Materiały konferencyjne II Sympozjum Morskiej Geomorfologii.pdf

I N S T Y T U T M O R S K I W G D A Ń S K U

Gdańsk 2014

II Sympozjum Morskiej Geomorfologii

Poziom Morza, linia brzegowa

Zakład Oceanografii Operacyjnej, Instytut Morski w Gdańsku

Stowarzyszenie Geomorfologów Polskich

ENVIA Sp. z o.o.

II Sympozjum Morskiej Geomorfologii

Poziom morza, linia brzegowa

Gdynia, 24 października 2014

streszczenia wystąpień

redakcja Stanisław Rudowski, Patryk Sitkiewicz, Radosław Wróblewski

Instytut Morski w Gdańsku Gdańsk 2014

II Sympozjum Morskiej Geomorfologii. Poziom morza, linia brzegowa

2

SPIS TREŚCI

Sesje referatowe

Zmiany położenia linii brzegowej na km 0,0 - 428,0, na podstawie wyników monitoringu brzegowego z lat 2004-2013 Helena Boniecka

4

Wieloźródłowa analiza danych w rozważaniach o zmianach linii brzegowej Regina Kramarska, Grzegorz Uścinowicz

7

Zmienność położenia linii brzegowych na wybranym odcinku wybrzeża Zatoki Pomorskiej Stanisław Musielak, Paweł Osóch

10

Systemy precyzyjnego pozycjonowania pomiarów batymetrycznych Jarosław Nowak, Łukasz Gajewski, Maciej Kałas, Dorota Cichowska

12

Ruchome wydmy Słowińskiego Parku Narodowego – studium przypadku monitoringu teledetekcyjnego Łukasz Sławik, Agnieszka Ptak, Radosław Wróblewski, Stanisław Rudowski

16

Poziom Morza Bałtyckiego i jego geodezyjne ujednolicenie jako baza dla badań strefy brzegowej i

dna morskiego Tomasz Wolski, Bernard Wiśniewski, Stanisław Musielak 21

Problem wyznaczenia linii brzegowej na plaży o przebiegu undulowanym Tycjan Wodzinowski 25

Linia brzegowa fiordu Bellsund Piotr Zagórski 27

Sesja posterowa

Using multi-temporal air borne laser scanning and the GIS spatial analyses for the study of the Baltic coast (Wolin Island, Baltic Sea, Poland) Joanna Dudzińska-Nowak, P. Wężyk

33

Zmiany linii brzegowej w wyniku ruchów masowych ziemi – wybrane przykłady Jerzy Frydel, Leszek Jurys, Grzegorz Uścinowicz

34

Pomiar linii brzegowej. Zarys metodyki Łukasz Gajewski, Benedykt Hac, Maciej Kałas, Jarosław Nowak, Stanisław Rudowski, Radosław Wróblewski, Paweł Wysocki

37

Zastosowanie naziemnego skaningu laserowego w badaniach morfografii klifowych i wydmowych

nadbrzeży morskich Tomasz A. Łabuz 38

Badanie osadów dennych i wody z rejonu Zatoki Gdańskiej Anna Mykowska, Katarzyna Księżniak, Joanna Mioduska, Jan Hupka

40

Linia brzegowa – pomiar linii a wyznaczanie granic pól (uwagi metodyczne) Patryk Sitkiewicz, Stanisław Rudowski, Radosław Wróblewski

41

Brzeg wydmowy Ustka – Jarosławiec, stan przed budową betonowych umocnień Patryk Sitkiewicz, Radosław Wróblewski, Stanisław Rudowski

42

Szczegółowa mapa geomorfologiczna fragmentu dna południowego Bałtyku. Studium przypadku:

Stożek ujściowy Wisły Radosław Wróblewski, Aliaksandr Lisimenka, Stanisław Rudowski, Patryk Sitkiewicz

43

Szczegółowa mapa geomorfologiczna fragmentu dna południowego Bałtyku. Studium przypadku: Podwodny stok Cypla Helskiego Radosław Wróblewski, Maria Rucińska-Zjadacz, Jarosław Nowak

44

Szczegółowa mapa geomorfologiczna fragmentu dna południowego Bałtyku. Studium przypadku: Rejon Oksywia Radosław Wróblewski, Stanisław Rudowski, Benedykt Hac, Jarosław Nowak

45

Szczegółowa mapa geomorfologiczna fragmentu dna południowego Bałtyku. Studium przypadku:

Rejon Jarosławca Radosław Wróblewski, Stanisław Rudowski, Łukasz Gajewski 46

Przykłady specjalistycznych przetworzeń danych LiDARowych w badaniach i ochronie dóbr kultury i środowiska Rafał Zapłata, Agnieszka Ptak, Łukasz Sławik

47

Sesja terenowa

Pływające jednostki pomiarowe Instytutu Morskiego w Gdańsku Benedykt Hac 49


3

Poziom morza i linia brzegowa to zasadnicze pojęcia geomorfologiczne

o kluczowym znaczeniu dla wszelkich pomiarów i badań strefy brzegowej oraz dna morskiego jako

baza, poziom odniesienia i granice pojęć geodezyjnych, geologicznych, ekonomicznych

i państwowych.

Różne metody i sposoby określania głębokości i linii brzegowej, w relacji do poziomu morza,

wymagają przedstawienia i dyskusji, wobec obecnych możliwości stosowania nowoczesnych, bardzo

dokładnych badań z wykorzystaniem cyfrowych modeli dla powierzchni nadwodnych

i podwodnych. Celem naszego Sympozjum jest więc podjęcie próby wspólnego rozważenia - co i jak

dalej ze strefą brzegową …

Zapraszamy

W imieniu Zespołu Instytutu Morskiego w Gdańsku

Staszek, Radek i Patryk


4

Zmiany położenia linii brzegowej na km: 0,0 – 428,0

na podstawie wyników monitoringu brzegowego z lat 2004 - 2013

Helena Boniecka, Wojciech Gawlik

Zakład Hydrotechniki Morskiej, Instytut Morski w Gdańsku, [email protected]

Koniecznym elementem planowania i zarządzania w obszarach przybrzeżnych jest dokładne

rozpoznanie i rejestrowanie zmian zachodzących w strefie brzegowej, szczególnie przy

odnotowywanym deficycie materiału osadowego i wzrastającym tempie erozji.

Do momentu wdrożenia ustawy o ustanowieniu wieloletniego „Programu ochrony brzegów

morskich” (Dz. U z 23 marca 2013 r., nr 67 poz. 621), pomimo długoletnich badań strefy brzegowej,

dostatecznie długie ciągi pomiarowe zgromadzono tylko dla odcinków o silnej erozji lub objętych

hydrotechnicznymi pracami ochronnymi.

Pierwsze założenia monitoringu polskiego wybrzeża zostały sformułowane w ramach opracowanej

przez Zakład Hydrotechniki Morskiej (ZHM) Instytutu Morskiego w Gdańsku w latach 1998 – 2001

„Strategii ochrony brzegów morskich”.

Bez względu na przyjęte w „Strategii…” (Cieślak 2001) opcje ochrony poszczególnych odcinków

brzegu morskiego zaprojektowano wykonanie prac pomiarowych na całej długości brzegów morskich

i zalewów, na profilach prostopadłych do linii brzegowej.

Monitoring strefy brzegowej obejmujący m.in. batymetrię podbrzeża, hipsometrię plaży i wydmy

przedniej był z założenia niezbędnym elementem realizacyjnym strategii. Miał umożliwiać ocenę

aktualnego stanu parametrów/wskaźników strategii, jej weryfikację oraz racjonalne planowanie

działań realizacyjnych. Jako jeden z takich wskaźników, powiązanych z długoterminowymi

procesami morfodynamicznymi i procesami hydrodynamicznymi zachodzącymi w strefie brzegowej,

zaproponowano położenie linii brzegowej.

Uwzględniając problemy związane z definiowaniem linii brzegowej, w szczególności brak odniesienia

do najważniejszej dla stabilności brzegu podwodnej części strefy brzegowej zawartej między linią

wody, a odmorską granicą strefy rew wprowadzono definicję tzw. umownej linii brzegowej (xu).

Wzorowana na definicji stosowanej w Holandii, a dostosowana do warunków polskiej strefy

brzegowej, nie ogranicza się do określenia linii styku lądu i morza opisanej punktem. Uwzględnia

objętość osadów zgromadzonych w najbardziej aktywnej części profilu od podstawy wydmy po strefę

rew włącznie, która może wpływać na zmianę położenia linii brzegowej.

W artykule przedstawiono zmiany położenia linii brzegowej w latach 2004-2013 zgodnie

z procedurą jej wyznaczania podaną przez Leśnego (2000), Cieślaka (2001) i Pruszaka (2003).


5

W obliczeniach wykorzystywano dane z dwóch serii pomiarów monitoringu polskich

brzegów morskich wykonanych na profilach rozmieszczonych co 500 m, co uzasadnione było skalą

zmian przestrzenno-czasowych występujących na brzegach Bałtyku Południowego oraz dążeniem

do wykorzystania posiadanych w banku danych BRZEG punktów i azymutów, stosowanych

do pomiarów profili brzegowych przed 2003 rokiem.

Pierwsza seria pomiarów monitoringowych wykonana została przez administrację morską w latach

2004 – 2006. Objęła ona polski brzeg morski na całej długości – bez Zalewu Wiślanego

i Szczecińskiego. Pomimo prowadzenia pomiarów tachimetryczno-batymetrycznych przez

stosunkowo długi okres, uzyskano materiał, który pozwolił na wyznaczenie parametrów

charakteryzujących strefę brzegową, tzw. „narzędzi strategii ochrony brzegów morskich”, w tym

początkowego położenia umownej linii brzegowej (xu), w momencie rozpoczęcia wieloletniego

„Programu ochrony brzegów morskich”.

Końcowe położenie umownej linii brzegowej wyznaczono na tych samych profilach

tachimetryczno-batymetrycznych co poprzednio, w oparciu o dane z monitoringu brzegowego jak

i o dane ze skanowania laserowego, pochodzące z lat 2010 – 2012/2013. Rezultatem wykonanych

obliczeń były zmiany położenia linii brzegowej (m) na poszczególnych profilach, wyznaczonych na

potrzeby banku danych BRZEG. Szczególną uwagę zwrócono na odcinki objęte działaniami

ochronnymi w okresie obowiązywania wieloletniego „Programu ochrony brzegów morskich” (tab. 1).

Układy erozyjno-akumulacyjne strefy brzegowej zarówno dla Półwyspu Helskiego jak

i na odcinku otwartego morza (km 124,5 – 428,0), wyznaczane na podstawie położenia umownej linii

brzegowej (xu) i powierzchni umownego przekroju brzegu (A), generalnie pokrywają się z elementami

systemu brzegowego Bałtyku południowego wyznaczonymi dla ubiegłego stulecia.

Znajomość położenia profilu wyrażonego przez położenie umownej linii brzegowej (xu)

w powiązaniu z innymi parametrami uzyskanymi z modelu obliczeniowego, zobrazowanymi przez

powierzchnię umownego przekroju strefy zmian brzegowych (A) lub zamiennie umowną szerokość

strefy zmian brzegowych (w) umożliwia ocenę bezpieczeństwa brzegu.

Dopiero w przypadku systematycznych pomiarów możliwe będzie określenie zmienności wartości

(xu) w czasie, a także określenie relacji między (xu), a położeniem rzeczywistej linii brzegowej oraz

określenie tendencji rozwojowych brzegu w warunkach wzrostu poziomu morza oraz w fazie

wdrażania systemowej ochrony brzegów.

Przedstawiona metoda oceny stanu strefy brzegowej, w tym położenia linii brzegowej jest

uzupełnieniem klasycznych i numerycznych metod prognozowania zmian linii brzegowej. Każda

z tych metod wymaga szerokiego zakresu danych pomiarowych oraz specjalistycznej wiedzy

o procesach hydro- i litodynamicznych zachodzących w strefie brzegowej.


6

Tabela 1. Położenie umownej linii brzegowej (w układzie PUWG 1992 i jej zmiany w latach 2004 -

2012) w rejonie Półwyspu Helskiego - km 9,5 - 13,5 (Kuźnica)

Kilometr

brzegu

[Km]

Współrzędne umownej linii brzegowej Zmiany

położenia

linii

brzegowej

[m]

początkowe położenie umownej

linii brzegowej

końcowe położenie umownej

linii brzegowej

Rok X [m] Y [m] Rok X [m] Y [m]

+ przyrost brzegu, - ubytek brzegu

1 2 3 4 5 6 7 8

9,5 2004 765025,13 471026,10 2012 765020,67 471023,43 -5,2

10,0 2004 764760,91 471444,75 2012 764753,01 471440,03 -9,2

10,5 2004 764476,33 471825,59 2012 764482,85 471829,49 7,6

11,0 2004 764236,37 472268,83 2012 764231,02 472265,69 -6,2

11,5 2004 764000,33 472676,59 2012 764021,91 472688,61 24,7

12,0 2004 763737,49 473126,25 2012 763747,36 473132,15 11,5

12,5 2004 763485,22 473550,35 2012 763484,97 473550,20 -0,3

13,0 2004 763209,07 473950,15 2012 763223,92 473959,02 17,3

13,5 2004 762945,87 474414,28 2012 762942,95 474412,54 -3,4

Referencje

Cieślak A., 2001. Zarys strategii ochrony brzegów morskich. Inżynieria Morska i Geotechnika nr 2. Leśny R., 2000. Wyznaczenie położenia umownej linii brzegowej na profilach batymetrycznych

zawartych w Banku danych. WW IM nr 5632, Gdańsk. Pruszak Z., 2003. Akweny morskie: zarys procesów fizycznych i inżynierii środowiska. IBW PAN,

Gdańsk. 1-272.


7

Wieloźródłowa analiza danych w rozważaniach o zmianach linii brzegowej

Regina Kramarska, Grzegorz Uścinowicz

Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Geologii Morza, Gdańsk

W toku realizacji zadań badawczych wykonuje się szereg prac i robót terenowych oraz prac

kameralnych mających na celu zweryfikowanie istniejących i pozyskanie nowych danych,

niezbędnych do sporządzenia map tematycznych, przekrojów geologicznych i modeli

morfometrycznych, geologicznych i hydrogeologicznych. Rozwój technologii i myśli sprawia,

że możliwym staje się pozyskiwanie coraz dokładniejszych danych pomiarowych. Implementacja

nowych metod a także kompilowanie ich z już istniejącymi pozwala na analizę danych

na niedostępnym dotąd poziomie.

Rozwój badawczy jest szczególnie ważny w badaniach strefy brzegowej morza, obszaru

newralgicznego z powodów środowiskowych czy społeczno-gospodarczych. Rosnąca presja

ukierunkowana na prognozowanie zmian w tej wrażliwej strefie wymaga komplementarnego

podejścia. Szczególnym obszarem na polskim wybrzeżu jest między innymi rejon Jastrzębiej Góry.

Z jednej strony jest to obszar zabudowany, położony w bliskim sąsiedztwie stromego brzegu

a w okresie letnim wyjątkowo popularny wśród turystów, z drugiej strony jest to obszar

o niezwykłych walorach krajobrazowych – chroniony poprzez funkcjonowanie Nadmorskiego Parku

Krajobrazowego.

