Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko
RAZISKAVE S PODRO
GEODEZIJE IN GEOFIZIKE
17. strokovno sreč anje Slovenskega združenja za
Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko
http://www.fgg.uni-lj.si/sugg/
RAZISKAVE S PODROČ JA
GEODEZIJE IN GEOFIZIKE
2011
zbornik predavanj
č anje Slovenskega združenja za geodezijo in geofiziko
Ljubljana, 26. januar 2012
Slovensko združenje za geodezijo in geofiziko
Č JA
GEODEZIJE IN GEOFIZIKE
geodezijo in geofiziko
ORGANIZACIJSKI ODBOR
Miran Kuhar
Bojan Stegenšek
Janez Goršič
UREDNIŠKI ODBOR
Miran Kuhar
LEKTORIRANJE
mag. Brigita Lipovšek
ORGANIZATOR SREČ ANJA IN ZALOŽNIK
Univerza v Ljubljani
Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo
Jamova 2, Ljubljana
Naklada: 80 izvodov
CIP - Kataložni zapis o publikaciji
Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana
550.3(497.4)(082)
528(497.4)(082)
SLOVENSKO združenje za geodezijo in geofiziko. Strokovno
sreč anje
(17 ; 2012 ; Ljubljana)
Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2011 : zbornik
predavanj / 17. strokovno sreč anje Slovenskega združenja za
geodezijo in geofiziko, Ljubljana, 26. januar 2012 ; [organizator
Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo ; uredniški odbor Miran
Kuhar]. - Ljubljana : Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo,
2012
ISBN 978-961-6884-00-6
1. Gl. stv. nasl. 2. Kuhar, Miran 3. Fakulteta za gradbeništvo in
geodezijo (Ljubljana)
259579904
Predgovor
Spet imamo vsakoletni Zbornik predavanj s strokovnega sreč anja Slovenskega združenja
za geodezijo in geofiziko SZGG. In spet je vsebinsko tako bogat, da lepo opiše, kaj se je na
področ ju geodezije in geofizike pri nas dogajalo v preteklem letu – pa č eprav seveda marsikaj,
kar smo v okviru našega združenja naredili v preteklem letu. Dobra tretjina vsebine se tako ali
drugač e ukvarja z geodezijo – z motnjami sistema za globalno pozicioniranje zaradi
poveč ane Sonč eva aktivnosti, z osnovami geodetskih sistemov in z morfologijo – ali le
majhnega območ ja (ledenik) ali pa površja celega planeta (na primeru Marsa). Seizmologija
se ukvarja s potresi, kot ji zazna državna mreža opazovalnic. Trije prispevki s področ ja
hidrologije predstavljajo model za napovedovanje hidroloških razmer, vpliv podlage na
površinski tok pretakanje vode skozi kraške vodonosnike. Sledijo prispevki o snoveh, ki jih je
v zraku le malo: meteorologija se tokrat v povezavi s fotokemijo posveč a modelom za
napovedovanje onesnaženosti zraka z ozonom in delci, klimatologija podzemnih prostorov pa
vsebnosti ogljikovega dioksida in radona v podzemni jami. S prispevkom o geomagnetnem
observatoriju se krog zaključ i, saj moč na Sonč eva aktivnost vpliva tudi na geomagnetno
polje.
Ta pregled seveda ne pokrije vse dejavnosti SZGG: veliko je odmevnih objav v
mednarodnih in domač ih znanstvenih in strokovnih č asopisih, veliko poroč il na konferencah.
Naši č lani so dejavni tudi glede poljudnega obvešč anja javnosti, dosegli pa so tudi
marsikatero javno priznanje. Tako lahko kar ponovim zadnji stavek iz Predgovora v lanskem
zborniku: "Bera je kar lepa in kaže nam pot naprej!"
predsednik SZGG
Prof .dr. Jože Rakovec
Vsebina
Predgovor ............................................................................................................................... 3
M. Č ekada Triglav - Geodetske in fotogrametrič ne meritve Triglavskega ledenika ............. 7
T. Podobnikar, B SzØkely - Geomorfometrič ne analize Marsa pri uporabi DMR-ja ........... 19
M. Prelovšek, S. Šebela, J. Turk - Spremljanje temperature zraka in CO2 v Postojnskem
jamskem sistemu ob poveč anem številu obiskovalcev ........................................................ 31
S. Berk, K. Bajec, D. Fajdiga, D. Radovan, Ž. Komadina, K. Medved, T. Ambrožič , B. Koler,
M. Kuhar, P. Pavlovč ič Prešeren, S. Savšek, O. Sterle in B. Stopar - Idejni projekt za
kombinirano geodetsko mrežo nič tega reda ......................................................................... 37
R. Žabkar, M. Rus, J. Rakovec - Modeliranje ozona in delcev za območ je Slovenije z
modelskim sistemom ALADIN-CAMx ............................................................................... 45
R. Č op, D. Deželjin - Prvo leto delovanja geomagnetnega observatorija
pod Sinjim vrhom nad Ajdovšč ino ....................................................................................... 57
A. Gregorič , J. Vaupotič , S. Šebela - Vpliv zunanje temperature na koncentracijo
radona v Postojnski jami ...................................................................................................... 63
J. Kogovšek - Raziskave pretakanja padavin skozi vadozno cono kraških vodonosnikov .. 69
O. Sterle, P. Pavlovč ič -Prešeren, B. Stopar - Vplivi dogajanj na Soncu na določ itev položaja
z enofrekvenč nimi kodnimi GNSS-instrumenti: priprava na vrh 24. Sonč evega cikla ....... 79
B. Koler , T. Urbanč ič , K. Medved, N. Vardjan, S.Berk, O. C. D. Omang, D. Solheim,
M. Kuhar - Novi višinski sistem Slovenije in testni model geoida ..................................... 91
S. Petan, N. Pogač nik, M. Sušnik, J. Polajnar, G. Jørgensen - Razvoj sistema za
napovedovanje hidroloških razmer na poreč jih Save in Soč e ............................................ 103
M. Koprivšek - Vpliv različ nih vrst substrata na strukturo hitrosti vodnega toka na primeru
potoka Glinšč ica
*
................................................................................................................ 111
J. Bajc, Ž. Zaplotnik, M. Živč ić , M. Č arman - Izrač un lokalnih magnitud potresov iz podatkov
Državne mreže potresnih opazovalnic
*
.............................................................................. 127
*
nelektorirano
7
Geodetske in fotogrametrič ne meritve Triglavskega ledenika
Mihaela Triglav Č ekada
*
Povzetek
Č lanek prinaša popis izvedbe in rezultatov različ nih izmer Triglavskega ledenika od leta 1952 do
2011. Obseg Triglavskega ledenika sicer je z roč nimi meritvami merjen že od leta 1946 naprej. V
letu 1952 so prvič izvedli prave geodetske tahimetrič ne meritve ledenika. Naslednje tahimetrič ne
meritve so sledile v letu 1995. Z letom 1999 smo prič eli izvajati geodetske meritve oslonilnih toč k
za potrebe fotogrametrič nih snemanj Triglavskega ledenika, ki smo jih do leta 2007 izvajali na
vsaki dve leti. Po letu 2007 se tahimetrič ne in dopolnilne fotogrametrič ne meritve izvajajo vsako
leto.
Uvod
Triglavski ledenik leži na severni strani našega najvišjega vrha na nadmorski višini
2390 do 2560 m (Šifrer, Košir, 1976). Ledenik je nastal v obdobju tako imenovane male
ledene dobe, katere zadnji ledeniški sunek naj bi bil leta 1850 ali nekaj desetletij kasneje.
Takrat naj bi bil ledenik tako debel, da naj bi segal skoraj do vrha Glave (Meze, 1955).
Različ nih zgodovinskih virov, ki prikazujejo obseg Triglavskega ledenika, je zelo
veliko. Tako so nam na voljo prvi slikovni viri že iz sredine 19. stoletja. V Narodnem
muzeju v Ljubljani je na ogled slika M. Pernharta iz leta 1849, ki prikazuje panoramo
Triglava. Na njej ledenik sega vse do roba Triglavske severne stene. Boljšo primerjavo z
novejšimi fotografijami omogoč a fotografija R. Convizcka narejena leta 1897 ob odpravi
tržaških planincev na Triglav (Slika 1) (Gabrovec, Peršolja, 2004).
Slika 1: Triglavski ledenik leta 1897 (foto: R. Convizcka)
Od leta 1946 pa je Triglavski ledenik deležen stalnih opazovanj in raziskav s strani
Geografskega inštituta Antona Melika ZRC SAZU. Sprva so vsakoletne jesenske meritve
ob koncu talilne dobe obsegale merjenje odmika ledu oz. snega od merilnih toč k zarisanih
po grbinah okoli ledenika. Te toč ke so bile več inoma zarisane že v letu 1946. Ta metoda je
bila zelo uporabna samo prvih nekaj let meritev, ko je bil ledenik še precej debel in se je
sklenjeno umikal. Ko pa se je ledenik prič el hitreje tanjšati, je zač el na spodnjem koncu
*
dr., Geodetski inštitut Slovenije, Jamova 2, SI-1000 Ljubljana
8
razpadati na manjše kose. Takrat se je prej omenjeni metodi izmere pridružila še metoda
zarisovanja č rt robu ledenika, torej do kam je ledenik v posameznem letu segal. Več č rt so
zarisali tam, kjer so grbine razkosale ledenik na manjše jezike. Tudi te č rte so v prihodnjih
letih služile za izmero odmika ledenika (Šifrer, Košir, 1976). Da pa bi krč enje ledenika č im
bolj nazorno beležili, so ga tudi fotografirali. Najprej so določ ili stalne toč ke za
fotografiranje: za ujetje celotnega ledenika – Begunjski vrh nad Stanič evo koč o, za ujetje
zgornjega robu ledenika – stalna toč ka blizu nekdanjega totalizatorja na vzhodni strani
ledenika, z Glave in izpod doma na Kredarici (Šifrer, Košir, 1976).
Poleg prej omenjenih preprostih metod izmere oddaljenosti ledenika s pomoč jo
kompasa in vrvi ali metra je bil ledenik deležen tudi nekaj geodetskih meritev s teodolitom.
Prva geodetska meritev s teodolitom je bila opravljena v letu 1952, naslednja v letu 1995.
Z letom 1999 pa so se prič ele geodetske meritve ledenika ali oslonilnih toč k okoli ledenika
za potrebe fotogrametrič ne izmere ledenika.
Leta 1976 so prič eli ledenik redno, približno enkrat meseč no, fotografirati s
panoramskim nemetrič nim fotoaparatom Horizont z dveh stalnih stojišč v okolici
Triglavskega doma na Kredarici (Triglav Č ekada et al., 2011).
Ledenik je bil v letih 1999 in 2000 deležen tudi georadarskih meritev, s katerimi so
izmerili debelino ledenika (Verbič , Gabrovec, 2002).
Klasič ne geodetske meritve
Leto 1952
Še v č asu svojega študija, leta 1952, je Marjan Jenko skupaj z Ivanom Gamsom in
Dušanom Koširjem izvedel prve evidentirane geodetske tahimetrič ne meritve Triglavskega
ledenika. Podatki o izmeri so povzeti po Jenko (2002).
Izmero ledenika in merilnih toč k zarisanih po grbinah okoli ledenika so izvedli med 1.
in 4. oktobrom 1952. Pri izmeri so uporabili teodolit Wild T1 s centezimalno razdelbo in
direktnim odč itavanjem 0,01 grada ter zložljivo trimetrsko tahimetrič no lato in nekaj
trasirk. Merili so smeri, dolžine in višinske razlike med petimi stojišč i. Višinske razlike
med stojišč i so merili obojestransko z natanč nostjo – 5–20 cm na 100 m razdalje (odvisno
od naklona). Dolžine so merili optič no, z natanč nostjo – 20–30 cm na 100 m (odvisno od
naklona). Zač etno stojišč e je bilo poleg stare koč e na Kredarici, tri stojišč a so bila ob robu
ledenika in eno stojišč e na samem ledeniku. Stojišč ne toč ke niso bile stabilizirane. Izmera
je bila izvedena v lokalnem koordinatnem sistemu, saj takrat navezava na državni
koordinatni sistem preko državne triangulacijske mreže še ni bila mogoč a. Državna
triangulacijska mreža je tedaj obstajala le v nižinskih predelih Gorenjske. Višinsko se je
izmera navezovala na vznožje južnega vogala takratnega Doma na Kredarici s koto 2515,0
m, ki je bila povzeta s predvojne topografske karte VGI (1 : 25000). Izmera je bila
orientirana tudi glede na krajevni meridian, saj je Jenko zveč er opazoval tudi orientacijski
priklop na Severnico (z ocenjeno natanč nostjo – 0,005 gradov = 16'').
Izmero so uporabili za kartiranje ledenika in njegove bližnje okolice v merilu 1 : 2500.
Na nač rt je bil dodan še greben Triglava, ki pa ni bil izmerjen, ampak le prenesen s
predvojne topografske karte VGI (1 : 25000). Površina ledenika v tem letu je bila 13 ha.
Slika 2: Na
(izmera, prera
Naslednje geodetske tahimetri
sodelavci Geografskega in
krasa ZRC SAZU. Tega leta so ledenik izmerili s teodolitom z elektroopti
razdaljemerom Leica TCR 307. Dolo
pomoč jo katerih je bila izrač merilnih toč k zarisanih po skalah okoli ledenika od leta 1946 naprej. Ob tedanjem
spodnjem robu ledenika so dolo
oštevilč ene s številkami 51 do 54 in stabi
so izvajali v lokalnem koordinantnem sistemu s približno navezavo na državni koordinatni
sistem preko grafič nih koordinat vogala novega Doma na Kredarici od
merila 1 : 5000. Za potrebe izmere s
enkrat pomerjene v državnem koordinatnem sistemu v okviru merske kampanje 1999
(Slika 3). Toč ke 100–104 so stabilizirane z geodetskim vijakom, na katerem piše "Izmera
jame": ena leži na poboč ju Glave
in ena na vogalu Doma na Kredarici. To
Triglav sredi stabilnega granitnega kamna, ki kaže smeri hribov. Ta to
vijakom.
9
Slika 2: Nač rt Triglavskega ledenika iz leta 1952
(izmera, prerač uni in kartiranje: Marjan Jenko)
Izmera v letu 1995
Naslednje geodetske tahimetrič ne meritve ledenika so opravili 27. septembra 1995
sodelavci Geografskega inštituta Antona Melika ZRC SAZU in Inštituta za raziskovanje
krasa ZRC SAZU. Tega leta so ledenik izmerili s teodolitom z elektroopti
razdaljemerom Leica TCR 307. Določ ili so koordinate 104 toč k na obodu ledenika, s
jo katerih je bila izrač unana njegova površina. Pomerili so tudi koordinate vseh
k zarisanih po skalah okoli ledenika od leta 1946 naprej. Ob tedanjem
spodnjem robu ledenika so določ ili tudi štiri nove merilne toč ke za ro
ene s številkami 51 do 54 in stabilizirane z obstojno barvo. Tahimetri
so izvajali v lokalnem koordinantnem sistemu s približno navezavo na državni koordinatni
č nih koordinat vogala novega Doma na Kredarici od
merila 1 : 5000. Za potrebe izmere so stabilizirali 5 merilnih toč k, ki so bile leta 2001 še
enkrat pomerjene v državnem koordinatnem sistemu v okviru merske kampanje 1999
104 so stabilizirane z geodetskim vijakom, na katerem piše "Izmera
č ju Glave, dve v bližini stabiliziranih stojišč fotoaparata Horizont
in ena na vogalu Doma na Kredarici. Toč ka 102 leži v središč u znaka Zavarovalnice
Triglav sredi stabilnega granitnega kamna, ki kaže smeri hribov. Ta toč ka ni stabilizirana z
ne meritve ledenika so opravili 27. septembra 1995
štituta Antona Melika ZRC SAZU in Inštituta za raziskovanje
krasa ZRC SAZU. Tega leta so ledenik izmerili s teodolitom z elektrooptič nim
č k na obodu ledenika, s
egova površina. Pomerili so tudi koordinate vseh
k zarisanih po skalah okoli ledenika od leta 1946 naprej. Ob tedanjem
č ke za roč ne meritve,
lizirane z obstojno barvo. Tahimetrič ne meritve
so izvajali v lokalnem koordinantnem sistemu s približno navezavo na državni koordinatni
nih koordinat vogala novega Doma na Kredarici odč itanih s karte
č k, ki so bile leta 2001 še
enkrat pomerjene v državnem koordinatnem sistemu v okviru merske kampanje 1999
104 so stabilizirane z geodetskim vijakom, na katerem piše "Izmera
č fotoaparata Horizont
č u znaka Zavarovalnice
Triglav sredi stabilnega granitnega kamna, ki kaže smeri hribov. Ta toč ka ni stabilizirana z
10
Slika 3: Razporeditev poligonskih toč k 100–105 v okolici Triglavskega ledenika, ki so bile
stabilizirane že leta 1995. Na ortofotografiji je označ en tudi obseg ledenika v leta 2007.
Fotogrametrič ne in tahimetrič ne meritve
Geodetska uprava Republike Slovenije že od zač etka 70 let prejšnjega stoletja izvaja
ciklič no aerosnemanje (CAS) celotnega območ ja Slovenije z mersko aerokamero velikega
formata v merilu snemanja 1 : 17500. Snemanje se izvaja v aerofotogrametrič nih blokih, s
katerimi posnamejo celotno območ je Slovenije v ciklu 3 do 4 let. Na posnetkih CAS tako
najdemo tudi Triglavski ledenik, vendar ker so snemanja izvedena v različ nih delih leta, le
redko naletimo na stereopar, posnet v obdobju od septembra do oktobra, ki bi prikazoval
ledenik konec njegove talilne dobe. Uporabni stereoposnetki za fotogrametrič no obdelavo
so iz let 1975, 1992, 1994 in 1998. Poleg posnetkov CAS pa ledenik lahko najdemo tudi na
posebnem snemanju Posoč ja iz leta 1998 (Triglav, 2001).
Ker pa se je ledenik do konca 20. stoletja zelo skrč il po obsegu in volumnu, smo v letu
1999 prič eli s posebnimi fotogrametrič nimi snemanji, ki zajamejo veliko manjše območ je
kot stereopar CAS.
Leto 1999
Na ledeniku so bile prvič izvedene klasič ne tahimetrič ne geodetske meritve za potrebe
izmere oslonilnih toč k za fotogrametrič no snemanje ledenika med 13.–15. septembrom leta
1999, ko je bil ledenik popolnoma razkrit. Uporabljeni so bili elektronski teodolit z
laserskim razdaljemerom Leica TC 403L ter merilne prizme. Poleg izmere oslonilnih in
poligonskih toč k je bil tahimetrič no izmerjen tudi sam obseg ledenika in trije profili na
njem. Geodetska izmera je bila narejena in izravnana v lokalnem koordinatnem sistemu.
Oslonilne toč ke so bile zarisane na kamen z vijolič asto barvo v obliki krogov premera
približno 0,8 m z dodatnimi stranskimi označ bami. Oslonilne toč ke niso bile stabilizirane.
Poleg Geografskega inštituta Antona Melika ZRC SAZU in Geodetskega inštituta
Slovenije so v izmeri leta 1999 sodelovali še sodelavci Inštituta za raziskovanje krasa ZRC
SAZU in DFG Consultinga d.o.o.
V jutranjih urah, še preden je vrh Triglava zač el metati senco na ledenik, dne 15.
septembra 1999 smo s pomoč jo helikopterske enote Slovenske vojske izvedli
aerosnemanje ledenika z merskim fotoaparatom srednjega formata Rolleiflex 6006.
Snemalec je snemanje izvedel iz roke tako, da je bil v helikopter pripet z varovalnimi
pasovi in se je med snemanjem nagibal skozi odprta vrata helikopterja (Slika 5). Posneti so
bili trije pasovi na treh različ nih oddaljenostih od ledenika. Fotogrametrič no snemanje se je
11
izvedlo tudi s tal, s podobnega stojišč a, kot je uporabljeno za panoramski fotoaparat
Horizont. Rezultat fotogrametrič ne izmere je bil nač rt ledenika v merilu 1 : 1000.
Leto 2001
V letu 2001 smo v okolici Triglavskega ledenika izvedli prve GPS-meritve oslonilnih
toč k. Ker so označ be oslonilnih toč k iz leta 1999 med tem že izginile, je bilo stabiliziranih
9 novih oslonilnih toč k (Slika 4). Toč ke so stabilizirane z vijakom privitim v skalo in
zašč itenim z matico. Toč ko signaliziramo tako, da na vijak privijemo 0,5 m dolg drog, naj
pa privijemo še okrogel signal premera 0,6 m, ki je obarvan z rožnato barvo. Signali so
shranjeni v Triglavskem domu na Kredarici. Poleg sodelavcev Geografskega inštituta
Antona Melika ZRC SAZU in Geodetskega inštituta Slovenije so v izmeri leta 2001
sodelovali še 2B d. o. o in Planinska zveza Slovenije. Signale so izdelali in darovali
sodelavci 2B d. o. o.
Slika 4: Stabilizirana oslonilna toč ka iz leta 2001,
posneta ob fotogrametrič nem snemanju 2003 (foto: Miha Pavšek)
Hitre statič ne GPS-meritve oslonilnih toč k smo izvedli 16. in 17. oktobra 2001. Na
poligonski toč ki 04 smo postavili referenč no GPS-postajo, statič na izmera na vsaki
oslonilni toč ki je trajala 20 minut. Oslonilne toč ke smo izmerili na stiku vsake toč ke s
terenom. Na toč kah pod steno vrha Triglava se je ta interval raztegnil, saj ves č as intervala
meritev ni bilo vidno zadostno število satelitov. Poligonska toč ka 04 je bila stabilizirana v
70-ih letih, zato je bila težko določ ljiva s pomoč jo topografije iz tistega č asa, saj so vmes
na novo postavili vetrnico v bližini toč ke, eno navezovalno poligonsko toč ko so prekrili s
heliodromom in izginil je č ep toč ke 04. Zato je bila lega poligonske toč ke 04 – naše
referenč ne toč ke – še enkrat izmerjena s pomoč jo vektorja med njo in toč ko z znanimi
koordinatami v dolini (Kosmatin-Fras et al., 2001).
Fotogrametrič no snemaje smo ponovno izvedli iz roke s pomoč jo helikopterja
Slovenske vojske z merskim fotoaparatom Rolleiflex 6006 (Slika 5). Zaradi slabe
vidljivosti skoraj polovice oslonilnih toč k smo absolutno orientacijo helikopterskih
posnetkov izvedli z minimalnim številom oslonilnih toč k (4 toč ke). Zaradi slabe
razporeditve uporabljenih oslonilnih toč k in velikega območ ja zajema, ki sega tudi izven
območ ja oslonilnih toč k, lahko prič akujemo več ja odstopanja v strmejših delih modela in
na robovih modela. Ker pa nas je v tem letu prehitel že prvi sneg, smo lahko s pomoč jo
stereoposnetkov izmerili samo območ ja prekrita s snegom, samega ledenika pa ne.
