curs 2 generalitati, topo, gis, mu 2016.pdf

8/18/2019 Curs 2 Generalitati, Topo, GIS, MU 2016.pdf

1/19

HTCURS 2

NOȚIUNI DE GEODEZIE,TOPOGRAFIE,

TELEDETECȚIE ȘI GIS.

MIȘCARE UNIFORMĂ

CUPRINS Curs 2

1. Noțiuni de Geodezie 2. Noțiuni de Topografie 3. Noțiuni de Teledetecție 4. Noțiuni de GIS (Sisteme de Informație Geografice) 5. Mișcarea Uniformă

1. Generalități 2. Relația lui Chezy 3. Cheia limnimetrică 4. Relația lui Manning 5. Coeficientul de rugozitate al lui Manning

6. Rugozitatea echivalentă pentru albii compuse 7. Calculul debitului în albii compuse

6. Recapitulare.

7. Tema 1

8. Întrebări Conf. D. Nistoran, UPB


2/19

Coordonate geografice –

unghiulformat de raza punctului față deEcuator și Meridianul 0 Longitudine geodezică – arcul /

unghiul la centrul sferei, A, măsurat de la meridianulGreenwich până la meridianullocului (- / V pt. emisfera vestică)

Latitudine geodezică – arcul /unghiul la centrul sferei, A,măsurat de la centrul sferei înraport cu Ecuatorul, până laparalela locului (- / S pt. emisfera

sudică) Altitudine – distanța punctului de

pe suprafața (topografică) aPământului față de elipsoidul care îl aproximează, h.

Conf. D. Nistoran, UPB

33

Noțiuni de GEODEZIE Coordonate geografice

N

E

A

A

''43'2544

''11'526

Ex. Casa Poporului

(din Google Earth)

Suprafațatopografică

4


4

Coordonate carteziene coordonate carteziene – distanțe

(m) ale punctului A (x A, y A, z A)față de un SR Oxyz cu origineain centrul pământului.

Suprafața terestră esteaproximată mai bine printr -unelipsoid (Google Earth), decâtprintr-o sferă.

Axa Oz – axa polilor (înclinată),Ox si Oy – axe în planul

ecuatorial Diferențele dintre coordonatele

geografice calculate pentruacelași punct pe o sferă și unelipsoid sunt relativ mici (la x și y- de ordinul secundelor), însă,gradele transformate în distanțe,(coordonate carteziene) devinmari, 100 m.

elipsoid pt c

z

a

y x

sfera pt R z y x

.1

.

2

2

2

22

2222

a = semiaxa

ecuatorială încercul ecuatorial (1)

c = semiaxa polară încercul meridianului 0

(2)


3/19

Conf. D. Nistoran, UPB 5Conf. D. Nistoran, UPB 5

PROIECTII CARTOGRAFICE

metode de reprezentare în plana suprafetei terestre

asigura corespondenta întrecoordonatele geografice si

ale punctelor de pe elipsoidulterestru si coordonatelerectangulare x si y aleacelorasi puncte pe harta

Pot fi:

Plane / planare

Cilindrice

Conice

Eliptice și pseudocilindrice Toate introduc distorsiuni

unghiulare sau de dimensiuni,deci implicit de suprafață


1. Proiecția cilindrică - UTM(Universal Transversal Mercator)

Suprafața pământului seproiectează pe un cilindru careapoi se desfășoară în plan.

Longitudinea și latitudinea suntlinii drepte

Europa


4/19


2. Proiecțiile pseudo-cilindricăși eliptica

Sacrificăreprezentarea

unghiurilor înfavoarea

reprezentării maicorecte a ariilor

Conf. D. Nistoran, UPB 8Conf. D. Nistoran, UPB

8

4. Proiecția conică (Lambert) Suprafața

Pământului esteproiectată pe uncon, care se

desfășoară înplan.

Harta Romaniei in proiectie conică

N

E

A

A

''43'2544

''11'526

București


5/19


99

3. Proiecții planare Suprafața Pământului este

proiectată pe un plan Se folosesc mai mult pentru

zonele polare sau teritorii rotunde.

