PAGE 17
CAPITOLUL 3
RIDICAREA BATIMETRIC
3.1. CUNOTINE DE BAZ
3.1.1. NOIUNI GENERALE
n termeni uzuali, procesul de msurare a adncimilor se mai numete
i ridicare batimetric i cuprinde ansamblul lucrrilor de msurare,
calcul i reprezentare a reliefului subacvatic al unei zone. n acest
scop se urmresc i se determin un numr suficient de puncte pe
suprafata apei, judicios alese ca numr i poziie, n funcie de scara
planului ce se va redacta i precizia urmrit.
Msurtorile adncimii apei denumite i sondaje constituie problema
de baz a lucrrilor hidrografice cu scopul de a determina relieful
subacvatic, adic a denivelrilor unui bazin hidrografic.
Relieful n topografie se definete ca fiind totalitatea
neregularitii naturale a terenului. Reprezentarea reliefului n plan
se realizeaz de regul, prin curbe de nivel. Curba de nivel se
definete ca fiind locul geometric al punctelor care au aceeai cot,
iar cota unui punct reprezint distana pe vertical ntre o suprafa de
nivel zero i suprafaa de nivel ce trece prin punctul respectiv.
Punctele ale cror cote se determin, se afl deasupra geoidului
(care corespunde aproximativ cu suprafaa mrilor i oceanelor), se
numesc puncte topografice, iar cele situate sub acesta (pe fundul
mrilor i oceanelor) se numesc puncte batimetrice.
n ridicrile batimetrice se utilizeaz urmtoarele noiuni:
adncimea este distana pe vertical spre nadir, ntre suprafaa de
nivel zero (nivelul de referin) i un punct de pe fundul apei, (deci
este o cot negativ);
curba batimetric sau izobat reprezint locul geometric al
punctelor de aceeai adncime.
Pe hrile topografice curbele de nivel negativ se reprezint cu o
linie de culoare albastr, iar notaiile se fac cu semnul minus. La
mare, izobatele, sunt notate cu valoarea adncimii fr semn (figura 1
a i b).
a
b
Fig. 1.
3.1.2. DETERMINAREA NIVELULUI DE REFERIN
Nivelul de referin este un plan convenional fa de care sunt
raportate adncimile. Se mai numete i zeroul hidrografic.
Acest nivel de referin trebuie situat sub nivelul celor mai mici
ape posibile i se determin n mod diferit la mare, fa de fluviu
(ruri). La o mare fr maree (n cazul Mrii Negre) nivelul de referin
s-a calculat pe baza datelor furnizate de un post hidrometric pe o
perioad de observaii de cel puin 30 50 ani.
Pentru ara noastr, suprafaa de nivel zero este suprafaa linitit
de nivel mediu al Mrii Negre. Punctul zero fundametal se afl n
portul Constana ncastrat ntr-un monolit de beton.
Pentru corectarea adncimilor msurate fa de zeroul hidrografic, n
zonele de lucrri hidrografice se instaleaz posturi hidrometrice.
Astfel de posturi sunt instalate n porturile Constana, Mangalia i
Sulina. Distana dintre dou posturi hidrometrice este de 40 100km
funcie de configuraia coastei.
Un post hidrometric este compus din instalaia de msurare i
reperul de nivelment. Instalaia de msurare poate fi o mir sau un
maregraf.
Mira hidrometric este o rigl gradat fixat pe un suport (cheu,
debarcader, etc) instalat n ap, pe care se citesc variaiile de
nivel ale apei fa de zeroul hidrografic (fig. 2).
Fig. 2
Maregrafele sunt aparate care nregistreaz automat variaiile
nivelului apei. Ele pot fi cu flotor i de presiune. Maregraful din
portul Constana este de tipul cu flotor.
Maregraful cu flotor (Fig. 3) se compune n principiu din
urmtoarele pri:
tubul metalic (1) prevzut n partea inferioar cu orificii prin
care circul apa (se monteaz n poziie vertical pe pereii
construciilor sau pe piloi);
mecanismul de transmitere a oscilaiilor nivelului, alctuit
dintr-un flotor (2) i o contragreutate (5) aflate n balans prin
intermediul scripetelui (4) i cablului (3);
mecanismul de nregistrare, format din cilindrul (6) pe care este
nfurat o diagram i o peni (7) care prin intermediul scripetelui (8)
i a cablului nedeformabil (9) i al greutii (10) preia micrile
scripetelui (4);
mecanismul de orologerie (11) care mic uniform cilindrul
(6).
Fig. 3
La fluviu i ruri, nivelul zero reprezint nivelul mediu
multianual al celor mai sczute ape determinate pe baza unor
observaii ndelungate, de cel puin 25 de ani. Acest nivel zero
reprezint zeroul postului hidrometric fa de care se corecteaz
adncimile msurate.
n sectorul romnesc al Dunrii exist 25 de posturi permanente
situate unul fa de altul la o distan de aproximativ 40km.
