURA med Bakovci in Melinci. V članku je natančno opisana priprava podatkov, prikazani so glavni rezultati. Za račun smo uporabili veliko na terenu pridobljenih podatkov. Šele v tem primeru lahko zares verjamemo rezultatom računa. Posebej smo določili tudi koeficiente hrapavosti za celoten poplavni prostor ob reki Muri.

Slika 1: Območje projekta BIOMURA

METODA DELA

Priprava podatkov – topografski načrt in digitalni model višin inundacijskega prostora

Najprej je bil narejen topografski načrt iz stereoparov zračnih posnetkov iz leta 2006 (GRANGEO, d.o.o. 2008) in terestičnih meritev rokavov na desni strani reke Mure med Bunčani in Babičevim mlinom (slika 1) ter na desni strani reke Mure pod cesto Veržej – Dokležovje (do gramoznice Krapje). Načrt je narejen z natančnostjo merila 1: 1000. Dne 23.03.2009 je bilo izvedeno snemanje celega območja projekta Biomura (pretok 110 m3/s). Snemanje je izvedlo podjetje Iluzija z ultralahkim letalom in kamero znamke NIKON D3X. To je nemetrična kamera, ki je bila za potrebe fotogrametričnih del skalibrirana (GRANGEO, d.o.o., 2009). Snemalo se je z geometrično ločljivostjo 20 cm (GSD 20), pri čemer je bila povprečna višina leta cca. 1000m nad terenom. Slika 2 prikazuje izveden prelet za potrebe aerosnemanja. Pred snemanjem se je na terenu signaliziralo in izmerilo 27 oslonilnilnih točk (GNSS metoda; natančnost 2 – 4 cm). Izmerjene podatke se je nato transformiralo v koordinatni system D48. Položaj oslonilnih točk prikazuje slika 3.

* dr. Lidija GLOBEVNIK, univ. dipl. inž. gradb., Inštitut za vode Republike Slovenije, Hajdrihova 28c, 1000 Ljubljana , **mag. Andrej VIDMAR, univ. dipl inž. gradb., Fakulteta za gradbeništvo Univerze v Ljubljani, Hajdrihova 28, 1000 Ljubljana,* Mladen AJDIČ, univ. dipl. inž. gradb., Inštitut za vode Republike Slovenije, Hajdrihova 28c, 1000 Ljubljana




Slika 2 (levo): Skica redov snemanja na območju projekta BIOMURA; Slika 3: Položaj oslonilnih točk Pri aerotriangulaciji je bilo uporabljenih 150 posnetkov v 6 redovih in 43 oslonilnih točk: 27 signaliziranih točk in 16 točk iz topografskega načrta in baze GURS. Natančnost veznih točk po aerotriangulaciji se je gibala med 15 in 30 cm. Odstopanja na oslonilnih točkah so znašala med 7cm in 12 cm po položaju in med 10 in 15 cm po višini (GRANGEO, 2009). Na podlagi stereoposnetkov snemanja v letu 2009 in topografskega načrta (GRANGEO, 2008) se je z metodo »image – matching« izdelal digitalni model višin v natančnosti 4X4 m (DMV4) (GRANGEO, 2009). Ker je območje poraščeno, se je veliko avtomatsko dobljenih višin ročno popravilo na osnovi prej izdelanega topografskega načrta. Natančnost DMV4 za to območje je 0.5 m. Iz DMV4 in orientiranih zračnih posnetkov se je izdelal digitalni ortofoto z geometrično ločljivostjo 20 cm (razrez na liste 1 X 1 km2), radiometrično obdelan (mehki prehodi med barvami) in medsebojno barvno usklajen.

Priprava podatkov – dopolnjen digitalani model višin s terestično posnetimi profili reke Mure