În România se folosește din 1973conform STAS proiecția planară(secantă oblică) Stereo(grafic) 70.

Aceasta permite reprezentareaintregii tari pe un singur plan, cuerori liniare relative minime (negative si pozitive).

Polul proiecției este situat incentrul geometric al României, laN de orașul Făgăraș ( = 25º,=46º)

Planul secant e coborât cu 3502mfață de planul tangent la elipsoid. Se folosește pentru harți, planuri

cadastrale (la ANCPI)


Niveluri de referință. Sisteme decoordonate și. Georeferențiere Datum (in soft-urile de GIS) reprezintă originea si

orientarea unui sistem de coordonate carteziene(situat peelipsoidul care aproximează suprafața Pământului) pt. coordonatele carteziene folosite în România (distanțe X,

Y, Z – in m) - sistemul Stereo 70, datum-ul are punctul centralin Dealul Piscului (la observatorul militar), denumit uneori și S- 42 România

pt. coordonatele geografice (unghiuri = longitudine, latitudine – în grade) specifice măsurătorilor cu GPS-ul și folosite la nivel internațional: datum-ul este WGS 84 (ca în Google Earth).

Georeferențiere a unei hărți (digitizare) – aducerea ei laun sistem de coordonate cunoscut, astfel încât fiecarepunct de pe harta digitală obținută să aibă coordonate(latitudine și longitudine) geografice sau carteziene


6/19


Curbe de nivel


GPS (Global Positioning System) de precizie(aprox. 4000 Euro) – poate intra în legăturăprin intermediul antenei sale cu cei 28 sateliți(necesari minimum 3 pentru transmiterea cuexactitate a cotelor).

Determină poziția unui punct princoordonatele sale geografice / carteziene.

Precizia pe verticală în măsurători cinetice / în mișcare – de ordinul cm-m.

Precizia pe verticală a DGPS (GPS-uridiferențiale, la care se folosesc mai multereceptoare), în măsurători statice este deordinul mm (nu ca la GPS-urile navigatorieftine!).

Topometrie 1: INSTRUMENTE DEMĂSURĂ A COTELOR TERENULUI


7/19


Stația totală; Măsurând unghiuri și distanțe calculeazăcoordonatele punctelor. Se pleacă de la borne topo (cadastrale), de coordonate

cunoscute și se verifică ultima cotă calcualtă tot pe o bornă Se poate face o drumuire (măsurători într -un poligon închis)

pentru verficare.

Topometrie 2: INSTRUMENTE DE

MĂSURĂ A COTELOR TERENULUI

drumuire

cu stațiatotală


Pt măsurători de mare densitate: sistemul LiDAR (Light Detection andRanging) din avion

Rezultatul măsurătorilor: reprezentarea digitală a topografiei terestre în DEM (Digital Elevation or surface Model) – Modele Numerice/Digitale de

Elevatie/Altimetrice, sau

DTM (Digital Terrain Model) – Modele Numerice/Digitale ale Terenului

Topometrie 3: INSTRUMENTE DEMĂSURĂ A COTELOR TERENULUI


8/19


Ce este GIS?

GIS (Geographic Information System) esteun sistem computerizat capabil să stochezeși să manipuleze date spațiale.

Este un instrument de analiză, capabil să sărăspundă la interogări, să facă calcule și săproducă hărți interactive

Datele sunt achiziționate din: Ridicări topografice punctuale pe teren cu GPS-ul,

stația totală, sau multipunct, cu sistemul LiDAR Digitizarea hărților (curbe de nivel, alte date)


Tipuri de date GIS

Vector Puncte

Stații hidrometrice (SH) Baraje

Ridicări topograficepunctuale

Linii Curbe de nivel Limita bazinului hidrografic Rețele hidrografice Rețele de drumuri, căi

ferate

Raster Fotografii aeriene Imagini satelitare utilizarea terenului

Fiecare punct din baza dedate, are asociate, pe lângăvaloarea corespunzătoaremărimii definite și pozițiageografică de pe glob


9/19


Ce sunt un Model Digital

(Numeric) al Elevației (DEM) sau alTerenului (DTM) - MNT?