Posturile hidrometrice de la lacuri sunt organizate dup aceleai
principii ca i cele de la mare. Numrul posturilor hidrometrice
depinde de suprafaa lacului. Pentru lacuri cu suprafaa mai mic de
10km2 se folosete un post hidrometric; la suprafee ntre 10 i 100km2
, dou posturi, iar la suprafee mai mari de 100km2, patru
posturi.
Toate adncimile nscrise pe planul hidrografic reprezint adncimi
corectate fa de zeroul hidrografic. n acest scop, n timpul unei
zile de lucru se citete nivelul instantaneu al apei de cel puin dou
ori.
Pentru reducerea adncimilor la nivelul de referin se aplic
formula:
Hr = Ha + Z
Z = Z0 - Zin care: Hr adncimea redus; Ha adncimea msurat; Z
corecia de nivel; Z0 gradaia citit pe mir corespunztoare nivelului
zero; Zi cota nivelului instantaneu.
3.1.3. LINII DE SONDAJ
Sondajul este o lucrare special de msurare a adncimii apei n
puncte situate n plan, de-a lungul unor direcii numite linii de
sondaj.
Pe aceste linii situate la suprafaa apei se deplaseaz
ambarcaiunea de sondaj. n terminologia hidrografic, pe lng linia de
sondaj se mai folosete i noiunea profil.
Profilul rezult din intersecia unui plan vertical care conine
linia de sondaj (la suprafaa apei) i fundul apei. Are forma unei
linii frnte (figura 4).
Fig. 4
Reprezentarea reliefului subacvatic pe planurile hidrografice
este caracterizat de urmtoarele elemente:
desimea sondajelor;
direcia liniilor de sondaj;
precizia de msurare a adncimilor;
precizia de determinare a poziiei n plan a sondajelor;
precizia de trasare a izobatelor.
3.1.3.1. DESIMEA SONDAJELOR
Prin desimea sondajelor se nelege numrul de adncimi msurate pe
unitatea de suprafa. Ea depinde de distana dintre liniile de sondaj
i intervalul dintre adncimile msurate pe linia de sondaj.
Distana dintre liniile de sondaj se stabilete n funcie de
urmtoarele:
gradul de accidentare i caracteristicile morfometrice ale
fundului apei;
importana zonei i scopul ridicrii hidrografice.
n funcie de aceste criterii se stabilete scara planetei de
sondaj. Scara se alege astfel nct distanele dintre liniile de
sondaj s fie egale cu 1 cm la scara planetei. Exemplu: pentru a
realiza distana dintre liniile de sondaj la o ridicare hidrografic
n scopul dragajului de adncime, care impune distana de 10m, planul
hidrografic se va ntocmi la scara 1:1000 (1cm pe plan este egal cu
10m pe suprafaa apei).
Intervalul dintre adncimi de-a lungul liniilor de sondaj se
impune atunci cnd adncimile apei se msoar cu sonda de mn sau cu
sonda ultrason fr nregistrator. n cazul msurrii adncimilor cu sonda
ultrason nregistratoare apare profilul fundului apei pe o band
nregistratoare (batigram), din care putem extrage orice valoare a
unei adncimi msurate.
Pe planul hidrografic, adncimile se nscriu la un interval grafic
de 3 5mm la scara planului. Exemplu: pe o planet de sondaj la scara
1:10000 adncimile se nscriu la un interval grafic de 3 5mm ceea ce
corespunde unei distane reale pe ap de 30 50m, interval n care pot
exista adncimi diferite, important de a fi cunoscute.
Atunci intervalul dintre adncimile msurate (d):
d = c/200n
unde: c numitorul scrii hrii (exemplu: 10000), n raportul ntre
numrul adncimilor msurate i adncimile nscrise (pentru sondele
simple n = 2, iar pentru sondele ultrason fr nregistrator n = 3 sau
4).
n ridicrile hidrografice pentru dragajul de adncime, intervalul
dintre adncimile msurate pe linia de sondaj este de 5m.
Ridicarea hidrografic executat n scopul dragajului de adncime
pentru a corespunde normelor n vigoare i anume: distana ntre
liniile de sondaj de 10m i intervalul dintre adncimi de 5m, impune
ca scara planului hidrografic s fie 1:1000.
3.1.3.2. ORIENTAREA LINIILOR DE SONDAJ
Liniile de sondaj se proiecteaz de regul s fie perpendiculare pe
o anumit direcie de referin care poate fi:
direcia nord;
o direcie materializat topografic (direcia general a coastei;
linia malului fluviului, canalului, lacului; axul unui dig
etc).