12
,
Slika 5: Pogled na ledenik 2001 skozi helikopterjeva vrata med fotogrametrič nim
snemanjem. V desnem vogalu je fotograf Stane Tršan s fotoaparatom Rolleiflex v naroč ju
(foto: Mihaela Triglav Č ekada).
Ker pa je bil stereomodel iz leta 2001 izmerjen in izrač unan v globalnem koordinatnem
sistemu WGS84 ter naknadno transformiran v Gauss-Krugerjev koordinatni sistem, je bil
nanj pretvorjen tudi model iz leta 1999, ki je bil izmerjen v lokalnem koordinatnem
sistemu ter geodetske meritve iz leta 1995, ki so bile prav tako izmerjene v lokalne
koordinatnem sistemu. Pretvorba je bila izvedena s pomoč jo sedemparametrič ne prostorske
transformacije preko devetih veznih toč k vidnih na obeh modelih zajetih na analitič nem
fotogrametrič nem instrumentu Adam Promap. Rezultat fotogrametrič ne izmere je bil nač rt
v merilu 1 : 1000.
Leto 2003
Da bi se izognili novemu jesenskemu snegu, ki nam bi prekril ledenik, smo se na
fotogrametrič no snemanje ledenika v letu 2003 odpravili že 26. avgusta. Nač rtovali smo
tudi stabilizacijo več jega števila zač asnih oslonilnih toč k. Geodetske tahimetrič ne meritve
smo izvedli z elektronskim teodolitom z razdaljemerom Leica TC 403L. Geodetske
meritve smo izvedli v globalnem koordinatnem sistemu, saj smo se navezali na oslonilne
toč ke izmerjene z GPS-meritvami v letu 2001. Poleg novih oslonilnih toč k (6 novih toč k)
smo še enkrat pomerili poligonske toč ke (9 toč k) merjene v lokalnem koordinatnem
sistemu leta 1999 in nekatere merilne toč ke (12 toč k), od katerih so v preteklosti izvajali
roč ne meritve odmika ledenika sodelavci Geografskega inštituta Antona Melika.
28. avgusta smo ponovno izvedli helikoptersko fotogrametrič no snemanje iz roke s
fotoaparatom Rolleiflex 6006. Na treh različ nih višinah nad ledenikom smo posneli tri
snemalne pasove. Za stereorestitucijo smo uporabili posnetke narejene na najmanjši višini
nad ledenikom. Oslonilne toč ke iz leta 2001 smo signalizirali s signali (Slika 4), nove pa
smo stabilizirali z vijakom in pobarvali z neobstojnimi barvami. Izdelek meritev in
fotogrametrič nega snemanja je bil ponovno 3D-nač rt ledenika in terena v njegovi okolici v
merilu 1 : 1000.
Leto 2005
Ker smo želeli pravilno umestiti v prostor tudi starejše podatke in posnetke ledenika,
smo se za razliko od prejšnjih fotogrametrič nih snemanj, ko smo snemali ožje območ je
ledenika, odloč ili, da v letu 2005 posnamemo celotno območ je med robom Triglavske
severne stene in vrhom Triglava. Ker je to širše območ je veliko približno 1,5 km
2
, smo se
13
odloč ili za klasič no aerosnemanje s fotogrametrič no kamero velikega formata Leica RC 30
v barvni tehniki. Aerosnemanje z dveh višin (različ nih meril snemanja) so izvedli
sodelavci Geodetskega zavoda Slovenije v jutranjih urah 25. avgusta 2005. Že dan prej
smo stabilizirali in izmerili nove (13 na novo stabiliziranih toč k) in stare oslonilne toč ke
(Slika 6) na širšem območ ju snemanja.
Slika 6: Razporeditev oslonilnih toč k signaliziranih leta 2005 na izseku ortofota.
Označ ena je tudi pot dostopa do novih oslonilnih toč k (izris: Matija Klanjšč ek).
Sama geodetska izmera oslonilnih toč k je potekala na dva nač ina: izmera novih in starih
oslonilnih toč k na ožjem območ ju ledenika s tahimetrič no izmero in izmera novih
oslonilnih toč k na širšem območ ju s hitro statič no izmero (20-30 minut) ali izmero VRS
RTK GPS, odvisno od dosegljivosti-GSM signala (Kozmus in Stopar, 2003). GPS-izmera
se je vršila v koordinatnem sistemu ETR89, naknadno pa je bila transformirana v Gauss-
Krugerjev koordinatni sistem na osnovi lokalnih transformacijskih parametrov. Pri
tahimetrič ni izmeri je bil uporabljen elektronski teodolit Leica TCR 403, pri GPS-izmeri
pa GPS-sprejemnik Trimble R8. Nove oslonilne toč ke so bile stabilizirane z vijakom in
signalizirane z narisanimi kraki križa rožnate neobstojne barve. Kraki križa so bili široki 20
cm in dolgi 1,5 m (Slika 7).
Žal pa se ves novi sneg iz pretekle zime v č asu naših meritev še ni stalil in je zato tudi
izmerjeni obseg ledenika več ji kot v letu 2003.
Slika 7: Signalizacija oslonilne toč k in njena GPS-izmera v letu 2005
(foto: Matija Klanjšč ek in Blaž Barborič )
14
Obdobje 2007–2011
V letu 2007 nas je pred meritvami prehitel novi sneg v avgustu in zač etku septembra.
Zato smo se na ledenik odpravili 13. in 14. septembra, ko se je novi sneg deloma že stalil.
Namen geodetske izmere in fotogrametrič nega snemanja je bila dokumentacija ožjega
območ ja trenutnega stanja ledenika. Zaradi majhnega obsega ledenika in njegovega robu,
ki je bil deloma prekrit še z novim snegom, smo se odloč ili za detajlno tahimetrič no izmero
njegovega oboda in toč k na sami površini ledenika. Sodelavci Geografskega inštituta
Antona Melika so tako ob sami izmeri določ ili, kje je meja ledenika in kje je novi sneg. To
je tudi poenostavilo fotointerpretacijo posnetkov v pisarni.
Slika 8: Zač asna signalizacija oslonilnih toč k okoli ledenika v letu 2007
(foto: Mihaela Triglav Č ekada)
Tahimetrič na izmera se je izvajala s stojišč a 52 – merilna toč ka geografov, ki je bila
zarisana s trajno barvo in prvič izmerjena leta 1995. Sedaj smo jo navezali na poligonske
toč ke okoli Triglavskega doma na Kredarici in na Glavi (Slika 3). Poligonske toč ke na
obodu in profilih ledenika smo izmerili na vsakih 5 metrov razdalje. Tako smo že na
samem terenu izmerili digitalni model višin ledenika, ki smo ga s pomoč jo stereorestitucije
fotogrametrič nih posnetkov v pisarni samo še zgostili. Skupno smo v dveh dneh
tahimetrič ne izmere izmerili 531 detajlnih toč k.
Slika 9: Zač asna signalizacija oslonilnih toč k na ledeniku v letu 2007
(foto: Mihaela Triglav Č ekada)
Pred terestrič nim fotogrametrič nim snemanjem so bile na novo signalizirane in
izmerjene nove oslonilne toč ke, ki so se ležale neposredno ob robu ledenika in tudi na
samem ledeniku. Oslonilne toč ke na obodu ledenika so bile signalizirane z neobstojno
barvo (Slika 8), toč ke na ledeniku pa z zač asnimi oslonilnimi toč kami (Slika 9). Nove
15
oslonilne toč ke na skalah so bile stabilizirane s trajno označ bo. Terestrič no
fotogrametrič no snemanje z merskim fotoaparatom Rolleiflex 6006 smo izvedli iz
neposredne bližine ledenika (zraven merilne toč ke geografov 52) in s poboč ja poleg
Triglavskega doma na Kredarici (zraven poligonske toč ke 101).
Ker se je kombinacija tahimetrič ne in terestrič ne fotogrametrič ne izmere v letu 2007
izkazala za logistič no enostavno, smo se 27. in 28. avgusta 2008 ponovno lotili enake
izmere. Ledenik je bil tudi tedaj deloma zakrit s starim snegom, zato smo rob ledenika
določ ili na samih terenskih meritvah. Za terestrič no fotogrametrič no izmero smo ponovno
uporabili zač asne oslonilne toč ke na ledeniku in merski fotoaparat Rolleiflex 6006.
Kombinacijo terestrič ne fotogrametrije in tahimetrič ne izmere smo ponovili tudi 22. in
23. septembra 2009. Ledenik je bil v č asu meritev še popolnoma zakrit s snegom iz
pretekle zime, zato smo obod ledenika določ ili na terenu in ga izmerili tahimetrič no. Spet
smo uporabili zač asne oslonilne toč ke ter merski fotoaparat Rolleiflex 6006.
Slika 10: Ledenik 2011 (foto: Miha Pavšek)
Po še eni obilni zimi smo tahimetrič ne in terestrič ne fotogrametrič ne meritve ledenika
ponovili 14. in 15. septembra 2010. Ponovno smo signalizirali in izmerili zač asne oslonilne
toč ke ter uporabili merski fotoaparat Rolleiflex 6006.
V letu 2011 smo ledenik merili 13. in 14. septembra prav tako tahimetrič no in s
terestrič no fotogrametrijo (Slika 10).
Sklep
V č lanku so opisane preproste in geodetske metode izmere umikanja ledenika. Skozi
dolgo zgodovino meritev Triglavskega ledenika, od leta 1946 naprej, se je zvrstilo kar
nekaj različ nih metod kontaktne izmere: od roč nih meritev, klasič nih geodetskih
tahimetrič nih meritev do GPS-izmere po dveh metodah. Geodetske meritve so osnova na
katero se navezujejo tudi brezkontaktne metode izmere, kot so fotogrametrič ne in
georadarske meritve. Poleg različ nih uporabljenih tehnik klasič ne geodetske izmere smo na
ledeniku preizkusili tudi različ ne postavitve fotogrametrič nih snemanj: od terestrič nega,
aerosnemanja iz helikopterja z merskim fotoaparatom srednjega formata do klasič nega
posebnega aerosnemanja z letalom z merskim fotoaparatom velikega formata.
Slika 11: Površine led
Rezultat geodetskih meritev je obod ledenika, ki je osnova za izra
izmerjene še toč ke na površini ledenika, lahko tudi podajamo ocene o prostornini ledenika.
Leta 1952 je ledenik obsegal 13 ha, leta 2007, ko je imel
0,6 ha. Med leti 2008 in 2011 pa je ledenik ohranjal svojo površino, predvsem zaradi
obilnih zim. V teh letih ledenik v
terenu nismo mogli loč iti meje med snegom in led
podobna površini iz 90-ih let prejšnjega stoletja.
Geodetske metode izmere ledenika so dobra osnova za navezavo in kontrolo nemerskih
podatkov. Med take lahko štejemo obdelavo arhivskih nemerskih posnetkov, ki so vir
neprecenljivih zgodovinskih podatkov o podrobnih spremembah površine ledenika še pred
prič etkom klasič nih geodetskih izmer.
Za opis geodetske izmere in kartografske obdelave podatkov iz leta 1952 se
zahvaljujemo g. Marjanu Jenku. Za detajle o
g. Franju Droletu. Zahvaljujemo se tudi oskrbnikom Doma na Kredarici, ki so v vseh letih
bili pripravljeni sodelovati z merskimi ekipami, med drugim so pomagali pri prevozih in
skladišč enju opreme na Kredarici.
SAZU (GIAM), deloma tudi v okviru ARRS
podnebnih sprememb, Projekt ARRS L6
možnost strokovnega sodelovanja na tako zani
Šifrer, M., Košir. D. 1976. Nova dognanja na Triglavskem ledeniku in ledeniku pod Skuto 1963
1973, Geografski zbornik XV/3, Ljubljana.
Šifrer, M. 1986. Triglavski ledenik v letih 1974
Gabrovec, M. 1998. Triglavski ledenik v letih 1986
16
Slika 11: Površine ledenika od 1995- 2011
Rezultat geodetskih meritev je obod ledenika, ki je osnova za izrač un obsega.
ke na površini ledenika, lahko tudi podajamo ocene o prostornini ledenika.
Leta 1952 je ledenik obsegal 13 ha, leta 2007, ko je imel najmanjšo površino, pa samo še
0,6 ha. Med leti 2008 in 2011 pa je ledenik ohranjal svojo površino, predvsem zaradi
obilnih zim. V teh letih ledenik v č asu meritev nikoli ni bil popolnoma razkrit in zato na
č iti meje med snegom in ledom, zato je bila njegova površina zopet
ih let prejšnjega stoletja.
Geodetske metode izmere ledenika so dobra osnova za navezavo in kontrolo nemerskih
podatkov. Med take lahko štejemo obdelavo arhivskih nemerskih posnetkov, ki so vir
neprecenljivih zgodovinskih podatkov o podrobnih spremembah površine ledenika še pred
nih geodetskih izmer.
Zahvala
Za opis geodetske izmere in kartografske obdelave podatkov iz leta 1952 se
zahvaljujemo g. Marjanu Jenku. Za detajle o geodetski izmeri iz leta 1995 se zahvaljujemo
g. Franju Droletu. Zahvaljujemo se tudi oskrbnikom Doma na Kredarici, ki so v vseh letih
bili pripravljeni sodelovati z merskimi ekipami, med drugim so pomagali pri prevozih in
enju opreme na Kredarici. Izmere je finanč no omogoč il Geografski inštitut ZRC
SAZU (GIAM), deloma tudi v okviru ARRS-projekta Triglavski ledenik kot pokazatelj
podnebnih sprememb, Projekt ARRS L6-7136. Sodelavcem GIAM se zahvaljujemo za
možnost strokovnega sodelovanja na tako zanimivem delovišč u, kot je Triglavski ledenik.
Literatura
Šifrer, M., Košir. D. 1976. Nova dognanja na Triglavskem ledeniku in ledeniku pod Skuto 1963
1973, Geografski zbornik XV/3, Ljubljana.
Šifrer, M. 1986. Triglavski ledenik v letih 1974-1985, Geografski zbornik XXVI/3, Ljubljana.
Gabrovec, M. 1998. Triglavski ledenik v letih 1986-1998, Geografski zbornik XXVIII, Ljubljana.
č un obsega. Č e imamo
ke na površini ledenika, lahko tudi podajamo ocene o prostornini ledenika.
najmanjšo površino, pa samo še
0,6 ha. Med leti 2008 in 2011 pa je ledenik ohranjal svojo površino, predvsem zaradi
asu meritev nikoli ni bil popolnoma razkrit in zato na
om, zato je bila njegova površina zopet
Geodetske metode izmere ledenika so dobra osnova za navezavo in kontrolo nemerskih
podatkov. Med take lahko štejemo obdelavo arhivskih nemerskih posnetkov, ki so vir
neprecenljivih zgodovinskih podatkov o podrobnih spremembah površine ledenika še pred
Za opis geodetske izmere in kartografske obdelave podatkov iz leta 1952 se
geodetski izmeri iz leta 1995 se zahvaljujemo
g. Franju Droletu. Zahvaljujemo se tudi oskrbnikom Doma na Kredarici, ki so v vseh letih
bili pripravljeni sodelovati z merskimi ekipami, med drugim so pomagali pri prevozih in
il Geografski inštitut ZRC
projekta Triglavski ledenik kot pokazatelj
7136. Sodelavcem GIAM se zahvaljujemo za
u, kot je Triglavski ledenik.
Šifrer, M., Košir. D. 1976. Nova dognanja na Triglavskem ledeniku in ledeniku pod Skuto 1963-
ki zbornik XXVI/3, Ljubljana.
1998, Geografski zbornik XXVIII, Ljubljana.
17
Gabrovec, M., Peršolja, B. 2004. Triglavski ledenik izginja, Geografski obzornik, str.18-23.
Gabrovec, M. et al. 2005. Triglavski ledenik kot pokazatelj podnebnih sprememb, Projekt ARRS
L6-7136, prvo vmesno poroč ilo, november 2005, Geografski inštitut Antona Melika ZRC
SAZU in Geodetski inštitut Slovenije.
Gabrovec, M. et al. 2006. Triglavski ledenik kot pokazatelj podnebnih sprememb, Projekt ARRS
L6-7136, drugo vmesno poroč ilo, maj 2006, Geografski inštitut Antona Melika ZRC SAZU in
Geodetski inštitut Slovenije.
Gabrovec, M. et al. 2007. Triglavski ledenik kot pokazatelj podnebnih sprememb, Projekt ARRS
L6-7136, tretje vmesno poroč ilo, november 2007, Geografski inštitut Antona Melika ZRC
SAZU in Geodetski inštitut Slovenije.
Jenko, M. 2002. O geodetski izmeri Triglavskega ledenika leta 1952, osebni zapiski, hrani jih arhiv
Geografskega inštituta Antona Melika, ZRC SAZU.
Kosmatin-Fras, M. et al. 2001. Elaborat izdelave topografskih nač rtov Triglavskega ledenika v letih
1999 in 2001, Geodetski inštitut Slovenije, Ljubljana.
Kozmus, K., Stopar, B., 2003. Nač in določ anja položaja s satelitskimi tehnikami, Geodetski vestnik
47:4, pp. 404-413.
Meze, D. 1955. Ledenik na Triglavu in kuti, Geografski zbornik 3, Ljubljana.
Verbič , T., Gabrovec, M. 2002. Georadarske meritve na Triglavskem ledeniku, Geografski vestnik,
74-1, str. 25-42.
Triglav, M. 2001. Določ itev sprememb površja Triglavskega ledenika s fotogrametrijo, diplomsko
delo, FGG, Ljubljana.
Triglav-Č ekada et al. 2011. Acquisition of the 3D boundary of the Triglav glacier from archived
non-metric panoramic images, Photogrammetric Record, 26 (133), str. 111-129.
19
Geomorfometrič ne analize Marsa pri uporabi DMR-ja
Tomaž Podobnikar
*
, BalÆzs SzØkely
**
Povzetek
Prispevek obravnava izbrane možnosti uporabe geomorfometrič nih analiz pri uporabi digitalnega
modela reliefa (DMR) planetov, konkretno Marsa. Primerjali smo geomorfološke znač ilnosti Marsa
s tistimi na Zemlji ter ugotavljali možnosti za primerljivost ter parametrizacijo. Testirali smo štiri
različ ne metode za iskanje geomorfoloških oblik na Marsu, s poudarkom na iskanju vršajev, in
sicer: (1) metodo vizualizacije z različ nimi tehnikami ter vizualno analizo v različ nih merilih, (2)
izdelavo naprednih spremenljivk na osnovi geomorfometrič nih analiz DMR-ja ter klasifikacijo na z
metodo ISOcluster, (3) uporabo več naprednih spremenljivk na osnovi geomorfometrič nih analiz
DMR-ja pri izdelavi odloč itvenega modela vršajev in (4) robustno polkvantitativno klasifikacijo na
osnovi segmentacije. Vse metode dajejo medsebojno primerljive rezultate. Nalogo smo izvajali na
DMR-ju loč ljivosti 50 m, ki je bil izdelan s pomoč jo posnetkov kamere HRSC na satelitu Mars
Express istoimenske misije Evropske vesoljske agencije (ESA).
Uvod
Pri geomorfoloških analizah si lahko pomagamo tako s kvalitativnimi pristopi kot tudi s
kvantitativnimi, med katere spada geomorfometrija. Č eprav je bilo veliko
geomorfometrič nih metod razvitih že pred stoletji, se je geomorfometrija kot veja znanosti
zač ela razvijati šele s praktič no izvedbo digitalnega modela reliefa (DMR) (Miller in
Laflamme, 1958).
Ena zanimivejših vej uporab DMR-ja so analize zemeljskega površja. Razvitih je več je
število metod za klasifikacijo celotnega površja ali identifikacijo in opis izbranih
znač ilnosti površja na podlagi analiz oblik, tekstur, različ nih vrst kontekstov, v več merilih,
na podlagi analiz izvedenih spremenljivk reliefa ipd. (Podobnikar, 2012). Raziskovalci se
danes ukvarjajo predvsem z metodami za obdelavo viskoloč ljivostnih lidarskih podatkov,
ki neposredno uporabljajo oblak zajetih toč k (in ne DMR) ter temeljijo na integraciji
podatkov in metod, na adaptivnih pristopih ipd. (Podobnikar, 2005, Podobnikar in Vreč ko,
2012).
Z analizo površja lahko pri izključ ni uporabi DMR-ja (ali lidarskega oblaka toč k)
nadalje sklepamo na lastnosti in pojave, ki nimajo neposredne zveze s površjem. Sklepamo
lahko npr. na izbrane lastnosti geološke sestave, geofizikalnih procesov in še na
marsikatere naravne (in tudi družbeno-ekonomske) znač ilnosti. To dejstvo še posebej
pripomore pri preuč evanju planetov, lun (naravnih satelitov) ali asteroidov, ki jih zaenkrat
dejansko ne moremo preuč evati in situ, ampak le z metodami daljinskega zaznavanja.
Metodološko je pri tem pomembna zmožnost primerjave znač ilnosti površja, ki jih
poznamo na Zemlji, s tistimi, ki jih preuč ujemo na izbranem planetu. Ne glede na to, da so
fizič ne oz. geomorfološke lastnosti planetov različ ne zaradi različ nih procesov pri
njihovem razvoju, lahko v praksi najdemo veliko relativno podobnih znač ilnosti, ki pa se
zagotovo razlikujejo v nekaterih podrobnostih. Geomorfološke/geomorfometrič ne analize
*
ZRC SAZU, Novi trg 2, SI-1000 Ljubljana in UL, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo , Jamova 2, SI-
1000 Ljubljana
**
Oddelek za geofiziko in vesoljske znanosti, Univerza Eötvös, PÆzmÆny P. sØtÆny 1/C, H-1117 Budimpešta,
Madžarska in TU Dunaj, Inštitut za fotogrametrijo in daljinsko zaznavanje, Gußhausstraße 27–29, A-1040
Dunaj, Avstrija
20
planetov so torej raziskovalni izziv. Primer je preuč evanje lastnosti planetov, s č imer bolje
razumemo procese na posameznem planetu in obratno: razumevanje določ enih znač ilnosti
planetov lahko pomaga pri preuč evanju pojavov na Zemlji.