Przedstawione okoliczności sprawiły, że Państwowy Instytut Geologiczny - Państwowy

Instytut Badawczy, w ramach ustawowych zadań państwowej służby geologicznej1, podjął prace

zmierzające do możliwie dokładnego rozpoznania współczesnych procesów zachodzących w strefie

brzegowej morza oraz ich implikacji dla otoczenia.

Podstawą założeń badawczych była analiza materiałów archiwalnych przetworzonych

do jednolitego układu odniesienia – analizy teledetekcyjnej dostępnych i przetworzonych materiałów

kartograficznych (Jegliński 2009), analiza danych pozyskanych dzięki zastosowaniu naziemnego

skaningu laserowego – analiza zmian strefy brzegowej (Kramarska i in. 2011), jak również

tradycyjnych prac kartograficznych.

Pozyskane dane zostały poddane obróbce z zastosowaniem narzędzi, umożliwiających dostosowanie

materiałów do aktualnych badawczych potrzeb. Przykładem takich prac jest wykonana analiza

porównawcza historycznych materiałów kartograficznych (mapa 1919 rok, zdjęcia lotnicze 1958, 2010

1 Prace zostały wykonane w latach 2012-2014 w ramach zadania państwowej służby geologicznej „Pilotażowy

program kartografii 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku” finansowanego z dotacji Narodowego

Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej.


8

rok) umożliwiająca odtworzenie zmian linii brzegowej na przestrzeni blisko 100 lat (fig. 1.). Zaletą tej

metody jest możliwość prześledzenia zmian w znacznym przedziale czasu, ale jednocześnie jest ona

ściśle powiązana z typem morfogenetycznym brzegu i jego zaplecza. O ile dobrze sprawdza się

w odniesieniu do niskich brzegów (zalewowych bądź barierowych) o tyle powoduje pewne problemy

interpretacyjne w odniesieniu do brzegów wysokich. Zwłaszcza dokładność wyznaczania przebiegu

korony klifów jest problematyczna. Linia korony jest trudna do prześledzenia przez zalesienie oraz

cień rzucany przez strome ściany skarpy głównej.

Fig. 1. Przykład analizy porównawczej historycznych materiałów kartograficznych (wg W. Jegliński, W: Dokumentacja…, 2014)

W tym przypadku znacznie dokładniejszą metodą jest skaning laserowy (LIDAR) pozwalający na

analizę zmian położenia punktów w przestrzeni. W analizie zmian zachodzących w klifach

zastosowanie znajduje zwłaszcza naziemny skaning laserowy (TLS). Umożliwia on szybkie

wykonanie wysokorozdzielczych pomiarów, a poprzez wielokrotne powtarzanie sesji pomiarowych

umożliwia prześledzenie zmian na krótkim odcinku czasu z bardzo dużą dokładnością. Uzyskane

dane pomiarowe służą do konstrukcji różnorodnych modeli (fig. 2.).


9

Fig. 2. Obraz przyrostów/ubytków [m] w obrębie osuwiska w Jastrzębiej Górze w ciągu 6 miesięcy –

134 km UM (wg J. Frydel [w:] Dokumentacja…, 2014)

Jednocześnie badania zmian linii brzegowej nie mogą zostać uznane za pełne bez poznania

morfologii i budowy geologicznej podbrzeża. W tym celu stosowane były tradycyjne metody badań

morza. Dzięki nim pozyskano obraz batymetryczny i sonarowy podbrzeża, a także rozpoznano

budowę geologiczną do 10–20 m poniżej poziomu dna.

Tak pozyskany zestaw danych, uzupełniony o prace prowadzone w toku tradycyjnych metod

geologicznych i kartograficznych posłużyły do analizy zmian linii brzegowej i pozwolił na

skonstruowanie między innymi takich map i modeli jak: mapy wysokościowej, mapy cieniowanej

ukształtowania terenu, mapy nachyleń zboczy, mapy morfogenetycznej, mapy litogenetycznej, modeli

geologicznych płytkich struktur dna morskiego, map rozkładu frakcji i mapy miąższości morskiej

pokrywy piaszczystej.

Analiza danych posłużyła do zdefiniowania geozagrożeń oraz oceny zmian brzegu w wyniku

ruchów masowych ziemi uwarunkowanych budową geologiczną. Kompleksowa analiza elementów

budowy geologicznej i morfogenezy była podstawą do określenia stopnia odporności brzegu na

abrazję, co ma pierwszorzędne znaczenie w modelowaniu procesów erozji i prognozowaniu zmian

linii brzegowej. Niemal wszystkie pozyskane dane geologiczne są geoprzetwarzalne, co oznacza, że

mogą stanowić materiał wyjściowy do kolejnej obróbki. Generowane w ten sposób informacje mogą

być wykorzystywane w celu monitorowania i aktualizowania potencjalnych zmian wybrzeża

morskiego.

Referencje:

Dokumentacja geologiczna dla Pilotażowego programu kartografii 4D w strefie brzegowej południowego Bałtyku. Praca zbiorowa pod kier. R. Kramarskiej, 2014. NAG PIG-PIB.

Jegliński W., 2009. The use of historical maps in Poland. MACHU – Final Raport, nr. 3. Kramarska R., Frydel J., Jegliński W., 2011. Zastosowanie metody naziemnego skaningu laserowego

do oceny geodynamiki wybrzeża na przykładzie klifu Jastrzębiej Góry. Biuletyn PIG – PIB, nr. 446. 101-108.


10

Zmienność położenia linii brzegowych

na wybranym odcinku wybrzeża Zatoki Pomorskiej

Stanisław Musielak, Paweł Osóch

Uniwersytet Szczeciński, Instytut Nauk o Morzu, Zakład Geomorfologii Morskiej

W morskiej strefy brzegowej działa wiele czynników, które są zmienne w czasie i przestrzeni.

Wywoływane przez nie złożone procesy i różnorodne efekty ich działania, tworzą skomplikowany,

niezwykle trudny do badań obraz tej strefy.

Głównymi czynnikami wpływającymi na morfodynamiczne zmiany zachodzące na kontakcie

morza i lądu, w tym na zmiany położenia linii wody, podstawy wydmy oraz szerokości plaży, są

wahania poziomu morza oraz działalność wiatru, a także działalność człowieka. Efektem

oddziaływania ww. czynników sprawczych oraz procesów, jest duża zmienność elementów

konfiguracji brzegu, nawet na krótkich, sąsiadujących ze sobą jego odcinkach.

Zakład Geomorfologii Morskiej Instytut Nauk o Morzu WNoZ Uniwersytetu Szczecińskiego

od szeregu lat prowadzi badania morskiej strefy brzegowej Południowego Bałtyku, w tym szczególnie

intensywnie w rejonie Bramy Świny. W ostatnich latach badania te wykonywane są przy

wykorzystaniu Globalnego Systemu Nawigacji Satelitarnej (GPS). Na wybrzeżu Bramy Świny

rejestrowane są takie elementy jak położenie podstawy wału wydmy przedniej, linia wody oraz

wysokość napływu fal na brzeg. Rejestracje te wykonywane są z dokładnością około +/- 15 cm

(w płaszczyźnie poziomej). Zarejestrowane i przetworzone dane umożliwiają przeprowadzania

analizy przestrzennych zmiany położenia głównych elementów rzeźby, w tym linii wody oraz linii

podstawy wydmy. Umożliwiły one również dokonanie szeregu obliczeń, w tym obliczenie zmian

powierzchni plaży, a także określenie dynamiki profilu brzegu oraz jego tendencji rozwojowych.

Szczegółowa analiza zebranych danych umożliwiła ustalenie zasięgu i tempa procesów sterowanych

przez zmieniające się położenie poziomu morza. Możliwa stała się ocena intensywności przekształceń

obserwowanych w strefie brzegowej, następujących w krótkich okresach czasu. Niezmiernie istotną

jest możliwość określenia zmian następujących pod wpływem wezbrań sztormowych. Ponadto

zwiększyła się efektywność rejestrowania efemerycznych form rzeźby, występujących w strefie

napływu fali na brzeg.

W przeprowadzonych dotychczas badaniach na wybrzeżu Bramy Świny wykonano około 60

pomiarów na odcinkach o długości od 1 do 10 km. Przy wzroście położenia poziomu wody z 500 na


11

550 cm, przemieszczenie się linii wody na wybranym, prawie dwukilometrowym odcinku brzegu

wynosiło 18 metrów.

Przyśpieszony wzrost poziomu wód oceanu światowego, jak również wzrost ilości wezbrań

sztormowych na południowym Bałtyku, odnotowanych w ostatnich dziesięcioleciach, skłaniają do

prowadzenia dalszych obserwacji zmian, jakie nieustannie zachodzą w badanej strefie brzegowej.


12

Systemy precyzyjnego pozycjonowania pomiarów batymetrycznych

Jarosław Nowak, Łukasz Gajewski, Maciej Kałas, Dorota Cichowska


W trakcie wykonywania pomiarów z użyciem akustycznych sond wielowiązkowych

niezbędne jest zapewnienie odpowiedniego poziomu dokładności pomiaru. Utrzymanie najwyższej

precyzji oraz zapewnienie powtarzalności pomiarów wykonywanych w określonych interwałach

czasowych, pozwala nie tylko na rzetelne opisanie aktualnego obrazu batymetrycznego ale i zmian

zachodzących w czasie prowadzenia monitoringu. Rejestrowanie zmian zachodzących w okresie

kilku czy kilkunastu lat wymaga stosowania określonych, stałych procedur kalibracyjnych

i budowania bazowych punktów odniesienia dla systemu pomiarowego, który zapewni niezmienność

bazy pomiarowej w okresie wielu lat.

System pomiarowy do pomiarów echosondą wielowiązkową składa się z kilku kluczowych

elementów: satelitarny system pozycjonowania z poprawkami RTK, czujnik przechyłów wzdłużnych

i poprzecznych, falowania, czujnik pomiaru kierunku oraz czujnik pomiaru pola prędkości dźwięku

(SVP). Mnogość występowania na rynku rozwiązań i konfiguracji sprzętowych systemu pomiaru

batymetrii wymusiła opracowanie jednolitej procedury kalibracji i weryfikacji danych pomiarowych.

Podstawowy system pomiarowy stosowany w Instytucie Morskim w Gdańsku przedstawia

fig.1.

Fig.1. Schemat systemu pomiarowego do pomiaru batymetrii echosondą wielowiązkową.


13

W procedurze przygotowania systemu zawarta jest:

- kalibracja na etapie przygotowania jednostki pomiarowej do pracy, tj.:

- sprawdzenie aktualności świadectw kalibracji urządzeń (czujników) wchodzących

w skład systemu pomiarowego,

- dokładne domierzenia położenia wszystkich czujników systemu w stosunku do

akustycznego centrum głowicy echosondy wielowiązkowej (fig.2).

- kalibracja systemu pozycjonowania na punkcie osnowy geodezyjnej o znanych

współrzędnych poziomych i wysokościowych fig.3.

- kalibracja całego systemu pomiarowego na płycie kalibracyjnej

Fig.2. Schemat rozmieszczenia czujników na jednostce pomiarowej


14

Domierzenia położeń czujników systemu wykonuje się w sposób statyczny. Jednostka powinna

zostać wydokowana i pozostawiona nieruchomo na brzegu. Dla zapewnienia odpowiedniej

dokładności pomiary wykonuje się stacją tachimetryczną. W podanym przykładzie (fig.2) pomierzono

10 punktów położonych w miejscach mocowania lub wystawiania czujników. Wykonano 10

pomiarów w serii dla każdego punktu na każdej ze stacji pomiarowych. Wielkość odchylenia

standardowego dla tego typu pomiarów nie powinna być większa niż 3 mm. Pomiary muszą

zakończyć się wystawieniem dokumentu potwierdzającego ich wykonanie, tj. „Protokołu z pomiarów

rozmieszczenia czujników systemu pomiarowego na jednostce pomiarowej”.

Doświadczenia autorów opierają się w dużej części na pomiarach prowadzonych dla

Niemieckiego Zarządu Dróg Wodnych na rzece Ren. Na wszystkich żeglownych rzekach Niemiec

wprowadzono system płyt kalibracyjnych służących do kalibracji wielowiązkowych systemów

pomiarowych. Jest to zgodne z ogólnymi zasadami wykorzystania tych urządzeń do prowadzenia

precyzyjnych pomiarów głębokości i jest jednym z warunków zapewnienia powtarzalności pomiarów

na przestrzeni wielu lat. Płyty kalibracyjne to betonowe prostopadłościenne konstrukcje o wymiarach

5.0 m na 5.0 m i wysokości nie mniejszej niż 0.5 metra powyżej otaczającego je dna (fig.4).

1.

Fig.3. Statyczne sprawdzenie systemu pozycjonowania na punkcie o znanych współrzędnych geodezyjnych.


15

Fig.4. Obraz płyty kalibracyjnej w trakcie pomiarów na płycie kalibracyjnej

Płyty kalibracyjne, prócz kalibracji pomiarów wysokościowych, umożliwiają przeprowadzanie

kalibracji takich parametrów jak: kołysanie boczne (roll), kołysanie wzdłużne (pitch), skręcenie układu

(yaw). Określenie wartości odchyleń od kursu oraz przechyłów bocznych i wzdłużnych jest niezbędne

do późniejszego przetwarzania danych pomiarowych i uzyskiwanie poprawnych wyników do

modelu cyfrowego dna. Kalibracje na płycie powinny być wykonane przed rozpoczęciem i po

zakończeniu projektu, a jeżeli projekt trwa dłużej niż dwa tygodnie, to co każde 14 dni. Koniecznym

jest wykonanie pełnej kalibracji w sytuacji zaistnienia takich nadzwyczajnych zdarzeń jak zmiana

położenie któregokolwiek z elementów pomiarowych. W tym samym dniu przeprowadza się

kalibrację systemu pozycjonowania na punkcie sieci geodezyjnej.

Warunki zachowania odpowiedniego poziomu dokładności wymagają wdrożenia

restrykcyjnych procedur kalibracyjnych. Do tego celu konieczne jest budowanie bazowych punktów

odniesienia dla systemu pomiarowego takich jak płyty kalibracyjne, które zapewniają niezmienność

bazy pomiarowej w okresie wielu lat. System takich płyt powinien obejmować nie tylko główne rzeki

jak Wisła, Odra, okolice portów morskich ale również wszystkie sztuczne zbiorniki zasilające

elektrownie wodne, kanały żeglugowe i inne gospodarczo ważne akweny.

Odrębne zagadnienie stanowi określanie poziomu morza na podstawie pomiarów

wykonywanych aparaturą stawianą na dnie (prądomierze, mareografy). Istotną ich zaletą jest ciągły

pomiar, jednakże wymagają dowiązania do wysokościowej sieci geodezyjnej celem weryfikacji

uzyskanych wyników.