Mulimea liniilor de sondaj materializate pe plan formeaz un
sistem de linii de sondaj. n ridicrile hidrografice se folosesc
urmtoarele sisteme de linii: paralele, radiale, n zigzag i
combinate.
Sistemul de linii paralele (figura 5) este format din linii
drepte paralele ntre ele i se proiecteaz n majoritatea ridicrilor
batimetrice pentru c asigur desimea constant a sondajelor pe
unitatea de suprafa.
Fig. 5
Fa de direcia de referin, liniile de sondaj pot fi:
perpendicular pe aceast direcie;
sub un unghi oarecare (ex.. 45o sau 135o) n cazul sondajelor la
fluviu sau pe ruri (unde este curent).
Sistemul de linii radiale (figura 6) este alctuit din linii
drepte care converg ntr-un punct numit pol, sub anumite unghiuri i
se proiecteaz n ridicrile batimetrice din dreptul capurilor, n
jurul insulelor i ale altor caracteristici ale terenului (figura
6).
Fig. 6
Desimea sondajelor efectuate pe profilele radiale scade de la
pol ctre zona periferic a sistemului unde trebuie s fie egal cu cea
proiectat (adic 1cm la scara planului hidrografic).
Unghiul sub care converg liniile ( 0 sau g)
unde: d distana ntre extremitile liniilor de sondaj (va fi
ntotdeauna 1cm la scara planului)
D distana de la polul sistemului la captul liniei.
Sistemul de linii n zigzag (figura 7) are aspectul unei linii
frnte format din segmente egale sau diferite ca lungime i se
proiecteaza de regul, n sondajele la fluviu, ruri, unde exist
curent.
Fig 7.
Sistemul de linii combinate (figura 8) reprezint combinaii din
sistemele prezentate anterior. Se proiecteaz n cazul ridicrilor
batimetrice de mare precizie i pentru cercetarea suplimentar a
zonei.
Fig. 8
3.2. MSURAREA ADNCIMILOR
Msurarea adncimilor i determinarea poziiilor punctelor ce se
gsesc pe linia de sondaj sunt actviti ce se desfoar simultan.
3.2.1. SONDE
Pentru determinarea precis a adncimilor prin procedeul
sondajelor a fost necesar ceearea unor aparate i dispozitive de
msurare utile acestui scop, numite sonde.
Din punct de vedere a ridicrii batimetrice, sondele pot fi cu
msurare direct sau indirect.
Sondele cu msurare direct, denumite i sonde simple pot fi: sonda
de mn i sonda de lemn. Aceste sonde se folosesc cnd nu se dispune
de echipamente ultrason sau ca rezerv.
Sondele cu msurare indirect sunt sondele ultrason.
3.2.1.1. SONDA DE MN (figura9)
Este un instrument simplu folosit pentru msurarea adncimilor de
pn la 20m. Este compus dintr-o greutate i o saul gradat n sistemul
metric.
Saula sondei este din material nedeformabil (relon) i se gradeaz
cu semne i culori diferite pentru a marca adncimile de 5; 10; 15 i
20m i din metru n metru i submultiplii si. Originea gradaiilor o
constituie baza greutii.
Fig. 9
Etalonarea sondei este o operaiune de verificare a gradaiilor
saulei prin comparaie cu o rulet. Mrcile sondei se readuc la
gradaiile de pe rulet cu o precizie de 2cm. La msurarea adncimilor
trebuie s se respecte condiiile ca saula sondei s fie pe vertical i
bine ntins.
3.2.1.2.SONDA DE LEMN
Este un segment de lemn (n prezent i material plastic) cu
lungime de 4 6m i diametrul de 4 5cm. Se pot msura adncimi de pn la
5m. Sonda este gradat n sistemul metric i asigur o precizie de
citire de 5cm.
3.2.1.3. SONDELE ULTRASONORE (ULTRASON)
Sondele ultrasonore sunt echipamente complexe care se folosesc
aproape generalizat pentru msurarea adncimilor.
Principiul msurrii adncimii cu sonda ultrason este urmtorul: un
emitor de ultrasunete montat de regul pe fundul navei (E) care
emite periodic impulsuri scurte de unde ultrasonore sub forma unui
fascicul dirijat n jos pe o direcie aproximativ vertical;
fasciculul de ultrasunete este reflectat de fundul apei (O) i
recepionat la bordul navei de un receptor montat n punctul R.
Emitoarele i receptoarele de ultrasunete se numesc vibratoare.
La sondele hidrografice pentru adncimi mici, vibratorul de emisie
ndeplinete i funcia de vibrator de recepie.
La brci, vibratorul sondei ultrason nu este montat pe fundul
navei ci este ataat n afara bordului cu ajutorul unui dispozitiv
special.
Fig. 10
Din figura 10:
distana ER = 2B i se numete baz;
2Hs = spaiul parcurs de undele ultrasonore directe i
reflectate;
H = adncimea fa de planurile vibratoarelor;
Ha = adncimea adevrat;
Hi = imersiunea vibratoarelor.