V č lanku se osredotoč amo na planet Mars. Razprava se zač ne s primerjavo
geomorfoloških znač ilnosti Zemlje in Marsa. Nadaljuje se s predstavitvijo projekta Mars
Express, v okviru katerega se izdeluje natanč en DMR celotnega planeta. Razprava se
zaključ i s predstavitvijo raziskave iskanja vršajev pri uporabi DMR Marsa za izbrana
testna območ ja.
Primerjava geomorfoloških znač ilnosti Zemlje in Marsa
V tem poglavju prikazujemo izbrane znač ilnosti, predvsem (areo)morfološke (Mars =
Ares, Zemlja = Gea), tako na Zemlji kot na planetu Marsu. Slika 1 (a) prikazuje del
največ je doline v našem osonč ju, Valles Marineris na Marsu, z vršaji. Pokrajino, ki je zelo
podobna tisti na Marsu, najdemo v pušč avi Atacama. V prikazanem primeru (b) se dolina z
vršaji zajeda v pušč avsko pokrajino. Razlike v prikazanih primerih so predvsem v
znač ilnostih primerljivih vršajev fine mivke, saj so tisti na Marsu praviloma položnejši.
a) b)
Slika 1 – Pokrajina z dolino: (a) območ je v Vzhodni Candor Chasmi, Valles Marineris,
Mars (6º 18' J, 69º 10' Z) (HiRISE, NASA, 21.1.2008, Google Mars) in (b) podobna
pokrajina v Atacami: dolina reke Lluta (18º 25' J, 70º 00' Z) (fotografija: Podobnikar,
13. 11. 2009)
Naslednji primer prikazuje vulkanizem (Slika 2). Prikazan je največ ji vulkan v našem
osonč ju, Olympus Mons (a), ki je visok 22 km, kaldera je velikosti 60 krat 80 km in
globoka do 3,2 km. Celotna površina vulkana je bistveno več ja od Slovenije. Povpreč ni
naklon vulkana je le 5º. Glede na velikost planeta in dimenzije vulkana, z roba kaldere ne
bi videli podnožja. Na Marsu je sicer še nekaj zelo velikih vulkanov, hkrati pa tudi mikro
vulkanov dimenzij v rangu nekaj 100 m. Zemeljski vulkani so v primerjavi z vulkani istega
tipa na Marsu precej manjši (b) ter drugih proporcev.
21
a) b)
Slika 2 – Vulkani: (a) Olympus Mons, Mars (18º 15' S, 133º 15' Z) (analitič no senč en
relief na osnovi vira: MOLA, NASA), (b) Pomerape in Cerro Prinacota, Atacama
(18º 10' J, 69º 9' Z) (fotografija: Podobnikar, 13. 11. 2009)
Naslednji primer (Slika 3) obravnava sledi, ki jih za sabo pušč ajo vrtinci pušč avskega
peska. Od daleč izgledajo kot dim, ki se lijakasto širi v višino. Nastajajo zaradi lokalnih
anomalij temperature oz. zrač nega tlaka pri segrevanju sonca. Taki vrtinci nastajajo na
več jem delu Zemlje in tudi Marsa. Največ ji in najvidnejši so v pešč enih pušč avah na obeh
planetih. Na Marsu že nekaj č asa opažajo temne (redko tudi svetle) sledi, ki ostanejo za
takimi vrtinci (a). Do pred kratkim je bil vzrok za nastanek sledi za vrtinci neznanka, poleg
tega pa podobnega pojava niso opazili na Zemlji. Uganko je razrešila skupina z Reissom
(b), ki je v pušč avi Turpan, Kitajska (Grossman, 2011), ugotovila, da vrtinec odstrani zelo
fino mivko, katere zrna so manjša od približno 60 µ m. Sledi vrtincev so našli tako na
satelitskem posnetku kot pri terenskem pregledu. Te sledi so sicer precej manj izrazite kot
tiste na Marsu. V opisanem primeru podobnega pojava na Zemlji verjetno še dolgo č asa ne
bi odkrili, č e ne bi imeli oč itnega zgleda na Marsu.
a) b)
Slika 3 – Vrtnici pušč avskega peska: (a) Mars (26º 40' S, 62º 50' V) (HiRISE, NASA,
24. 8. 2009), (b) pušč ava Turpan, Kitajska (42º 40' S, 89º 50' V) (Reiss et al. 2011,
Quickbird 3. 4. 2005)
Primer pokrajine, za katero še niso našli odgovarjajoč e na Zemlji, je t. i. geomorfološka
oblika »švicarski sir«. Vzorci te pokrajine se spreminjajo (območ ja vboklin »rastejo« 1 do
3 m letno) in jih najdemo na južnem polu Marsa (Slika 4). Predvidevajo, da gre za sloje
22
zmrznjenega ogljikovega dioksida (CO
2
) v debelini okoli 8 m in dimenzij nekaj sto metrov,
ki ležijo na ledu vode (H
2
0) (Byrne, 2002).
Slika 4 – Pokrajine na Marsu, za katere še niso odkrili primerljivih na Zemlji: primer za
obliko z imenom »švicarski sir« v bližini južnega pola (HiRISE, 28. 8. 2007, NASA)
Poleg obravnavanih primerov je na planetu Mars še veliko drugih primerov
geomorfoloških oblik in površinskih procesov, ki so relativno enostavno primerljivi s
tistimi na Zemlji. Primeri tistih, ki so relativno dobro raziskani, so proženje plazov in
nastajanje vršajev (v daljni preteklosti so jih oblikovale tudi reke), meteoritski kraterji (teh
je na Zemlji vidnih le 182; Earth Impact Database, 2011), okamneli tokovi lave, klifi,
pušč avske eolsko oblikovane sipine ipd. Manj raziskani so gejzirji, č rne č rte (drug material
pod plazovi prahu (?), voda (?), organizmi (?)) itd.
Pri raziskavah planeta Marsa s pomoč jo senzorjev (tipal) daljinskega zaznavanja se
sooč amo z naslednjimi pomembnejšimi razlikami v primerjavi z opazovanji na Zemlji:
• atmosferski vplivi so na Marsu manjši kot na Zemlji [prednost]
• na Marsu ni vegetacije in (še zelo malo) antropogenih vplivov [prednost]
• površje Marsa je precej manj razgibano kot zemeljsko ter pušč avsko [problem
slikovnega ujemanja in s tem položajne natanč nosti prostorskih podatkov]
• površje Marsa je precej starejše od zemeljskega (predvsem posledica neizrazite
tektonike, manj izrazite erozije, vulkanizma, procesov poledenitve ipd.), kar se odraža
npr. tudi v tem, da je na Marsu vidnih veliko meteoritskih kraterjev [procese
spreminjanja površja lahko spremljamo dlje v preteklost]
Projekt Mars Express in DMR planeta
Misija oz. odprava Evropske vesoljske agencije (ESA) Mars Express (2011) je dobila
ime po umetnem satelitu, ki so ga izstrelili z Zemlje 2. 6. 2003. Satelit je v orbiti Marsa od
25. 12. 2003. Naziv »express« je misija dobila zato, ker je bila cenejša od primerljivih,
poleg tega pa je bila njena izvedba relativno hitra. Misijo še vedno podaljšujejo, trenutno
predvidevajo, da jo bodo zaključ ili leta 2014. Satelit ima maso 1120 kg in je opremljen z
velikim številom instrumentov.
23
Za izdelavo DMR-ja je najpomembnejši instrument »High Resolution Stereo Camera«
(HRSC) (Jaumann et al., 2007). Gre za kamero (fotografski aparat) dimenzij 515 x 300 x
260 mm, mase 20,4 kg, porabe 48,7 W, s 5 pankromatskimi in 4 barvnimi kanali (modri,
zeleni, rdeč i in NIR) t. i. »full colour«, s poljem vidnosti 11,9º, s senzorjem CDD 9 x 5272
pikslov (stereo kot ± 18,9º), z loč ljivostjo 10 m/piksel (maksimalno 2 m), s širino signala
52,2 km (vsi podatki so izrač unani glede na orbito 250 km višine). Kamera vsebuje tudi
»Super Resolution Channel« (SRC). Izdelali so jo skupaj na DLR, FU Berlin in ESA. Gre
torej za projekt Evropske vesoljske agencije s 43 raziskovalnimi skupinami iz 10 držav
(brez Slovenije).
Izdelan je bil DMR z loč ljivostjo 50 m in natanč nostjo okoli 10 m (Heipke et al., 2007),
ki je bil dodatno izboljševan (predvsem zaradi napak slikovnega ujemanja na
geomorfološko neizraziti pokrajini, slabih kontrastov na več jih osvetljenih ali osenč enih
površinah, ujemanja pasov in interpolacije ter s tem pojavljanja grobih napak, Slika 5).
Problem je tudi različ na loč ljivost originalnih posnetkov, kar je posledica izrazito eliptič ne
orbite satelita Mars Express. DMR je izdelan na osnovi stereoparov ter slikovnega
ujemanja. Mars je v več jem delu pokrit z DMR-jem te loč ljivosti, kar pomeni, da imamo za
Mars kot celoto na voljo DMR več je loč ljivosti kot za Zemljo.
Ob tem velja omeniti tudi druge DMR-je planeta Marsa. Trenutno najboljši DMR za
celoten planet je bil izdelan s pomoč jo instrumenta Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA)
(laserski višinomer) na satelitu Mars Global Surveyor (MGS), NASA (MOLA, 2007).
MGS je bil izstreljen 7. 11. 1996, deloval je do leta 2001. Šlo je za misijo kartiranja Marsa
v treh letih, ki pa je dejansko trajala štiri leta in pol. Prvi podatki so na voljo od leta 2000,
konč na različ ica pa od 7. 5. 2003. Loč ljivost DMR-ja je 128 pikslov na kotno stopinjo ali
pribl. 500 m na ekvatorju. Izboljšan DMR je izdelan na osnovi misije MOLA Mission
Experiment Gridded Data Record (MEGDR) in je na voljo od leta 2003.
a) b)
Slika 5 – (a) DMR HRSC in napake zaradi problemov slikovnega ujemanja na neizrazitem
površju Nanedi Valles (7º S, 48º Z), (b) problem natanč nosti DMR-ja MOLA na poboč ju
Zahodne Candor Chasme, Valles Marineris (6º J, 77º Z) – valovitost reliefa (Google Mars)
Najstarejši digitalni model celotnega Marsa je bil izdelan z digitalizacijo izohips
topografskih kart Marsa v merilu 1 : 2.000.000 in interpolacijo v loč ljivost 64 pikslov na
kotno stopinjo. Najnatanč nejši modeli Marsa so izdelani s pomoč jo instrumenta »High
Resolution Imaging Science Experiment« (HiRISE), NASA, na satelitu Mars
Reconnaissance Orbiter, ki pa so le lokalni in so še posebej uporabni za natanč en posnetek
območ ij pristajanja satelitov (primer za Phoenix, Slika 6).
24
Slika 6 – DMR na osnovi HiRISE (68º S, 126º Z) (NASA, 24. 5. 2008)
Predstavitev raziskave iskanja vršajev pri uporabi DMR-ja Marsa
Nestabilna poboč ja dolin so pogosto pokrita z vršaji (z grušč i ali s podžlebnimi melišč i)
(Podobnikar in SzØkely, 2008). Geomorfološka oblika različ nih tipov vršajev je določ ena z
materialom (gradivom), ki ga sestavlja (pogosto gre za slabo razvršč en material). Oblika
vršajev na Marsu je pogojena glede na Zemlji različ ne okoljske pogoje: manjša gravitacija
(pribl. 38 % zemeljske), (danes) pomanjkanje fluvialne erozije, več prostega materiala
(pogosto vetrnih nanosov), in znač ilna velika območ ja poboč ij – kar pomeni, da so vršaji
pomembne morfološke znač ilnosti na Marsu.
Cilj raziskave je izključ na uporaba DMR-ja. Prednosti uporabe DMR-ja v primerjavi s
posnetki daljinskega zaznavanja so (SzØkely in Podobnikar, 2009): (i) popolna kontrola
procesiranja, saj zanemarimo položaj sonca, vremenske in atmosferske pogoje, (ii)
možnost relativno enostavnega spreminjanja merila in (iii) možnost kombiniranja različ nih
metod. Pomanjkljivosti so: nizka stopnja določ anja detajlov (predvsem za Mars) in
možnost pojavljanja grobih napak na DMR-ju.
Izvedli smo raziskavo iskanja vršajev na različ nih območ jih planeta Marsa. Uporabljali
smo omenjeni DMR HRSC loč ljivosti 50 m. Slika 7 prikazuje pomembnejši testni območ ji
(a) Zahodna Candor Chasma in (b) Nanedi Valles.
a) b)
25
Slika 7 – Testni območ ji za identifikacijo vršajev: (a) Zahodna Candor Chasma (6º J,
77º Z), (b) Nanedi Valles (7º S, 48º Z). Območ ja potencialnih vršajev so vidna kot gladke
površine na poboč jih.
V vseh primerih smo delali vzporedne analize s primerljivimi območ ji na Zemlji,
predvsem na območ ju Slovenije in Avstrije (SzØkely in Podobnikar, 2008). Analize so
predvsem primerjale podobne geomorfološke oblike, podatke ter posledič no parametre
analiz. Pri analizah smo testirali tudi različ no programsko opremo. V nadaljevanju
navajamo štiri napredne tehnike ter rezultate, in sicer:
• metoda vizualizacije z različ nimi tehnikami ter vizualna analiza (v različ nih merilih)
(Podobnikar in Dorninger, 2007, Slika 8),
• izdelava naprednih spremenljivk na osnovi geomorfometrič nih analiz DMR-ja ter
klasifikacija na osnovi ISOcluster (SzØkely et al., 2002; SzØkely in Podobnikar, 2009,
Slika 9),
• uporaba več naprednih spremenljivk na osnovi geomorfometrič nih analiz DMR-ja pri
izdelavi odloč itvenega modela vršajev (SzØkely in Podobnikar, 2009, Slika 10),
• robustna polkvantitativna klasifikacija na osnovi segmentacije (SzØkely et al., 2011,
Slika 11).
Vse tehnike so podrobneje opisane v navedenih publikacijah, v tej predstavitvi pa so
rezultati prikazani le s slikami rezultatov. Navedene tehnike upoštevajo tako kvalitativne
kot kvantitativne pristope.
Slika 8 – Vizualizacija geomorfoloških oblik ter vizualna analiza
(Thaumasia Fossae, DMR HRSC, orbita 266, 43º J, 95º Z)
26
Slika 9 – Klasifikacija na osnovi metode ISOcluster. Površina vršajev je označ ena z rdeč o.
Na območ ju med rdeč ima pasovoma je dolina (vallis), Nanedi Valles
(DMR HRSC, orbita 1235, 7º S, 48º Z).
Slika 10 – Izdelava potencialne ploskve vršajev na osnovi odloč itvenega modela. Temnejši
odtenek pomeni več ji potencial za pojavljanje vršajev, Nanedi Valles (DMR HRSC, orbita
1235, 7º S, 48º Z).
27
Slika 11 – Robustna polkvantitativna klasifikacija na osnovi segmentacije. Č rna barva
predstavlja potencialna območ ja vršajev, Nanedi Valles (DMR HRSC, orbita 1235, 7º S,
48º Z).
Zaključ ki
V razpravi smo primerjali izbrane geomorfološke znač ilnosti Marsa s tistimi na Zemlji
ter ugotavljali možnosti za primerljivost ter parametrizacijo. Osredotoč ili smo se na sloj
28
DMR-ja, in sicer izdelanega na osnovi satelitskih posnetkov kamere HRSC, ki deluje v
projektu Mars Express.
Primerjalno smo uvedli štiri različ ne razvite metode za iskanje geomorfoloških oblik na
Marsu, s poudarkom na iskanju vršajev. Vse metode dajejo primerljive rezultate, in sicer
na podlagi rezultatov medsebojne primerjave in primerjave s podatki Google Mars.
Dosedanja primerjava je temeljila na enostavnem prekrivanju rezultatov in osnovni
statistič ni primerjavi ter na metodah vizualne primerjave (Podobnikar, 2009).
Metode in rezultate kvalitativnih in kvantitativnih analiz bo možno v naslednji fazi
raziskav na več nač inov analizirati in jih integrirati v natanč nejše rezultate, npr.
Podobnikar (2005), Podobnikar in Vreč ko (2012). Nadalje je možno delati na metodah, ki
že v osnovi sinergijsko kombinirajo možnost kvantitativnega in kvalitativnega pristopa
analiz. Primer je analiza kraterjev na Marsu z izdelavo slojev, ki hkrati omogoč ajo
vizualno ovrednotenje dimenzij kraterjev ter numerič no ovrednotenje rezultatov (premer in
globina kraterja) – geomorfometrič ni nač in (Slika 12).
Rezultati študije se lahko npr. posredno uporabljajo za izboljšavo kakovosti DMR-ja ali
pa za izdelavo kart Marsa.
Slika 12 – Spremenljivka za vizualno identifikacijo in merjenje kraterjev
Zahvala: Raziskovalno nalogo je omogoč ila Avstrijska agencija za promocijo znanosti
(FFG) v sestavu Programa avstrijskih vesoljskih aplikacij (ALR-OEWP-CO-413/07) in
njihovih raziskovalnih projektov TMIS, TMIS+ in TMIS-morph (TMIS = Topographic
Mars Information System) v okviru programa ASAP.
Literatura
Byrne, S., Ingersoll, A. P., 2002. A Sublimation Model for the Formation of the Martian Polar
Swiss-cheese Features. American Astronomical Society (American Astronomical Society) 34,
837.
Earth Impact Database, 2011. University of New Brunswick,
http://www.passc.net/EarthImpactDatabase.
Grossman, L., 2011. Mars Dust-Devil Mystery Solved on Earth. Wired Science.
HiRISE, NASA/JPL/University of Arizona.
Heipke, C., Oberst, J., Albertz, J., Attwenger, M., Dorninger, P., Dorrer, E., Ewe, M., Gehrke, S.,
Gwinner, K., Hirschmüller, H., Kim, J. R., Kirk, R. L., Mayer, H., Muller, J.-P., Rengarajan, R.,
Rentsch, M., Schmidt, R., Scholten, F., Shan, J., Spiegel, M., Wählisch, M., Neukum, G. in
29
HRSC Co-Investigator Team, 2007. Evaluating planetary digital terrain models — The HRSC
DTM test. Planetary and Space Science 55(14), 2173-2191.
Jaumann, R., Neukum, G., Behnke, T., Flohrer, J., van Gasselt, S., Giese, B., Gwinner, K., Hauber,
E., Hoffmann, H., Köhler, U., Matz, K.-D., Mertens, V., Pischel, R., Roatsch, T., Reiss, D.,
Scholten, F., Stephan, K., Oberst, J., Saiger, P., Schwarz, G., Wählisch, M., 2007. The High
Resolution Stereo Camera (HRSC) experiment on Mars Express: instrument aspects from
interplanetary cruise through nominal mission. Planetary and Space Science, 55(7-8), 928-952.
Miller, C. L. Laflamme, R. A., 1958. The Digital Terrain Model-Theory & Application. MIT
Photogrammetry Laboratory.
Mars Express, 2011. ESA Mars Express, http://www.esa.int/esaMI/Mars_Express/
MOLA, 2007. Mars Orbiter Laser Altimeter, or MOLA, http://mola.gsfc.nasa.gov/
Podobnikar, T., 2005. Production of integrated digital terrain model from multiple datasets of
different quality. International journal of geographical information science, 19(1), 69-89.
Podobnikar, T., Dorninger, P., 2007. Enhanced visualisation of Mars surface features from HRSC
DTM. V: European Mars Science & Exploration Conference, Mars Express and ExoMars, 12.-
16. 11. 2007, Noordwijk: ESTEC.
Podobnikar, T., SzØkely, B., 2008. Poskus analize potencialno nevarnih vršajev z DMR-jem. V:
Perko, D., Zorn, M., Razpotnik Visković , N., Č eh, M., Hladnik, D., Krevs, M., Podobnikar, T.,
Repe, B., Šumrada, R. (ur.). Geografski informacijski sistemi v Sloveniji 2007-2008, (GIS v
Sloveniji, 9). Ljubljana: Založba ZRC, 73-81.
Podobnikar, T., 2009. Methods for visual quality assessment of a digital terrain model.
S.A.P.I.EN.S. Special Issue 2 (2), 15-24. http://sapiens.revues.org/index738.html.
Podobnikar, T., 2012. Detecting Mountain Peaks and Delineating their Shapes using Digital
Elevation Models, Remote Sensing, and Geographic Information Systems using Autometric
Methodological Procedures. Remote Sensing (sprejeto).
Podobnikar, T., Vreč ko, A., 2012. Processing of a point cloud for a geomorphologically high
quality DEM. Transactions in GIS (sprejeto).
Reiss, D., Raack, J., Rossi, A. P., 2011. Formation of dark dust devil tracks in the Turpan Desert
(China): comparison with Mars, 42nd Lunar and Planetary Science Conference, Texas, ZDA.
SzØkely, B., Reinecker, J., Dunkl, I., Frisch, W., Kuhlemann, J., 2002. Neotectonic movements and
their geomorphic response as reflected in surface parameters and stress patterns in the Eastern
Alps. EGU Stephan Mueller Special Publication Series, 3, 149-166.
SzØkely, B., Podobnikar, T., 2008. An attempt for automatic detection and visualization of talus
cones from digital elevation data. V: Koneč ný, M., Bandrova, T. (ur.), Second International
Conference on Cartography & GIS, Proceedings 2, Borovec, Bolgarija, 151-159.
SzØkely, B., Podobnikar, T., 2009. A method for automated extraction of Martian talus slopes –
case studies of Nanedi Valles and West Candor Chasma, Mars. V: Purves, R., Gruber, S.,
Straumann, R., Hengl, T. (ur.). Geomorphometry. Zürich: Department of Geography, University
of Zürich, str. 202-207.
SzØkely, B., Dorninger, P., Jansa, J., Podobnikar, T., Koma, Z., Trosits, D., VerebØlyi-Dósa, M.,
2011. Martian and Terrestrial debris slopes: Automated recognition attempts using a multi-
method approach. Geophys. res. abstr., EGU2011-13467-1.
31
Spremljanje temperature zraka in CO
2
v Postojnskem jamskem
sistemu ob poveč anem številu obiskovalcev
Mitja Prelovšek
*
, Stanka Šebela
*
in Janez Turk
**
Povzetek
Ob poveč anem številu obiskovalcev v Postojnski jami smo poleg rednega letnega klimatskega
monitoringa opravili še dodatno študijo spremljanja temperature zraka in CO
2
na izbranih mestih.
