87

Wykorzystanie morskich technik i środkówhydrograficznych w badaniach akwenów

śródlądowych – obszary działań i możliwościKMDR POR. DARIUSZ GRABIEC

Akademia Marynarki Wojennej, Instytut Nawigacji i Hydrografii Morskiej, Zakład Hydrografii

Dla większości osób pojęcia „techniki hydrograficz-ne”, czy ogólnie – „hydrografia” jednoznacznie kojarzone są z morzem, z pomiarami mającymi na celu między innymi dostarczenie odpowiednio pozyskanych i przetworzonych danych pomiarowych dla lepszego poznania środowiska morskiego. Tymczasem, o czym niejednokrotnie zapomina się, pojęcia te odnoszą się także do akwenów śródlądowych takich, jak: jeziora, zalewy, rzeki i kanały. Na wymienionych typach akwenów człowiek od dawien dawna prowadzi róż-norodne formy działalności związane, między innymi, z handlem, wypoczynkiem i rekreacją oraz badaniami na-ukowymi ze szczególnym uwzględnieniem limnologii.

Biorąc pod uwagę ostatnią z wymienionych form działalności można postawić pytanie – czy rzeczywiście możliwe jest wykorzystanie morskich, hydrograficznych środków pomiarowych dla potrzeb badania stanu jezior, a jeżeli tak, to w jakich obszarach działalności? W dalszej czę-ści niniejszego opracowania postaram się przynajmniej czę-ściowo zapoznać czytelnika z działaniami podejmowanymi przez pracowników Akademii Marynarki Wojennej w Gdy-ni w akwenach śródlądowych na terenie praktycznie całe-go kraju. Pozwoli to, z pewnością, na bliższe poznanie wie-lu zagadnień hydrograficznych mogących mieć wpływ na prace prowadzone przez limnologów. Kwestią otwartą po-zostaje określenie stopnia przydatności takich prac. Nie bę-dąc specjalistą w tej dziedzinie nauki ocenę stopnia przy-datności takich technik i środków pomiarowych pozosta-wiam im samym.

Wyjaśnienia, z pewnością, wymaga sprawa wykony-wania pomiarów w akwenach śródlądowych przez instytu-cję związaną raczej z morzem (z racji samej nazwy – Aka-demia Marynarki Wojennej), a nie z jeziorami. Wytłuma-czenie tego jest bardzo proste. Zainteresowanie realizacją pomiarów na jeziorach wynika z konieczności prowadze-nia praktyk i szkoleń hydrograficznych będących integralną częścią programu kształcenia słuchaczy studiów na kierun-ku nawigacja w specjalności hydrografia i geodezja mor-ska. Praktyki takie zasadniczo powinny odbywać się na mo-rzu. Niestety, często się zdarza, że warunki hydrometeoro-logiczne panujące na nim nie dają możliwości pełnego wy-konania zakresu zaplanowanych prac, a wielkość jednostek

pływających nie pozwala na prowadzenie ich w warunkach dłuższego (kilkudniowego) pobytu w rejonie prac. Stąd też w 1997 r. zrodził się pomysł zorganizowania takich praktyk na jeziorze Kosobudno w oparciu o bazę noclegową Ośrod-ka Szkolno-Wypoczynkowego AMW „Cyranka” w miejsco-wości Czernica. Praktyki takie pozwalają na pełną realizację zamierzonych prac i to praktycznie bez względu na kieru-nek i siłę wiatru oraz stan powierzchni wody (stopień sfa-lowania).

Obszary działalności hydrografii w akwenach śródlądowych

Biorąc pod uwagę własne doświadczenia można zdefiniować kilka rodzajów prac hydrograficznych, moim zdaniem zbieżnych z działaniami prowadzonymi przez lim-nologów. W mojej ocenie są nimi:a) Prace batymetryczne, pozwalające na uzyskiwanie

szczegółowych danych na temat głębokości i ukształto-wania dna;

b) Prace poszukiwawcze prowadzone za pomocą sonarów, mające na celu uzyskiwanie informacji na temat obec-ności i rodzaju obiektów dennych;

c) Pomiary geodezyjne w celu określenia przebiegu linii brzegowej, tworzenia mapek zasadniczych, wyznaczania pozycji obiektów nawodnych i podwodnych;

d) Identyfikacja i weryfikacja obiektów podwodnych pro-wadzona za pomocą środków bezzałogowych (pojazd ROV) oraz ludzi (nurkowie);

e) Wybrane elementy pomiarów hydrologicznych (okre-ślenie pionowego rozkładu prędkości dźwięku w wo-dzie, barwy i przeźroczystości wody);

f) Pobieranie próbek dna (czerpak, sondy grawitacyjne) z określonych miejsc;

g) Lokalizacja i wydobywanie małych obiektów podwod-nych nawet w warunkach zerowej widzialności optycz-nej w rejonie dna.