16

Ruchome wydmy Słowińskiego Parku Narodowego

– studium przypadku monitoringu teledetekcyjnego

Łukasz Sławik1, Agnieszka Ptak1, Radosław Wróblewski2,3 , Stanisław Rudowski2

1. MGGP Aero, Tarnów

2. Zakład Oceanografii Operacyjnej, Instytut Morski w Gdańsku

3. Katedra Geomorfologii i Geologii Czwartorzędu, Uniwersytet Gdański

Mierzeja Łebska to obszar intensywnie rozwijających się form eolicznych. Występują tutaj

zespoły nadmorskich wydm wałowych stale zasilanych piaskiem przemieszczanym z plaży

i sąsiednich obszarów wydmowych oraz budujące wnętrze mierzei zespoły wydm ruchomych. Od

prawie 100 lat wzbudzają one zainteresowanie naukowców jako poligon badawczy dla oceny stanu,

budowy i dynamiki wydm nadmorskich (Bülow 1929 za Borówka 2001a), Rosa 1963, Marsz 1966,

Miszalski 1973, Borówka, Rotnicki 1999, Borówka 2001a, b).

Analizowana cześć Mierzei Łebskiej obejmuje centralny odcinek pasa wydm ruchomych

z Wydmą Łącką jako główną badaną formą tego obszaru (fig.1).

Fig.1. Rejon badań, w centralnej części Wydma Łącka, zobrazowanie sierpień 2013.


17

Badania przeprowadzono wykorzystując dane ze skaningu laserowego wykonanego

w listopadzie 2009, w kwietniu i sierpniu 2013 roku oraz dane pozyskane podczas wyjazdów

terenowych.

Modele powierzchni terenu uzyskane metodą skaningu laserowego, w porównaniu z danymi

uzyskanymi w sposób tradycyjny, mają nową jakość. Ich rozdzielczość przestrzenna jest bardzo

wysoka. Zastosowana technologia umożliwia osiągnięcie co najmniej półmetrowej dokładności

w poziomie (pomiar w terenie z gęstością średnią większą niż 4 punkty na m2). Stosując technologię

LiDARową uzyskuje się olbrzymie ilości danych w postaci setki milionów punktowych pomiarów

mających atrybuty georeferencyjne, gotowe do umieszczenia i analizy w środowisku GIS.

W wyniku zastosowaniu technik LiDARowych mamy dostęp do ogromnej, bardzo aktualnej

i dokładnej bazy danych wysokościowych. Możemy szybko, kompleksowo i precyzyjnie

przeprowadzać analizy oraz sporządzać plany w zależności od zakresu opracowywanej tematyki.

Należy jednak pamiętać, że modele terenu ze skaningu laserowego pozostają modelami. Aby je

prawidłowo zinterpretować, niezbędna jest odpowiednia wiedza na temat form i procesów oraz

często równoczesna analiza klasycznej ortofotomapy, jak również rozpoznanie terenowe.

Do form eolicznych budujących centrum analizowanego fragmentu Mierzei Łebskiej (zespołu

tak zwanych wydm ruchomych) należą trzy generacje form eolicznych.

Pierwsza z nich to najwyższe formy dużych wydm ruchomych, o wysokości do 32 m n.p.m. oraz

szerokości podstawy od 250 do 650 metrów. Kształt tych form jest względnie trwały przemieszczane

są w całości, w kierunku wschodnim, ze średnim tempem od 1 do około 10 m/rok (Miszalski 1973,

Borówka 2001a). Wśród form tej generacji wyróżnia się, ze względu na kształt: barchany, wydmy

barchano-łukowe, wydmy łukowe eliptyczne oraz wydmy paraboliczne(Miszalski 1973).

Druga generacja form to serie mezobarchanów (w postaci fal piaszczystych) o wysokości od 0,5 do

2,5 m, szerokości podstawy wałów od 10 do 40 m i rozstępie między grzbietami kolejnych wałów do

40 m. Rozwijane są na powierzchni większych form pierwszej generacji, zazwyczaj po stronie

dowietrznej oraz na powierzchniach grzbietowych. Osie ich grzbietów ułożone są mniej więcej

prostopadle do przeważającego, w okresie poprzedzającym pomiar, kierunku wiania wiatru. Powstają

wyłącznie w okresach suchych. W okresach zwiększonej wilgotności są rozwiewane.

Trzecią generacją są mikroformy, reprezentowane tutaj głównie przez zmarszczki eoliczne o rozstępie

od 2 do 20 cm i wysokości do 3-4 cm. Są formami efemerycznymi powstającymi w okresach suchych.

Grzbiety ułożone są mniej więcej prostopadle do kierunku wiania wiatru. Są formami najszybciej

reagującymi zmianą ułożenia na zmiany kierunku wiania wiatru.

Zobrazowanie powstałe na bazie danych LiDARowych jest na tyle szczegółowe, że możliwe

jest dokładne prześledzenie charakteru powierzchni rejonu Wydmy Łąckiej. Uzyskana rozdzielczość

nie jest jednak wystarczająca do szczegółowego opisu mikroform takich jak np. zmarszczki eoliczne,

mimo iż są one zauważalne w rejestracji i z dużą dokładnością można wskazać kierunek ich


18

przemieszczania. Podobnie, niekompletnie odwzorowane są mikroformy powstające na stoku

zawietrznym głównych form wydmowych związane z przemieszczaniem się materiału po stoku.

Konstruowane na podstawie danych LiDARowych mapy nachyleń terenu (fig.2) umożliwiają

szybkie, precyzyjne odczytanie kątów nachyleń terenu oraz wskazanie obszarów o danych

nachyleniach jak również przeprowadzanie wyliczeń udziału poszczególnych powierzchni o danym

nachyleniu. Nachylenia stoków dowietrznych głównych form wydmowych w okresie badań wynosiły

około 10o natomiast stoków zawietrznych 30 do 33o.

Fig.2. Mapa nachyleń terenu w rejonie Wydmy Łąckiej, stan sierpień 2013.

Na podstawie analizy intensywności odbicia lasera możliwe jest rozróżnienie charakteru

powierzchni piaszczystej ze względu na stopień upakowania oraz wilgotności osadu (większa

wilgotność to słabsze odbicie sygnału przedstawione na rysunku w postaci ciemniejszych pól) (fig. 3).

Fig.3. Zobrazowanie intensywności odbicia sygnału lasera; im ciemniejsza barwa na zobrazowaniu tym większa wilgotność podłoża, stan sierpień 2013.


19

Analiza geomorfologiczna pojedynczego obrazowania, oprócz szczegółowego opisu form,

umożliwia wskazanie kierunków ich rozwoju. Konstruując mapy różnicowe, dla różnych okresów

badań (fig.4), można określić również tempo tych zmian oraz przeprowadzić analizy wolumetryczne

(Ptak 2014).

Między listopadem 2009 a wrześniem 2013 wydmy analizowanego fragmentu Mierzei

Łebskiej przemieściły się średnio o 45 metrów (maksymalnie 57 m, minimalnie 17 m (czoło wydmy))

co daje wartość średnią dla tego okresu 11 m/rok. Zmiany wysokości względnych wynoszą od -10 m

dla obszarów o bilansie ujemnym do +18 m dla obszarów o bilansie dodatnim.

Fig.4. Mapy różnicowe rejonu Wydmy Łąckiej dla okresu kwiecień-wrzesień 2013 (A) oraz listopad

2009-wrzesień 2013 (B).


20

Uzyskiwane wyniki badań mają znaczenie dla określania stanu wydm, tempa ich

przemieszczania, oceny zagrożeń wskutek zasypywania obszarów lasów, łąk, jezior i zabudowań.

Istotna jest tu także ocena ilości przemieszczanego piasku w relacji do rozwoju i ochrony brzegu

morskiego.

Skaning laserowy jest źródłem informacji o rzeczywistym odwzorowaniu wysokościowym

terenu i pokryciu terenu, zapisanej w postaci numerycznej. Jest informacją ciągłą, nieinterpolowaną,

bez generalizacji, o dużej dokładności. Jest informacją aktualną, ujętą w „jednej chwili” podczas

wykonywanej misji lotniczej oraz wielopłaszczyznową (NMT, NMPT, Chmura Punktów). Tak

pozyskany obraz staje się wyjściowym odwzorowaniem dla dalszych opracowań wielkoskalowych.

Technologie lotnicze wytyczyły nowe standardy i postawiły nowe problemy - jak

wykorzystać ich potencjał w obszarze badań przyrodniczych?

Referencje

Borówka M., Rotnicki K. 1999. Problem głównych kierunków transportu eolicznego piasku oraz jego budżetu na plaży barier piaszczystych (na przykładzie Mierzei Łebskiej), [w] Ewolucja geosystemów nadmorskich południowego Bałtyku, R.K. Borówka, Z. Młynarczyk, A. Wojciechowski (red). Bogucki Wyd. Nauk. Poznań-Szczecin, 17-24.

Borówka R. K., 2001a, Morfologia i dynamika Wydm Łebskich, [w:] K. Rotnicki (red.) Przemiany środowiska geograficznego nizin nadmorskich południowego Bałtyku w vistulianie i holocenie, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 85-87.

Borówka R. K., 2001b, Struktura wewnetrzna Wydm Łebskich jako efekt zmienności warunków meteorologicznych, [w:] K. Rotnicki (red.) Przemiany środowiska geograficznego nizin nadmorskich południowego Bałtyku w vistulianie i holocenie, Bogucki Wydawnictwo Naukowe, Poznań, 89-93.

Bülow K. von, 1929, Postglaciale Senkung und Dünenbildung im NO-Hinterpommerschen Kustenbereich, Jahrb. d. Preussen, Geol. Landesants., 50, 125-134.

Marsz A., 1966, Geneza Wydm Łebskich w świetle współczesnych procesów brzegowych, Prace Komisji Geograficzno - Geologicznej, tom IV, z. 6, PTPN, Poznań, 68.

Miszalski J., 1973. Współczesne procesy eoliczne na pobrzeżu słowińskim. Studium fotointerpretacyjne. Instytut Geografii PAN Warszawa, 149.

Ptak A., 2014, Wymiar czasowy analiz przestrzennych a ochrona przed skutkami powodzi, Upływ czasu pokaże, Geodeta, Magazyn Geoinformacyjny, nr 8 (231), 38-41.

Rosa B., 1963, O rozwoju morfologicznym wybrzeża Polski w świetle dawnych form brzegowych, Studia Societatis Scientarum Torunensis, V, 172.


21

Poziom Morza Bałtyckiego i jego geodezyjne ujednolicenie

jako baza dla badań strefy brzegowej i dna morskiego*

Tomasz Wolski1, Bernard Wiśniewski2, Stanisław Musielak1

1. Uniwersytet Szczeciński, Instytut Nauk o Morzu, ul. Mickiewicza 16-18, 70-383 Szczecin

2. Akademia Morska w Szczecinie, Instytut Nawigacji Morskiej, Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

Wstęp

Użytkownicy map nawigacyjnych oraz hydrografowie, geografowie i oceanografowie

potwierdzają istnienie trudności w interpretacji informacji dotyczących głębokości podawanych na

mapach Morza Bałtyckiego oraz w prezentacji wyników badań dotyczących wahań poziomu morza

i wezbrań sztormowych. Wynika to z faktu, że w poszczególnych państwach w obrębie Morza

Bałtyckiego, nie istniał jeden wspólny geodezyjny system odniesienia dla obserwacji poziomów

morza. Różnice w podawanych wartościach położenia tego poziomu nie przekraczają jednego

decymetra, co z hydrograficznego punktu widzenia mogłyby być akceptowalne. Jednakże z uwagi na

wymagania e-nawigacji, inżynierii brzegowej, a także konstrukcji infrastruktury portowej

i konfiguracji innych danych przestrzennych, unifikacja pionowych układów odniesienia i punktów

zerowych jest niezbędna.

W czerwcu 2005 r. Międzynarodowa Organizacja Hydrograficzna (IHO) oraz Bałtycka

Komisja Hydrograficzna (BSHC) powołała grupę roboczą do harmonizacji poziomów odniesienia dla

map Morza Bałtyckiego (Chart Datum WG). Głównym zadaniem tej grupy jest zbadanie możliwości

wykorzystania Europejskiego Wysokościowego Systemu Odniesienia (European Vertical Reference

System - EVRS), jako głównej alternatywy dla pionowych układów odniesienia na mapach morskich

Bałtyku. Innym zadaniem tej grupy jest ustalenie harmonogramów i warunków wstępnych z każdym

krajem nadbałtyckim, który chce zastosować zharmonizowany poziom odniesienia na mapach

morskich. Grupa Chart Datum WG powinna przygotować zalecenia, jak poziom morza i jego

zmienność oraz pomiary głębokości powinny być pokazane na papierowych i elektronicznych

mapach nawigacyjnych oraz w innych publikacjach nawigacyjnych. Do współpracy z Bałtycką

Komisją Hydrograficzna (BSHC) w celu harmonizacji pionowych układów odniesienia w ramach

Europejskiego Wysokościowego Systemu Odniesień (EVRS) zgłosiła się BOOS (Baltic Oceanographic

Observation System). Spotkania konsultacyjne tych grup oraz służb geodezyjnych państw

* Praca ta jest częścią projektu badawczego „Ekstremalne poziomy wód na wybrzeżach Morza Bałtyckiego” nr

2011/01/B/ST10/06470 finansowanego ze środków Narodowego Centrum Nauki.


22

nadbałtyckich mają odbywać się rokrocznie aż do roku 2020, który jest ostatecznym terminem

wdrożenia wspólnego pionowego układu odniesienia na mapach.

Europejski Wysokościowy System Odniesień (EVRS) związany jest z polem siły ciężkości

Ziemi. Powierzchnią odniesienia tego systemu jest powierzchnia pozioma, która znajduje się na

poziomie Normaal Amsterdamie Peil (NAP) – czyli tzw. zera amsterdamskiego (Ihde i Augath 2000).

System EVRS powstał po wyrównaniu kontynentalnej, wysokościowej sieci niwelacyjnej UELN

(United European Leveling Network ) w którym połączono różne sieci niwelacyjne, GPS oraz dane

mareograficzne.

Przegląd pionowych systemów referencyjnych w państwach nadbałtyckich

We wszystkich krajach regionu Morza Bałtyckiego geodezyjne układy odniesienia były

dotychczas oparte na lokalnym średnim poziomie morza (MSL – Mean Sea Level). Istnieją jednak

różnice jak poziom MSL został określony w różnych krajach, a tym samym jak ustalone są różne

poziomy zera wodowskazu.

W Niemczech istnieją dwa układy odniesienia, wynikające z istnienia dwóch państw

niemieckich po II wojnie światowej. Pierwszy układ Normall-Null (od 2000 r. Normalhöhennull)

obowiązuje w landzie Schleswig- Holstein i poziom zera tego układu jest od początku powiązany

z NAP (PN = - 5.00 m NN ). Drugi z systemów HN (Höhen Null) funkcjonuje w Meklemburgii –

Pomorze Przednie i jest powiązany z poziomem odniesienia w Kronsztadzie. Poziom PN = HN – 5,14

m jest średnim MSL dla większości stacji wodowskazowych dla tego regionu.