Več je število obiskovalcev v č asu praznikov ali prireditev dvigne temperaturo zraka tudi za 0,55
°C, kot je primer iz Koncertne dvorane. Tudi povišane vrednosti CO
2
za 800 – 1100 ppm je
potrebno pripisati antropogenemu vnosu CO
2
ob poveč anih obiskih. Ker je Postojnska jama
naravna vrednota državnega pomena, je glede na aktualno letno število obiskovalcev (500.000)
potrebno redno spremljanje in preverjanje trajnostne rabe jame kot naravne vrednote.
Uvod
V okviru projektov Strokovni nadzor in svetovanje pri upravljanju z jamskimi sistemi,
Klimatski in biološki monitoring jamskih sistemov (financer Postojnska jama, d. d.) ter
Meritve in analiza izbranih klimatskih parametrov v kraških jamah: primer sistema
Postojnskih jam (sofinancer Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS) od 2009
izvajamo redni monitoring jamske klime na izbranih lokacijah.
V zimskem režimu Postojnske jame mrzel zrak prodira v jamo skozi več je vhode. Zrak
se v jami segreje, postane lažji in se dviga proti površju skozi višje vhode ali številne
razpoke. V poletnem režimu je zrač na cirkulacija obrnjena, hladnejši zrak izstopa iz
Postojnskega jamskega sistema skozi spodnje vhode (Gabrovšek in Mihevc, 2009).
Analiza (10 in 15 min) podatkov temperature zraka (od 12. 8. 2009 do 12. 8. 2010) na
treh izbranih lokacijah v Postojnskem jamskem sistemu je pokazala, da je temperatura
zraka najvišja na Veliki gori, ki od treh merilnih mest leži na najvišji nadmorski višini.
Povpreč na letna temperatura tu znaša 11,10 °C. V Lepih jamah, kjer je merilna toč ka 37 m
nižje od Velike gore, se temperatura zraka moč no razlikuje od razmer na Veliki gori. Tu je
povpreč na letna temperatura 10,30 °C, sezonsko gibanje temperature zraka je tu obratno
kot na Veliki gori, kjer opazimo znač ilno sezonsko temperaturno gibanje. Zrak na Veliki
gori se jeseni in pozimi poč asi ohlaja, spomladi in poleti pa lahko opazujemo poč asno
segrevanje. Temperaturna nihanja v Lepih jamah so povezana z dotokom vetra iz
neznanega ozadja (bodisi dihalnikov v povezavi s površjem ali iz neznanih jamskih rovov)
ter z mešanjem različ nih zrač nih gmot, predvsem v zimskem č asu (Šebela in Turk, 2011).
Najbolj obiskano kraško jamo v Sloveniji obišč e letno okrog 500.000 obiskovalcev.
Zato smo v obdobjih poveč anih obiskov opravili analizo primerjave koncentracije CO
2
in
temperature zraka na različ nih lokacijah (Velika gora, Lepe jame in Koncertna dvorana).
Analize so osnova za razumevanje vpliva rabe naravne vrednote in za njeno trajnostno
rabo (Gabrovšek et al., 2011; Šebela, 2011).
Ob poveč anih obiskih smo v jami zaznali poveč anje temperature zraka in povišane
vrednosti CO
2
v zraku (Šebela et al., 2011).
*
ZRC SAZU, Inštitut za raziskovanje krasa, Titov trg 2, SI-6230 Postojna
**
Lunač ka 4, SI-1000, Ljubljana
32
Rezultati meritev temperature zraka in CO
2
Temperaturo zraka smo v obdobju 2009 – 2011 v 10 in 15-minutnih intervalih redno
merili na dveh toč kah v Postojnski jami (Velika gora in Lepe jame). Dodatno mesto
opazovanja smo v analize vključ ili v februarju 2011, in sicer v Koncertni dvorani.
Slika 1 - Temperatura zraka v Postojnski jami na dveh toč kah (Velika gora in Lepe jame),
koncentracija CO
2
v Lepih jamah, zunanja temperatura v °C in dnevno število
obiskovalcev v obdobju od 23. 12. 2009 do 13. 1. 2010
Petnajstminutno koncentracijo CO
2
smo merili na eni lokaciji, in sicer v Lepih jamah.
Opazovana toč ka na Veliki gori je od turistič ne poti oddaljena okrog 50 m in leži na
nadmorski višini 561 m. V Lepih jamah so instrumenti postavljeni na nadmorski višini 524
m in so od turistič ne poti oddaljeni okrog 4 m. V Koncertni dvorani je opazovano mesto na
nadmorski višini 527 m in je od turistič ne poti oddaljeno le 1 m.
Kot najbolj znač ilne primere dviga temperature zraka in vsebnosti CO
2
smo izbrali tri
obdobja (Božič –Novo leto 2009–2010; Božič –Novo leto 2010–2011; Kulturni praznik – 8.
2. 2011). To so tudi obdobja, ko se število obiskovalcev najbolj dvigne glede na sicer slabo
– zimsko-turistič no obdobje leta.
Na Veliki gori, ki je največ ja (240.000 m
3
) podorna dvorana v tem jamskem sistemu, so
temperaturna nihanja ob poveč anih obiskih minimalna (Slike 1, 2 in 3). Opaznejše
33
spremembe so v Lepih jamah, kjer je instrument za merjenje temperature bližje turistič ni
poti kot npr. na Veliki gori. Dvig temperature zaradi poveč anega obiska se najbolj opazi v
Koncertni dvorani (Sliki 2 in 3). Č eprav je tudi Koncertna dvorana več ja podorna dvorana
(150.000 m
3
), pa je treba poudariti, da instrument leži v bolj izoliranem robu dvorane v
neposredni bližini vstopa obiskovalcev na podzemeljski turistič ni vlak, torej na mestu, kjer
se obiskovalci zadržijo v skupini nekaj minut, ker č akajo na vkrcanje na vlak. Ob
upoštevanju teh dejstev je tudi najvišji temperaturni dvig bolj razumljiv.
Slika 2 - Temperatura zraka v Postojnski jami na treh toč kah (Velika gora, Lepe jame in
Koncertna dvorana), koncentracija CO
2
v Lepih jamah, zunanja temperatura v °C in
dnevno število obiskovalcev v obdobju od 21. 12. 2010 do 3. 1. 2011
V obdobju Božič –Novo leto 2009–2010 se je v Lepih jamah temperatura zraka dvignila
za 0,25 °C, ko je število obiskovalcev naraslo s 526 na 2908 na dan (Slika 1).
Koncentracija CO
2
v Lepih jamah je v obdobju od 25. 12. 2009 do 3. 1. 2010 narasla za
1100 ppm ( od 600 do 1700 ppm). Po maksimalnem številu obiskovalcev na dan (2908) so
se vrednosti CO
2
v dveh dneh spustile za 800 ppm (od 1700 do 900 ppm), tako kot se je
znižalo tudi število obiskovalcev, in sicer na okrog 200–400 na dan. Vrednosti CO
2
so po
prvih dneh januarja 2010 ostale za okrog 150–200 ppm višje kot pred 25. 12. 2009,
temperatura zraka pa se je vrnila na stanje pred Božič em 2009. Povišane vrednosti CO
2
in
temperature zraka je potrebno pripisati antropogenemu vplivu na jamsko klimo.
34
Slika 3 - Temperatura zraka v Postojnski jami na treh toč kah (Velika gora, Lepe jame in
Koncertna dvorana), zunanja temperatura v °C in dnevno število obiskovalcev v obdobju
od 4. 2. 2011 do 11. 2. 2011
Č ez eno leto (Božič – Novo leto 2010–2011) smo dodali tudi meritve temperature zraka
v Koncertni dvorani (Slika 2). Pokazalo se je, da se je temperatura v tej dvorani dvignila
kar za 0,4 °C. Število obiskovalcev je naraslo z okrog 160 na 2100 na dan.
CO
2
je kazal podobno gibanje kot v obdobju 2009–2010. V decembru 2010 so bile
vrednosti CO
2
pred poveč animi obiski v jami okrog 700 ppm. Najvišje vrednosti so bile
27. 12. 2010, ko so dosegle 1600 ppm, kar ustreza številu 2169 obiskovalcev na dan. Z
upadom števila obiskovalcev so se znižale tudi vrednosti CO
2
.
Tretji primer je slovenski kulturni praznik 8. 2. 2011 (Slika 3). V enem dnevu se je
število obiskovalcev s 198 povzpelo na 3562 in se nato znižalo na 72 obiskovalcev na dan.
V Lepih jamah smo zaznali dvig temperature za 0,1 °C, v Koncertni dvorani pa za 0,55 °C,
kar je maksimalni dvig temperature, ki smo ga zaznali zaradi moč no poveč anega obiska.
35
Zaključ ek
Postojnski jamski sistem je najdaljša (20.570 m) in najbolj obiskana (približno 500.000
obiskovalcev na leto) kraška jama v Sloveniji. Gre za naravno vrednoto državnega
pomena, zato je potrebno zagotavljati trajnostni razvoj rabe jame kot naravne vrednote.
V letu 2011 je Postojnska jama sprejela 34. milijontega obiskovalca od zač etka
modernega turizma leta 1818. Največ obiskovalcev je jamo obiskalo leta 1985, in sicer
940.000.
Spremljanje temperature zraka in vrednosti CO
2
v obdobju poveč anih obiskov v jami je
pokazalo naslednje rezultate:
• Dvig temperature zraka in vrednosti CO
2
je povezan s poveč anim številom
obiskovalcev.
• Oba parametra (T in CO
2
) se po upadu števila obiskovalcev povrneta na prvotno
stanje. Dvig vrednosti CO
2
za 150–200 ppm pa smo tudi po znižanju števila
obiskovalcev opazili pozimi 2009–2010 (Slika 1). Postojnska jama je izpostavljena
vplivom zunanjih klimatskih razmer, saj je glavni vhod v jamo umetno odkopan od
leta 1866 in je dovolj velika odprtina za izmenjavo zunanjih in jamskih zrač nih gmot
daleč v notranjost jame. Jama je dobro prezrač ena, zato se tudi povišane vrednosti (T
in CO
2
) hitro povrnejo v vrednosti pred poveč animi obiski.
• Vpliv turizma na jamsko mikroklimo je več ji pozimi kot poleti.
• Dvig temperature zraka zaradi poveč anega števila obiskovalcev na Veliki gori in v
Lepih jamah je nižji, kot so letna nihanja temperature na teh dveh lokacijah.
Poleg spremljanja temperature zraka in CO
2
je raziskavo potrebno usmeriti tudi v
razumevanje vpliva rasti lampenflore zaradi poveč anja števila obiskovalcev, v ogroženost
jamske favne, v določ itev stopnje raztapljanja/izloč anja sige glede na povišan vnos
antropogenega CO
2
v jamo, v analizo kvalitete zraka zaradi poveč anega obiska, v
mikrobiološko analizo vnosa delcev, ki prihajajo v jamo z obiskovalci itd. Le tako bo
možno zanesljivo ovrednotiti mejne vrednosti števila obiskovalcev, ki jih Postojnska jama
lahko sprejme, ne da bi ogrozili trajnostno rabo jame kot naravne vrednote.
Literatura
Gabrovšek, F. in Mihevc, A. 2009. Cave climate. 17
th
international karstological school “Classical
Karst”, 15-20
th
June 2009, Guide book & Abstracts, 15-17, Postojna.
Gabrovšek, F., Knez, M., Kogovšek, J., Mihevc, A., Mulec, J., Perne, M., Petrič , M., Pipan, T.,
Prelovšek, M., Slabe, T., Šebela, S. in Ravbar, N. 2011. Development challanges in karst
regions: sustainable land use planning in the karst of Slovenia. Carbonates and Evaporites 26,
365-380, Wien, New York.
Šebela, S. 2011. Expert control and recommendations for management of Postojnska jama, climatic
and biological monitoring. V: Prelovšek, M. in Zupan Hajna, N. (ur) Pressures and Protection of
the Underground Karst – Cases from Slovenia and Croatia, ZRC SAZU, 74-82, Postojna.
Šebela, S. in Turk, J. 2011. Local characteristics of Postojna Cave climate, air temperature, and
pressure monitoring. Theoretical and Applied Climatology 105/3-4, 371-386, Wien, New York.
Šebela, S., Turk, J. in Prelovšek, M. 2011. The influence of tourist visits on microclimate in the
Postojnska jama cave system. V: Gostinč ar, P., Häuselmann, P., Prelovšek, M. in Zupan Hajna,
N. (ur) 19. Mednarodna krasoslovna šola »Klasič ni Kras«, Varovanje podzemnega krasa,
Splošne informacije, program, ekskurzije, povzetki predstavitev, Postojna, 20.-25. junij 2011,
ZRC SAZU, 72-73, Postojna.
37
Idejni projekt za kombinirano geodetsko mrežo nič tega reda
Sandi Berk
1
, Katja Bajec
2
, Dominik Fajdiga
3
, Dalibor Radovan
4
,
Žarko Komadina
5
, Klemen Medved
6
, Tomaž Ambrožič 7
, Božo Koler
8
, Miran Kuhar
9
,
Polona Pavlovč ič Prešeren
10
, Simona Savšek
11
, Oskar Sterle
12
in Bojan Stopar
13
Povzetek
Predstavljen je idejni projekt kombinirane geodetske mreže Slovenije. Kombinirana geodetska
mreža omogoč a združitev treh stebrov geodezije, ki obsegajo geokinematiko, težnost in rotacijo
Zemlje. Na državnem nivoju bo pomenila kakovostni temelj sodobne geoinformacijske infrastruk-
ture. Namenjena bo povezavi in zavarovanju obstoječ ih državnih geodetskih referenč nih ogrodij, ki
se zaradi specifič nih zahtev različ nih geodetskih merskih tehnik delijo na klasič ne terestrič ne,
nivelmanske, gravimetrič ne in GNSS-mreže. Te med seboj niso fizič no povezane. Permanentne in
ponavljajoč e se meritve na toč kah kombinirane geodetske mreže omogoč ajo modeliranje č asovno
odvisnih sprememb, kar je nujno za vzdrževanje kakovosti državnega geodetskega referenč nega
sistema na dolgi rok. Takšno omrežje ponuja tudi dodatne možnosti interdisciplinarnih raziskav.
Uvod
V zadnjih dveh desetletjih se geodetska znanost in stroka sooč ata z dramatič nim izbolj-
šanjem kakovosti in operativnosti geometrič ne določ itve položaja, zahvaljujoč predvsem
satelitskim tehnologijam. GNSS nadomešč a klasič ne merske tehnologije določ itve polo-
žaja v znanstvenih in praktič nih aplikacijah. V nasprotju s tem pa ni bilo podobnega
napredka pri nalogah določ itve in modeliranja težnostnega polja Zemlje vse do pojava
novih satelitskih misij v zadnjih petih letih.
Podatki, pridobljeni iz satelitskih misij, namenjeni raziskovanju težnostnega polja
Zemlje, kot so CHAMP, GRACE in GOCE, glej npr. (Rummel, 2011), v kombinaciji s
ponovljenimi absolutnimi meritvami težnega pospeška omogoč ajo, da se ta razkorak med
horizontalno in višinsko komponento položaja zmanjša. Nivelmanske meritve, ki še vedno
omogoč ajo najnatanč nejšo določ itev višin oz. višinskih razlik, skupaj s podatki težnosti
zagotavljajo kakovostno višinsko komponento koordinatnega sistema ter dajejo vpogled v
njene č asovne spremembe.
1
Sandi Berk, univ. dipl. inž. geod.
2
Katja Bajec, univ. dipl. inž. geod.
3
Dominik Fajdiga, univ. dipl. inž. geod.
4
viš. pred. dr. Dalibor Radovan, univ. dipl. inž. geod.
(vsi Geodetski inštitut Slovenije, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana)
5
Žarko Komadina, univ. dipl. inž. geod.
6
mag. Klemen Medved, univ. dipl. inž. geod.
(oba Geodetska uprava Republike Slovenije, Zemljemerska ulica 12, 1000 Ljubljana)
7
izr. prof. dr. Tomaž Ambrožič , univ. dipl. inž. geod., univ. dipl. inž. rud.
8
doc. dr. Božo Koler, univ. dipl. inž. geod.
9
doc. dr. Miran Kuhar, univ. dipl. inž. geod.
10
asist. dr. Polona Pavlovč ič Prešeren, univ. dipl. inž. geod.
11
doc. dr. Simona Savšek, univ. dipl. inž. geod.
12
asist. mag. Oskar Sterle, univ.dipl. inž. geod.
13
prof. dr. Bojan Stopar, univ. dipl. inž. geod.
(vsi Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana)
38
Kombinacijo klasič nih geodetskih merskih postopkov (nivelman, gravimetrija) in
satelitske tehnologije (GNSS in satelitske misije za spremljanje težnostnega polja Zemlje)
je možno doseč i samo prek mreže skupnih toč k, kar imenujemo kombinirana geodetska
mreža. Gre za združitev treh stebrov geodezije, ki obsegajo geokinematiko, težnost in
rotacijo Zemlje, glej npr. (Plag in sod., 2009). Permanentne in ponavljajoč e se meritve na
toč kah kombinirane geodetske mreže omogoč ajo modeliranje č asovno odvisnih sprememb
zemeljskega površja, težnostnega polja Zemlje ter njene atmosfere in hidrosfere.
Idejni projekt kombinirane geodetske mreže Slovenije, ki je predstavljen v nadaljeva-
nju, je bil pripravljen kot CRP-projekt z naslovom Zasnova temeljne več namenske državne
geoinformacijske infrastrukture. Snovanje kombinirane geodetske mreže Slovenije se
zgleduje po nekaterih že vzpostavljenih državnih in regionalnih kombiniranih geodetskih
mrežah, npr. v Švici (Brockmann in sod., 2006) in v Skandinaviji (Poutanen in sod., 2007),
s težnjo po vključ itvi v Evropsko kombinirano geodetsko mrežo – ECGN, glej npr. (Ihde in
sod., 2005) in (Ihde in sod., 2006).
Izhodišč a za vzpostavitev kombinirane geodetske mreže 0. reda
Slovenija ima nekaj geodetskih referenč nih omrežij: državno omrežje stalnih GNSS-
postaj SIGNAL, astrogeodetsko mrežo, trigonometrič no mrežo, gravimetrič no mrežo in
nivelmansko mrežo. Toč ke teh mrež in omrežij so stabilizirane na različ ne nač ine. Vsak
poseg (zaradi gradnje, unič enja) v katerokoli toč ko kateregakoli omrežja pomeni poseg v
referenč no geodetsko osnovo države. Prostorsko-č asovna stabilnost referenč ne osnove je
neposredno povezana s č asovno stabilnostjo vseh geodetskih (referenč nih) toč k. Izhodišč e
za kombinirano geodetsko mrežo, ki bi zajela č im več merskih tehnik na vsaki toč ki oz.
postaji, je, da bo vsaka postaja omrežja tudi ustrezno geodetsko in pravno zavarovana.
Tako bi lahko vzpostavili robustno omrežje, kjer kakršenkoli poseg v določ eno geodetsko
toč ko ne bi pomenil posega v realizacijo državnega geodetskega referenč nega sistema.
Kombinirana geodetska mreža bo zagotavljala kakovostno:
• referenč no ogrodje državnega omrežja stalnih GNSS-postaj,
• referenč no ogrodje državnega horizontalnega/terestrič nega referenč nega sistema,
• referenč no ogrodje državnega višinskega referenč nega sistema,
• referenč no ogrodje državnega gravimetrič nega referenč nega sistema ter
• več namensko kalibracijsko mrežo tako za preverjanje kakovosti in ustreznosti
merilnih instrumentov kot tudi metod in postopkov geodetske izmere.
Zaradi navedenih vlog smo jo poimenovali kar kombinirana geodetska mreža 0. reda, saj
so mreže 1. redov za posamezne referenč ne sisteme že vzpostavljene, mreža 0. reda pa jih
bo na kakovosten nač in povezala v celoto.
Namen vzpostavitve kombinirane geodetske mreže 0. reda je kontinuirano (nepre-
kinjeno ali periodič no) izvajanje vseh možnih geodetskih opazovanj najvišje kakovosti za
potrebe realizacije državnega geodetskega referenč nega sistema. Kot vemo, je treba za
praktič no uporabnost koordinatni sistem fizič no vzpostaviti oziroma materializirati. V geo-
deziji praktič no realizacijo referenč nega sistema izvedemo s fizič no postavitvijo toč k oz.
postaj, na katerih in med katerimi izvajamo ustrezne geodetske meritve z namenom
določ itve koordinat teh toč k v referenč nem sistemu. Praktič no realizacijo referenč nega
sistema imenujemo referenč ni sestav.
39
Kakovostna geoinformacijska infrastruktura v obliki kombinirane geodetske mreže 0.
reda bo ponudila tudi vrsto sekundarnih možnosti uporabe. Pomembna sta znanstveno-
raziskovalni in aplikativni vidik, npr. pri geodinamič nih raziskavah, spremljanju vplivov
globalnih sprememb ipd. Prav tako je takšna mreža zelo pomembna pri izvajanju različ nih
inženirskih nalog, kot so spremljanje morebitnih horizontalnih in vertikalnih pomikov
naravnega in grajenega okolja, in s tem pri zašč iti pred naravnimi nesreč ami.
Zasnova kombinirane geodetske mreže 0. reda
Idejni projekt kombinirane geodetske mreže 0. reda obsega:
• analizo potreb za njeno vzpostavitev, in sicer za državno omrežje stalnih GNSS-postaj,
za državni terestrič ni referenč ni sistem, za državni višinski referenč ni sistem, za
državni gravimetrič ni sistem in za ostale predvidene funkcije mreže, ter
• analizo možnosti za njeno vzpostavitev, ki se nanaša na možnost umestitve mreže, in
sicer glede na obliko in velikost države, glede na reliefne danosti, glede na klimatske
danosti in vegetacijo, glede na geološke, hidrološke in tektonske danosti ter glede na
druge vplivne dejavnike.
Na podlagi pripravljenih izhodišč in analiz sta bila izdelana:
• predlog optimalnega števila toč k mreže in
• predlog optimalne razporeditve toč k mreže.
Predlaganih je 6 toč k kombinirane geodetske mreže 0. reda, njihove makrolokacije pa
so določ ene s središč i krogov polmera 25 km (Slika 1).
Slika 1: Makrolokacije šestih toč k kombinirane geodetske mreže 0. reda
40
Število toč k je bilo izbrano tako, da:
• dobimo mrežo petih (Delaunayjevih) trikotnikov, ki vsebuje eno centralno in pet obod-
nih toč k, in
• je povpreč na dolžina stranic teh trikotnikov okoli 100 km.