Wymienione powyżej rodzaje prac były, i są nadal, wykonywane nie tylko w ramach wcześniej wymienionych praktyk i szkoleń, ale także na specjalne zlecenia wystawia-ne przez organizacje i instytucje państwowe, samorządowe oraz prywatne (np. sądy, policja, Państwowa Straż Pożarna, gospodarstwa rybackie, ośrodki naukowo-badawcze, urzę-dy miasta i gminy). Każdorazowo działania takie wymagają indywidualnego podejścia w kwestii planowania i realizacji prac hydrograficznych ze względu na często odmienne wa-runki hydrologiczne, ukształtowanie dna i linii brzegowej, rodzaj i wielkość poszukiwanych obiektów itp. Jednak ce-chą wspólną jest stosowanie jednakowych standardów do-kładności pomiarów odpowiadających warunkom realiza-cji prac prowadzonych w morskich akwenach zaliczanych do tzw. kategorii specjalnej. Kategoria ta cechuje się bar-dzo wysokimi wymaganiami, zarówno w kwestii dokład-ności określenia pozycji, jak i przetwarzania danych. For-

PREZENTACJE

88 89

ma sprawozdania jest rzeczą otwartą i wynika z możliwości wykonawcy oraz oczekiwań strony zamawiającej. Mogą być nimi np. tylko echogramy zarejestrowane na wybranych profilach, plany batymetryczne, planszety szczegółowe, nu-meryczne modele dna z przekrojami pionowymi, mozaiki dna, wykazy pozycji, atesty czystości dna, zdjęcia podwodne oraz charakterystyki wykrytych lub wydobytych obiektów podwodnych. Przykładowe formy sprawozdawczych opra-cowań batymetrycznych zaprezentowano na ryc. 1 i 2.

Możliwe jest także wykonanie bardziej zaawanso-wanych form przetwarzania danych, np. numerycznych modeli dna, które często pozwalają na lepsze zrozumienie ukształtowania dna, a przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania na dokonywanie przekrojów pionowych na zadanym profilu.

Hydrograficzne środki pomiarowe Biorąc pod uwagę rodzaje prac hydrograficznych

przydatnych w badaniach limnologicznych należy wspo-mnieć o hydrograficznych środkach pomiarowych. Ich za-daniem jest w głównej mierze zapewnienie możliwości uzy-skania wszelkich niezbędnych danych pozwalających w wy-niku procesów przetwarzania uzyskiwać żądane materia-ły i informacje wyjściowe (sprawozdawcze). W dotychcza-sowych pracach prowadzonych przez AMW w akwenach śródlądowych wykorzystywano między innymi:- sonar holowany posiadający możliwość pracy na kanale

HF (ok. 500 kHz) oraz LF (100 kHz);- sonar opuszczany przeszukania okrężnego i sektorowego

wysokiej rozdzielczości;

Ryc. 1. Przykładowe formy opracowania danych batymetrycznych (planszety, profile, plany batymetryczne). Źródło: D. Grabiec (po-miary i opracowanie AMW).

Ryc. 2. Przykłady numerycznych modeli dna opracowanych na pod-stawie danych batymetrycznych. Źródło: D. Grabiec [A, B], dZH MW [C].

88 89

- dwukanałową echosondę hydrograficzną, mającą możli-wość pracy na częstotliwości 120 kHz oraz 710 kHz;

- pojazd podwodny zdalnie sterowany, wyposażony w ka-merę cyfrową oraz manipulator (ramię z uchwytem);

- magnetometr holowany;- zestaw urządzeń i przyrządów hydrologicznych i zabez-

pieczających pomiary;- zestaw przyrządów geodezyjnych (teodolity, tachimetr

elektroniczny, GPS RTK).Użycie ww. środków pomiarowych każdorazowo

jest uzależnione od rodzaju prac oraz oczekiwanych rezul-tatów końcowych. Należy tu także nadmienić, że wszystkie te środki można instalować nawet na doraźnie przystoso-wanych jednostkach pływających. Niektóre z nich przedsta-wiono na ryc. 3 i 4.

Uzyskiwane efekty pracW wyniku zrealizowanych w latach 1997-2006 prac

hydrograficznych, przeprowadzonych na akwenach śródlą-dowych (jeziora i zalewy), opracowano kilkanaście doku-mentów sprawozdawczych o różnym stopniu szczegółowo-ści, zależnym od warunków określonych w danym zleceniu i oczekiwań zleceniodawcy. Niemniej, w trakcie ich realiza-cji okazywało się, że wykonane prace dostarczały także sze-reg innych interesujących informacji, związanych z historią danego akwenu, np. odkrycie reliktów drewnianej przepra-wy mostowej, pozostałości rozbitego samolotu z II wojny światowej, próby ukrycia w wodzie elementów z przestęp-stwa, utonięcia czy morderstwa.