W Danii obowiązywał DNN (Danish Normal Nul) oparty o pomiary poziomów morza

przeprowadzone w XIX wieku w 10 portach rozmieszczonych na całym obszarze kraju. Istnieje też

Local Nul (LN) czyli zero lokalne dla małych wysp. Od 1 stycznia 2006 obowiązuje w Danii DVR90

(Dansk Vertikal Reference 1990), który tak jak w DNN oparty jest o pomiar średniego poziomu morza

z 10 portów Danii przeprowadzone w latach 90-tych. DVR90 jest powiązany z geodezyjnym

odniesieniem wysokości i odbiega jedynie około dwóch centymetrów od NAP.

W Szwecji w XIX i XX wieku istniało kilka systemów wysokości opartych o sieć niwelacji

precyzyjnej. Były to systemy RH 1860, RH 00, RH 70. Poziom zerowy w RH00 został wybrany, jako

średni poziom wody w Sztokholmie w 1900 roku. Od roku 2005 roku wprowadzono nowy,

ogólnokrajowy system wysokościowy Rikets Höjdsystem 2000 (RH 2000). System ten został

zdefiniowany jako szwedzka realizacja Europejskiego Wysokościowego Systemu Odniesienia (EVRS).

Jego poziom zerowy jest zdefiniowany jako Normaal Amsterdam Peil. RH 2000 i uwzględnia ruchy

izostatyczne lądu, które są korygowane przez model NKG2005LU, nadzorowany przez Nordycką

Komisję Geodezyjną (Svensson i in. 2006). Poziomem odniesienia w produkcji map morskich jest

jednak poziom MSL, obliczany na podstawie regresji liniowej wieloletnich pomiarów poziomów

morza wodowskazów administrowanych przez Szwedzki Instytut Meteorologiczny (SMHI).


23

W Finlandii istnieją 3 systemy wysokości NN (Normaali Nolla), N43, N60, w których poziom

odniesienia jest oparty o wodowskaz w Helsinkach. Najnowszy system N2000 jest fińską realizacją

wspólnego europejskiego systemu wysokości EVRS i jego poziom odniesienia jest związany z NAP.

Z uwagi na silne ruchy izostatyczne istnieje też tzw. „teoretyczna woda średnia”, będąca

długoterminową prognozą średniej wartości położenia poziomu morza, używaną do celów

praktycznych. Jest ona rozpowszechniana przez radio oraz telewizję i służy jako poziom odniesienia

dla map nawigacyjnych. Prognoza ta jest oparte o obserwacje z długiego okresu dla 13 mareografów

zainstalowanych wzdłuż fińskiego wybrzeża. Prognoza ta jest rokrocznie potwierdzana przez Fiński

Instytut Meteorologiczny z pięcioletnim wyprzedzeniem (Finnish Meteorological Institute ).

Na wschodnim wybrzeżu Morza Bałtyckiego (Rosja, Estonia, Łotwa, Litwa, Polska)

obowiązuje Bałtycki System Wysokości (Baltic High System -BHS), zastosowany już w latach 50-tychi

i zaktualizowany w 1977 roku. (BHS 77). Jest on oparty na długoterminowych obserwacjach średniego

poziomu morza na wodowskazie Kronstadt w latach 1825-1840 (Zatoka Fińska). Szacunkowa różnica

między systemami opartymi o NAP a BHS wynosi około 15 cm (system kronsztadzki jest wyższy).

W Polsce: obowiązuje system wysokości oparty o Kronstadt, jednak rejestracja poziomów morza ma

dowiązanie do NAP.

Przestrzenne zobrazowanie ekstremalnych poziomów wód Morza Bałtyckiego.

Celem pracy jest adaptacja systemu odniesienia EVRS, dla przestrzennego zobrazowania

parametrów ekstremalnych poziomów wód Morza Bałtyckiego. W pracy wykorzystano dane

obserwacyjne poziomów wód z 50 stacji wodowskazowych położonych wzdłuż wybrzeży Morza

Batyckiego za okres 1960-2010. Dane te przeliczono do jednego poziomu referencyjnego, jakim jest

NAP w systemie w EVRS. Przeliczenie to pozwoliło przedstawić zniekształcenia powierzchni wód

Bałtyku w konkretnym dniu i godzinie. Ale ważniejszym efektem tych przeliczeń było pokazanie

geograficznego wzorca rozkładu ekstremalnych poziomów wód w analizowanym przedziale

czasowym. Poniżej przedstawiono wynik jednej z analiz - rozkładu najwyższych (a) (maksymalnych)

i najniższych (b) minimalnych poziomów morza za okres 1960 -2010.


24

Fig. 1. Geograficzny rozkład najwyższych (a) i najniższych (b) poziomów morza za okres 1960 -2010.

Dzięki zastosowaniu jednolitego systemu odniesienia w stosunku do ekstremalnych

poziomów wód Morza Bałtyckiego przeprowadzono analizy, które wykazały że:

- wybrzeża Bałtyku szczególnie narażone na ekstremalne zdarzenia hydrologiczne to wybrzeża

południowo-zachodnie (Zatoka Meklemburska) oraz wybrzeża wschodnie (Zatoka Ryska

z Zatoką Parnawską, Zatoka Fińska, pół. część Zatoki Botnickiej);

- stacje wodowskazowe zlokalizowane w głębi tych zatok rejestrują zwiększoną ilość wezbrań

sztormowych, a także wyższe, teoretyczne (np. poziom wody stuletniej) i rzeczywiste

ekstremalne poziomy morza w porównaniu z obszarami otwartych wód Bałtyku (Bałtyk

Centralny). Decydują o tym takie czynniki jak usytuowanie stacji względem torów niżów

barycznych oraz warunki lokalne (ekspozycja wybrzeża, batymetria dna, morfologia strefy

brzegowej);

- wybrzeża szwedzkie Centralnego Bałtyku są wybrzeżami najmniej narażonymi na

ekstremalne poziomy morza. Decyduje o tym głównie ich wschodnia ekspozycja, czyli

kierunek przeciwny do kierunku rozchodzenia się niżów barycznych.

Referencje:

Finnish Meteorological Institute, http://en.ilmatieteenlaitos.fi/theoretical-mean-sea-level Ihde J., Augath W., 2000. A Vertical Reference System for Europe. Presented at the EUREF Symposium

in Tromsö. June 22–24, 2000. In: Veröffentlichung der Bayerischen Kommission für die Internationale Erdmessung, München. 2001, No. 61, 99–110.

Svensson R., Ågren J., Olsson P, Eriksson P. i Lilje M., 2006. The New Swedish Height System RH 2000 and Geoid Model SWEN 05LR [w:] Shaping the Change XXIII FIG Congress, Munich, Germany, October 8-13 2006.


25

Problem wyznaczania linii brzegowej na plaży o przebiegu undulowanym

Tycjan Wodzinowski

Morski Instytut Rybacki – PIB, Zakład Oceanografii Rybackiej i Ekologii Morza, [email protected]

Undulacja linii brzegowej, rozumiana jako jej „rytmiczne pofalowanie”, jest spotykana na

wybrzeżach z plażami (Kaergaard i in. 2012, López-Ruiz i in. 2012, Pruszak i in. 2008). Układ taki

tworzą występujące naprzemiennie „przylądki i zatoczki plażowe” (Wodzinowski 2009). Ich

występowanie nastręcza problemów w wyznaczaniu przebiegu linii brzegowej. Linia ta jest ze swojej

natury umowna, ale jednocześnie termin ten często stosuje się ze względu na różne potrzeby

badawcze lub administracyjne. Najpopularniejsze metody wyznaczania linii brzegowej, związane

z wykonaniem profili założonych w stałej odległości względem siebie, mogą doprowadzić

do ignorowania występowania przylądków i zatoczek. Powstały w ten sposób obraz może fałszywie

świadczyć o rozwoju badanego brzegu. Pomiary wykonane na profilu przecinającym przylądek

plażowy będą informować o tendencji plaży do akumulacji, co może znaleźć potwierdzenie

w charakterystyce osadu zebranego w tym miejscu. Natomiast założenie profilu w osi zatoczki

plażowej wykaże zachodzący tam proces abrazji. (Wodzinowski 2009). Aby uśrednić jej przebieg,

jednocześnie nie pomijając cech charakterystycznych danego odcinka badanego brzegu, można

potraktować ją jako linię łączącą punkty w połowie strzałek łuków przylądków lub zatoczek

plażowych. Taki sposób zobrazowania wymaga wzięcia pod uwagę aktualnej sytuacji na brzegu.

Będzie to niwelowało złudzenie abrazji lub akumulacji zachodzących na plaży. Zmiany położenia tak

wyznaczonej linii brzegowej bardziej obiektywnie będą świadczyć o aktualnym jej stanie.

Fig. 1. Propozycja sposobu wyznaczania linii brzegowej (kreska czerwona) przy uwzględnieniu obocznych zmian w jej przebiegu; literą „h” oznaczono wysokość strzałki łuku zatoczki plażowej.


26

Referencje:

Kaergaard K., Fredsoe J., Knudsen S., B., 2012. Coastline undulations on the West Coast of Denmark: Offshore extent, relation to breaker bars and transported sediment volume. Coastal Engineerin, 60. 109–122.

López-Ruiz A., Ortega-Sánchez M., Baquerizo A., Losada M. Á., 2014. A note on alongshore sediment transport on weakly curvilinear coasts and its implications. Coastal Engineering, 88. 143–153.

Pruszak Z., Różyński G., Szmytkiewicz P., 2008. Megascale rhythmic shoreline forms on a beach with multiple bars. Oceanologia, 50 (2). 183–203.

Wodzinowski T., 2009. Short-term beach transformation on a non-tidal sea coast. Oceanological and Hydrobiological Studies, XXXVIII (Suplement 1). 121-134.


27

Problemy wyznaczania współczesnych i dawnych linii (stref) brzegowych

w obrębie wybrzeży polarnych na przykładzie Spitsbergenu

Piotr Zagórski1, Mateusz Strzelecki2

1. Zakład Geomorfologii, Wydział Nauk o Ziemi i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Marii

Curie-Skłodowskiej, Lublin, [email protected]

2. Zakład Geomorfologii, Instytut Geografii i Rozwoju Regionalnego, Wydział Nauk o Ziemi

i Kształtowania Środowiska, Uniwersytet Wrocławski, [email protected]

W klasycznym ujęciu wybrzeże rozumiane jest jako pas powierzchni litosfery, w obrębie

którego zachowały się widoczne w rzeźbie dawne linie brzegowe, jak również współczesne formy

rzeźby morskiej (Leontjew i in. 1982). Strefa brzegowa (linia brzegowa) stanowi górną granicę

oddziaływania morza na ląd w postaci procesów morskich (przybrzeżnych), a równocześnie dolną

granicę nadmorskich (lądowych) procesów denudacyjno-erozyjnych i akumulacyjnych (Galon 1979).

Jest ona również najbardziej geomorfologicznie zmienna i zróżnicowana, zależna od wielu

czynników, a w szczególności od czynników morskich.

W obszarach polarnych, w tym na obszarze Spitsbergenu, strefa o cechach rzeźby morskiej

osiąga miejscami znaczną szerokość. Obejmuje ona zarówno podbrzeże, brzeg, jak i przyległy pas

równin nadmorskich, wchodząc na znaczną odległość w głąb niezlodowaconych dolin. Główne rysy

rzeźby morskiej, w obrębie części lądowej, zostały ukształtowane przy udziale procesów

endogenicznych, tj. izostazji, a zwłaszcza glacjoizostazji i zostały przekształcane przez procesy

egzogeniczne (morskie, glacjalne, fluwialne i inne) (np. Harasimiuk 1987; Harasimiuk, Jezierski 1991;

Strzelecki 2011a; Zagórski 2002, 2007, 2011; Zagórski i in. 2008, 2012).

W obrębie omawianych wybrzeży wyróżniają się więc dwie substrefy brzegowe: dawna

i współczesna (Zagórski 2002; Zagórski i in. 2013). Substrefa dawnych wybrzeży obejmuje:

podniesione terasy akumulacyjne i skalno-osadowe, tworzące w wielu miejscach rozległe, nieco

nachylone powierzchnie, urozmaicone starymi wałami sztormowymi, zagłębieniami dawnych lagun

i skalnymi ostańcami abrazyjnymi (paleoszkierami). Natomiast na substrefę współcześnie

kształtowanego wybrzeża składają się: podwodne platformy abrazyjne (przybrzeże) o szerokości od

kilkudziesięciu do kilkuset metrów, z charakterystycznymi ostańcami abrazyjnymi (szkiery) oraz

brzegi abrazyjne (klify), a także abrazyjno-akumulacyjne i akumulacyjne (plaża zewnętrzna

i wewnętrzna) (Zagórski 2002, 2004).

Tak szeroko rozumiana strefa „wybrzeża” nasuwa wiele problemów w przypadku

odtwarzania dawnej czy rejestracji współczesnej „strefy brzegowej”. Pojawiają się zarówno problemy


28

metodyczne jak i techniczne związane z pozyskaniem danych źródłowych ich przetwarzaniem

i interpretacją.

W dotychczasowych pracach pozyskanie danych dotyczących dawnych wybrzeży odbywało

się poprzez:

- terenowe kartowanie geomorfologiczne (podstawowa metoda) – miało na celu określenie

typów form pochodzenia morskiego (np. podniesione terasy morskie), wyznaczenie form

przewodnich np. wał sztormowy terasy V, obecnie wyraźnie wyodrębniający się w rzeźbie, ciągnący

się na całej długości wybrzeża od Calypsostrandy po dolinę Logne oraz w dolinie Dunder (beach level

B, Landvik i in. 1998) (Zagórski 2002) (fig. 1.).

- kartowanie geomorfologiczne w oparciu o zdjęcia lotnicze i analizy fotogrametryczne m. in.

cyfrowy model terenu DEM, wykonany na podstawie zdjęć lotniczych z 1990 roku, (Zagórski 2002,

2005) – w znaczny sposób uzupełniało kartowanie terenowe; pozwalało na określenie przestrzenne

występowania poszczególnych form oraz na ich korelację wysokościową np. określenie wpływu

ruchów glacjoizostatycznych.

- pomiary precyzyjne GPS (DGPS) – wykonywano profili poprzeczne; umożliwiało

wykonanie precyzyjnych pomiarów wysokości bezwzględnej występowania form pochodzenia

morskiego.

- analizy litologiczne; w przypadku złożonej budowy geologicznej np. podniesionych teras

morskich było możliwe określenie ich poligenetyczności oraz opisanie kopalnych form morskich np.

(Landvik i in. 1992; Pękała i in. 2013).

- datowanie osadów różnymi metodami (np. Landvik i in. 1998; Long i in. 2012); umożliwia

wyznaczenie przedziału czasowego formowania tych form oraz ich korelację przestrzenną.

W obszarach polarnych interpretacja i powiązanie wzajemne tego typu danych wymaga

dużej ostrożności. Ruchy glacjoizostatyczne oraz intensywne holoceńskie procesy peryglacjalne

niejednokrotnie zacierają/przekształcają ślady dawnych obszarów morskich.


29

Fig. 1. Podniesione terasy morskie Calypsostrandy – forma przewodnia, wał sztormowy terasy V (Fot. P. Zagórski 2007).