Reprezentarea digitală atopografiei terestre

Indispensabilă pentrumodelări hidrologice: Calcule la nivelul bazinului

hidrografic, aflarea pantelor șidirecției de scurgere a apeipe versanți, formarea rețeleihidrografice

transformarea precipitațiilorde pe versanți în debite.

și pentru modelări hidraulice propagarea viiturilor în albii determinarea hărților de

inundabilitate, a riscului șipagubelor


TELEDETECȚIE și FOTOGRAMETRIE Științele prin care se

măsoară, analizează șiobservă / fotografiază de ladistanță obiecte sauprocese, cu ajutorul unuisenzor transportat de: Sateliți

imagini satelitare (ex.Google Earth) plane, fărăelevație (pot fi gratuite)

Date spațiale – cuelevație (de obicei costacu atât mai mult cu câtsunt mai precise).

Avioane Aerofotograme și

ortofotoplanuri (în plan) Date LiDAR

Aplicații: Monitorizarea inundațiilor Monitorizarea stratului de

zăpadă Monitorizarea calității

aerului


10/19


Imagine satelitara cu masca de apă ainundatiilor produse prin ruperea digului

Dunării la Bistreț (2006) – site RoSA

RoSA

=

Romanian

Space

Agency


Unde găsim hărți georeferențiateși date spațiale? Pt. România – Ex.: site-ul Universității Buc. Facultatea de

Geografie http://earth.unibuc.ro/download/hartile-sovietice-50k hărți la scara

1:50.000 (50k) http://earth.unibuc.ro/harti/

http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70 date spațiale SRTM 1:100.000 (100k)

http://geoportal.ancpi.ro/geoportal/viewer/index.html http://earthexplorer.usgs.gov/

Si multe altele… Tutoriale:

http://www.geotutorials.ro/

Etc.

http://earth.unibuc.ro/download/hartile-sovietice-50khttp://earth.unibuc.ro/harti/http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://geoportal.ancpi.ro/geoportal/viewer/index.htmlhttp://earthexplorer.usgs.gov/http://www.geotutorials.ro/http://www.geotutorials.ro/http://earthexplorer.usgs.gov/http://geoportal.ancpi.ro/geoportal/viewer/index.htmlhttp://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/download/datele-srtm90-reproiectate-in-stereo70http://earth.unibuc.ro/harti/http://earth.unibuc.ro/download/hartile-sovietice-50khttp://earth.unibuc.ro/download/hartile-sovietice-50khttp://earth.unibuc.ro/download/hartile-sovietice-50khttp://earth.unibuc.ro/download/hartile-sovietice-50khttp://earth.unibuc.ro/download/hartile-sovietice-50k


11/19


Programe pentru lucrul cu

hărțile și datele GIS

ArcGis

OpenGIS

Global Mapper și altele… Pentru Hidraulică:

Interfața pentru HEC-RAS (River Analysis Software): HEC-GeoRAS

Pentru Hidrologie:

Interfața pentru HEC-HMS (Hydrologic Modeling Software):HEC-GeoHMS

CAP. 3 MIȘCAREAUNIFORMĂ (M.U.)

Notă: pentru a putea face laseminar problemele de M.U. din

Cap. 3, se va studia acesta înaintea Cap. 2


12/19


Cap. 3. MIȘCAREA UNIFORMĂ 1. Generalități 2. Ecuația lui Chezy. Cheia limnimetrică 3. Relația lui Manning 4. Coeficientul de rugozitate. Valori