Ryc. 3. Przykłady jednostek pływających wykorzystywanych pod-czas realizacji prac hydrograficznych na jeziorach w latach 1997-2006. Źródło: D. Grabiec.

90 91

Ryc. 4. Przykłady hydrograficznych środków pomiarowych wykorzystywanych podczas realizacji pracy hydrograficznych na jeziorach w latach 2003-2006. [A] – pojaz podwodny ROV, [B] – sonar holowany, [C] – GPS RTK, [D] – echoson-da hydrograficzna, [E] – sonar opuszczany, [F] – kwantometr.

A A

B

C

D

E

F

90 91

Doskonałym przykładem może być tutaj sprawa wy-krycia pozostałości drewnianej przeprawy mostowej na granicy jezior Kosobudno i Dybrzk. Relikty te, znajdują-ce się na głębokości ok. 7 metrów, stanowią przedmiot ba-dań i praktyk studenckich, prowadzonych przez Zakład Ar-cheologii Podwodnej UMK w Toruniu. Dosyć często mamy także do czynienia z pewnymi ciekawostkami, choćby taki-mi, jak pozostałości zatopionego lasu na jeziorze Pile (oko-lice Bornego-Sulinowa). Las ten znajduje się na głębokości ok. 23 metrów i wystaje ponad linię dna na wysokość 10-12 metrów. Poniżej, na ryc. 5 i 6, przedstawiono fragmenty ma-teriałów roboczych, prezentujących omawiane powyżej ele-menty. Celem tej prezentacji jest, między innymi, przed-stawienie specjalistom-limnologom aktualnych możliwo-ści technicznych w zakresie wykrywania małych obiektów podwodnych i ich identyfikacji za pomocą środków bezza-łogowych (pojazd ROV) lub nurków.

PodsumowanieUzyskane doświadczenia oraz wyniki potwierdzają

zasadność wykorzystania standardowego wyposażenia hy-drograficznego do prac związanych z badaniem stanu je-zior, zalewów i rzek. Autor niniejszego opracowania zdaje sobie sprawę, że prace takie niekoniecznie muszą pokrywać się z celami limnologii, mogą jednak one stanowić pewien element uzupełniający stan wiedzy na temat procesów za-chodzących w jeziorach (np. sedymentacyjnych). Szczegó-łowe badania batymetryczne mogą dostarczyć wielu cen-nych informacji na temat ukształtowania dna, zmian głębo-kości poprzez porównanie aktualnych danych z archiwal-nymi. Pomiary sonarowe pozwalają na określenie nie tylko położenia obiektów podwodnych, ale także na prowadzenie ich identyfikacji oraz określenia położenia i ukształtowania podwodnych stoków i wzniesień oraz zmian, jakie na nich

Ryc. 5. Pozostałości drewnianej przeprawy mostowej wykrytej środkami hydrograficznymi. Identyfikacja wzrokowa za pomocą nurków. [A] – obraz sonarowy grupy pali wbitych w dno, [B] – echogramy pojedynczych pali, [C] – zdjęcie jednego z pali; [D] – zdjęcie grupy pali. Źródło: D. Grabiec [A,B], AMW-ZTNiPP [C], UMK-ZAP [D].

A

B

C

D

92 93

zachodzą pod wpływem upływu czasu lub celowej działal-ności człowieka. Pomiary takie pozwalają także na wyzna-czanie optymalnych miejsc do pobierania próbek dna.

Wykorzystanie zaś techniki bezzałogowej pozwala w wielu wypadkach zaoszczędzić zarówno czas przeznaczony na wykonywanie prac podwodnych, jak i wyeliminować koniecz-ność wysyłania ludzi, co ma dość duże znaczenie w przypad-ku wykonywania pomiarów na większych głębokościach. Po-jazd typu ROV wyposażony w cyfrową kamerę TV oraz mani-pulator jest w stanie rejestrować i wykonywać proste czynno-ści związane z umieszczaniem lub podejmowaniem niewiel-kich obiektów podwodnych z głębokości sięgającej blisko 300 metrów. Jeżeli dodamy do tego możliwość długotrwałej i cią-głej pracy pod wodą ograniczonej jedynie wytrwałością ope-ratora lub operatorów to uzyskamy w miarę pełny obraz tego, z czym powinna kojarzyć się współczesna hydrografia morska realizowana w akwenach śródlądowych.

Ryc. 6. Obrazy sonarowe „ciekawostek” odnalezionych na dnie jezior podczas prac hydrograficznych. [A] – wraku samochodu, [B] – za-topionego kajaka turystycznego, [C] – „podwodnego” lasu. Źródło: D. Grabiec

Obraz sonarowy zatopione-go kajaka

Wybita tylna szyba i pokrywa bagażni-ka samochodu

Wgnieciony dach samochodu

Cienie hydro-akustyczne od pni drzew

„Ośw iet lone” sonarem gałę-zie drzew

A

C

B