Nieco inne podejście metodyczne i interpretacyjne wymagane jest w przypadku analiz

współczesnych wybrzeży polarnych. W tym wypadku istotne jest określenie dynamiki zmian oraz

tendencji ich rozwoju (abrazja, akumulacja). W odniesieniu do wybrzeży klifowych procesy abrazyjne

mogą być znacznie rozłożona w czasie (Strzelecki 2011b). Natomiast analizując wybrzeża a

charakterze akumulacyjnych skala zmian może odznaczać się dużą zmiennością i intensywnością

(Zagórski 2011). Jednak problem jaki pojawia się to jednoznaczne wyznaczenie „linii brzegowej”,

będącej podstawą do analiz zmienności danego wybrzeża. W przypadku wybrzeży polarnych

czynnikami decydującymi są procesy morskie: intensywność falowania (częstość zjawisk

sztormowych) i kierunek nabiegu fali oraz pływy. Determinują one stan strefy brzegowej w danej

chwili. Nie bez znaczenia są również czynniki fluwialne (fluwioglacjalne) decydujące o ilości

dostarczanego do strefy brzegowej materiału terygenicznego oraz lodowe np. lód morski czy

poligenetyczny lód brzegowy (Rodzik, Zagórski 2009; Zagórski i in. 2011).

Problemem jest również pozyskanie materiałów źródłowych oraz ich dokładność (Zagórski

2011). Stare materiały archiwalne takiej jak mapy topograficzne (np. B11 Van Keulenfjorden 1952),

oraz zdjęcia lotnicze (np. z 1960 lub z 1990) obarczone są błędami rzędu nawet kilku metrów.

Natomiast uzyskanie dużej dokładności (subcentymetrowej) umożliwiły m. im. precyzyjne pomiary

odbiornikami GPS (np. Leica System 500, dokładność: ± 5-10 cm); oraz skaning laserowy (np. GLS

1500 TOPCON, dokładność ± 6 mm) (Zagórski 2007, Zagórski i in. 2013). Jednak by móc

przeprowadzić analizy dynamiki zmian „strefy brzegowej” konieczne było przyjęcie określonych


30

kryteriów i procedur pomiarowych. Dlatego w pracach nad dynamiką strefy brzegowej

akumulacyjnego wybrzeża Calypsostrandy (Bellsund, Svalbard) rejestrowano zasięg linii brzegowej

w czasie wysokiej wody, wyznaczanych zazwyczaj przez efemeryczny wał żwirowy w okresie

maksymalnego pływu syzygijnego, który wystąpił w pierwszej połowy sierpnia (fig. 2.).

Fig. 2. Pomiary GPS zasięgu linii brzegowej wyznaczonej przez efemeryczny wał sztormowy po maksymalnym pływie sysygijnym (15.08.2014). (Fot. P.Zagórski)

Tak zaplanowane prace umożliwiły uzyskanie porównywalnych danych na przykład w ujęciu

rocznym lub kilkuletnim. Ważnym elementem opracowania było zestawienie i obróbka danych za

pomocą oprogramowania Geograficznych Systemów Informacyjnych GIS (ArcInfo i ArcView).

Szczegółowy schemat określenia stref zmienności prezentuje fig. 3. (Zagórski 2011).

Fig. 3. System obliczeń wartości zmian linii brzegowej (wg Zagórski 2011).


31

Stosując tę metodę obliczono sumaryczny przyrost lub ubytek powierzchni wybrzeża dla

wydzielonych strefach. Dzięki tym danym oraz znając wartość maksymalnych pływów syzygijnych

(przyjęto Hp=1.88 m) możliwe było obliczanie przybliżonej objętości akumulowanego lub usuwanego

materiału. Wartości te są jednak znacznie zaniżone ponieważ nie uwzględniają strefy przybrzeża

(offshore zone), a jedynie strefę pływową. Na tej podstawie wydzielono obszary o największej i

najmniejszej dynamice zmian oraz możliwe były wnioski dotyczące roli źródeł zasilania w

poszczególnych okresach (fig. 4.).

Tak więc obserwacje krótkookresowe (np. roczne) strefy brzegowej pozwalają na określenie

dominacji jednego z czynników szczególnie, jeśli chodzi o procesy morskie. Obserwowane zmiany są

wynikiem warunków meteorologiczno-oceanicznych, które wystąpiły w danym roku. Natomiast

obserwacje długookresowe (5-letnie, 10-letnie i dłuższe) umożliwiają wyznaczenie ogólnego trendu

zmian np. w celu określenia obszarów podanych na abrazję lub na agradację (Zagórski 2011, Zagórski

i in. 2013).

Fig. 4. Zmiany linii brzegowej miedzy Skilviką a Josephbuktą (S Bellsund) w latach 1936-2011 w wydzielonych strefach i substrefach (Zagórski 2014).

Badania finansowane w ramach projektu NCN 2013/09/B/ST10/04141


32

Referencje:

B11 Van Keulenfjorden, 1952. Topografisk kart over Svalbard blat B11 Keulenfjorden, scale 1:100,000. Norsk Polarinstitutt.

Galon R., 1979. Formy powierzchni Ziemi. Zarys geomorfologii. WSiP, Warszawa: 393 pp. Harasimiuk M., 1987. Współczesny rozwój wybrzeży południowego Bellsundu i fiordu Recherche

(Zachodni Spitsbergen). XIV Sympozjum Polarne, Lublin: 99-102. Harasimiuk M., Jezierski W., 1991. Type of coasts of south Bellsund (West Spitsbergen) and tendency of

their evolution. Wyprawy Geograficzne na Spitsbergen, UMCS, Lublin. 17-22. Landvik J.Y., Bolstad M., Lycke A.K., Mangerud J., Sejrup H.P., 1992. Weichselian stratigraphy and

paleoenvironments at Bellsund, Western Svalbard. Boreas, 21, 4. 335-358. Landvik J.Y., Bondevik S., Elverhøi A., Fjeldskaar W., Mangerud J., Salvigsen O., Siegert M.J., Svendsen J-

I., Vorren T.O., 1998. The last glacial maximum of Svalbard and the Barents Sea area: ice sheet extent and configuration. Quaternary Science Reviews, 17. 43-75.

Leontjew O.K., Nikiforow L.G., Safjanow G.A., 1982. Geomorfologia brzegów morskich. (Translation from Russian:. S. Musielak, S. Rudowski), Wyd. Geol., Warszawa. 332 pp.

Long A.J, Strzelecki M.C., Lloyd J.M., Bryant C., 2012. Dating High Arctic Holocene relative sea level changes using juvenile articulated marine shells in raised beaches, Quaternary Science Reviews 48 (2012). 61-66.

Pękala K., Repelewska-Pękalowa J., Zagórski P., 2013. Quaternary deposits and stratigraphy. [in:] P. Zagórski, M. Harasimiuk, J. Rodzik (Eds.), Geographical environment of NW part of Wedel Jarlsberg Land (Spitsbergen, Svalbard), Wydawnictwo UMCS, Lublin. 48-63.

Rodzik J., Zagórski P., 2009. Shore ice and its influence on development of the shores of south-western Spitsbergen. Oceanological and Hydrobiological Studies, 38, suppl. 1. 163-180

Strzelecki M.C., 2011a. Cold shores in warming times – current state and future challenges in High Arctic coastal geomorphological studies, Quaestiones Geographicae 30/3. 103-115.

Strzelecki M.C., 2011b. Schmidt hammer tests across a recently deglacierized rocky coastal zone in Spitsbergen - is there a ‘coastal amplification’ of rock weathering in polar climates?, Polish Polar Research 32/3. 239-252.

Zagórski P., 2002. Rozwój rzeźby litoralnej północno-zachodniej części Ziemi Wedela Jarlsberga (Spitsbergen). Rozprawa doktorska, Zakład Geomorfologii, Uniwersytet Maria Curie-Skłodowskiej, Lublin. 144 pp (manuskrypt).

Zagórski P., 2004. Czynniki morfogenetyczne kształtujące strefę brzegową w rejonie Calypsobyen (Bellsund, Spitsbergen). Annales UMCS, B, 59. 63-82.

Zagórski P., 2005. NW part of Wedel Jarlsberg Land (Spitsbergen, Svalbard, Norway). K. Pękala, H.F. Aas (red.). Orthophotomap, scale 1:25,000, Lublin.

Zagórski P., 2007. Wpływ lodowców na przekształcenie wybrzeży NW części Ziemi Wedela Jarlsberga (Spitsbergen) w późnym plejstocenie i holocenie. Słupskie Prace Geograficzne, 4, Słupsk. 157-169.

Zagórski P., 2011. The shoreline dynamic of Calypsostranda (NW Wedel Jarlsberg Land, Svalbard) during the last century. Polish Polar Research, 32, 1. 67-99.

Zagórski P., 2014. Autoreferat rozprawy habilitacyjnej. Wydział Nauk o Ziemi i Gospodarki Przestrzennej, Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin. pp. 46.

Zagórski P., Siwek K., Gluza A., Bartoszewski S., 2008. Changes in the extent and geometry of the Scott Glacier, Spitsbergen. Polish Polar Research, 29, 2. 163-185.

Zagórski P., Gajek G., Demczuk P., 2012. The influence of glacier systems of polar catchments on functioning of the coastal zone (Recherchefjorden, Svalbard). Zeitschrift für Geomorphologie. 56, suppl. 1. 101-122.

Zagórski P., Rodzik J., Strzelecki M.C., 2013. Coastal geomorphology [w:] P. Zagórski, M. Harasimiuk, J. Rodzik (red.), Geographical environment of NW part of Wedel Jarlsberg Land (Spitsbergen, Svalbard), Wydawnictwo UMCS, Lublin. 212-245.


33


34

Zmiany linii brzegowej w wyniku ruchów masowych ziemi – wybrane przykłady

Jerzy Frydel, Leszek Jurys, Grzegorz Uścinowicz

Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy, Oddział Geologii Morza

Wyniki długoletnich obserwacji i badań wskazują, iż strefa brzegowa Bałtyku Południowego

podlega niekorzystnym procesom erozji, na skutek której następuje intensyfikacja jej recesji. Kwestie

związane ze skuteczną ochroną morskiej granicy państwa zyskują na znaczeniu w świetle

niekorzystnych z punktu widzenia bezpieczeństwa strefy brzegowej, scenariuszy ocieplania klimatu,

których skutkiem będzie dalszy wzrost poziomu oceanu światowego. Zmiany związane

z eustatycznymi wahaniami poziomu oceanu światowego, a także zaburzenia równowagi skorupy

ziemskiej natury izostatycznej, wraz z niewielkimi pionowymi zmianami położenia litosfery natury

tektonicznej, należy zaliczyć do długookresowych czynników kształtujących strefę brzegową Bałtyku

Południowego. Wśród głównych, naturalnych czynników kształtujących wybrzeże w sposób

dynamiczny, wymienia się zwykle abrazję, transport osadów wywoływany ruchem falowym w strefie

brzegowej i występującą w jej obrębie działalność prądów oraz akumulację. Innym równie istotnym,

naturalnym elementem wpływającym na stan nadbrzeża w obrębie brzegów klifowych są osuwiska –

ruchy mas ziemnych o okresowo dużej intensywności. Są one dodatkowym (oprócz abrazji)

czynnikiem niszczącym wysokie brzegi, zwiększającym równocześnie skalę abrazji. Wyodrębnienie

osuwisk z całości ruchów masowych ziemi wywołanych abrazją ma swoje uzasadnienie w tym,

że zwykle powstają lub rozwijają się również wskutek działalności czynników nie związanych

z działalnością morza. Powstanie osuwiska warunkowane jest sprzyjającą temu budową geologiczną

przy jednoczesnym wystąpieniu odpowiednich warunków wodnych. Abrazja podstawy klifu jest

zwykle jednym z kilku czynników aktywujących osuwiska o czym świadczy ich powstawanie

w miejscach skutecznie chronionych zabudową ciężką. Najbardziej znane przypadki osuwisk

występujących w obrębie brzegów zabezpieczonych za pomocą zabudowy hydrotechnicznej

występują w klifach Pobrzeża Kaszubskiego i Wybrzeża Słowińskiego. Są to: osuwisko rozwinięte

powyżej falochronu w sąsiedztwie Latarni Morskiej w Rozewiu, osuwiska aktywne od wielu lat,

znajdujące się powyżej opaski gabionowej i masywnej zabudowy klifu w Jastrzębiej Górze, oraz

osuwisko powstałe w Jarosławcu w klifie chronionym opaską betonową na ściance Larsena

i narzutem z gwiazdobloków.

Zachwianie równowagi zbocza poprzedzające odkłucie pakietu materiału koluwialnego może

nastąpić w wyniku działalności czynników atmosferycznych – długotrwałych, intensywnych opadów,

podcięcia lub/i nadmiernego obciążenia stoku, a także czynników endogenicznych, których


35

przejawem są trzęsienia ziemi. Prowadzone obserwacje wskazują jednak na duży, niekiedy

decydujący, wpływ szerokiego spektrum oddziaływań antropogenicznych prowadzących do zmian

warunków wodno-gruntowych. Badania wykonane w ostatnich latach przez Oddział Geologii Morza

PIG-PIB wskazują także na możliwość istotnego znaczenia charakteru dopływu wód gruntowych do

Bałtyku oraz abrazji podbrzeża. Wymienione powyżej czynniki aktywujące osuwiska nie są

wystarczające o czym świadczy lokalny charakter występowania osuwisk. Warunkiem podstawowym

jest sprzyjająca osuwiskom budowa geologiczna, w szczególności występowanie zaburzonych

i zawodnionych osadów ilasto-mułkowych z przewarstwieniami piasku.

Występowanie osuwisk bez jednoznacznego i zasadniczego związku z abrazją klifu istotnie

zmienia sposoby ochrony brzegu morskiego i ich formalne uwarunkowania. Sprzyjająca powstawaniu

osuwisk budowa geologiczna części lądowej brzegu wraz z warunkami hydrogeologicznymi oraz

zagospodarowanie terenu, w tym nawet konkretnych działań budowlanych sprawia, że ochrona

brzegu nie może być domeną tylko Urzędów Morskich. Konieczny jest także aktywny udział

samorządów.

Począwszy od 2010 r., Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy,

wdraża metodę naziemnego skaningu laserowego, w celu dokumentowania stanu wybranych

odcinków lądowej części wybrzeża w granicach administracyjnych państwa polskiego, z naciskiem na

wybór obszarów szczególnie zagrożonych ruchami masowymi. Badaniami geodynamiki wybrzeży

klifowych techniką LiDAR objęto zarówno naturalne jak i przekształcone antropogenicznie fragmentu

brzegu. Dotychczas pomiary prowadzono w rejonach: Gdyni Orłowa, Babich Dołów, Chłapowa,

Rozewia, Jastrzębiej Góry, Orzechowa, Ustki, Jarosławca, Rewala oraz Międzyzdrojów (fig.1).