5. Rugozitatea echivalentă pentru secțiunicompuse

6. Calculul MU în canale artificiale

7. Exercițiu / Temă


1. Generalități MU Toți parametrii hidraulici (h, A, V, i, rugozitate) rămân constanți de-a lungul

curgerii (în lungul lui Ox), adică în orice secțiune i = J = J e = J f (hlocale = 0) Adâncimea în MU = adâncime normală = hn (de obicei se renunță la indicele n) Specifică scurgerilor prin canale artificiale prismatice, pe sectoare depărtate de

extremitățile acestora. Pe râuri se poate aproxima MU doar pe sectoare prismatice relativ scurte,

pentru calcule primare, simpliste, care să ofere doar rezultate aproximative

i

J e

J

hn

MRV

Lac

MGV MU

x

Cădere hidraulică


13/19


2. ECUAȚIA CHEZY

RiC hV n

i K Ri AC hQ nn )(

i

Q R AC h K nn

= coeficient Chezy

[C]SI = m0.5/s

K n = Debitanța / Modul de debit /Capacitate de transport în MU – independent(ă) de pantă

[K n]SI = m3/s

C (rugozitatea patului, R )

Ipoteze:

• MU (V = ct.), turbulent rugoasă ( 0 = kV 2)• albie prismatică, i > 0

sin. G F ct V f

idx A g dx A g Gdx P V k dx P A F f f

sinsin

2

00

i P

A

k

g hV n

Relația luiChezy

(1.1)

(1.2)

(1.3)

k

g C

C

i > 0

F f G sin

A h

G cos

dx Q

G x

P

V

hn


CHEIA LIMNIMETRICĂ și CURBACAPACITĂȚII DE TRANSPORT

K n

hn

Q(hn )

i creşte

i scade

Q

hn hn

hn

hn

K n(hn )

în MU (permanentă) cheia limnimetrică – dependență biunivocă Q h

În MnP – dependență “în buclă” (histerezis) cotele la sosirea undei de viitură(pe hidrograful ascendent) <

cotele la plecarea undei de viitură(pe hidrograful descendent)

In engleză: rating curveIn franceza: curbe du tarage

Q(h)

ramura

ascendentă

ramura

descendentă

hasc.

hdesc.

Este specifică unei secțiuni transversale


14/19


RELAȚIA LUI MANNING

6

1

6

11

Rk Rn

C St r

Str k n

1 i Rn

V 3/21

n = coeficient Manning de rugozitate

(folosit în țări anglo-saxone și România) k Str = coeficient Strickler de rugozitate

(țări francofone)

[n] = m1/3/s

RelațiaChezy-Manning

Relația lui Manning (- Strickler)

i P A

nQ 3/2

3/5

1

(1.4)

Introducând expresia (1.4) a lui Manning în relația luiChezy (1.1) pentru V și (1.2) pentru Q Relația Chezy – Manning pentru V (1.5),respectiv pentru Q (1.6)

(1.5)

(1.6)


28


mnnnnnn 43210Coeficientul de rugozitate Manning

n0 = valoarea de bază pentru albia dreaptă, uniformă, fără vegetație; caracterizeazămaterialul patului albiei (nisip, pietriș, pământ, beton etc)

n1 = factor de corectie datorat iregularităților patului: 0,01 – iregularități mici, 0,03 – iregularități mari ale patului (ex. dune, adâncuri și vaduri)

n2 = factor de corectie datorat modificărilor de formă și dimensiune ale secțiunii n3 = factor de corectie datorat obstrucțiilor în calea curgerii (insule, pile/picioare de

pod, culee, bușteni etc.) n4 = factor de corectie datorat vegetației (mai mare vara) m = factor de corectie datorat meandrelor (coeficient de meandrare / indice de

sinuozitate)