Makrolokacije so bile določ ene na podlagi kombiniranega predloga razporeditve šestih
toč k mreže, ki je kompromis med dvema uporabljenima in delno nasprotujoč ima si geo-
metrijskima kriterijema, in sicer:
• da naj si bodo toč ke mreže č im bolj vsaksebi (tj. na kar največ jih medsebojnih
oddaljenostih) in
• da naj toč ke mreže č im bolj enakomerno pokrivajo celotno državno ozemlje, torej da
naj bo poljubna toč ka državnega ozemlja č im manj oddaljena od najbližje toč ke
mreže.
Prvi kriterij izhaja iz vloge mreže kot referenč nega ogrodja (za realizacijo državnega
geodetskega datuma), drugi kriterij pa je pomemben s stališč a zagotavljanja lokacijskih
storitev za celotno državno ozemlje, kar nekoliko ublaži težnjo po postavitvi toč k na sami
državni meji.
Toč ka mreže
Naselje v središč u
25 km kroga
Mesta znotraj
25 km kroga
severozahodna
Kamno,
Obč ina Tolmin
Bovec, Tolmin
jugozahodna
Socerb,
Obč ina Koper
Izola, Koper, Piran, Sežana
osrednja
Litija,
Obč ina Litija
Domžale, Grosuplje, Hrastnik, Kamnik, Litija,
Ljubljana (vzhodni del), Mengeš, Trbovlje,
Trebnje, Višnja Gora, Zagorje ob Savi
jugovzhodna
Bedenj,
Obč ina Č rnomelj
Č rnomelj, Metlika
osrednja severna
Trbonje,
Obč ina Dravograd
Dravograd, Mežica, Prevalje, Ravne na
Koroškem, Slovenj Gradec, Šoštanj
severovzhodna
Gibina,
Obč ina Razkrižje
Lendava, Ljutomer, Murska Sobota, Ormož
Preglednica 1: Naselja znotraj krogov, ki opredeljujejo makrolokacije toč k mreže;
krepko so označ ena mesta, ki so najbližje središč u kroga predvidene makrolokacije.
Izvedena je bila analiza primernosti lokacij obstoječ ih geodetskih toč k znotraj krogov,
ki opredeljujejo makrolokacije toč k kombinirane geodetske mreže 0. reda, in sicer:
• trigonometrič nih toč k (astrogeodetske) mreže 1. reda,
• stalnih GNSS-postaj omrežja SIGNAL,
• reperjev nivelmanskih mrež visoke natanč nosti in 1. reda ter
• toč k absolutne gravimetrič ne mreže.
Poleg geodetskih pa so vsekakor zanimiva tudi nekatera sorodna omrežja, povezana z
opazovanji dogajanj in pojavov na Zemlji kot planetu, njenem površju, notranjosti in
atmosferi. Tako so bile v analizo vključ ene tudi:
41
• toč ke mreže potresnih opazovalnic ARSO,
• toč ke mreže vremenskih opazovalnic ARSO,
• astronomske opazovalnice in observatoriji ter
• nekatere druge toč ke (npr. GEOSS – geometrič no središč e Slovenije).
Morebitna delitev oz. združitev lokacij s toč kami teh omrežij bi lahko prinesla dodatne
obojestranske koristi in možnosti interdisciplinarnega povezovanja.
Primernost predlaganih obstoječ ih lokacij je bila ovrednotena po najbolj osnovnih krite-
rijih, ki so:
• lastništvo: v primeru odkupljenih parcel v lasti države, ministrstev, javnih agencij
ipd.;
• dostopnost: v primeru neproblematič nega dostopa do toč ke z osebnim vozilom in
relativno majhne oddaljenosti od več jega naselja/mesta, zahtevana je možnost niveli-
ranja – tj. priključ itve na nivelmansko mrežo;
• infrastruktura: v primeru razpoložljivosti priključ itve na električ no in telefonsko
omrežje oz. internetne povezave (pomembno za prenos podatkov);
• geološka primernost: v primeru lokalne geološke stabilnosti, torej da ni posedanj,
ni na plazovitem območ ju, ni na območ ju z več jimi nihanji podtalnice, ni v bližini
več jih prometnic (tresljaji), ni na strehi stavbe ipd.;
• možnost izvajanja meritev: v primeru lokacije z odprtim obzorjem (predvsem proti
jugu), npr. na vrhu vzpetine ali prostrane ravnine, planote (brez visoke vegetacije), da
v bližini ni ovir in virov elektromagnetnega sevanja ipd.
Vse ocene so preliminarne, pridobljene brez terenskih ogledov in podrobnejših pre-
verjanj. Dokonč ni izbor mikrolokacij bo odvisen od kriterijev idejnega projekta, hkrati pa
bo zahteval podrobno preuč itev primernosti lokacij s terenskimi ogledi, testnimi meritvami
(npr. kakovosti sprejema GNSS-signalov), geološkimi mnenji ipd.
Stabilizacija toč k kombinirane geodetske mreže 0. reda
Kombinirana geodetska mreža 0. reda mora izpolnjevati ustrezne mednarodne stan-
darde, č e se bomo želeli vključ iti v mrežo ECGN in sodelovati v projektih za globalno
spremljanje težnostnega polja Zemlje in modeliranje č asovno odvisnih sprememb v
Zemljini skorji. Vsaka toč ka kombinirane mreže 0. reda je tako sestavljena iz naslednjih
toč k (vsaka od teh toč k je namenjena različ nim geodetskim opazovanjem):
• primarne toč ke,
• referenč ne GNSS-toč ke,
• referenč nega reperja za niveliranje,
• referenč ne gravimetrič ne toč ke,
• po možnosti referenč ne toč ke za mareografska opazovanja ter
• toč k zavarovalne terestrič ne in nivelmanske mreže.
Nač in stabilizacije mora omogoč ati tudi izvedbo astronomskih in geomagnetnih opazo-
vanj. Različ ne referenč ne toč ke se lahko tudi združijo v eni sami toč ki (fizič no), izjema pa
so seveda toč ke zavarovalne mreže. Primer enega izmed predlogov za stabilizacijo
primarne toč ke je na Sliki 2. Možne so tudi drugač ne izvedbe, ki so pogojene predvsem z
naravnimi danostmi (zaželena je stabilizacija na živi skali) pa tudi dodatnimi zahtevami na
morebitni obstoječ i opazovalnici.
42
Toč ke zavarovalne mikromreže so razporejene v neposredni okolici primarne toč ke in
so namenjene zavarovanju primarne in drugih referenč nih toč k (primer poškodbe,
unič enja) ter spremljanju/ugotavljanju horizontalne in višinske stabilnosti primarne in
referenč nih toč k na območ ju zavarovalne mreže. Zavarovalno mrežo naj bi sestavljale štiri
toč ke, stabilizirane s talno stabilizacijo in ležeč e na oddaljenosti do 100 m od primarne
toč ke. Toč ke zavarovalne mreže bodo stabilizirane z ustrezno temeljenim betonskim
kvadrom velikosti vsaj 50 cm × 50 cm × 50 cm in z možnostjo prisilnega centriranja
merilnih instrumentov. Poleg opisane zavarovalne mreže za spremljanje stabilnosti v
horizontalnem smislu mora biti vzpostavljena tudi zavarovalna nivelmanska mikromreža.
Sestavljajo jo štirje zavarovalni reperji, ki so lahko vgrajeni v istem betonskem temelju kot
zavarovalne toč ke horizontalne mikromreže.
Slika 2: Stabilizacija referenč ne toč ke z masivnim betonskim stebrom (Kogoj et al., 2009)
Osnovne zahteve pri postavitvi toč ke kombinirane geodetske mreže 0. reda so: prido-
bitev lastninske pravice na območ ju stabiliziranih referenč nih toč k (vsaj okoli 5 m × 5 m)
in služnosti za toč ke zavarovalnih mrež v neposredni okolici, saj gre za trajne objekte
državnega pomena. Toč ka mora biti dostopna z osebnim vozilom, zagotovljena mora biti
možnost niveliranja. Na voljo mora biti ustrezna infrastruktura, kot je priklop na električ no
omrežje in ustrezna telekomunikacijska povezava (za prenos podatkov). Lokacija mora biti
geološko primerna. Pogoj pa je seveda tudi nemoteno izvajanje vseh predvidenih meritev,
kar je povezano z ustrezno odprtim obzorjem brez moteč ih ovir, odsotnostjo moteč ih
izvorov elektromagnetnega valovanja, moteč ih vibracij terena ipd. Poleg stebrov z refe-
renč nimi toč kami je na lokaciji vsake toč ke predvidena tudi manjša uta z merilnim instru-
mentarijem in komunikacijsko opremo.
43
Zaključ ek
Idejni projekt kombinirane geodetske mreže 0. reda podaja izhodišč a ter na podlagi
izvedenih analiz potreb in možnosti za izvedbo projekta podaja tudi predlog optimalnega
števila in razporeditve toč k kombinirane geodetske mreže 0. reda. Predlaganih je šest toč k,
njihove makrolokacije pa so določ ene z območ ji znotraj krogov polmera 25 km.
Kombinirana geodetska mreža 0. reda bo eden izmed temeljev sodobne državne geo-
informacijske infrastrukture. Povezala in zavarovala bo referenč na ogrodja državnega
omrežja stalnih GNSS-postaj, horizontalnega/terestrič nega referenč nega sistema, višin-
skega referenč nega sistema ter gravimetrič nega referenč nega sistema. Zaradi specifič nih
zahtev posameznih omrežij bo iskanje ustreznih mikrolokacij zahtevno delo, ki bo vklju-
č evalo podrobno analizo s terenskimi ogledi, testnimi meritvami, geološkimi mnenji in
podobnim.
Vsekakor bodo pri iskanju ustreznih mikrolokacij najprej preverjene toč ke obstoječ ih
geodetskih mrež. Možna in s strani geodezije zaželena bi bila tudi delitev oz. združitev
lokacij s toč kami sorodnih omrežij (npr. mrež potresnih ali vremenskih opazovalnic).
Slednje bi lahko prineslo dodatne obojestranske koristi in možnosti združevanja različ nih
prostorskih in okoljskih podatkov.
Zahvala
Naroč nik predstavljenega CRP-projekta (V2-1096) je Javna agencija za raziskovalno
dejavnost Republike Slovenije – ARRS, sofinancer pa Geodetska uprava Republike
Slovenije – GURS.
Literatura in viri
Berk, S., Bajec, K., Fajdiga, D., Bitenc, M., Radovan, D., Ambrožič , T., Koler, B., Kuhar, M.,
Pavlovč ič Prešeren, P., Savšek, S., Sterle, O., in Stopar, B. (2012). Zasnova temeljne več namen-
ske državne geoinformacijske infrastrukture. Konč no poroč ilo. Geodetski inštitut Slovenije,
Ljubljana (v pripravi).
Brockmann, E., Becker, M., Bürki, B., Gurtner, W., Haefele, P., Hirt, C., Marti, U., Müller, A.,
Richard, P., Schlatter, A., Schneider, D., in Wiget, A. (2006). Realization of a Swiss Combined
Geodetic Network (CH-CGN). Report on the Symposium of the IAG Subcommission 1.3a
Europe (EUREF). Bratislava, Slovaška, 2.–5. junij 2004. Reports of the EUREF Technical
Working Group (TWG) – EUREF publication, št. 14. Verlag des Bundesamtes für Kartographie
und Geodäsie, Frankfurt na Majni, 2006, 8 str.
Ihde, J., Baker, T., Bruyninx, C., Francis, O., Amalvict, M., Kenyeres, A., Mäkinen, J., Shipman,
S., Šimek, J., in Wilmes, H. (2005). Development of a European Combined Geodetic Network
(ECGN). Journal of Geodynamics, letn. 40, št. 4–5, 2005, str. 450–460.
Ihde, J., Baker, T., Bruyninx, C., Francis, O., Amalvict, M., Luthardt, J., Liebsch, G., Kenyeres, A.,
Mäkinen, J., Shipman, S., Šimek, J., in Wilmes, H. (2006). The implementation of the ECGN
Stations – Status of the 1st Call for Participation. Report on the Symposium of the IAG
Subcommission 1.3a Europe (EUREF). Bratislava, Slovaška, 2.–5. junij 2004. Reports of the
EUREF Technical Working Group (TWG) – EUREF publication, št. 14. Verlag des Bundes-
amtes für Kartographie und Geodäsie, Frankfurt na Majni, 2006, str. 49–58.
Kogoj D., Marjetič A., Ambrožič T., Stegenšek B., Trlep D. (2009). Geodetske meritve stabilnosti
odlagališč a rudniške jalovine Jazbec, nič elna meritev. UL FGG, Katedra za geodezijo,
Ljubljana.
44
Plag, H.-P., Rothacher, M., Pearlman, M., Neilan, R., in Ma, C. (2009). The Global Geodetic
Observing System. Solid Earth. Advances in Geosciences, letn. 13, 2009, str. 105–127.
Poutanen, M., Knudsen, P., Lilje, M., Nørbech, T., Plag, H.-P., in Scherneck, H.-G. (2007). The
Nordic Geodetic Observing System (NGOS). Dynamic Planet. Monitoring and Understanding a
Dynamic Planet with Geodetic and Oceanographic Tools. IAG Symposium, Cairns, Avstralija,
22.–26. avgust 2005. International Association of Geodesy Symposia, letn. 130, zv. VI, 2007,
str. 749–756.
Rummel, R. (2011). Preface (GOCE – The Gravity and Steady-State Ocean Circulation Explorer).
Journal of Geodesy, letn. 85, št. 11, 2011, str. 747.
45
Modeliranje ozona in delcev za območ je Slovenije
z modelskim sistemom ALADIN-CAMx
Marko Rus
*
, Rahela Žabkar
*
, Jože Rakovec
*
Povzetek
Za potrebe modeliranja ozona in delcev na območ ju Slovenije je bil sestavljen modelski sistem, v
katerem smo disperzijsko-fotokemič ni model CAMx povezali z meteorološkim modelom
ALADIN. V modelski sistem so bili vključ eni tudi podroben opis antropogenih emisij na območ ju
Slovenije in Evrope ter podatki o koncentracijah onesnaževal na stranskih robovih območ ja
modeliranja iz globalnega fotokemijskega modela. V prispevku sta predstavljena opis modelskega
sistema ter validacija modelskih rezultatov na dveh izbranih epizodah: v zimski epizodi so bile
izmerjene povišane koncentracije delcev v zraku, v poletni epizodi pa povišane koncentracije
ozona.
Uvod
Pri modeliranju onesnaženosti zraka moramo najprej dobro poznati vremensko stanje, v
katerem rač unamo koncentracije onesnaževal. Z vetrovnim poljem določ imo advekcijo oz.
transport primesi v zraku, razredč evanje teh primesi v zraku pa rač unamo s pomoč jo
enač b, ki opisujejo turbulentno difuzivnost. Nekatere lastnosti ozrač ja (npr. temperatura,
vlažnost, optič na debelina) dodatno vplivajo tudi na kemijske in fotokemijske pretvorbe
snovi ali pa na bolj ali manj uč inkovito izloč anje snovi iz ozrač ja (npr. ob padavinah).
Poleg dobrega opisa meteoroloških spremenljivk je potrebno dobro poznati emisije
(toč kovne in ploskovne) posameznih onesnaževal ter kemijske zač etne in robne pogoje
(koncentracije onesnaževal na zač etku zagona oziroma na robu rač unskega območ ja).
Modeliranje onesnaženosti zraka je torej izrač unavanje č asovnih sprememb količ ine
posameznih primesi v zraku v prostoru, ki nas zanima. V eulerskem nač inu je v vsakem
volumskem elementu ozrač ja sprememba količ ine snovi rezultat vseh prej omenjenih
dogajanj: od emisije, preko transporta in disperzije, do izloč anja snovi iz ozrač ja. Osnovna
enač ba za vsako snov “l” v zraku je torej kontinuitetna enač ba in ob predpostavki o
brezdivergentnem gibanju zraka izrač un koncentracije te snovi temelji na enač bi o
ohranitvi te snovi c. Ker ni mogoč e obravnavati dogajanj, ki so manjša od prostorske
loč ljivosti modela, se v enač bi za povpreč ne koncentracije snovi c
l
pojavi dodaten č len
∇ ∇ :
= −∇∙ +∇ ∇ + + − (1)
V gornji enač bi in K predstavljata hitrost vetra in turbulentno difuzivnost; oba se iz
kraja v kraj in v č asu lahko tudi moč no spreminjata glede na vremenske pogoje. Torej je za
to, da lahko povemo, kako se bo v nekem delu ozrač ja spreminjala koncentracija primesi v
zraku ⁄ , potrebno poznati emisije (vire) in izpad (suho in mokro depozicijo) te snovi
ter kemijske procese v zvezi z njo (nastajanje ali pretvorba v druge snovi). Kam bo veter
zanašal snovi in kako se bodo razredč evale, pa je odvisno od vremenskih spremenljivk in
K. Ker na kemijske pretvorbe vplivajo lahko tudi temperatura zraka, količ ina kemijsko
*
vsi trije: Univerza v ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko, Jadranska ulica 19, 1000 Ljubljana
46
aktivnega sevanja (predvsem sonč nega, delno tudi IR), vlažnost zraka itd., se nabor
vremensko odvisnih spremenljivk, ki jih je treba upoštevati, lahko tudi precej poveč a.
Modelski sistem ALADIN-CAMx
Za modeliranje ozona in delcev v atmosferi potrebujemo kompleksen model, ki vsebuje
matematič en opis vseh procesov, ki pomembno vplivajo na koncentracije onesnaževal v
ozrač ju. Eden takšnih modelov v svetu je model CAMx (Comprehensive Air quality Model
with extensions; ENVIRON, 2011), ki je bil s strani US EPA (US Environmental
Protection Agency) odobren za modeliranje ozona in delcev v različ nih č asovnih in
krajevnih skalah. Model CAMx je disperzijsko-fotokemič ni model, ki rač una prenoss z
vetrom, turbulentno difuzivnost, kemijske in fotokemijske pretvorbe snovi v ozrač ju ter
izloč anje snovi iz ozrač ja. Za te izrač une potrebuje meteorološka polja, ki jih je potrebno
simulirati loč eno z meteorološkim modelom, ter različ na druga vhodna polja (podatke o
emisijah, geografske spremenljivke, podatke o skupni količ ini ozona v ozrač ju). V
prispevku opisujemo modelski sistem ALADIN-CAMx, v katerem smo model CAMx
povezali z operativnim meteorološkim modelom ALADIN in obenem vključ ili tudi
podroben opis antropogenih emisij na območ ju Slovenije in sosednjih držav, ter opis
koncentracij onesnaževal na robovih območ ij modeliranja iz globalnega fotokemijskega
modela. Na ta nač in smo pripravili orodje, s katerim je mogoč e modelirati ozon in delce na
območ ju Slovenije in sosednjih držav. Poenostavljeno shemo modelskega sistema
prikazuje Slika 1.
Slika 1 – Poenostavljena shema modelskega sistema ALADIN-CAMx
Vhodna meteorološka polja
Model CAMx za simuliranje zgoraj opisanih procesov potrebuje različ na polja
meteoroloških spremenljivk: zrač ni tlak, temperaturo, veter, specifič no vlago, oblač no
vodo, padavinsko vodo, snežno vodo, padajoč e ledene kristale, optič no debelino oblakov,
koeficient vertikalne turbulentne difuzivnosti, temperaturo tal. Več ina od teh
meteoroloških polj so neposredni izhodi meteorološkega modela ALADIN in jih je
47
preprosto vključ iti v model CAMx, nekatera polja (oblač na voda, optič na debelina oblaka,
koeficient turbulentne difuzivnosti) pa je potrebno parametrizirati iz polj meteoroloških
spremenljivk, ki so na voljo v modelu ALADIN. Pri parametrizaciji spremenljivk »oblač na
voda« in »optič na debelina oblaka« so bila dodatno diagnosticirana oblač na polja na
podlagi konvektivnih padavin in višine planetarne mejne plasti. Koeficient vertikalne
turbulentne difuzivnosti pa je bil izrač unan po metodi (O'Brien, 1970), pri č emer je bilo
kot vhodni podatek potrebno uporabiti tudi oceno višine planetarne mejne plasti. Maso
padajoč ih ledenih kristalov smo na vseh modelskih nivojih nastavili na vrednost 0. Ta
predpostavka je glede na to, da imamo zelo malo primerov, v katerih bi bilo dlje č asa v
zraku veliko padajoč ih ledenih delcev oziroma bi njihova količ ina znatno vplivala na
izrač un kemije, več inoma upravič ena.
Dodatna vhodna polja potrebna za izrač un (foto)kemijskih reakcij
Za izrač un fotokemijskih pretvorb in razmerij so bila v model CAMx vključ ena
nekatera dodatna polja, prikazana v Tabeli 1. V našem primeru smo kot izvorne podatke o
rabi tal uporabili podatke USGS s 24 razredi rabe tal, kar je bilo potrebno prekodirati v
klasifikacijo z 11 razredi, ki jih uporablja model CAMx. Za oceno celotne količ ine ozona v
stolpcu ozrač ja v model sproti vključ ujemo satelitske meritve, delež listne površine je
privzet kot v modelu ALADIN, medtem ko je za motnost ozrač ja zaenkrat izbrana
konstantna vrednost.
Tabela 1: Vir dodatnih vhodnih polj, potrebnih za izrač un
fotokemič nih procesov v modelu CAMx.
Dodatna vhodna polja za model CAMx Vir
raba tal podatki o »landuse« USGS
UV-albedo iz vrednosti rabe tal
motnost privzeta konstantna vrednost
količ ina ozona v celotnem stolpcu ozrač ja http://toms.gsfc.nasa.gov/ozone/ozone.html
delež listne površine (LAI) model ALADIN
Območ je modeliranja
V sedanji konfiguraciji modelskega sistema ALADIN-CAMx je območ je modeliranja
prilagojeno obstoječ i konfiguraciji modela ALADIN/SI na Agenciji RS za okolje (v
nadaljevanju ARSO). Zaradi č asovne zahtevnosti modela CAMx je bil uporabljen
postopek gnezdenja, v katerem imamo dve rač unski območ ji (Slika 2). Horizontalna
loč ljivost notranjega (gnezdenega) rač unskega območ ja s 185 x 167 rač unskimi toč kami je
enaka loč ljivosti operativne konfiguracije modela ALADIN/SI (4,4 km), horizontalna
loč ljivost zunanjega rač unskega območ ja s 145 x 135 rač unskimi toč kami pa je trikrat
manjša (13,2 km). Modelske toč ke v notranjem rač unskem območ ju modela CAMx
sovpadajo z modelskimi toč kami sedanje operativne konfiguracije modela ALADIN,
medtem ko v zunanjem rač unskem območ ju modela CAMx toč ke sovpadajo z vsako tretjo
toč ko modela ALADIN. Notranje rač unsko območ je med drugim vključ uje tudi
industrializirano Padsko nižino, ki s svojimi emisijami ob določ enih vremenskih razmerah
lahko vpliva na poveč ano koncentracijo nekaterih pomembnih onesnaževal tudi v
Sloveniji.