Fig.1. Cyfrowy model wysokościowy (NMT) z zaznaczonymi obszarami wybrzeża, w których prowadzono pomiary TLS, PUWG 1992, skala 1 : 2 000 000

W zależności od skali opracowania i dokładności prowadzonych analiz wykorzystywane są

dane teledetekcyjne o różnym stopniu szczegółowości, począwszy od najbardziej ogólnych

Numerycznych Modeli Terenu (NMT) o interwale siatki 100 m, poprzez dane lotniczego skaningu


36

laserowego (ALS) pozyskane na potrzeby projektu ISOK i dane ALS zarejestrowane na zamówienie

Urzędów Morskich, aż po najbardziej szczegółowe dane zewidencjonowane za pomocą naziemnego

skaningu laserowego (TLS) przez Oddział Geologii Morza PIG-PIB w celu prowadzenia

szczegółowego monitoringu i analiz wielkoskalowych. Rejestracja danych pomiarowych, filtracja,

konstrukcja NMT, wizualizacja, post-processing oraz część analiz realizowana jest w oprogramowaniu

RiScan PRO. Oprogramowanie Global Mapper odpowiada m. in. za konwersje układów

współrzędnych i formatów NMT, natomiast analizy GIS i konstrukcja map prowadzona jest

w środowisku ArcGIS. Dane pozyskane podczas kampanii pomiarowych TLS oraz dane ALS

stanowią cenną bazę, umożliwiającą prowadzenie analiz porównawczych, śledzenie tempa rozwoju

strefy brzegowej, w tym zmian położenia linii brzegowej, krawędzi korony klifu, podstawy klifu, jak

również wykrywanie i monitoring deformacji zabudowy hydrotechnicznej oraz wyznaczanie

konkretnych wielkości erozji [m3] w czasie [t].


37


38

Zastosowanie naziemnego skaningu laserowego

w badaniach morfografii klifowych i wydmowych nadbrzeży morskich

Tomasz A. Łabuz

Uniwersytet Szczeciński, Instytut Nauk o Morzu, Zakład Geomorfologii Morskiej,

[email protected]

W pracy przedstawiono wyniki badań rozpoczętych w projekcie FoMoBi (fomobi.pl)

prowadzonych w na polskim wybrzeżu przy użyciu naziemnego, stacjonarnego skanera laserowego

(TLS). Badania testowe przeprowadzono pierwszy raz w sierpniu 2013r i powtórzono je we wrześniu

2014r. W badaniach terenowych stosowano dwa urządzenia: Skaner GSL 1500 firmy Topcon

i Skanmaster firmy Leica. Badania te są coraz powszechniej stosowane do badań środowiska wydm,

co omówiono w odrębnym opracowaniu (Łabuz 2015).

Celem pierwotnym badań było określenie warunków technicznych i organizacyjnych do

przeprowadzenia prac terenowych przy pomocy skanera naziemnego na potrzeby prezentacji i analiz

morfologii form wybrzeża. Pierwotnie planowano wykonać pomiary jedyne odcinków wydmowych.

Ostatecznie w pracach zrealizowano również pomiary wybrzeża klifowego. Celem wtórnym jest

określenie morfometrii wybranych odcinków nadbrzeży do kartowania ukształtowania oraz zmian

morfologii wywołanej przez czynniki sprawcze. W omawianym przypadku zmiany morfologii

zostały wywołane przez zdarzenie ekstremalne – orkan Xavier, podczas którego wiały wiatry

o bardzo dużych prędkościach i wystąpiło znaczne falowanie wraz z podpietrzniem wody na

wybrzeżu. Zjawisko o miało miejsce na początku grudnia 2013 r.

Do prac wybrano różne odcinki wybrzeża ze względu na ich morfologię i obserwowaną

zmienność w czasie. Były to: a) dwa odcinki wydmowe o tendencjach akumulacyjnych z wałami

wydm przednich i formami wydm embrionalnych na plaży górnej (Mierzeja Bramy Świny, 420-422

km wybrzeża), b) odcinek wydm o charakterze erozyjnym (rejon Pogorzelicy, 261-262 km), c) odcinek

erozyjny z formami embrionalnymi, okresowo powstającymi na plaży górnej (Rowy, 219 km), d)

odcinek klifowy, zbudowany z glin z wyrównaną ścianą klifu aktywnego o wysokości do 12 m

(Trzęsacz, 372,5 km) oraz d1) klif antropognicznie zabudowany z ruiną kościoła w Trzęsaczu

i refulowaną plażą,373 km, e) klif zbudowany z glin, o niewyrównanej ścianie z wysuniętym

ostańcem erozyjnym i rozbudowaną niską wydmą embrionalną w części wcięcia erozyjnego

(Swiętouść, 399 km), f) klif piaszczysto-gliniasty, częściowo ustabilizowany (Świętouść 400 km –

pomiar jednokrotny).


39

Wyniki z przeprowadzonych prac terenowych, to:

a) założenia metodyczne badawcze do pomiarów form rzeźby o różnej ekspozycji, położeniu

i rozmiarach (X, Y, Z) i pokryciu terenu,

b) chmury punktów, jako dane do analiz morfometrycznych w specjalistycznym

oprogramowaniu, w tym obliczeń zmian objętości osadu budującego pomierzone formy,

c) możliwość określenia ilościowego zmian nadbrzeża klifowego i wydmowego, które miało

miejsce w wyniku oddziaływania orkanu Xavier z dokładnością do 1mm (X, Y, Z),

d) możliwość określenia procesów jakie zaszły na analizowanych obszarach: erozja sztormowa,

procesy eoliczne, procesy fluwialne,

e) wytyczne do interpretacji i obróbki uzyskanych danych (w trakcie realizacji).

Wśród założeń badawczych należy podkreślić utrudnienia w uzyskaniu danych

z porośniętych roślinnością form rzeźby. Wiązka laserowa nie jest w stanie przebić się przez gęste

pokrycie roślinnością (Łabuz, Osóch 2013). Badania są jednak możliwe nocą. Ze względu na czułość

aparatury, wiatr o prędkości powyżej 8 m/s oraz opady deszczu uniemożliwiają badania terenowe

(Łabuz 2014).

W celu uzyskania trójwymiarowego kształtu rzeźby skaner należy tak przestawiać, by

w zasięgu wiązki lasera znalazły się wszystkie stoki formy, grzbiety oraz formy wklęsłe. Najprościej

wykonać pomiary odsłoniętej ściany klifu. Uzyskane chmury punktów należy opracować

w specjalnym oprogramowaniu. Dokładność pomiaru i odczytu zmian rzeźby w opracowanym

w modelu 3D jest większa niż 1 mm. Ze wstępnych wyników morfologicznych należy wymienić

zaobserwowaną abrazję badanych odcinków klifowych i dotychczas erozyjnych wydmowych.

W wyniku powstania podcięć dolnej części stoku klifu nastąpiły spływy, tworzące stożki na

plaży w Świętouściu i Trzęsaczu. W wyniku podcięcia dolnej części stoku wydmy w Pogorzelicy,

abrazji ulega okresowa wydma embrionalna. Na badanym odcinku akumulacyjnym na Mierzi Bramy

Świny, wyniki wskazują na akumulację eoliczną na grzbiecie wydmy przedniej oraz na wzrastającej

u jej podnóża wydmie embrionalnej.

Przeprowadzone badania dały dobre rezultaty dotyczące wstępnych założeń. Zdobyte

doświadczenia i dane stanowią cenny materiał do badań poligonalnych przyszłości.

Referencje

Łabuz T. A., Osóch P., 2013. DTM models of coastal dune relief and dynamics as a tool for coast erosion and flooding prediction. 8th IAG International Conference on Geomorphology, tome 2. Paris 27-31.08.2013. p.1134.

Łabuz T. A., 2014, Metody analizy ilościowej dynamiki wydm nadmorskich w badaniach projektu FoMoBi [w:] Streszczenia X Zjazdu Geomorfologów Polskich: Krajobrazy młodoglacjalne i ich morfogeneza, teraźniejszość i przyszłość. Toruń, 16-19.09.2014. s.68.

Łabuz, T. A., 2015. Coastal Dunes: Changes of Their Perception and Environmental Management [w:] Finkl Ch.W., Makowski Ch. (red.) Environmental Management and Governance. Advances in Coastal and Marine Resources Series. Coastal Research Library, Vol. 8, Springer, (441p.), p.323-410.


40

Badanie osadów dennych i wody z rejonu Zatoki Gdańskiej

Anna Mykowska, Katarzyna Księżniak, Joanna Mioduska, Jan Hupka

Katedra Technologii Chemicznej, Wydział Chemiczny, Politechnika Gdańska

Celem prezentacji jest ocena jakości wody i zanieczyszczeń osadów dennych z rejonu Zatoki

Gdańskiej. Przebadano 8 próbek pobranych w czasie rejsu pływającym laboratorium analityki

i technologii środowiska Photon. Na podstawie oceny makro- i mikroskopowej oraz podstawowych

badań jakości stwierdzono, że osady denne pochodzące z pogłębiania dna morskiego nie stanowią

zagrożenia radiacyjnego i mogą być bezpiecznie składowane lub przetwarzane. Dawka równoważna

promieniowania gamma emitowanego przez osady wynosi 65-95 nSv/h, co jest wartością

porównywalną z tłem promieniotwórczym wyznaczonym w rejonie Zatoki Gdańskiej (82 nSv/h).

Średnia wartość tła w Polsce zmienia się w zakresie 51-126 nSv/h.

Ponadto przebadane zostały przewodność i pH wody - ze względu na ich wartość pH (8,65

dla pierwszej serii pomiarowej i 8,18 dla drugiej)wodę zatoki można zaklasyfikować II/III klasy

jakości, przewodność (120 µS/cm dla pierwszej serii pomiarowej i 128 µS/cm) klasyfikuje ją jeszcze

wyżej jako wodę o bardzo małym zanieczyszczeniu. Wody tej klasy mogą być używane do celów

rekreacyjnych, w hodowli zwierząt oraz hodowli ryb z wyjątkiem łososiowatych.


41


42


43


44


45


46


47

Przykłady specjalistycznych przetworzeń danych LiDARowych

w badaniach i ochronie dóbr kultury i środowiska

Rafał Zapłata1, Agnieszka Ptak2

1. Uniwersytet Kardynała Stefana Wyszyńskiego w Warszawie

2. MGGP Aero, Tarnów

Celem pracy jest przybliżenie i przedstawienie kilku wybranych geoinformacyjncyh metod

przetwarzania danych, pochodzących z lotniczego skanowania laserowego. Metody te mogą stanowić

kolejny zasób narzędziowy w pomiarach i analizie powierzchni terenu strefy brzegowej, co wykazało

szereg projektów i przedsięwzięć naukowo-badawczych w kraju i na świecie. Poster odnosi się przede

wszystkim do przykładów związanych z analizą zasobów dziedzictwa kulturowego, ukazując

ogromny potencjał specjalistycznych przetworzeń, które z powodzeniem mogą być stosowane

w pomiarze i badaniach paleośrodowisk czy geomorfologii.

W Polsce już od kilkunastu lat obserwujemy wszechstronne i zróżnicowane zastosowanie

danych LiDAR, które w sposób szczególny jest widoczne w ramach projektu ISOK, obejmującego

swym zasięgiem również obszary strefy nadmorskiej i brzegowej. ALS (ang. Airborne Lidar System)

jako nieinwazyjna, dokładna, jednorodna i szybka metoda pozyskiwania danych o powierzchni

i pokryciu terenu, umożliwia nowoczesne dokumentowanie i analizowanie m.in. zabytków

archeologicznych, które zachowały się w postaci napowierzchniowych form terenowych. Własna

rzeźba krajobrazowa (mikrorzeźba) obiektów zabytkowych, których wysokość często nie przekracza

kilku- / kilkunastu centymetrów jest niezwykle trudna do rozpoznania (zwłaszcza na terenach

zalesionych), a czasami niemożliwa za pomocą dotychczasowych metod i technik badawczych.

Sytuację w ostatnich dekadach zmienia stosowanie ALS, dostarczając dokładnych danych o terenie,

tworząc jednocześnie podstawę do analizy powierzchni terenu z innej – szerszej perspektywy.

Poza samym pomiarem ALS, istotne w procesie analitycznym jest odpowiednie

przygotowanie danych do dalszych prac. Z punktu widzenia wspomnianych analiz najistotniejsze są

przetworzenia związane z klasyfikacją chmury punktów – automatyczne oraz manualne, co ma

kluczowe znaczenie dla jakości produktów pośrednich tj. Numerycznego Modelu Terenu czy

Numerycznego Modelu Pokrycia Terenu. Należy również wyróżnić procesy służące analizie

i wizualizacji wyżej wymienionych danych.

Jedną z pierwszych metod wizualizacji danych ze skaningu laserowego, zwiększających

potencjał informacyjny tej warstwy, było cieniowanie Numerycznego Modelu Terenu, tj. cieniowanie

rzeźby terenu. Szereg badań i własnych doświadczeń oraz obszerna już literatura przedmiotu,


48

doprowadziły do wyboru i wypracowania metodyki opartej na innych sposobach przetwarzania

geodanych, umożliwiając tym samym wnikliwsze i dokładniejsze badanie oraz inwentaryzowanie

zjawisk i obiektów, co z powodzeniem można odnieść do terenów nadmorskich. Mowa tu o:

wielokierunkowym cieniowaniu zboczy, local relief model czy PCA. Każde z ww. przetworzeń oferuje

inną jakość wizualizacji danych wzajemnie się weryfikując i uzupełniając. Przykładem tego typu prac

jest wskazywanie na etapie prac kameralnych coraz większej ilości potencjalnych obiektów

zabytkowych, co obszerniej zaprezentuje przygotowana prezentacja.

Fig. 1. Fragment obszaru testowego okolice Seredzic, woj. mazowieckie: przykładowa mapa cieniowania reliefu (NMT) wygenerowanego na podstawie pomiarów ALS azymut 90°/kąt padania promieni słońca 45°; widoczne owalne pozostałości obiektów zabytkowych (za Zapłata, Borowski 2013)

Fig. 2. Obszar testowy (okolice Seredzic, woj. mazowieckie), wizualizacja fragmentu obszaru badań z zabytkowymi mielerzami, na podstawie pomiarów ALS i wygenerowanego NMT oraz przetworzenia danych na podstawie LRM (za Zapłata, Borowski 2012)

Efekty prac są m.in. wynikiem dotychczasowej współpracy pomiędzy UKSW i MGGP Aero –

wykonawcą lotniczego skanowania laserowego. Prezentacja tym samym jest przekrojowym

zestawieniem sprawdzonych i jednych z najefektywniejszych (zdaniem autorów) narzędzi

przetwarzania i wizualizacji danych LiDARowych. Praca naukowa jest finansowana w ramach

programu Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego pod nazwą "Narodowy Program Rozwoju

Humanistyki„ w latach 2012-15.