Rezult: Ha = H + Hi.
Imersiunea este o mrime constant, iar adncimea msurat este o
funcie ce depinde de viteza de propagare pe vertical a
ultrasunetelor (V = 1500m/s n apa de mare) i intervalul de timp
dintre momentul emisiei i recepiei undelor (t).
H =
Spaiul parcurs de undele ultrasonore n ap este: 2Hs = V t; de
unde Hs =
Atunci:
La sondele cu un singur vibrator distana ER = 0 i atunci
H =
Sondele ultrason folosite n hidrografie (i n navigaie) pot fi cu
nregistrator sau cu indicator.
Sonda ultrason cu indicator afieaz valoarea adncimii msurate la
un moment dat.
Sonda cu nregistrator pe lng indicarea instantanee a adncimilor
nregistreaz toate aceste valori pe o band de hrtie special numit
batigram. Totalitatea punctelor de sondaj de pe fundul apei formeaz
profilul fundului apei.
Sondele multifasciculare (multibeam). n principiu, sonda
multifascicular (figura 11) realizeaz o pas de msurare a adncimilor
cu ajutorul unui vibrator special ce emite fascicule de ultrasunete
pe mai multe direcii cu nclinrile 1; 2; ; i. Cele i adncimi sunt
date de relaia:
Hi = Hmi cos i
Fig. 11
3.2.2. CORECIILE SONDELOR ULTRASON
Ca orice observaie i msurtorile de adncime sunt afectate de
erori accidentale i sistematice.
Erorile accidentale au cauze multiple se manifest ntmpltor i nu
pot fi eliminate sau evitate.
innd cont de proprietile erorilor accidentale, acestea pot fi
reduse dac aceeai mrime se msoar de mai multe ori i se face media
aritmetic.
n ridicrile batimetrice, msurtorile se fac din micare i ca atare
nu se pot repeta. n aceast situaie erorile accidentale asupra
msurtorilor de adncime se atenueaz printr-o pregtire temeinic a
operatorului, folosirea de sonde de precizie, bine verificate i
reglate.
Erorile sistematice pot fi cunoscute i eliminate prin aplicarea
unor corecii.
Coreciile sistematice care se aplic la msurtorile adncimilor cu
sonda ultrason sunt: corecii instrumentale i corecii cauzate de
factori exteriori.
3.2.2.1. CORECII INSTRUMENTALE
n aceast categorie intr corecia pentru imersiunea vibratoarelor
i corecia de baz.
Corecia pentru imersiunea vibratoarelor. Prin imersiunea
vibratoarelor se nelege distana pe vertical ntre suprafaa apei i
planul orizontal ce conine suprafeele de emisie i recepie ale
vibratoarelor.
Din figura 10 rezult:
Hi = Ha H
i se determin prin msurarea direct a acestei valori sau se
scoate din formularul navei (ambarcaiunii).
Corecia de baz - Hb se aplic n cazul sondelor cu dou vibratoare.
La sondele hidrografice cu un singur vibrator, aceast eroare este
nul.
3.2.2.2. CORECII CAUZATE DE FACTORI EXTERIORI
n aceast categorie intr: corecia pentru variaia vitezei de
propagare a sunetului prin ap i corecia pentru variaia
pescajului.
Corecia pentru variaia vitezei de propagare a sunetului prin ap
(Hv).
Sonda ultrason msoar adncimea apei pentru o anumit vitez de
propagare a sunetului prin ap care depinde de: temperatura (t),
salinitatea (S) i presiunea hidrostatic a apei (determinat de
adncimea apei H).
Pentru t = 0o; S = 35 i H = 0m, viteza sunetului prin ap
este:
V0 = 1448,6m/s
V0 = viteza teoretic.
Drumul parcurs de fasciculul de unde prin straturile de ap cu
temperaturi, nivele de salinitate i adncimi diferite, datorit
fenomenului de refracie va fi mai lung sau mai scurt dect n
condiiile standard pentru care s-a calculat viteza de propagare a
sunetului prin ap pentru sonda respectiv (V0).
Atunci: V = 1448,6 + Vt + Vs + Vp, unde:
V viteza real msurat;
Vt corecia pentru variaia temperaturii;
Vs corecia pentru variaia salinitii;
Vp corecia pentru presiunea hidrostatic;
Pentru determinarea lor s-au ntocmit tabele speciale (funcie de
valorile msurate la diferite straturi de ap).
Pentru eliminarea erorilor care provin din cauza diferenelor
dintre viteza real (V) i viteza teoretic (V0) a sunetului prin ap
se utilizeaz relaia:
Hs este adncimea indicat de sond
Hv este pozitiv cnd V>V0 i negativ cnd V