Višinski podatki za strugo reke Mure v DMV4 so bili dopolnjeni v območju same struge Mure, saj je snemanje zajelo le teren »do višine vodne gladine«. Dopolnitve se nanašajo na realno, poglobljeno strugo tako, da se površina do dna dopolnjenih celic 4x4 m ujema s površino izmerjenih prečnih prerezov Mure. Prečni profili so bili posneti leta 2007 (IzVRS, 2007) in sicer na 43 profilih v dolžini 8ih kilometrov. V samem terenu DMV4 se je v trasi struge pri znani gladini 200 m3/s umestilo trapezne profile oziroma se je v teren DMV4 izkopalo kanal trapezne oblike. Pri znani širini trapeza na vodni gladini je bilo potrebno samo še določiti višino trapeza oziroma globino poglobitve DMV4. Površina teh trapezov kot že omenjeno se je morala pri enakih gladinah vode ujemati s površino izmerjenih prečnih profilov. 3D koordinate robov v levi in desni brežini pri pretoku 200 m3/s so bile znane, ker smo jih predhodno digitalizirali ob pomoči ortofota v 2D in nato dvignili na DMV4. Tako je ob določenih višinah trapeza bilo možno izračunati pozicije točk spodnjih dveh ogljišč trapeza. Na ta način so se dobile 3D linije dna v levi in desni brežini. S pomočjo programskega orodja QuickSurf, ki je 3D modelno orodje in kot dodatek programskemu paketu AutoCAD, se je na te 3D linije umestilo kot prekinitvene črte »break line« v originalno površino DMV4. Ti podatki so se sekali v TIN-GRID modelu, ki se ga je nato prevedlo v GRID 4x4. Dobljeni novi DMV4 je tako »dobil odstranjene mostove« in poglobljeno strugo v obliki trapeza (Slika 4). Ta model smo poimenovali hidrografski DMV4, ki je bil nato osnova za nadaljne hidravlične izračune.




Slika 4: Hidrografski DMV4 pri mostu Veržej-Bakovci. Leva stran: pogled iz višine (zaradi večje plastičnosti prikaza so višine povečane za faktor 3.). Desno: prikaz modela s plastnicami in barvnim kodiranjem. Potek in doseg visokih voda reke Mure na območju projekta BIOMURA se je računalo na matriki veliki 9300 m x 7000 m, s spodnjim levim kotom na Gauss-Kruegerjevih koordinatah Y= 586.500 in X= 156.700. Za potrebe računa je območje razdeljeno na 2325 x 1750 celic (kvadratov) velikosti 4m. Izračun je potekal znotraj visokovodnih nasipov, kjer je poplavno območje (slika 5)

Slika 5: Poplavno območje reke Mure, območje projekta BIOMURA

Hidrologija:

Za območje hidravličnega modeliranja območja Biomure z namenom določitve poteka in dosega visokih voda Mure znotraj visokovodnih nasipov je bil uporabljen stalni pretok Q = 1130 m3/s. Izbrani pretok Q =1130 m3/s se ujema z meritvijo visokih vod Mure 25. junija 2009 v območju mosta na cesti za Veržej (meritev FGG). Za poplavni val, ki je nastopil 25.junija 2009 so bile na razpolago tudi meritve sledov najvišjih gladin vode ob nasipih in pod mostom Veržej ob tem pretoku (določitev gladin Mura VGP in IzVRS) . Stalni pretok je bil izbran zaradi enostavnosti računa, saj nas je zanimala smer in potek potovanja visokih vod in skrajni doseg tega pretoka. Za račun je uporabljen »val« z dolžino trajanja 12 ur in s stalnim pretokom. Visokovodni pretok Mure Q = 1130 m3/s je bil razdeljen na osnovni tok v območju struge (Q=855 m3/s) in na tok po poplavnem področju levega brega (Q=140 m3/s) ter desnega brega (Q=135 m3/s).




Razdelitev je bila narejena na podlagi izmerjenih pretokov pod mostom Veržej, ki je pokazala, da v glavni strugi teče cca 75% vsega pretoka, ki je bil izmerjen gorvodno od območja Biomura dne 25.6.2009 (1130 m3/s).

Opis hidravličnega modela

Za določevanje in računanje toka vode po strugi Mure ter toka poplavnih vod po poplavnem območju smo uporabili program MIKE 21 (DHI, 2010), ki omogoča 2D modeliranje vodnega toka. Za izdelavo računskega območja se je uporabil DMV4, zato so bile tudi za računanje samega vodnega toka uporabljene računske celice enake ločljivosti, torej velikosti 4 x 4 m.