49

Pływające jednostki pomiarowe

Instytutu Morskiego w Gdańsku

Benedykt Hac


Statek IMOR

Statek badawczy IMOR (Fig.1) jest stalowym katamaranem przeznaczonym do badań w płytkowodnych rejonach zalewowych, strefy przybrzeżnej morza oraz szelfu do 200 Mm od brzegu. Konstrukcja statku przewiduje wykonywanie różnorodnych zadań, takich jak:

Pomiary dna morskiego - dla potrzeb budowy farm elektrowni wiatrowych, układania podmorskich kabli i rurociągów,

Inwentaryzacji złóż kopalin morskich, szacowania objętości urobku z prac pogłębiarskich,

Oceanograficznych badań toni wodnej i powierzchni morza oraz badań przywodnej warstwy atmosfery,

Badań ekologicznych skutków oddziaływania różnych form działalności człowieka na środowisko i biocenozę akwenów morskich. Statek może być łatwo przystosowany do

aktualnych potrzeb spełniając różne zdania we wszelkich badaniach podwodnych. IMOR oferuje optymalne kosztowo i elastyczne rozwiązanie szerokiej gamy problemów badań morskich, spełniając najwyższe standardy bezpieczeństwa oraz zapewniając zaawansowane technologicznie systemy pomiarowe. Niewielkie wymiary, małe zanurzenie, stosunkowo wysoka moc oraz wielka elastyczność zastosowań sprawia, że jest on idealną platformą do badań na wodach płytkich oraz do pomiarów przedprojektowych rozpoczynających się na brzegu. Załoga statku oraz ekipa badawcza doświadczona udziałem w wielu krajowych i międzynarodowych projektach offshore gwarantuje profesjonalne wykonanie zadań.

Statek spełnia wiele szczególnych wymagań dotyczących:

Dużej manewrowości,

Dużej powierzchni przeznaczonej na pokład roboczy przy jednoczesnej jego

minimalnej wysokości nad powierzchnią morza - co jest konieczne dla efektywnego i bezpiecznego pobierania wszelkiego rodzaju prób dna i wody, a także wykonywania pomiarów geofizycznych,

Posiadania dużych pomieszczeń na laboratoria mokre i suche, w tym na laboratorium elektroniczne wyposażone w centralny serwer, co pozwala na zintegrowanie wszystkich elektronicznych systemów pomiarowych w jeden system gromadzenia i przetwarzania danych geofizycznych,

Możliwości dźwigania i wystawiania za burtę ciężkiego sprzętu badawczego (do 12 ton),

Możliwości ustawienia na pokładzie 1-2 dodatkowych laboratoriów badawczych umieszczonych w dwudziestostopowych kontenerach lub dodatkowej łodzi pomiarowej przeznaczonej do prac w strefie brzegowej,

Duża, wygodna, odpowiadająca współczesnym standardom przestrzenia życiowa dla załogi i ekipy naukowej (łącznie dla 16 osób),

Mimo niewielkich wymiarów jednostka zachowuje się bardzo stabilnie w zakresie stanów morza od 0 do 3. Wymóg ten wynika z konieczności zachowania szczególnych warunków pomiarów geofizycznych narzuconych przez procedury hydrograficzne i bezpieczeństwo prac z ciężarami podnoszonymi przez dźwig pokładowy,

Posiada zdolność do szybkiej zmiany rodzaju stosowanego sprzętu pomiarowego, zabudowy nowych systemów pomiarowych, a nawet zmiany przeznaczenia - chodzi o wariant wykorzystania statku, jako jednostki wsparcia ratownictwa morskiego w


50

zakresie ustawiania zapór przeciwrozlewowych na wodach płytkich.

Wszystko to przy zachowaniu niewielkich rozmiarów (32,5 metra długości, 10,5 metra szerokości i zanurzeniu średnim około 2,3 metra) - przy równoczesnym zachowaniu zdolności statku do żeglowania po morzach i oceanach.

Wysoka wartość wysokości metacentrycznej (ok. 6,4 metra przy 50% zapasach) daje statkowi sztywność pozwalającą na zainstalowanie dużego, 12 tonowego dźwigu i ramy typu A o udźwigu 3-6 ton, a także na noszenie wysoko usytuowanego kontenera – laboratorium. Szeroka nadbudówka zabudowana prawie na całej długości kadłubów (za wyjątkiem części rufowej) pozwalała na wydzielenie 16 wygodnych pomieszczeń na pokładzie głównym, w tym 12 bardzo dobrze wyposażonych kabin, a także kuchni, dużej mesy, pomieszczenia laboratorium mokrego i pomieszczenia poboru próbek.

Na pokładzie nadbudówki umieszczono pomieszczenie sterówki i laboratorium suchego, gdzie znalazły swoje miejsce systemy sterowania statkiem (fig.1 na dole), w tym układ dynamicznego utrzymania jednostki na żądanej pozycji, a także laboratorium elektroniczne wraz z serwerami oraz systemy integrujące wszystkie elektroniczne urządzenia pomiarowe w jeden system geofizyczny.

Statki hydrograficzne, geofizyczne, badawcze - wykonują swoje zadania, polegające na gromadzeniu danych pomiarowych o najwyższej możliwej do uzyskania jakości. Jakości, której w żaden znany dziś sposób nie można uzyskać na wzburzonym morzu. Stąd często mówi się o nich, że są to statki dobrej pogody. Zatem z definicji r/v IMOR musi wychodzić do pracy na morze tylko wtedy, kiedy ma to sens, jest uzasadnione ekonomicznie i naukowo, czyli w czasie, gdy na morzu panują jego niskie stany. Silny wiatr nie zawsze negatywnie wpływa na przebieg prac pomiarowych (np. na akwenach osłoniętych), jednakże na otwartym morzu bezpośrednio warunkuje stan morza, zatem

należy unikać pracy w dni z wiatrem o sile powyżej 6ºB (IMOR bezpiecznie żeglować może przy wietrze do 8 ºB).Poważnym ograniczeniem jednostki jest konstrukcyjne ograniczenie - nie powinna ona pływać przy wysokich stanach morza (powyżej 5). Przy forsownym marszu naprężenia w kadłubach są bardzo duże i choć nieniszczące to jednak w skrajnych sytuacjach mogą być niebezpieczne.

Z doświadczeń wynikających z dotychczasowej eksploatacji wiemy, że nawet przy stanie morza 6 maksymalna wartość amplitudy wychyleń nie przekracza 15º - 20º, (Największy, zanotowany przechył boczny miał wartość około 35º), co jak wskazuje doświadczenie, dla tak małej jednostki nie jest niczym nadzwyczajnym i jest porównywalne do jednostek jednokadłubowych tego rozmiaru.

Katamarany są specyficznymi jednostkami morskimi, właściwy im stosunek długości do szerokości (około 3:1) oraz duża wysokość metacentryczna, powodują ich odmienne zachowania na fali w porównaniu do klasycznych jednostek jednokadłubowych. Daje się ono bardziej porównać do zachowania tratwy niż statku pełnomorskiego. Nie zmienia to faktu, że mimo swej odmienności (a może właśnie dlatego) idealnie spełniają funkcje statków badawczych.

R/V IMOR jest całkowicie niewrażliwy na falowanie w zakresie stanów morza 1-3, zatem stanowi doskonałe narzędzie, może być nosicielem bardzo precyzyjnego, wysoko zaawansowanego technologicznie sprzętu pomiarowego. Jego nadzwyczajna manewrowość (spowodowana przez cztery szeroko rozstawione pędniki, zdolne do wykonania obrotu w zakresie 360º), relatywnie duża moc jednostkowa (3 kW na każdą tonę masy), aktywny system pozycjonowania dynamicznego pozwalają mu na poruszanie się w przód i w tył z prędkością do 10 węzłów, do 2 węzłów burtą (w lewo lub w prawo z zachowaniem ustalonego kursu) - przy równoczesnym wykonywaniu skomplikowanych manewrów niemożliwych do wykonania przez klasyczną jednostkę jednokadłubową.


51

Fig. 1. Rysunki oraz zdjęcia statku r/v IMOR (na dole mostek oraz jedna z siłowni okrętowych). Te nieprzeciętne właściwości manewrowe

statku, odpowiednio wykorzystane, pozwalają znacznie rozszerzyć zakres jego stosowania.

Jednakże nietypowa konstrukcja statku, z rzadko stosowanym systemem napędowym i sterowania, stawiają przed załogą niestandardowe wymagania.

Załoga pokładowa, tzn. kapitan i oficer wachtowy prócz dogłębnej znajomości rzemiosła morskiego, zasad prowadzenia bezpiecznej nawigacji czy też obsługi systemów łączności radiowej, muszą posiadać także inne, rzadko

spotykane umiejętności jak choćby dogłębną znajomość geofizycznych technik pomiarowych, korzystania z komputerowych systemów dynamicznego pozycjonowania, obsługi wielu różnych systemów komputerowych, którymi naszpikowane jest całe otoczenie oficera pokładowego (na stanowisku oficera wachtowego pracuje 9 różnych komputerów wspomagających jego pracę).

Obsługą statku zajmują się dwie pięcioosobowe załogi pracujące w systemie zmianowym.


52

W skład każdej z załóg wchodzi: kapitan jednostki, oficer wachtowy, oficer mechanik i dwóch marynarzy. Tak niewielka ilość załogi nie ogranicza możliwości pływania statku, gdyż może on pracować przez 24 godziny na dobę. Możliwe jest to dzięki dwóm cechom statku:

Całkowitym zautomatyzowaniu obu siłowni (jednostka posiada klasę AUT I pozwalającą na ich bezwachtową pracę),

Wyposażeniu w system DP który, prócz dynamicznego pozycjonowania statku na zadanej pozycji, posiada możliwość zautomatyzowania procesu sterowania do tego stopnia, iż po wprowadzeniu współrzędnych kolejnych punktów zadanej drogi system zdolny jest do samodzielnego przejścia od punktu do punktu, wykonywania zwrotów, zatrzymania się na wcześniej określonym punkcie. Po zakończeniu zadanego manewru statek zatrzymuje się w oczekiwaniu na kolejną decyzję oficera wachtowego. Wszystkie te manewry wykonywane są

bardzo precyzyjnie z uwzględnianiem aktualnie panujących warunków zewnętrznych takich jak dryf i znos powodowane przez prądy morskie i wiatr. Komputer sterujący statkiem potrafi pozyskać tę informację z zewnętrznych czujników i nauczyć się jak manewrować, aby zniwelować wpływ wiatru i prądu na kurs lub pozycję statku.

Bardzo ciekawie rozwiązano system napędowy. R/V IMOR wyposażony został w nowoczesny napęd typu spalinowo-elektrycznego. Statek posiada 3 generatory prądu zmiennego. Dostarczają one energię elektryczną dla napędu głównego (2 pędniki - stery azymutalne) oraz napędu pomocniczego (2 dziobowe stery wodnostrumieniowe), a także wszystkich urządzeń pokładowych w tym: systemów pomocniczych, klimatyzacji, urządzeń nawigacyjno-pomiarowych, a także socjalnych.

System napędowy statku jest na tyle elastyczny, iż z powodzeniem możliwe jest pływanie w dowolnych jego konfiguracjach: tylko na 2 pędnikach głównych (do 10 węzłów), tylko na 2 pędnikach pomocniczych (do 4 węzłów) lub na dowolnym z pędników, a także przy dowolnej ich konfiguracji i to zarówno w systemie sterowania ręcznego jak i automatycznego.

Co ciekawe, możliwe jest też pływanie przy pracy dowolnej liczby z dostępnych generatorów. W trakcie eksploatacji testowano pływanie przy zasilaniu przez jeden, dwa lub trzy generatory –

także w dowolnej ich konfiguracji – nawet na najmniejszym z nich. Pozwala na to system automatycznego zarządzania energią. W sposób ciągły nadzoruje on dostępną ilość energii elektrycznej wytworzonej przez pokładową elektrownię i udostępnia układom napędowym taką jej ilość, że niemożliwe jest przeciążenie nawet najmniejszego z generatorów, nawet w sytuacji popełnienia błędu przez oficera wachtowego.

Fig.2 Pędniki dziobowe (u góry) oraz rufowe

(u dołu).

Pędniki firmy Schottel napędzane są silnikami

elektrycznymi sterowanymi falownikami firmy

TESS (3 x 0 ÷ 400 V, 0 ÷ 50 Hz) sterowanymi z

mostka i systemu pozycjonowania

dynamicznego.

Zastosowany system napędowy umożliwia

bardzo ekonomiczną eksploatację statku, jako że

kierujący nim oficer w każdej chwili może

dostosować aktualną konfigurację elektrowni

okrętowej do wybranej konfiguracji systemu

napędowego i bieżącego zapotrzebowania na

moc. Pozwala to na znaczne oszczędności

zużywanego paliwa. Z doświadczenia wiemy, że

możliwe jest utrzymanie jednostki w ruchu już

przy zużyciu 12 kg paliwa na godzinę pracy,

choć w czasie prowadzenia prac pomiarowych

średnie zużycie waha się od 20 do 25 kg paliwa

na godzinę ruchu, a w czasie przejścia morzem z

prędkością około 8 węzłów nie przekracza ono


53

60 kg/h. Tylko w skrajnych warunkach – przy

prędkości maksymalnej tj. 10,5 węzła może

osiągnąć wartość około 125 kg/h. Rozdzielenie

elementów elektrowni okrętowej, poprzez

umieszczenie dwóch generatorów w prawej i

jednego w lewej siłowni, a także możliwość

użycia dowolnego z czterech pędników jako

pędnika utrzymującego jednostkę w ruchu, w

nadzwyczajny sposób podnosi poziom

bezpieczeństwa jednostki jak i jego załogi w

sytuacjach awaryjnych, np. zalania jednej z

siłowni lub przedziału, w którym umieszczono

silniki napędowe. Jednostka spełnia wszystkie

normy bezpieczeństwa. Została wyposażona w

nowoczesny sprzęt nawigacyjny, łączności w

niebezpieczeństwie (GMDSS) oraz ratunkowy.

Spełnia również wszystkie normy ochrony

środowiska określone w MARPOL.

Wyposażenie badawcze: Dla celów naukowych statek wyposażony został w szereg nowoczesnych urządzeń pomiarowych:

System DP na stanowisku oficera wachtowego Stanowisko operatora system Qinsy

MBES - SeaBat 8125 SSS – EdgeTech 4200

Profilomierz osadów (SBP) Boomer SigEnergy 300


54

USBL – Scout Pro + 3 beacony, z prawej – system nawigacji inercyjnej Hydrins

Fig.3. Wybrane elementy systemów i urządzeń pomiarowych

Statek badawczy IMOROS I

Czerwcu 2013 roku Instytut zakupił statek ratowniczy ZEFIR, który został wycofany ze służby w Morskiej Służbie Poszukiwania i Ratownictwa. Statek został zbudowany w 1967 roku i pełnił służbę na obszarze Południowego Bałtyku. Po zakupie został adoptowany do wykonywania nowych zadań. Wykonano przebudowę części rufowej statku poprzez usunięcie urządzeń holowniczych oraz dodanie ramy typu A o udźwigu 1 tony, wykorzystywanej do pomiarów z użyciem holowanych urządzeń pomiarowych oraz do obsługi pław pomiarowych. W części rufowej zainstalowane zostały dwie windy: hydrograficzna od obsługi sonaru holowanego Edgetech 4200 i 4125, i wyciągowa do obsługi Subbottom Profilera, siatek bongo i innych. Na obu burtach zamocowano systemy mocowań dla sondy wielowiązkowej (Seabat 7125) oraz pozycjonowania podwodnego SCAUT PRO. Całkowicie zmieniono wyposażenie nawigacyjne

na najnowocześniejszy zintegrowany system nawigacyjny firmy FURUNO. Zainstalowano osprzęt komputerowy do wykonywania pomiarów w oparciu o system Quincy 8,5. Obecnie statek IMOROS I przeznaczony do wykonywania pomiarów hydrograficznych, geofizycznych, magnetometrycznych oraz biologicznych na otwartym morzu do odległości 20 mil morskich od brzegu. Zdolny jest do wykonywania poboru prób biologicznych, chemicznych i geologicznych na przybrzeżnych wodach morskich. Wyposażenie pomiarowe: IMOROS I

• MBES Reson 7125 • SSS EdgeTech 4125 DF 600/1600 kHz z

systemem akwizycji Coda • Odbiornik nawigacyjny SPS 851 z

modemem GNSS-a • Magnetometr SeaQuest

Załoga liczy 4 osoby + 4 pomiarowców.