Variația coef. de rugozitate: cu vegetația

Naturală - sezonieră Antropică - prin întreținerea (“toaletarea”) albiilor

Cu debitul / nivelul

hn

Q(hn )

n2

Q

h

h2

h1

l

L

l Lm


15/19


2929

4. VALORI ORIENTATIVE ALE

COEFICIENTULUI DE RUGOZITATE

Materialul albiei râuluisau cămășuielii canalului n0 kS

Canale drepte cu taluz betonat 0.012 – 0.016 60 - 80

Canale drepte, cu taluz neprotejat,

(din pământ) și puțină vegetație 0.02 – 0.025 40 - 50

Râu cu pietriș și vegetație în albie 0.025 – 0.035 20 – 40

Râuri de munte cu bolovani 0.03 – 0.05 20 – 35

Albie majoră cu vegetație 0.06 – 0.1 10 - 15

Experiența inginerească pentru a stabili o valoare a coeficientului de rugozitateeste indispensabilă! Valoari reale pentru un anumit râu se obțin prin modelare numerică hidraulică șicalibrarea modelului pe date măsurate de niveluri și debite.Mai multe informații se pot găsi la www.fhwa.dot.gov/bridge/wsp2339.pdf


n = 0,023

n = 0,031

n = 0,11

n = 0,14

http://www.fhwa.dot.gov/bridge/wsp2339.pdfhttp://www.fhwa.dot.gov/bridge/wsp2339.pdf


16/19


Din manualul Hydraulic

Reference HEC-RAS:

valorile lui n pentru

albii minore și majore


Din Hydraulic

Reference

HEC-RAS :

valorile lui n pentru

canale artificialeEtanșate


17/19


Din manualul Hydraulic

Reference

HEC-RAS:valorile lui n pentru

albii excavate sau

dragate


In Română: Îndreptar pentru calcule hidraulice Kiselev, Ed. Tehnică, 1988


18/19


5. RUGOZITATEA ECHIVALENTĂ

PENTRU ALBII COMPUSE

3/2

3/2

1

5.1

P

P n

n

N

i

ii

e

P 2 , n2

P 1, n1

P 3, n3

Horton-Einstein

2/1

2/1

1

2

P

P n

n

N

i

ii

e

Pavlovski

P 1, P 2 , … P N

(n1, n2 , … nN )

N

i i

ii

e

n

R P

PRn

1

3/5

3/5Lotter

36Conf. D. Nistoran, UPB

36

Calculul debitului pentru albiicompuse

AMs

AMs

AMs

AMs

AMd

AMd

AMd

AMd

am

am

am

am

AMs AMd amt i P

A

ni

P

A

ni

P

A

nQQQQ

32

35

32

35

32

35

111

am

am L

z i

AMd

AMd L

z i

AMs

AMs L

z i

,

,

L z

P P P

A A A

ni

P

A

nQ

AMs AMd am

AMs AMd am

et

t

e

t

32

35

32

35

11

L AMd

Lam

nam , P am

n AMs , P AMs n AMd , P AMd

A.M.s. A.M.d

A.m.

AAM

Aam

LAMs

Q

Prin însumarea debitelor pe porțiuni

Cu rugozitatea echivalentă


19/19

RECAPITULARE

1. Noțiuni de Geodezie 2. Noțiuni de Topografie 3. Noțiuni de Teledetecție 4. Noțiuni de GIS (Sisteme de Informație Geografice) 5. Mișcarea Uniformă

1. Generalități 2. Relația lui Chezy 3. Cheia limnimetrică

4. Relația lui Manning 5. Coeficientul de rugozitate al lui Manning

6. Rugozitatea echivalentă pentru albii compuse 7. Calculul debitului în albii compuse


Câteva întrebări 1. Ce este Geodezia și ce utilitate are în Hidraulică? 2. Ce este Topografia și ce utilitate are în Hidraulică? 3. Ce este Teledetecția și ce utilitate are în Hidraulică? 4. Ce este GIS și ce utilitate are în Hidraulică? 5. Dați exemple de valori ale coeficientului de meandrare

și coeficientului de rugozitate pentru un sector de râude munte și de câmpie din România. Ce observati?

6. Cum variază cheia limnimetrică în amonte și aval deun baraj nou construit? Dar în funcție de anotimp(vegetație)? De câte ori pe an (în medie) se traseazăcheile limnimetrice la o SH?

7. Cum se calculează debitul scurs printr -o albiecompusă (la inundație)?


curs 2 generalitati, topo, gis, mu 2016.pdf

Documents