48
Vertikalni modelski nivoji v sedanji konfiguraciji se ujemajo z vertikalnimi nivoji v
modelu ALADIN, le da imamo v modelu CAMx vključ enih le spodnjih 34 nivojev (od
skupno 43 nivijev v modelu ALADIN). Rač unanje disperzije onesnaževal in fotokemijskih
pretvorb na zgornjih 9 nivojih namreč zaradi velike nadmorske višine teh nivojev za
potrebe napovedovanja kvalitete zraka v plasti zraka blizu tal ni potrebno.
Slika 2 – Območ je modeliranja v sedanji konfiguraciji modelskega sistema
ALADIN-CAMx. Prikazano je tudi gnezdeno rač unsko območ je.
Antropogene emisije
Polja antropogenih emisij so bila pripravljena loč eno za območ je Slovenije in za druge
evropske države. Za območ je Slovenije so bili pri teh prerač unih uporabljeni podatki, ki so
jih pripravili na Agenciji RS za okolje (ARSO), za območ je izven Slovenije pa podatki
pridobljeni v projektu MACC (Monitoring Atmospheric Composition and Climate, MACC
a). V obeh primerih so bile urne vrednosti toč kovnih in ploskovnih virov emisij NOx, CO,
NMVOC, NH3, SO2, CH4, PM10 in PM2.5 prerač unane iz letnih emisijskih vrednosti. Za
območ je Slovenije je bila uporabljena emisijska baza za leto 2009, za druge evropske
države pa za leto 2007. Pri izrač unu urnih vrednosti iz letnih emisij smo uporabili ocenjene
letne, tedenske in dnevne č asovne poteke emisij. Poleg tega je bilo za potrebe modeliranja
potrebno iz skupnih emisij NMVOC in delcev s pomoč jo pretvorbenih tabel loč eno po
različ nih emisijskih virih pripraviti razdelitev emisij v posamezne podskupine med seboj
podobnih organskih spojin oziroma delcev v skladu z zahtevami modela CAMx. Skupno
količ ino emisij NMVOC smo tako za 24 različ nih tipov emisijskih virov razdelili med 49
osnovnih skupin spojin, skupne emisije delcev pa za 96 različ nih tipov emisijskih virov
med 15 različ nih vrst delcev. Vsa emisijska polja so bila pripravljena v prostorski
loč ljivosti 4,4 km, kar je izbrana loč ljivost izgrajenega modelskega sistema ALADIN-
CAMx, medtem ko je prostorska loč ljivost originalnih letnih emisij za območ je Slovenije
100 m x100 m, za območ ja izven Slovenije pa 1/8° x 1/16°.
Primer vhodnega polja antropogenih emisij za območ ja izven Slovenije v 4,4 km
loč ljivosti je prikazan na Sliki 3. V modelski sistem zaenkrat še niso vključ ena polja
biogenih emisij, zaradi č esar prič akujemo predvsem podcenjene vrednosti ozona v
modelskih rezultatih.
49
Slika 3 – Polje ploskovnih emisij NOx v tonah/h v prostorski loč ljivosti 4,4 km na
območ ju modeliranja (izvzeta je Slovenija) na nedeljo v mesecu avgustu ob 6
h
zjutraj.
Stranski kemijski robni pogoji
Zač etna polja koncentracij onesnaževal v zraku modelski sistem prebere iz prejšnje
simulacije, oziroma jih nastavi na nič elne vrednosti, č e je simulacija zač etna; tedaj mora od
zač etnega zagona modela preteč i dovolj č asa, da lahko vpliv zač etnega stanja na rezultate
simulacij zanemarimo. Koncentracije onesnaževal na stranskih robovih modelskega
območ ja pa pridobivamo iz operativega globalega fotokemijskega modela MOZART
(Model for OZone And Related chemical Tracers) v okviru MACC (MACC b).
Horizontalna loč ljivost teh modelskih polj je 1,875° geografske dolžine in približno 1,93°
geografske širine. Potreben pa je tudi prerač un koncentracij spojin modela MOZART v
skupine spojin, ki jih obravnava model CAMx.
Izbor kemijskega mehanizma
Med kemijskimi mehanizmi, ki so na voljo v modelu CAMx (CB04, CB05, SAPRC99),
smo izbrali mehanizem SAPRAC99 (Carter, 2000), ki vključ uje 114 različ nih kemijskih
spojin oziroma skupin spojin, od tega 16 radikalov, 22 skupin delcev in 217 kemijskih
reakcij.
Rezultati simulacij
Za osnovno validacijo modelskega sistema smo izbrali dve epizodi, eno zimsko in eno
poletno. Med poletno epizodo so bile izmerjene povišane koncentracije ozona v plasti
zraka pri tleh na nekaterih merilnih postajah po Sloveniji, med zimsko pa povišane
koncentracije delcev.
50
Simulacija v primeru povišanih koncentracij ozona (12. 8. 2011 – 24. 8. 2011)
V drugi polovici avgusta 2011 so bile temperature zraka visoke, dovolj je bilo sonč nega
sevanja, dinamika v ozrač ju pa je bila šibka, zato so bili vremenski pogoji ugodni za tvorbo
troposferskega ozona. Meritve ozona po Sloveniji so pokazale (Slika 4), da so dnevni
maksimumi predvsem na primorskih merilnih postajah (Nova Gorica, Koper, Otlica)
dosegali vrednosti tudi do okrog 180 µ g/m
3
(dne 22. 8.), medtem ko so bile drugod po
Sloveniji maksimalne izmerjene gostote ozona praviloma (z nekaterimi izjemami, npr. v
Ljubljani dne 27. 8.) nekoliko nižje.
Slika 4 – Izmerjene urne gostote ozona (v µ /m
3
) na merilnih postajah po Sloveniji
v obdobju od 12. 8. do 27. 8. 2011
Primeri rezultatov simulacij na notranjem rač unskem območ ju loč ljivosti 4,4 km so za
ozon prikazani na Sliki 5 Pri rezultatih za ozon je potrebno opozoriti, da so zaradi
manjkajoč ih podatkov o biogenih emisijah simulirane vrednosti ozona podcenjene.
Rezultati simulacij (Slika 5) kažejo, da je v obravnavanem obdobju nad območ jem
severnega Jadrana, nad nekaterimi območ ji severne Italije, pa tudi nad Ligurskim morjem
zahodno od Italije prišlo do akumulacije onesnažil v zrač nih masah. Obenem so bile
meteorološke razmere ugodne za pospešeno fotokemijsko aktivnost onesnažil (visoke
temperature, šibka dinamika v več jih skalah, dovolj sonč nega sevanja pri tleh), kar je nad
temi območ ji vodilo v visoke koncentracije ozona. Vpliv na Slovenijo je imel v tem
obdobju severnojadranski bazen onesnaženih zrač nih mas, kjer so bile najvišje simulirane
vrednosti ozona v dneh 22. 8. in 23. 8. 2011. Zaradi znač ilnih obalnih zrač nih gibanj, ko
vetrovi ponoč i nosijo zrak s kopnega proti morju, se lahko emisije iz obalnih virov
akumulirajo v zrač nih masah, ki sicer bolj ali manj stagnirajo nad morjem. Po drugi strani
pa podnevi vetrovi nosijo onesnažene zrač ne mase z morja proti kopnemu. V
obravnavanem obdobju je do takšnega vpliva fotokemijskega onesnaženja iznad morja nad
kopno prišlo dne 22. 8., ko so bile na vseh treh primorskih merilnih postajah (Koper, Nova
Gorica, Iskrba, Slika 4) izmerjene gostote ozona okrog 180 µ g/m
3
. Obč asno so bile v
0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 160,0 180,0 200,0 12.8.2011 0:00 12.8.2011 14:00 13.8.2011 4:00 13.8.2011 18:00 14.8.2011 8:00 14.8.2011 22:00 15.8.2011 12:00 16.8.2011 2:00 16.8.2011 16:00 17.8.2011 6:00 17.8.2011 20:00 18.8.2011 10:00 19.8.2011 0:00 19.8.2011 14:00 20.8.2011 4:00 20.8.2011 18:00 21.8.2011 8:00 21.8.2011 22:00 22.8.2011 12:00 23.8.2011 2:00 23.8.2011 16:00 24.8.2011 6:00 24.8.2011 20:00 25.8.2011 10:00 26.8.2011 0:00 26.8.2011 14:00 Celje Hrastnik Iskrba Koper Krvavec Ljubljana Maribor Mobilna Murska Sobota Nova Gorica Otlica Trbovlje
51
obravnavanem obdobju nekoliko višje gostote ozona simulirane tudi lokalno na nekaterih
območ jih po Sloveniji, vendar so bile vedno bistveno nižje od dovoljenih vrednosti
(maksimumi obič ajno nekje do 150 µ g/m
3
). V splošnem so bile simulirane vrednosti ozona
po Sloveniji podcenjene, kar je med drugim vsaj deloma posledica že omenjenega
problema z manjkajoč imi biogenimi emisijami.
Slika 5 – Z modelskim sistemom ALADIN-CAMx simulirana onesnaženost zraka pri tleh
z ozonom (v µ g/m
3
) na notranjem modelskem območ ju z loč ljivostjo 4,4 km. Prikazano je
polje za 22. 8. 2011 ob 15 UTC.
Simulacija v primeru povišanih koncentracij delcev (18. 12. 2010 – 4. 1. 2011)
V tem obravnavanem obdobju so bile izmerjene povišane koncentracije delcev v zraku.
Najvišje urne koncentracije delcev so v Sloveniji več inoma izmerjene v zimskih mesecih v
zgodnjih jutranjih urah, ko je temperaturna inverzija najizrazitejša. Obič ajno so preseganja
izmerjena v več jih mestih.
Zaradi nepoznavanja zač etnih koncentracij onesnaževal v ozrač ju (zač etni nič elni
kemijski pogoji) smo modelirali dalj č asa, podrobneje pa analizirali modelske rezultate za
zadnje dni obravnavanega obdobja. Na Sliki 6 so vidna obsežna območ ja poveč anih
koncentracij delcev, ki se v obliki širokega pasu razprostirajo po Padski nižini od
severozahoda proti jugovzhodu. V Sloveniji so koncentracije delcev poveč ane v okolici
več jih mest, kot so Ljubljana, Celje, Maribor pa tudi Murska Sobota. Z višino se
onesnaženost hitro zmanjšuje, nad višino temperaturne inverzije je mešanje zraka v
vertikalni smeri dosti bolj uč inkovito, zato so tudi razlike koncentracij po višini bistveno
manjše. Zanimivo sliko dobimo tudi, ko pogledamo vertikalni č asovni presek koncentracij
v določ eni modelski toč ki, v našem primeru na območ ju Ljubljane (Slika 7). Lepo se
namreč vidi, da so koncentracije delcev največ je v zgodnjih jutranjih urah, najmanjše pa
52
popoldne (ob dveh in treh), ko je ozrač je zaradi poveč anega sonč nega sevanja bolj labilno,
posledič no vertikalno mešanje izrazitejše, ter višina planetarne mejne plasti zraka višja
(Sliki 7 in 8).
Primerjava modelskih rezultatov z meritvami pokaže, da model CAMx v povpreč ju
sicer sledi urnim izmerjenim koncentracijam delcev, so pa modelske koncentracije v
primerjavi z izmerjenimi podcenjene (Slika 9). Vzroki razhajanj so lahko v napaki
primerjave med meritvijo v toč ki in modelsko vrednostjo, ki predstavlja povpreč no
koncentracijo cele modelske celice (4,4 km x 4,4 km x debelina spodnje modelske plasti),
ali v drugih virih modelskih napak (npr. negotovosti v emisijah). Poleg tega pa je tudi
merilna negotovost urnih meritev koncentracij delcev velika, z zakonodajo predpisane
največ je še dopustne merilne negotovosti koncentracij delcev so za povpreč ne dnevne
vrednosti namreč kar 50 % (mi pa primerjamo urne koncentracije).
Slika 6 – Z modelskim sistemom ALADIN-CAMx simulirana onesnaženost zraka pri tleh
z delci (v µ g/m
3
) na notranjem modelskem območ ju z loč ljivostjo 4,4 km. Prikazano je
polje za 2. 1. 2011 ob 8. uri po lokalnem č asu.
53
Slika 7 – Vertikalni krajevni presek onesnaženosti zraka z delci iz smeri Postojna proti
Murski Soboti preko Ljubljane, Celja in Maribora. Potek je prikazan za 2. 1. 2011 ob 8.
uri po lokalnem č asu.
Slika 8 – Č asovni potek onesnaženosti zraka z delci nad modelsko toč ko, ki je najbliže
Ljubljani. Potek je prikazan za č as od 2. 1. 2011 ob 00 do 3. 1. 2011 ob 00.
54
Slika 9 – Primerjava izmerjenih vrednosti (rdeč a) in modelskih vrednosti (modra) količ ine
delcev v zraku pri tleh (v µ g/m
3
) za Ljubljano, pri č emer modelske vrednosti veljajo v
modelski toč ki, ki je najbliže Ljubljani. Č asovni potek je prikazan za obdobje od 2. 1. 2011
ob 00 do 3. 1. 2011 ob 00.
Zaključ ki
Napovedovanje onesnaženosti zraka z ozonom in z delci z modelskim sistemom
ALADIN/CAMx lahko ocenimo za dokaj uspešno. Pri tem je treba upoštevati prostorsko
in č asovno kvalitativno in kvantitativno ujemanje z resnič nimi razmerami v ozrač ju. Pri
tem je del težave ta, da modelska vrednost predstavlja povpreč je za celotni modelski
volumen okrog vsake modelske toč ke, medtem ko je meritev reprezentativna za neko toč ko
v prostoru in zgolj njeno bližnjo okolico. Pri delcih je del težave tudi č asovno zelo
spremenljiva onesnaženost zraka z delci, zato so meritve onesnaženosti z delci za krajša
obdobja tudi manj reprezentativne.
Napoved za poletni primer, ko je bila marsikje po Sloveniji zabeležena poveč ana
onesnaženost zraka z ozonom, je bila kvalitativno uspešna, kvantitativno pa so modelske
vrednosti nekoliko prenizke glede na izmerjene. To delno lahko razložimo s tem, da
zaenkrat še niso vključ ene biogene emisije predhodnikov ozona, katerih delež je lahko
znaten. Za zimski primer poveč ane onesnaženosti zraka z delci se napoved kvantitativno in
kvalitativno dokaj dobro ujema z izmerjeno onesnaženostjo.
Literatura
Agencija RS za okolje (ARSO): model ALADIN in podatki o emisijah za Slovenijo
Carter, W. P. L., 2000: Documentation of the SAPRC-99 Chemical Mechanism for VOC
Reactivity Assessment. Final Report to California Air Resources Board Contract No. 92-329,
and 95-308. http://www.cert.ucr.edu/~carter/absts.htm#saprc99
55
ENVIRON, 2011: CAMx User's Guide, Comprehensive Air Quality Model With Extensions
Version 5.40, ENVIRON International Corporation, Novato, California.
MACC a: emisije za področ je Evrope, fp://macclient@neptunus.tno.nl/projects/TNO/beno/macc/
MACC b: kemijski robni pogoji, http://macc.icg.kfa-juelich.de:50080/access
MOZART: kemijski robni pogoji: http://www.gmes-atmosphere.eu/d/services/gac/nrt/nrt_fields
O’Brien, J. J, 1970: A Note on the vertical structure of the eddy exchange coefficient in the
planetary boundary layer, J. Atmos. Sci., 27, 1213–1215.
TOMS: http://toms.gsfc.nasa.gov/ozone/ozone.html
USGS: raba tal iz podatkov modela WRF
57
Preizkusno obratovanje geomagnetnega observatorija Sinji vrh
Rudi Č op, Damir Deželjin
1
Povzetek
Pri preizkusnem obratovanju geomagnetnega observatorija Sinji vrh je bilo na zač etku največ č asa
posveč enega magnetometrom, nato pa daljinskemu prenosu merilnih podatkov in njihovi grafič ni
predstavitvi. Sprotno spremljanje sprememb zemeljskega magnetnega polja na observatoriju je
omogoč ilo postopno odkrivanje njihovih izvorov in poveč evanje zanesljivosti delovanja tako
merilnega sistema kot tudi telemetrije. Preizkusno obratovanje observatorija bo zaključ eno z
organizacijo rednih absolutnih meritev in s postavitvijo vzporednega merilnega sistema za
variabilne meritve (zaradi stalnega nadzora meritev) in vzporednega sistema za telemetrijo (zaradi
poveč ane zanesljivosti prenosa merilnih podatkov). Podatke bo potrebno shranjevati na dveh
popolnoma loč enih strežnikih.
Preizkusno obratovanje
Gradnja geomagnetnega observatorija Sinji vrh pod Sinjim vrhom nad Ajdovšč ino (v
nadaljevanju observatorij) se je zaradi formalnih razlogov že na zač etku razdelila v dve
fazi. Njegovo preizkusno obratovanje se je lahko zač elo potem, ko je bil dokonč an prvi del
prve faze: ko je bil zgrajen instalacijski kolektor od zač etnega do glavnega jaška s
povezavo do jaška ob baraki za meritve in ko je bila postavljena baraka za meritve skupaj z
zač asnim mestom za senzor variometra. Ta gradbena in instalacijska dela so bila
zaključ ena decembra 2010 s podpisom dokumenta o zač asnem priklopu observatorija na
javno nizkonapetostno mrežo.
V obdobju pred zač etkom in med samo gradnjo observatorija je bilo potrebno poiskati
primerno mesto za postavitev observatorija, izdelati in predelati idejne zasnove in gradbene
nač rte ter pridobiti dovoljenja za ureditev dostopne poti. Po izbiri izvajalcev del in po
zaključ ku prvega dela prve faze gradnje observatorija pa se je nadaljevalo urejanje razmerij
s sosedi na Gori. Na samem observatoriju smo postopoma izboljševali delovanje
posameznih sestavnih delov in dopolnjevali merilni sistem in njegovo telemetrijo.
Sistematič no se je poveč evala zanesljivost delovanja tako merilnih instrumentov kot tudi
ostalih naprav za prenos, shranjevanje in obdelavo merilnih rezultatov (Slika 1). Zač etek
gradbenih del drugega dela prve faze se je zavlekel vse do sredine avgusta 2011. Glede na
ugodne vremenske razmere je bila več ina gradbenih del skupaj s polaganjem energetskih
kablov konč ana še v decembru istega leta.
Nad glavnim jaškom je bila za naprave za zajemanje in prenos merilnih podatkov
zgrajena loč ena baraka za telemetrijo, zato da se je zmanjšal njen vpliv na magnetometre.
Poleg glavnega jaška in jaška pri baraki za meritve sta bila izdelana dodatna loč ena jaška
za akumulatorski bateriji. Zaradi galvanske loč itve posameznih delov merilnega sistema so
se merilni podatki iz barake za meritve do barake za telemetrijo zač eli prenašati preko
optič nih vlaken. Merilni rezultati so se zač eli dodatno obdelovati tako, da se izloč ajo
rezultati nepravilnih meritev (Č op et al., 2011). Zaradi zagotovitve energetske avtonomije
observatorija se vsi merilni instrumenti in celotna telemetrija na observatoriju napajajo iz
1
Visokošolsko središč e Sežana, Laboratorij za geomagnetizem in aeronomijo, Kraška ulica 2, 6210 Sežana
58
enosmernega omrežja napetosti 12 V. Zato je bil na to napajalno napetost dodatno predelan
tudi triosni magnetometer fluxgate, model FGE verzije K.
Slika1: Meritve spremembe vrednosti zemeljskega magnetnega polja F(t) [nT] v zadnjih
treh dneh pred zač etkom geomagnetne nevihte 9. septembra 2011
Geomagnetne lastnosti področ ja, kjer je sedaj zgrajen observatorij, je potrebno še enkrat
preveriti. S primerjalno meritvijo se bo potrdila pravilnost izbire kraja za observatorij ter
primernost izbranih merilnih instrumentov. Pred zaključ kom vseh del na drugem delu
gradnje observatorija od glavnega jaška do novih merilnic v vrtač i na parceli štev. 310/1
k.o. Kovk (Slika 2) je poleg tega potrebno še enkrat preveriti obstoječ i sistem napajanja,
izmeriti upornost ozemljil, potencialne razlike posameznih toč k v sistemu napajanja in
preveriti vpliv galvansko loč enega sistema na rezultate meritev.
Preizkusna faza bo zaključ ena potem, ko bodo vzpostavljene redne absolutne meritve na
observatoriju in postavljen vzporeden sistem variabilnih meritev in vzporeden sistem
prenosa merilnih podatkov. Sedanjim meritvam absolutne vrednosti vektorja zemeljskega
magnetnega polja F s protonskim magnetometrom in meritvam sprememb komponent
zemeljskega magnetnega polja dX, dY, dZ z variometrom FGE bo predvidoma v marcu
2012 dodan še magnetometer fluxgate FLV1/A LAMA. Ta bo omogoč il meritev
sprememb komponent dF, dD in dI in stalno primerjavo sedanjih variabilnih meritev.
Napajalni sistem
Observatorij je edinstvene oblike, ker je postavljen v območ ju Nature 2000 in v ožjem
okoljevarstvenem območ ju Gore (Č op, 2010, 2011). Ker je bilo v prvi fazi njegove gradnje
pridobljeno dovoljenje za gradnjo kot pomožni objekt za spremljanje stanja okolja, je
observatorij raztresen po širšem območ ju parcel štev. 310/1 in 310/2 k.o. Kovk. Edini
59
možni izvor električ ne energije za napajanje observatorija je javna prostozrač na
nizkonapetostna električ na mreža, ki se konč a na bližnji kmetiji. Dobavitelj električ ne
energije je predlagal, da naj si za observatorij zagotovimo vsaj tridnevno avtonomijo.
Priključ na moč merilnega in telemetrijskega sistema je bila ocenjena na 70 W.
Slika 2: Merilnica za variabilne meritve tlorisne površine 5 m
2
na robu vrtač e
pred ureditvijo njene okolice
Električ na priključ na omarica za observatorij je namešč ena na novem betonskem stebru,
tretjem po vrsti od priključ ka na vzhodni strani bližnje domač ije. Poleg stebra je zač etni
jašek instalacijskega kolektorja, ki je vkopan v zemljo. Celoten instalacijski kolektor je od
zač etnega do konč nega jaška dolg preko 190 metrov. Glavni jašek ga deli približno v
razmerju 3 : 7, pri č emer je krajša razdalja od njega do zač etnega jaška. V glavnem jašku
se odcepi še stranska veja dolžine 36 metrov do jaška poleg barake za meritve.