Določitev robnih pogojev

Zgornji robni pogoj modela Biomure predstavlja časovna serija pretoka Q(t). Ta v našem modelu predstavlja konstanto in sicer kar izbrani računski možni pretok za računano simulacijo, oz. »val« z dolgim trajanjem maksimalne vrednosti pretoka Q = 1130 m3/s. S predhodnimi računi v modelu je bilo ugotovljeno, da zadošča nastavitev časa trajanja »vala« t=720 min (12 ur) ob intervalu računa dt=0.3 sek. V tem času modelni račun že formira poplavno področje, ki se ob podaljševanju časa "t" ne spreminja več. Ob omenjenih pogojih "t" in "dt" račun poteka nekaj ur. Osnova za določitev spodnjih robnih pogojev Q(h) oz. H pri pretokih 400 m3/s, 800 m3/s in 1130 m3/s na spodnji strani modela je določena iz pretočne krivulje obravnavanega prečnega prereza. Pretočna krivulja je določena na osnovi 1D hidravličnega računa gladin vode reke Mure s programom HEC-RAS (IzVRS, 2007) in kontrolirana z meritvami pretokov na izbranih profilih. Za strugo obravnavanega vodotoka Mure je bil upoštevan enotni Manningov koeficient hrapavosti Ng=0.034. Za poplavno območje je bil pri računanju gladin poplavnih vod uporabljena različna Manningova hrapavost (0.1 – 0.04), ki smo jo dobili z intepretacijo karte habitatnih tipov (Slika 6). Karta habitatnih tipov je narejena po tipologiji za habitatne tipe MOP in ARSO (Jogan in ostali, 2004) v letu 2008 (IzVRS, 2008). Na območju je 94 habitatnih tipov (68% gozdnih površin, mejic in gozdnih otokov; 11.1 % kmetijskih površin in 15,2 % vodnih površin in obvodne vegetacije). 93 % površine sestavlja le 20 habitatnih tipov. Prevladujejo ilirski hrastovo-jesenovo-brestovi logi (ponekod s sestoji robinije) ter vzhodnoevropska belovrbovja s topoli. Slika 7 prikazuje privzete koeficiente hrapavosti za vsako celico (4X4 m2), izbran ključ je prikazan v preglednici 1.

Slika 6: Karta habitatnih tipov za območje projekta BIOMURA (IzVRS, 2008; Klasifikacija po: Jogan in

ostali, 2004)




Preglednica 1: Predpostavljeni koeficienti hrapavosti po Manningu za območje projekta BIOMURA Ng mejice, gozdni otoki 0.04 črna jelša, vrba 0.09 obrečno visoko steblikovje 0.05 grmišča in gozdne čistine 0.065 hrast, jesen, brest 0.10 kmetijske površine 0.075 utrjene površine 0.05

Slika 7: Barvni prikaz privzetih koeficientov hrapavosti terena

REZULTATI HIDRAVLIČNEGA IZRAČUNA

Rezultat hidravličnega modela je matrika pred samim računom izbranih hidravličnih parametrov. Tu podajamo rezultat kot višino vode "h" nad poplavljenim terenom. Z vmesnikom programa MIKE 21 ta rezultat prevedemo v tekstovno datoteko, ki navaja za vsako celico modela (4x4 m) višino vode "h". To datoteko uvozimo v program ACAD – Civil 3D, kjer se jo pretvori v vektorsko obliko kot območje dosega obravnavanega "poplavnega dogodka". V programu Civil 3D je nastavljena taka vrednost višine "h", da se celice z globino vode manjše od 5 cm pri formiranju poplavne linije niso upoštevale, saj je bila na tak način realnejše predstavljen doseg poplav glede na natančnost vhodnih podatkov. Nastavljen hidravlični model Biomure lahko računa potek gladin za poljubne primere (sete) hidroloških podatkov. Slika 8 prikazuje obseg poplavnih vod za območje Bakovci/Bunčani do Veržeja/Dokležovja pri pretoku 400 m3/s in 800 m3/s. Preglednica 2 prikazuje globine vode in višinske kote vode pri pretokih 400 m3/s, 800 m3/s in 1130 m3/s pri privzetih koeficientih hrapavosti. Če za vso popalvno območje vzamemo entoen koeficient 0.05, so gladine vode povprečno višje za 10 cm, tako v strugi kot na poplavnem prostoru.

Slika 8: Doseg poplavnih vod pri pretoku 400 m3/s (levo) in 800 m3/s (desno) na območju med Bakovci in Veržejem.




Preglednica 2: Nadmorska višina terena in izračunane globine in absolutne višine vode pri pretokih 400 m3/s, 800 m3/s in 1130 m3/s. KOTA

TERENA

400 M3/S 800 M3/S 1130 M3/S

GLOBINA VODE

VIŠINA VODE

GLOBINA VODE

VIŠINA VODE

GLOBINA VODE

VIŠINA VODE

[M N.V.] [M] [M N.V.] [M] [M N.V.] [M] [M N.V.] CELICA ŠT. STOLPIČA 100 CELICA ŠT. VRSTICE OD 800 100 M POD MOSTOM AC, REKA MURA