Fig.4. Statek pomiarowy IMOROS I w porcie Łeba, oraz podczas obsługi pław hydrometeorologicznych wystawionych na obszarze farm Wiatrowych Bałtyk Środkowy II i III.


55

Motorówka pomiarowa IMOROS 2 IMOROS 2 (fig.5) jest typową jednostką

pomiarową zaprojektowaną i zbudowaną w celu prowadzenia hydrograficznych prac pomiarowych na wewnętrznych i otwartych wodach morskich w odległości do 5 mil morskich od brzegu. Został zbudowany w 1983 roku, w stoczni Wisła w Gdańsku, jako jedna z wielu jednostek typu MH-1 służących w Dywizjonie Zabezpieczenia Hydrograficznego Marynarki Wojennej. Jej główne parametry to:

Wyporność: 9.1 ton,

Wymiary: 10.9 x 3.4 x 0.7 m

Prędkość: 8 węzłów W służbie hydrograficznej, pod nazwą M-37,

pozostawał do 2008 roku, kiedy to IM w Gdańsku przejął ją i wyremontował. Całkowicie

wymieniono systemy nawigacyjne i radary na nowoczesny zintegrowany system Raymarine. Jednostka została przystosowana do wykonywania prac geofizycznych poprzez wyposażenie jej w ruchomą ramę typu A o udźwigu 1 tony, wyposażono go również w echosondę wielowiązkową SeaBat 7101 oraz sonar holowany Edgetech 4200. W kabinie zamontowano nowoczesne wyposażenie elektroniczne, system QINSy v.8,5 wraz z całym koniecznym osprzętem (fig.5 i 6). Załoga do 6 osób. Jednostka została przygotowana do wykonywania samodzielnych pomiarów na wodach morskich (od plaży do odległości 5 mil od brzegu), śródlądowych i rzekach. W roku 2009 i 2010 m.in. została użyta do pomiarów hydrograficznych na rzekach Ren na odcinku między Duissburgiem i Kolonią (Niemcy), Wisła Przekop oraz Zalew Wiślany.

Fig.5. Pomiary na rzece REN oraz system pomiarowy MBES na jednostce pomiarowej IMOROS 2 w trakcie pomiarów na rzece REN


56

Fig. 6. Schemat układu pomiarowego w trakcie pomiarów z użyciem echosondy wielowiązkowej SeaBat 7101 na motorówce IMOROS 2 oraz łodzi pneumatycznej IMOS ŁM 2 lub 4.

Motorówka pomiarowa IMOROS 3

Motorówka pomiarowa IMOROS 3 -

pierwotnie przeznaczona do rekreacji - obecnie przeznaczona do wykonywania pomiarów hydrograficznych, geofizycznych, magnetometrycznych oraz biologicznych na otwartym morzu do odległości 20 mil morskich od brzegu, oraz na wodach wewnętrznych, rzekach, kanałach i jeziorach. Całkowicie wymieniono systemy nawigacyjne i radar na nowoczesny zintegrowany system Raymarine. Jednostka została przystosowana do wykonywania prac geofizycznych poprzez wyposażenie jej w ruchomą ramę typu A o udźwigu 150 kg, wyposażono ją również w echosondę wielowiązkową SeaBat 7101 oraz sonar holowany Edgetech 4125. W kabinie

zamontowano nowoczesne wyposażenie elektroniczne, system QINSy v.8,5 wraz z całym koniecznym osprzętem (fig.7.) Załoga do 6 osób. Prędkość maksymalna motorówki 25 węzłów. Wyposażenie pomiarowe IMOROS 2


systemem akwizycji Coda, • SPS 851 z modemem GNSS-a, • PHINS, W roku 2011 i 2012 m.in. została użyta do

pomiarów hydrograficznych na rzekach Ren na odcinku Bingen – Koblencja – Kaub (Niemcy), Wisła Przekop oraz Stożek Wisły, w 2013 wykonywała monitoring brzegu od Kołobrzegu do Łeby.


57

Fig.7. System pomiarowy MBES na jednostce pomiarowej IMOROS 3 w trakcie pomiarów na rzece REN ( u podnóża skały Lorelay).

Motorówki pomiarowe IMOS ŁM-2 i ŁM-4

Motorówki typu IMOS są pneumatycznymi

jednostkami pomiarowymi z twardym dnem zaprojektowaną i zbudowaną w celu prowadzenia hydrograficznych prac pomiarowych na wewnętrznych i otwartych wodach morskich w odległości do 3 mil morskich od brzegu. Dwa egzemplarze takiej jednostki zbudowane zostały w wytwórni w Bojanie. Są to typowe jednostki rekreacyjne przystosowane do prac pomiarowych poprzez umieszczenie na kadłubie dodatkowej nadbudowy. Dodatkowa kabina wyposażona w odpowiednie uchwyty pozwala na mocowanie sprzętu pomiarowego, umieszczenie (w bezpieczny sposób) i ochronę systemu komputerowego wraz z dodatkowym agregatem zasilającym cały system. Jednostki te są wykorzystywane do prac pomiarowych na morzu w rejonach strefy przyboju, czyli od plaży

do głębokości około 5 metrów. Dalsze pomiary prowadzi albo motorówka IMOROS 2,3 albo statek IMOR (IMOROS I). Prócz pomiarów na otwartym morzu jednostki te prowadziły prace pomiarowe na polskich rzekach (Wisła, Warta, Narew, San i wiele innych) oraz niemieckich (Ren), kanałach i zbiornikach elektrowni wodnych (kanał derywacyjny EW Dychów, stopień we Włocławku i innych), jeziorach i zalewach (Zalew Wiślany). Załogę motorówki stanowią 2 osoby – operator systemu i sternik. Również te jednostki wyposażono w echosondę wielowiązkową SeaBat 7101 oraz sonar holowany EdgeTech DF 1000 lub zamiennie EdgeTech 4200. W kabinie zamontowano nowoczesne wyposażenie elektroniczne, system QINSy v.8 wraz z całym koniecznym osprzętem (PHINS, SPS 851 z modemem GNSS-a).

Fig. 8. Motorówka IMOS ŁM-4 w trakcie pomiarów na morzu (Kołobrzeg) z prawej stanowisko operatora.


58

JEDNOSTKI CZARTEROWANE

Statek PUCK

W końcu 2013 roku, Instytut Morski wyczarterował od Akademii Marynarki Wojennej w Gdyni statek szkolny PUCK, który wcześniej pełnił funkcje statku hydrograficznego w Dywizjonie Zabezpieczenia Hydrograficznego MW jako kuter hydrograficzny K-2. Po kapitalnym remoncie silnika głównego, remoncie kadłuba i odtworzeniu klasy oraz po przebudowie i przystosowaniu jednostki do prowadzenia pomiarów (dodano windy hydrograficzne, ramę A – 250 kg, mocowania dla MBES i USBL) w marcu 2014 roku statek PUCK rozpoczął realizację pomiarów geofizycznych w projektach związanych z Morskimi Farmami Wiatrowymi na wschód od Ławicy Słupskiej i planowaną Elektrownią Jądrową w rejonie Choczewa. Obecnie przeznaczony jest do wykonywania pomiarów hydrograficznych,

geofizycznych, magnetometrycznych oraz biologicznych oraz obsługi pław hydrometeorologicznych na otwartym morzu do odległości 20 mil morskich od brzegu. Parametry statku

Długość 18,74 m

Szerokość 4,20 m

Pojemność rejestrowa 84 RT

Pojemność netto 14 ton

Zanurzenie 1,5 metra

Prędkość max. 8 węzłów

System pracy – 24h/dobę

Autonomiczność – 3 doby Wyposażenie pomiarowe:


windą kablową i systemem akwizycji Coda

• BX 892 z modemem GNSS-a • Hydrins IxSea • Svp 15

Fig. 9. Statek PUCK, z lewej po przebudowie, z prawej w barwach Akademii Marynarki Wojennej.

Katamaran ENDURO

W czerwcu 2014 roku został do Polski sprowadzony z Anglii szybki katamaran typu Catapult 12 przeznaczony do obsługi Morskich Farm Wiatrowych, wykorzystywany przez angielskiego właściciela jako jednostka turystyczna dla wędkarzy pod nazwą CRIMSON TIDE. Nowy, polski właściciel nadał jej nowe imię ENDURO. W Polsce jednostka została wynajęta przez firmę MEWO i przebudowana do celów pomiarowych. Wyposażono ja w systemy umożliwiające wykonywanie pomiarów hydrograficznych, geofizycznych, magnetometrycznych oraz biologicznych na otwartym morzu do odległości 60 mil morskich od brzegu, oraz na wodach wewnętrznych, rzekach, kanałach. Jednostka została

przystosowana do wykonywania prac geofizycznych poprzez wyposażenie jej w ruchomą ramę typu J o udźwigu 150 kg, wyposażono ją również mocowania do urządzeń pomiarowych takich jak: echosondę wielowiązkowa SeaBat 7101 oraz sonar holowany Edgetech 4125. W kabinie zamontowano nowoczesne wyposażenie elektroniczne, system QINSy v.8,5 wraz z całym koniecznym osprzętem (fig.7.) Załoga do 12 osób.


59

Prędkość max. – do 28 węzłów, ekonomiczna 14 węzłów.

Długość 12 metrów,

Szerokość 5 metrów

Autonomiczność do 7 dni.

Fig. 10. Motorówka ENDURO na Morzu Północnym jako CRIMSON TIDE, po prawej w porcie jachtowym w Gdyni już jako ENDURO.

PRZYSZŁOŚĆ FLOTY INSTYTUTU MORSKIEGO W GDAŃSKU

Od 2013 roku trwają prace nad autorskim rozwiązaniem polegającym na zbudowaniu nowoczesnego statku badawczego o niekonwencjonalnej konstrukcji, który sprosta wyzwaniom XXI wieku i będzie mógł realizować większość zadań dla potrzeb polskiego offshore. W tym celu w Instytucie opracowany został projekt trójkadłubowego statku pomiarowego o nazwie TRIMOR. Cechy charakterystyczne projektu: Statek badawczy trzykadłubowy, z kadłubem stalowym i nadbudówką aluminiową z napędem elektryczno-spalinowym, przeznaczony do prowadzenia zadań pomiarowo-badawczych, do których będzie należało:

• Wykonywanie roli nosiciela i statku bazowego dla co najmniej 3 autonomicznych pojazdów pomiarowych typu AUV wraz z koniecznym osprzętem +LARS

• Wykonywanie roli nosiciela i statku bazowego dla 2 zdalnie sterowanych wiertnic podmorskich (PROD, MEBO lub podobne) każda o masie 12 ton oraz dla 3 kontenerów z systemami sterowania, zapasem części zamiennych, elementami wyposażenia, systemem LARS o łącznej wadze około 70 ton na jeden zestaw. Razem około 140 ton.

• Wykonywanie roli nosiciela zdalnie sterowanego pojazdu podwodnego ROV średniej wielkości o masie do około 1

tony wraz z dwoma kontenerami 20’ o masie około 16 ton.

• Wykonywanie roli nosiciela urządzenia CPT wraz z wyposażeniem o łącznej masie około od 3 ton do 10 ton i Wibrosondy VKG-3/6 wraz z wyposażeniem o łącznej masie około 2 ton.

• Obsługa pomiarowych masztów wiatrowych w okresie wykonywania pomiarów na ustalonych lokalizacjach.

• Wystawianie i obsługa pław i super-pław pomiarowych o masie do 10 ton (wraz z osprzętem takim jak łańcuchy, kotwice o łącznej masie do 40 ton) służących do pomiarów warunków hydrometeorologicznych ze szczególnym uwzględnieniem pomiarów pola wiatrowego – jeżeli do realizacja wybrana opcja super-pław zamiast masztów pomiarowych.

• Wykonywanie pomiarów batymetrycznych i geofizycznych m.in. dla potrzeb budowy farm wiatrowych na wszystkich etapach ich budowy, za pomocą wbudowanego sprzętu pomiarowego oraz dodatkowego sprzętu mobilnego montowanego na pokładzie i w kadłubie w miejscach przygotowanych do czasowego montażu dodatkowego sprzętu pomiarowego, jak również sprzętu holowanego za rufą statku lub wzdłuż burt statku.

• Statek przewidziany jest do pracy i żeglugi na pełnym morzu, w 200 milowej strefie przybrzeżnej, na redach i


60

wewnątrz portów oraz w ujściach większych rzek. Głównie do wykonywania prac wiertniczych z użyciem podwodnych robotów wiertniczych do głębokości 80 m i głębokości wierceń do 60m poniżej powierzchni dna Rejon pływania obejmuje morza: Bałtyckie. Północne,

Kanał La Manche, ocean Atlantycki wokół wysp Brytyjskich, Zatokę Biskajską i Morze Śródziemne, poniżej 60° szerokości północnej i do południka 15° W długości geograficznej. Pływanie w lodach tylko w warunkach lodu pokruszonego.

Fig. 11. Statek badawczy TRIMOR.


61

Podsumowanie

Obecnie jednostka r/v IMOR jest jedynym badawczym statkiem - katamaranem, zbudowanym w ostatnich latach przez polskie stocznie dla polskiego armatora. Celem integracji wszystkich jednostek w jedno pływające laboratorium jest zapewnienie możliwości wykonania kompleksowych prac pomiarowych od plaży do odległości 200 mil morskich od brzegu. Wyposażenie wszystkich opisanych jednostek w echosondy wielowiązkowe, sonary

boczne oraz dodatkowy sprzęt do poboru prób dna pozwala na kompleksowe badania dna w całym zakresie zainteresowania. Statek IMOR może być również wykorzystywany, jako nosiciel małych jednostek, co powoduje, że cały system jest bardzo mobilny i elastyczny. Duży dźwig i spora przestrzeń na rufie statku umożliwia samozaładunek małych jednostek w porcie mobilizacji i samowyładunek w rejonie prowadzenia prac pomiarowych (fig.8).

Fig. 12. Załadunek motorówki IMOROS 2 na IMORA


2

Documents

Materiały konferencyjne II Sympozjum Morskiej Geomorfologii.pdf