Ozemljitev observatorija je dvojna. Za del, ki je neposredno priključ en na javno
omrežje, je namenjeno trač no ozemljilo iz pocinkanega valjanca, na katerega so pritrjeni
priključ ki ob vznožju betonskega stebra. Za galvansko loč en del je kot ozemljilo položena
bakrena vrv preseka 75 mm
2
in dolžine 160 m, na katerega se lahko priključ uje v zač etnem
in glavnem jašku.
Za napajanje merilnih instrumentov in telemetrije je zgrajen dvojni galvansko loč en
sistem. Prvi sega od priključ ne omarice do glavnega jaška, drugi pa od glavnega do
konč nega jaška. Vsak on njiju je zgrajen iz dveh loč ilnih transformatorjev nazivne moč i
350 VA vezana v kaskado. Magnetometri, komunikacijski pretvorniki, dataloggerji in
usmerjevalnik z modemom 2G so napajani iz enosmernega sistema napetosti 12 V. V ta
namen so namešč eni akumulatorji 110 Ah v dodatnih jaških poleg glavnega jaška, pri
baraki za meritve in poleg konč nega jaška.
Telemetrija
Skupaj z razvojem zamisli o postavitvi geomagnetnega observatorija na ozemlju
Slovenije se je zač ela razvijati tudi zasnova sedanje telemetrije na observatoriju (Kraker et
60
al., 2008). Pred nadaljevanjem njenega razvoja je bilo potrebno določ iti osnovno obliko
merilnega in ostalega informacijskega sistema, ki se ponovi za vsak magnetometer na
observatoriju (Slika 3). Vse te elemente v sistemu za meritve in telemetrijo je med seboj
uskladila ustrezno razvita programska oprema. Šele po tej uspešni uskladitvi je lahko
sledila njena nadgradnja v več zaporednih fazah.
Slika 3: Blokovna shema magnetometra vključ ena v sistem merjenja, zajemanje,
shranjevanje in pošiljanje merilnih podatkov na Geomagnetnem observatoriju Sinji vrh
Zaradi enostavnejše uporabe in modularne zasnove sistema je bilo odloč eno, da bo za
zajem meritev vsakega instrumenta skrbel namenski rač unalnik. Izbran je bil namenski
rač unalnik ALIX.3D3 proizvajalca PC Engines GmbH iz Švice (v nadaljevanju: data
logger). Rač unalnik je zasnovan na kompatibilni arhitekturi i386, ima en vmesnik RS-232
(Recommended Standard 232) za priklop merilnega instrumenta in en mrežni vmesnik
Ethernet ter druge standardne vmesnike. Je lahek in majhen, dimenzij 113 x 163 x 30 mm.
Data logger poganja prilagojen operacijski sistem Linux, operacijski sistem pa poganja
program za zajem izmerjenih podatkov iz vhoda RS-232. Zajeti podatki se najprej shranijo
na lokalni polprevodniški pomnilniški disk, ob vzpostavitvi internetne povezave pa se
prenesejo na oddaljen centralni strežnik.
Za daljinsko spremljanje geomagnetnih meritev in njihov vpis v centralno relacijsko
podatkovno zbirko je bil zasnovan in zgrajen robusten sistem prenosa merilnih podatkov
na centralni strežnik. Omenjeni sistem sestavljajo:
• komunikacijski kanal, ki temelji na internetnih tehnologijah,
• programska oprema za prenos podatkov iz data loggerjev na centralni podatkovni
strežnik,
• in podatkovna zbirka ter pripadajoč a programska oprema za vpis in naknadno
obdelavo (post processing) izmerjenih podatkov.
Komunikacijski kanal med data loggerji in centralnim strežnikom temelji na internetnih
tehnologijah. Zato je v observatoriju namešč en mrežni usmerjevalnik Digi ConnectPort
WAN VPN. Ta uporablja Telekomov paketni prenos podatkov GSM 2G / GPRS (Global
System for Mobile Communications, second generation / General Packet Radio services)
za povezavo na internet. Sam prenos podatkov pa poteka po protokolu SCP (Security
Copy), ki poskrbi za preverjanje integritete in potrjevanje prenosa podatkov.
Rezultati daljinskega prenosa merilnih podatkov
Sistem za zajemanje, prenos in prikaz merilnih podatkov v realnem č asu je omogoč il
sprotno spremljanje, analizo in razlago sprememb zemeljskega magnetnega polja na
61
observatoriju. Pri tem so pomembni viri dodatnih informacij tako internet kot tudi poroč ila
sosedov na Gori.
S primerjanjem podatkov iz satelitov, ki delujejo kot solarni observatoriji (SOHO, 2011,
SDO, 2011), je mogoč e napovedati nastanek geomagnetne nevihte v naslednjih 72 urah. Te
napovedi je mogoč e toč neje potrditi nekaj ur vnaprej s pomoč jo meritev na satelitih vrste
GEOS, več namenskih geostacionarnih satelitih za raziskavo magnetosfere. Podatki o
planetarnem geomagnetnem indeksu Kp, ki jih sproti objavljajo na spletnih straneh za
spremljanje in napoved vremena v vesolju (Philips, 2011, CSWC, 2011), pa služijo za prvo
preverjanje meritev iz observatorija. Minutne rezultate meritev na njem se preverja s
pomoč jo objav na spletnih straneh posameznih geomagnetnih observatorijev (Belsk, 2011).
Najprimernejša oblika za primerjavo in izmenjavomerilnih rezultatov sosednih
geomagnetnih observatorijev pa bi bila šele lokalna informacijska mreža za primerjavo
sekundnih merilnih podatkov. V to mrežo bi bili poleg našega observatorija vključ eni
lahko še: Tihany (THY) in Nagycenk (NCK) na Madžarskem, L'Aqula (AQU) v Italiji in
Grocka (GCK) v Srbiji. V njej bi lahko sodelovali tudi raziskovalci iz Avstrije
(geomagnetni observatorij Wien Kobenzl, WIK, vkluč en v Geomagnetic Data Master
Catalogue)), Hrvaške in Makedonije.
Sprememba vremena je naslednji pomemben izvor izjemnih sprememb zemeljskega
magnetnega polja na observatoriju. Nanj izrazito moč no vplivajo prehodi vremenskih front
in sprememba vlažnosti zraka. Za podrobnejšo analizo in za nadaljnjo korelacijo med
ostalimi vremenoslovnimi podatki bi bilo potrebno na observatoriju ali v njegovi
neposredni bližini postaviti avtomatsko vremenoslovno postajo. Prav tako bi bila potrebna
primerjava med seizmološkimi meritvami in spremembami zemeljskega magnetnega polja.
Nadaljnji razvoj
Poleg boljše razlage merilnih podatkov je v naslednjem kratkoroč nem obdobju potrebno
poskrbeti za samodejno obdelavo podatkov po priporoč ilih mednarodnih organizacij IAGA
(Belsk, 2011) in INTERMAGNET (Jankowski & Suckdorff, 1996) ter za sekundarno
shranjevanje merilnih podatkov. Pri tem bi želeli uporabiti že izdelano in preizkušeno
programsko opremo, ki bi jo vključ ili v naš sistem meritev, zajemanja merilnih podatkov,
njihovega prenosa, shranjevanja in obdelave.
Za zanesljivo obratovanje geomagnetnega observatorija Sinji vrh je potrebno do konca
razviti postopke za redno testiranje vseh naprav na observatoriju in za njihovo redno
vzdrževanje. Razviti je potrebno tudi najprimernejše nač ine odstranjevanja napak ob
izpadih posameznih merilnih sistemov, napajalnega sistema ali telemetrije.
Literatura
Č OP, Rudi. ed al. Zač etne meritve variacij geomagnetnega polja v Sloveniji. Elektrotehniški
vestnik, 2011, vol. 78, n.3, p. 96-101. ISSN: 0013-5852 (Slovenska izdaja), 2232-3228
(English Edition), 2232-3236 (EV Online).
Č OP, Rudi. Predlog nač ina gradnje Geomagnetnega observatorija Sinji vrh. Interno poroč ilo.
Sežana: Visokošolsko Središč e Sežana; Laboratorij za geomagnetizem in aeronomijo, 25. julija
2010.
Č OP, Rudi. Gradnja geomagnetnega observatorija pod Sinjim vrhom nad Ajdovšč ino. Urednik
Miran Kuhar. Raziskave s področ ja geodezije in geofizike 2010 : zbornik predavanj. V
Ljubljani: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, 2011, str. 59-64.
62
KRAKER, Peter. et al. Telematic System for Geomagnetic Field Monitoring. International
Scientific Conference on Magnetism – Geomagnetism –Biomagnetism MGB-2008. Abstract
booklet. Sežana (SLO): Higher Education Centre Sežana; Laboratory for Geomagnetism and
Aeronomy, 7th and 8th November 2008. ISBN: 9879619195512.
Solar and Heliospheric Observatory SOHO [online]. SOHO is a projekt of international
cooperetion between ESA and NASA. Last modification 18 November 2011 [cited 19-11-
2011]. Available from: .
Solar Dynamics Observatory SDO [online]. Goddard Space Flight Center [cited 19-11-2011].
Available from: .
PHILIPS, Tony. Spaceweather.com [online]. News and information about the SUN-Earth
anvironment. Spaceweather.com, 2010 [cited 19-11-2011g. Available from:
.
Current Space Weather Conditions [online]. NOAA / National Weather Service Boulder (CO; US):
NOAA/ National Weather Service; National Centers for Environmental Prediction; Space
Weather Prediction Center, last modified: November 5, 2007 [cited 19-11-2011]. Available
from: .
Research group for geomegnetic observations [online]. Belsk (BEL). Belsk (P): Polish Academy of
Science; Institute of Geophysics [cited 20-11-2011]. Available from:
.
JANKOWSKI, Jerzy. SUCKSDORFF, Christian . Guide for Magnetic Measurements and
Observatory Practice. Boulder (CO, US): International Association of Geomagnetism and
Aeronomy; NOAA Space Environment Center, 1996. ISBN: 0965068625.
INTERMAGNET Technical Reference Manual. Version 4.5. Edited by: Douglas F. Trigg, Richard
L. Coles. Prepared by: Diane Regimbald. Edinburgh (UK): British Geological Survey, 2011.
63
Vpliv zunanje temperature na koncentracijo radona
v Postojnski jami
Asta Gregorič *
, Janja Vaupotič *
in Stanka Šebela
**
Povzetek
Kontinuirne meritve koncentracije radona na dveh merilnih mestih, v Lepih jamah in na najnižji
toč ki, kažejo v grobem na enoten letni ciklus z višjimi poletnimi (med okrog 4 in 6 kBq m
–3
) in
nižjimi zimskimi koncentracijami radona (med 1 in 2 kBq m
–3
). Obe merilni mesti se razlikujeta po
geomorfoloških znač ilnostih rovov, kar vpliva na lokalno gibanje zrač nih mas v različ nih letnih
obdobjih. Največ ji vpliv na kroženje zraka v jami ima spreminjanje temperature zunanjega zraka.
Uvod
V Postojnski jami, ki je najdaljša in najbolj obiskana kraška jama v Sloveniji, potekajo
meritve naravnega radioaktivnega plina radona (222Rn) že od leta 1995 (Vaupotič et al.,
2001). Znano je namreč , da se radon zaradi slabe prezrač enosti kopič i v rudnikih in kraških
jamah in je lahko potencialno zdravstveno tveganje predvsem za vodič e, ki se v jami
zadržujejo največ č asa. Od leta 2005 merimo koncentracijo radona s kontinuirnimi
merilniki na Veliki gori (P1) in v Lepih jamah (P2), od 2010 v Pisanem rovu in dodatno
od zač etka leta 2011 na najnižji toč ki turistič nega dela jame (NT) (Gregorič in Vaupotič ,
2011; Gregorič et al., 2011). Vzporedno z meritvami radona potekajo od leta 2008 tudi
kontinuirne meritve temperature na merilnih mestih P1 in P2 (Šebela in Turk, 2011a).
Zaradi velike dolžine rovov, velikih vhodov na različ nih višinah, ponora reke Pivke ter
velikih nihanj zunanje temperature in padavin med letom, je Postojnski jamski sistem
precej zapleten klimatski sistem (Slika 1, prikaz a). Kljub temu za vse toč ke v jami velja
enoten letni ciklus z visokimi koncentracijami radona poleti in nizkimi koncentracijami
tega plina v zimskem č asu. Pozimi je zrak v jami toplejši od zunanjega, zato je lažji in se
dviga. S tem se sproži tako imenovani »efekt dimnika«. Topel zrak izhaja skozi vertikalne
razpoke in manjše višje ležeč e odprtine, kar omogoč i vdor hladnega zunanjega zraka z
nizkimi koncentracijami radona v jamski sistem skozi več je nižje ležeč e vhode (Slika 1,
prikaz b). V poletnem č asu je ventilacija zraka obrnjena in šibkejša (Slika 1, prikaz c), zato
se koncentracije radona v jami povišajo (Gregorič in Vaupotič , 2011). V pomladanskem in
jesenskem č asu, ko se režim menja, pa lahko opazimo tudi dnevna nihanja koncentracije
radona, ki so predvsem izrazita na merilnih mestih v Lepih jamah in na Najnižji toč ki.
Razlike v letnem ciklu nihanja koncentracije radona opažamo lokalno zaradi
geomorfoloških posebnosti, ki vplivajo na gibanje zraka.
V prispevku primerjamo in analiziramo nihanje koncentracije radona na merilnih mestih
P2 in NT v letih 2010 in 2011 in odvisnost le-te od gibanja zraka v različ nih obdobjih. Za
razumevanje in interpretacijo gibanja zraka na merilnem mestu P2 so zelo pomembni tudi
urni podatki temperature zraka na tej lokaciji.
Opis meritev
*
Institut “Jožef Stefan”, Jamova cesta 39, SI-1000 Ljubljana
**
ZRC SAZU, Inšitut za raziskovanje Krasa, Titov trg 2. SI-6230 Postojna
Koncentracijo radona na merilnem mestu P2 merimo s kontinuirnim merilnikom Rad
5 WP (SMM Company, Č eška
pa z merilnikom Barasol (MC
meritvam v okoljih z višjimi koncentracijami radona in ima zato višjo
detekcije in nekoliko manjšo natan
Poleg radona na merilnem mestu P2 beleži
instrumentom proizvajalca Van Essen (t.
Merilno mesto P2 leži v umetno pove
NT pa na najnižji toč ki turistič Slika 1 – a) tloris Postojnskega jamskega sistema z ozna
NT; b) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame, s puš
zraka v zimskem č s pušč icami je n
Skladno z znanim zimskim in pole
radona višje v poletnem kot v zimskem
poletna koncentracija radona
2010 5080 ± 1800 Bq m
–3
,
P2 primerljive, v povpreč radona na merilnem mestu NT
hladnem delu leta.
64
Koncentracijo radona na merilnem mestu P2 merimo s kontinuirnim merilnikom Rad
Č eška republika) (obč utljivost 50 Bq m
–3
), na merilnem mestu NT
Barasol (MC-450, ALGADE, Francija), ki je namenjen
ih z višjimi koncentracijami radona in ima zato višjo
detekcije in nekoliko manjšo natanč nost. Merilnika shranjujeta podatke s frekvenco 1 h
Poleg radona na merilnem mestu P2 beležimo temperaturo zraka
a Van Essen (t. i. diver, temperaturna natanč nost
Merilno mesto P2 leži v umetno poveč anem stranskem rovu v Lepih jamah
č ki turistič nega dela jame.
a) tloris Postojnskega jamskega sistema z označ enima merilnima mestoma P2 in
NT; b) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame, s pušč icami je nakazana smer
v zimskem č asu; c) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame,
č icami je nakazana smer gibanja zraka v poletnem č Rezultati meritev
Skladno z znanim zimskim in poletnim režimom ventilacije v jami
radona višje v poletnem kot v zimskem č asu na obeh merilnih mestih (Slika 2). Povpre
adona se na P2 v letih 2010 in 2011 izrazito razlikuje in je
, leta 2011 pa le 2480 ± 970 Bq m
–3
. Pozimi
povpreč ju okrog 2000 Bq m
–3
(Tabela 1). Povpreč radona na merilnem mestu NT je 4090 ± 720 Bq m
–3
v toplem in 291
Koncentracijo radona na merilnem mestu P2 merimo s kontinuirnim merilnikom Radim
), na merilnem mestu NT
), ki je namenjen predvsem
ih z višjimi koncentracijami radona in ima zato višjo spodnjo mejo
Merilnika shranjujeta podatke s frekvenco 1 h
–1
.
zraka z avtomatskim
č nost ± 0.1 °C).
anem stranskem rovu v Lepih jamah, merilno mesto
enima merilnima mestoma P2 in
icami je nakazana smer gibanja
asu; c) skica vzdolžnega preseka Postojnske jame,
v poletnem č asu
tnim režimom ventilacije v jami so koncentracije
(Slika 2). Povpreč na
izrazito razlikuje in je bila leta
so koncentracije na
(Tabela 1). Povpreč na koncentracija
2910 ± 1230 Bq m
–3
v
65
Slika 2 – meseč na povpreč ja koncentracij radona na merilnem mestu P2 (C
Rn
P2
) v letu 2010
in 2011 in na merilnem mestu NT (C
Rn
NT
) v letu 2011
Sezonsko nihanje temperature na merilnem mestu P2 je obratno kot nihanje temperature
zunanjega zraka. Temperatura je najnižja in skoraj konstantna poleti (okoli 9,9–10 °C), v
preostalih treh letnih č asih, ko zunanje temperature (vsaj del dneva) padejo pod jamsko
temperaturo 10–11 °C, se prič ne temperatura zraka na P2 zelo spreminjati in je v povpreč ju
izrazito višja kot poleti. Velika temperaturna nihanja v dnevnem ciklu, do katerih prihaja
predvsem v prehodnih obdobjih spomladi in jeseni, so v glavnem posledica spreminjanja
smeri gibanja lokalnih zrač nih mas v jami (Šebela in Turk, 2011b).
Tabela 1 – srednja vrednost in standardni odklon koncentracije radona na merilnih mestih
P2 in NT in temperature na merilnem mestu P2 za tople in hladne dele leta 2010 in 2011
±
april–september januar–marec, oktober–december
2010 2011 2010 2011
C
Rn
P2
/ Bq m
–3
5080 ± 1800 2480 ± 970 2010 ± 1580 1560 ± 920
C
Rn
NT / Bq m
–3
/ 4090 ± 720 / 2910 ± 1230
T
P2
/ °C 10,0 ± 0,2 10,0 ± 0,1 10,3 ± 0,1 10,2 ± 0,1
Nizke koncentracije radona v zimskem č asu (ko so zunanje temperature nižje od
temperatur zraka v jami) so predvsem posledica vdorov svežega zunanjega zraka z nižjo
koncentracijo radona skozi več je nižje ležeč e vhode (Slika 1, prikaz b). Toplejši jamski
zrak je lažji in se zato dviguje in izhaja iz jame skozi razpoke in manjše odprtine. Na
merilnem mestu P2 prihaja zrak iz glavnega rova Lepih jam in nižjih delov jame. Zato v
obdobju z zimskim režimom ventilacije opažamo visoko korelacijo med koncentracijami
radona na merilnih mestih P2 in NT (Slika 3), obenem pa tudi višje temperature zraka z
več jimi nihanji na P2.
Poleti, ko so temperature zunanjega zraka višje od temperatur v jami, je gibanje zraka
poč asnejše, kar povzroč i kopič enje radona v jamskem zraku in zato višje koncentracije. Ta
vzorec lahko opazimo na merilnem mestu na najnižji toč ki (NT) poleti, ko so koncentracije
radona konstantno visoke, brez izrazitih nihanj.
Slika 3 – primerjava č asovnih nizov
temperature na P2 (
Drugač en ciklus gibanja zraka
v koncentraciji radona znač se poleti temperatura izrazito razlikuje od temperature v
kar kaže na lokalno spremembo gibanja zra
Opažamo pa tudi, da so se koncentracije radona na P2 od obsežnejših poplav septembra
2010 znižale na najnižjo raven
takrat dalje so koncentracije radona na P2 v
Zaznati je tudi obč utno znižanje koncentracije
režim ventilacije in je opazno znižanje temperature na P2 na poletni nivo (9,89
(Slika 4).
Slika 4 – izsek č asovnega
(C Rn NT ) , temperature na merilnem mestu
66
č asovnih nizov koncentracije radona na P2 (C Rn P2 temperature na P2 (T
P2
) od marca 2010 do oktobra 2011
gibanja zraka pa opažamo na merilnem mestu P2, kjer
v koncentraciji radona znač ilna tudi za poletno obdobje (Slika 3). Na tem merilnem mestu
izrazito razlikuje od temperature v drugih treh letnih
kar kaže na lokalno spremembo gibanja zrač nih mas v tem delu jame.
Opažamo pa tudi, da so se koncentracije radona na P2 od obsežnejših poplav septembra
raven, kljub jesenskim temperaturam, ki so podobne jamskim.
takrat dalje so koncentracije radona na P2 v vsem letu obč utno nižje k
č utno znižanje koncentracije radona vsakokrat, ko se vzpostavi poletni
režim ventilacije in je opazno znižanje temperature na P2 na poletni nivo (9,89
č asovnega niza koncentracije radona na merilnem mestu P2 (
merilnem mestu P2 (T
P2
), temperature zunanjega zraka (
povpreč ne temperature v jami (T
j
)
) in NT (C Rn NT ) in
do oktobra 2011
pa opažamo na merilnem mestu P2, kjer so več ja nihanja
Na tem merilnem mestu
treh letnih č asih (Slika 3),
Opažamo pa tudi, da so se koncentracije radona na P2 od obsežnejših poplav septembra
, kljub jesenskim temperaturam, ki so podobne jamskim. Od
utno nižje kot v preteklih letih.
vsakokrat, ko se vzpostavi poletni
režim ventilacije in je opazno znižanje temperature na P2 na poletni nivo (9,89 °C)
niza koncentracije radona na merilnem mestu P2 (C Rn P2 ) in NT
, temperature zunanjega zraka (T
z
) in
67
Zaključ ek
Za Postojnski jamski sistem sta znač ilna izrazit zimski in poletni režim ventilacije, kar
se odraža na visokih poletnih in nizkih zimskih koncentracijah radona. Največ ji vpliv na
ventilacijo ima temperatura zunanjega zraka. V zimskem obdobju, ko prevladuje »efekt
dimnika«, so koncentracije radona na obeh merilnih mestih, v Lepih jamah in na najnižji
toč ki, primerljive, medtem ko opažamo izrazito nižjo korelacijo koncentracije radona med
obema merilnima mestoma poleti. Takrat je prezrač evanje precej poč asnejše in so
koncentracije radona na najnižji toč ki konstantno višje, brez izrazitih nihanj. Nasprotno pa
so koncentracije radona v Lepih jamah poleti odvisne od dotoka zraka iz neznanega ozadja,
kar hkrati vpliva tudi na znižanje temperature na najnižji nivo. Izrazito spremembo v
koncentracijah radona lahko opazimo v Lepih jamah po poplavah septembra 2010, saj so
od takrat dalje koncentracije na tem merilnem mestu izrazito nižje kot v prejšnjih letih.