183.72 3.23 186.95 3.89 187.61 4.09 187.81

CELICA ŠT. STOLPIČA 100 100 M POD MOSTOM AC, INUN. LEVO 100 M POD MOSTOM AC, INUN. DESNO

186.96 L

186.05 D

0.12

0.61

187.08

186.66

0.67

1.27

187.63

187.32

0.82

1.75

187.78

187.80

CELICA ŠT. STOLPIČA 360 CELICA ŠT. VRSTICE OD 680 400 M POD MOSTOM AC, REKA MURA

182.30 3.06 185.36 3.57 185.87 3.79 186.09

CELICA ŠT. STOLPIČA 360 400 M POD MOSTOM AC, INUN. LEVO 400 M POD MOSTOM AC, INUN. DESNO

185.34 L

185.71 D

0.06

0.21

185.40

185.92

0.52

0.68

185.87

186.39

0.73

0.83

186.07

186.54

CELICA ŠT. STOLPIČA 1000 CELICE ŠT. VRSTICE OD 355 MOST VERŽEJ–DOKLEŽOVJE, REKA MURA

178.57 3.05 181.62 3.93 182.50 4.33 182.90

CELICA ŠT. STOLPIČA 1000 MOST VERŽEJ-DOKLEŽOVJE, INUN. LEVO MOST VERŽEJ-DOKLEŽOVJE, INUN.DESNO

181.64 L

181.80 D

0.06

0.00

181.70

-----

1.28

0.90

182.92

182.70

1.92

1.50

183.56

183.30

ZAKLJUČEK

Za hidravlično modeliranje je treba imeti predvsem dobre vhodne podatke in veliko izkušenj pri uporabi izbranega hidravličnega programskega paketa. Med vhodne podatke seveda spada dovolj natančen model višin, ki naj bi ustrezno predstavil morfologijo vseh strug, po katerih teče glavnina vode. Veliko bolj pomembno pa je poznati ustrezne višine vode ob izbranih pretokih, na katere umerjamo model. Ustrezen digitalni model smo v našem primeru naredili iz topografskega načrta, dobljenega s stereofotointerpretacijo obstoječih aero-fotografij, posnetkov iz zraka z nemetrično kamero in veliko orientacijskih točk na terenu. Avtomatsko dobljene višine smo morali ročno popravljati na osnovi prej izdelanega topografskega načrta, saj je v primeru poplavnega sveta reke Mure zaradi gozdnatega in hidromorfološko zelo razgibanega terena prišlo do večjih odstopanj. Ne smemo pozabiti, da je digitalni model višin le vhodni podatek za hidravlično modeliranje. Pravo delo se šele začne, ko te podatke vstavimo v hidravlični program.

VIRI

Danish Hydraulic Institute (DHI). MIKE 11. www.dhigroup.com. 2009. GRANGEO. Izdelava topografskega načrta za območje projekta BIOMURA. Tehnično poročilo.

Grosuplje. 2008. GRANGEO. Izdelava digitalnega modela višin za območje projekta BIOMURA. Tehnično poročilo.

Grosuplje. 2009.




Inštitut za vode Republike Slovenije (IzVRS). Varstvo biodiverzitete reke Mure v sloveniji (Conservation of Biodiversity of the Mura River in Slovenia). Monitoring – habitatni tipi. Akcija E 11. LIFE06NAT/SI/000066. Ljubljana. 2008.

Inštitut za vode Republike Slovenije (IzVRS). Varstvo biodiverzitete reke Mure v sloveniji

(Conservation of Biodiversity of the Mura River in Slovenia). Geodetske osnove. Akcija A. LIFE06NAT/SI/000066. Ljubljana. 2007.

Inštitut za vode Republike Slovenije (IzVRS). Varstvo biodiverzitete reke Mure v sloveniji

(Conservation of Biodiversity of the Mura River in Slovenia). Idejna zasnova za izvedbo akcij C. Akcija A. LIFE06NAT/SI/000066. Ljubljana. 2008.

Jogan, N., Kaligarič, M., Leskovar-Štamcar, I., Seliškar, A., Dobravec, J. 2004. Habitatni tipi Slovenije :

tipologija. Ljubljana, Ministrstvo za okolje, prostor in energijo, Agencija RS za okolje, 64 str.

OPIS UPORABE PODATKOV TOPOGRAFSKEGA NAČRTA, …mvd20.com/LETO2010/R27.pdf · S pomočjo...

Documents

Transcript of OPIS UPORABE PODATKOV TOPOGRAFSKEGA NAČRTA, …mvd20.com/LETO2010/R27.pdf · S pomočjo...