Možna razlaga bi bila, da se je v č asu poplav jeseni 2010 v delu jame, od koder doteka zrak
med poletnim režimom ventilacije, odprl dodaten »prehod«, skozi katerega vdira zrak z
nižjo koncentracijo radona.
Literatura
Gregorič , A., Vaupotič , J. 2011. Radon concentration and ventilation in two different passages in
the Postojna Cave. European Geoscience Union, General Assembly 2011, Vienna, Austria, 03-
08 April 2011.
Gregorič , A., Zidanšek, A., Vaupotič , J. 2011. Dependence of radon levels in Postojna Cave on
outside air temperature. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 11, 1523–1528.
Šebela, S., Turk, J. 2011a. Local characteristics of Postojna Cave climate, air temperature, and
pressure monitoring. Theor. and Appl. Climatol., 1–16.
Šebela, S., Turk, J. 2011b. Klimatske znač ilnosti Postojnskega jamskega sistema, v: Kuhar, M.
(Ur.), Raziskave s področ ja geofizike in geodezije, 2010: zbornik predavan. Fakulteta za
gradbeništvo in geodezijo, 7–11.
Vaupotič , J., Csige, I., Radolić , V., Hunyadi, I., Planinić , J., Kobal, I. 2001. Methodology of radon
monitoring and dose estimates in Postojna Cave, Slovenia. Health Phys. 80, 142–147.
69
Raziskave pretakanja padavin skozi vadozno cono
Kraških vodonosnikov
Janja Kogovšek
*
Povzetek
Kraški vodonosniki dajejo v Sloveniji velik del pitne vode. Zato je zelo pomembna kakovost
njihove vode. Dolgoroč no varovanje teh vodnih virov je možno le na osnovi dobrega poznavanja
njihovega delovanja. Pogosto so kraški vodonosniki zelo kompleksni sistemi, ki se napajajo z
infiltracijo padavin in s površinskimi vodnimi tokovi. Dinamika napajanja z vodnimi tokovi je že
razmeroma dokaj dobro poznan proces, pretakanje infiltriranih padavin in z njimi prenos snovi
neposredno s kraškega površja, pa je še slabo raziskano. Prispevek podaja raziskave pretakanja
padavin skozi 100 m debelo vadozno cono Postojnske jame. Obsega rezultate zveznih meritev
padavin na površju in pretokov curkov v jami v č asu štirih zaporednih hidroloških let, ki so
pokazale dinamiko pretakanja padavin skozi vadozno cono ob različ nih kombinacijah pogojev na
površju in v vadozni coni. Ugotovljeno je bilo, da prihaja v deževnih obdobjih ob dobro namoč eni
prsti in relativno zapolnjeni vadozni coni do zveznega pretakanja po celotni hierarhiji razpok,
medtem ko prihaja v sušnih obdobjih do pomembnih procesov shranjevanja vode v vadozni coni.
Na dinamiko pretakanja vode pa je neposredno vezan tudi prenos kontaminantov.
Uvod
Okoli 12 % kontinentalnega dela našega planeta gradijo karbonatne kamnine, v Evropi
35 % in v Sloveniji okoli 44 %, in kar č etrtina svetovnega oz. polovica slovenskega
prebivalstva se oskrbuje z vodo iz kraških vodonosnikov. Ti so pogosto obsežni in zelo
heterogeni vodni sistemi, saj se poleg napajanja z infiltracijo padavin napajajo tudi z
rekami ponikalnicami, vanje pa lahko zatekajo tudi vode z nekraškega sveta. Vsi ti viri
napajanja pa pomenijo tudi možnost vnosa onesnaženja v vodonosnik. Vodni tokovi
pomenijo hiter prenos onesnaženja, pomemben pa je tudi neposreden prenos onesnaženja s
površja skozi vadozno cono vodonosnika, ki je bil do sedaj podcenjen.
Raziskave vadozne cone v preteklosti so nakazovale, da se padavine, ki se sorazmerno
hitro infiltrirajo v vadozno cono, lahko v tem delu vodonosnika zadržijo tudi daljši č as
(Mangin, 1973, Bakalowicz et. al., 1974, Kogovšek in Habič , 1981, Williams, 1983,
Kogovšek, 1982, 1983, 1984, 1990, 1994b, 1994a, 2000, Pezdič et al., 1984, Smart in
Friedrich 1986, Klimchouk 1995, Stichler et al., 1997, Jeannin in Grasso 1995,
Maloszewski et al., 2002, Perrin et al., 2003a, Trč ek 2003). To znanje je bilo pridobljeno z
opazovanjem izvirov, z opazovanji v vadozni coni le krajši č as, ali pa dolgotrajnejše
raziskave niso zajele curkov z bistveno različ no prepustnostjo zaledja, ki bi bili
reprezentativni za celotno vadozno cono. Zato sem zasnovala lastne raziskave na območ ju
Postojnske jame. V okviru več parametrskih raziskav, ki so temeljile na zveznih meritvah in
analizah prek več zaporednih hidroloških let, sem spoznala tudi dinamiko pretakanja
infiltriranih padavin in se posebej posvetila dogajanju v vodnih valovih po padavinskih
dogodkih.
*
Inštitut za raziskovanje krasa ZRC SAZU, Titov trg 2, 6230 Postojna
70
Območ je raziskav in metode dela
Raziskave pretakanja padavin skozi vadozno cono krasa so potekale v Postojnski jami z
debelino vadozne cone 100 m. Debelina jamskega stropa oz. debelina vadozne cone je bila
določ ena na osnovi stabiliziranega poligona v jami in prenosa poligonskih toč k na površje.
Izmera elementov poligona je bila napravljena z elektronskim razdaljemerom NIKON
DTM-A10 LG (Drole, 1992). Na površju nad raziskovalnim poligonom v jami so potekale
meritve padavin z dežemerom s shranjevalnikom podatkov HOBO Event Logger RG2-M,
podjetja ONSET, ki zabeleži vsakih 0,2 mm padavin (slika 2). Podatki padavin so bili
osnova za izrač un efektivne infiltriracije. Izrač un je bil narejen po metodologiji, ki jo je
opisala M. Petrič (2001, 2002). Soč asno so v jamskem rovu potekale meritve pretoka in
fizikalnih parametrov več curkov. Za dolgotrajno zvezno spremljanje sem izbrala tri
reprezentativne curke: več ji nestalen curek I s pretokom do 4000 ml/min, stalni curek J s
pretokom do 130 ml/min (Slika 3) in stalni curek L s pretokom do 10 ml/min.
Curek I doteka vrh kope, kjer smo naredili manjšo zajezitev z vgrajenim prelivom. Ob
njem smo pritrdili sondo za merjenje nivoja za izrač un pretokov (Gealog S podjetja
Logotronic). V neposredni bližini smo pritrdili še kombinirano sondo (YSI) za meritve
temperature, specifič ne električ ne prevodnosti - EC. Vodo curka J smo speljali v posodo z
majhnim iztokom, v kateri smo s sondo merili višino vode in EC vsakih 15 minut (Gealog
S). Enako kot za curek I sem z obč asnimi vzporednimi roč nimi meritvami pretoka izdelala
umeritveno krivuljo in izrač unala funkcijsko odvisnost pretoka od nivoja za izrač un
pretokov. Pretok curka L oz. kapljanja sem merila najprej s prirejenim evaporimetrom z
mehansko uro, kasneje pa z dežemerom s shranjevalnikom podatkov HOBO Event Logger
RG2-M.
Slika 1: Območ je raziskav (bela polna pušč ica), padavinska postaja (č rtkana bela pušč ica)
in za orientacijo vhod v Postojnsko jamo (č rtkana siva pušč ica)
71
Slika 2: Meritve padavin na površju nad raziskovalnim poligonom v Postojnski jami
Slika 3: Meritve pretoka, temperature in električ ne prevodnosti curka J v Postojnski jami,
100 m pod površjem
Rezultati
Letna količ ina padavin v hidrološkem letu 2003-04 je bila 1618,3 mm, letna količ ina
efektivno infiltriranih padavin pa 1225,9 mm (75,8 %). Pozno jesenske in zgodnje zimske
padavine dokaj dobro sovpadajo s količ ino efektivno infiltriranih padavin (I
ef
). Več ja
72
odstopanja nastopajo v č asu snežnih padavin in nizkih temperatur, spomladi v č asu
prebujajoč e se vegetacije s poveč ano transpiracijo in v toplih poletnih mesecih s poveč ano
evapotranspiracijo (Slika 4).
Obč asni curek I s pretokom do 4000 ml/min na dovolj izdatne padavine reagira
najhitreje. V namoč enih obdobjih oblikuje vodne valove s hitrim narašč anjem pretoka, ko
doseže pretok maksimalno vrednost v 6 do 60 urah, ob izostanku padavin pa hitro
presahne. V jesensko-zimskem obdobju hidrološkega leta 2003-04 je 5-krat presahnil za 3
do 15 dni (Slika 4).
V manjšem stalnem curku J s pretokom do 130 ml/min, kjer je letna iztekla količ ina
več kot 20-krat manjša od curka I, prihaja do moč nega dušenja infiltriranih padavin. Curek
prek leta nikoli ne presahne, na padavine pa reagira z več jimi č asovnimi zamiki v
primerjavi s curkom I. Za njegove vodne valove je znač ilno poč asno narašč anje in
upadanje pretoka.
0 20 40 60 80 100 Pcor, Ief (mm) Pcor Ief
0 1000 2000 3000 4000 5000 Q (ml/min) 0 100 200 300 Vsum (m 3 ) Q V sum Curek I
0 20 40 60 80 100 120 140 Q (ml/min) 0 2 4 6 8 10 12 14 Vsum (m 3 ) Q Vsum Curek J
0 50 100 150 200 250 24.9.03 13.11.03 2.1.04 21.2.04 11.4.04 31.5.04 20.7.04 Q (ml/h), Vsum (l) Q V sum Curek L
Slika 4: Padavine (P
cor
), efektivna infiltracija (I
ef
) ter hidrogrami s kumulativno krivuljo
(V
sum
) opazovanih curkov I, J in L za hidrološko leto 2003-04
73
Po daljšem poletnem sušnem obdobju je konec oktobra 2003 na padavine reagiral 2,5
dni za curkom I (slika 5), v dobro namoč enih obdobjih pa je ta č asovni zamik opazno
manjši. Hidrograma curkov I in J sta si v pojavljanju zaporednih vodnih valov dokaj
podobna. Le ko curek I presahne za krajša obdobja, je pretok curka J v poč asnem upadanju
in ne upade pod 10 ml/min, razen konec hidrološkega leta, ko dosega minimalne vrednosti.
Največ ji vodni valovi SO nastopaLI pri curkih I in J v spomladanskem obdobju od
srede marca dalje, č eprav je bila tedaj povpreč na dnevna efektivna infiltracija celo
nekoliko manjša (4,3 mm/dan) kot v jesensko-zimskem obdobju (4,5 mm/dan). V
spomladanskem obdobju je izteklo skozi curek I 1,6–krat več , skozi curek J pa 1,1-krat več
vode kot v jesensko-zimskem obdobju, kar se vidi tudi iz kumulativnih krivulj iztekle
prenikle vode. Primerjava kumulativnih krivulj obeh curkov nakazuje bolj enakomerno
iztekanja infiltriranih padavin skozi curek J, kar pomeni več jo homogenizacijo v vadozni
coni. To so potrdile tudi meritve drugih parametrov.
Bistveno drugač en je hidrogram curka L (Slika 4). Na padavine po poletnem sušnem
obdobju oktobra 2003 je minimalno reagiral, skoraj 3 dni za curkom J in 5 dni za curkom I.
Izrazita reakcija je sledila šele konec novembra po naknadnih izdatnih padavinah (slika 5).
V obdobju treh in pol mesecev je nato prišlo do poveč anega zveznega iztekanja vode z
dvema izrazitima viškoma po najizdatnejših padavinah. Kasnejše več je padavine so se le
minimalno odrazile v pretoku, ki je stalno poč asi upadal. To nakazuje, da je v danih
razmerah prihajalo predvsem do shranjevanja vode v dokaj spraznjenem zaledju curka L.
Le-to se zaradi slabe prepustnosti poč asneje zapolnjuje kot zaledje curkov z bolj
prepustnimi prevodniki, ki se hitreje zapolni in tudi hitreje sprazni.
0 50 100 150 200 250 Q - J, Q - L 0 1000 2000 3000 4000 Q - I J (ml/min) L (ml/h) I (ml/min)
0 20 40 60 80 100 23.9.03 13.10.03 2.11.03 22.11.03 12.12.03 1.1.04 Pcor, Ief (mm) Pcor Ief
Slika 5: Reakcija pretokov znač ilnih curkov I, J in L na padavine
po daljšem sušnem poletnem obdobju.
V sledeč ih dveh hidroloških letih so upadali letna količ ina padavin, količ ina efektivno
infiltriranih padavin in delež infiltracije. V hidrološkem letu 2004-05 in v zač etku
74
hidrološkega leta 2005-06 smo tako beležili skromnejše vodne valove pri curkih v jami,
šele nato pa so se zopet oblikovali izdatnejši (Slika 6). Tudi potek EC je bil vzporedno
bistveno drugač en. Vse to nakazuje drugač en nač in infiltracije, pomembne procese
shranjevanja in posledič no drugač no iztekanje vode iz zaledja.
0 50 100 Ief (mm)
0 1000 2000 3000 4000 5000 Q (ml/min) Curek I
0 20 40 60 80 100 120 140 Q (ml/min) Curek J
0 100 200 300 400 13.7.02 9.1.03 8.7.03 4.1.04 2.7.04 29.12.04 27.6.0 5 24.12.05 22.6.06
Q (ml/h) Curek L
Slika 6: Dnevna efektivna infiltracija in hidrogrami opazovanih curkov 100 m pod
površjem v obdobju štirih zaporednih hidroloških let
Posamezni tipi curkov v vadozni coni so prispevali v globlje dele kraškega vodonosnika
v zaporednih hidroloških letih različ ne količ ine vode. Po letni količ inski izdatnosti, ob
upoštevanju treh hidroloških let, so curki, kot je curek I, v povpreč ju 23-krat izdatnejši od
curkov, kot je curek J, in curki, kot je curek J, kar 80-krat izdatnejši, kot so curki, ki jih
predstavlja curek L. Pri tem je potrebno upoštevati tudi pogostost posameznih tipov
pretakanja. Č e so curki tipa L 80-krat pogostejši kot curki tipa J, bi pomenilo, da v sušnih
obdobjih, ko so curki, kot je curek I, obič ajno suhi, prispevajo v kraški vodonosnik vsaj
75
enako pomemben del vode kot curki tipa J, obč asno pa je prispevek curka L lahko več ji,
kot je bilo poleti 2006 (Sslika 6).
Razmerje med količ ino vode, ki sta jo v zaporednih hidroloških letih prispevala curka I
in J, kaže na vse več ji delež stalnega, manjšega curka J. To pomeni, da v bolj sušnih letih z
manj padavinami, ko je posledič no tudi količ ina infiltriranih padavin vse manjša,
pomembnejši prispevek vode v vodonosnike dajejo manjši stalni curki (kot je curek J) oz.
se vodonosniki napajajo predvsem z dotokom vode po mreži manj prepustnih razpok.
Sklepi
Na osnovi rezultatov zveznih meritev padavin na površju ter pretokov v jami smo prišli
do pomembnih spoznanj.
Dinamika iztekanja vode iz vadozne cone krasa je neposredno vezana na dotok sveže
vode, a ni odvisna le od intenzivnosti in količ ine efektivno infiltraranih padavin, temveč
tudi od vsakokratne namoč enosti prsti ter zapolnjenosti vadozne cone. Le ob dobri
namoč enosti prsti in ustrezni zapolnjenosti vadozne cone prihaja do zveznega iztekanja po
celotni hierarhiji različ no prepustnih razpok v vadozni coni. Ob slabi namoč enosti prsti,
predvsem v sušnih obdobjih, se padavine infiltrirajo le po bolj prepustnih prevodnikih
skozi prst in vstopajo po prepustnejših razpokah v vadozno cono, kjer se pretežno
shranjujejo.
Primerjava dnevne efektivne infiltracije na obravnavanem poligonu in hidrogramov
opazovanih curkov v štirih zaporednih hidroloških letih je pokazala na bistveno različ no
pretakanje po različ no prepustnih razpokah v vadozni coni (Slika 6). Največ ji, nestalni
curek I (maksimalni pretok okoli 4 l/min) po padavinah hitro odvaja v zaledju shranjeno
vodo, s katero se v zač etnem delu vodnih valov ob največ jih pretokih mešajo tudi sveže
infiltrirane padavine. Vendar pa je delež teh v vodnih valovih dosegal le do največ 18 %
(meritve električ ne prevodnosti). Manj izdatni curki, ki so stalni, kot je curek J
(maksimalni pretok 130 ml/min), reagirajo na padavine z določ enim č asovnim zamikom
za več jim curkom I (od 1/2 do 2 dni). Njihova zgradba zaledja omogoč a dobro
homogenizacijo infiltriranih padavin, kar se je odrazilo tako v pretoku kot v drugih
merjenih parametrih. Izotopske analize baznega toka curka J so pokazale, da je povpreč ni
zadrževalni č as več kot eno leto, medtem ko je za curek I le 2,5 meseca. Stalno kapljanje
L, z maksimalnim pretokom le nekaj ml/min, ima popolnoma svoj vzorec iztekanja. Do
zveznega izdatnega praznjenja njegovega pretežno slabo prepustnega zaledja in
oblikovanja obsežnega vodnega vala, ki traja do več mesecev, prihaja obč asno (ne vsako
leto), šele ko je njegovo zaledje dovolj zapolnjeno in prst namoč ena, da izdatne in
intenzivne padavine potisnejo shranjeno vodo iz njegovega zaledja. Tudi ta tip
prevodnikov, č eprav je količ insko zelo skromen, je pa pogost, lahko poleg curkov, kot jih
predstavlja curek J, pomembno prispeva vodo v kraške izvire v sušnih obdobjih, ko so bolj
prepustni prevodniki suhi (kot je curek I). Vendar pa taki dobro prepustni prevodniki v
deževnih obdobjih hitro odvajajo velike količ ine vode, ko prihaja do uč inkovitega spiranja
širših zaledij kraških izvirov, saj omogoč ajo tudi hiter prenos morebitnih kontaminantov ob
več jih razredč itvah.
V poletnih sušnih obdobjih, ki trajajo od 2,5 do 6 mesecev, se tudi več ja količ ina manj
intenzivnih padavin (do 390 mm padavin oz. do 180 mm efektivno infiltriranih padavin)
pretežno shranjuje v zaledje curkov in prihaja le do minimalnega iztoka iz vadozne cone ali
pa ta celo izostane. Tako iz vadozne cone minimalno izteka le že predhodno shranjena
voda.
76
Na osnovi izrač unov celoletnih količ in infiltriranih padavin in iztekle vode skozi
opazovane curke v vadozni coni v treh zaporednih hidroloških letih sledi, da prihaja zaradi
razlik v infiltraciji (različ na razporeditev, intenzivnost in količ ina padavin) ter zaradi
različ nih razmer na površju, v prsti in v vadozni coni, do bistveno različ nega razmerja med
letno količ ino vode, ki se infiltrira v zaledje, in tisto, ki izteka skozi vadozno cono in
napaja globlje dele vodonosnika. Zvezne in intenzivnejše padavine v č asu hidrološkega
leta pogojujejo dobro namoč eno prst in dobro zapolnjenost vadozne cone ter zvezno
iztekanje vode iz celotne hierarhije povezanih razpok. Pri tem prihaja do iztekanja tudi iz
najslabše prepustnih delov vadozne cone, ki se sicer prazni le obč asno ob ustreznih
pogojih (hidrološko leto 2003-04). Zato pa se padavine, ki sledijo takemu obdobju, v več ji
meri porabljajo za zapolnjevanje dokaj spraznjenega zaledja in je posledič no iztok
predhodno shranjene vode iz vadozne cone šibkejši (celo hidrološko leto 2004-05 in vse do
februarja 2006). To potrjujejo tudi meritve EC z bistveno drugač nim potekom, ki nakazuje
iztekanje pretežno shranjene vode.
Zahvala
Raziskave so potekale v okviru programa Raziskovanje krasa (ARRS) in ob podpori
Slovenske nacionalne komisije za UNESCO - IHP program.
Literatura
Bakalowicz, M., Blavoux, B., Mangin, A. 1974. Apport du traçage isotopique naturel à la
connaissance du fonctionnement d'un système karstique – teneurs en oxygène-18 de trois
systèmes des PyrenØes, France. Journal of Hydrology, 23, 1-2: 141-158.
Drole, F. 1992: Poroč ilo o prenosu koordinat jamskega poligona Pisanega rova Postojnske jame na
površje.- Arhiv IZRK, 2 str. + 3 priloge, Postojna.
Jeannin, P.-Y., Grasso, A.D. 1995. Recharge respective des volumes de roche peu permØable et des
conduits karstiques, rôle de l'Øpikarst. Bulletin d'Hydrologie, 14, 95-111.
Klimchouk, A. 1995. Karst Morphogenesis in the epikarstic zone. Inter. Symp. on changing karst
environments, Oxford and Huddersfield. Cave and karst science, 21, 2: 45-50.
Kogovšek, J., Habič , P. 1981. Preuč evanje vertikalnega prenikanja vode na primerih Planinske in
Postojnske jame. Acta carsologica. 9: 129-148.
Williams, P.W. 1983: The role of the subcutaneous zone in karst hydrology. Journal of Hydrology,
61: 45-67.
Kogovšek, J. 1982. Vertikalno prenikanje v Planinski jami v obdobju 1980/81. Acta carsologica,
10: 110-125.
Kogovšek, J. 1983. Prenikanje vode in izloč anje sige v Pisanem rovu Postojnske jame. Acta
carsologica, 11: 63-76.
Kogovšek, J. 1984. Vertikalno prenikanje v Škocjanskih jamah in Dimnicah. Acta carsologica.12:
49-65.
Kogovšek, J. 1990. Znač ilnosti pretakanja padavin skozi strop Taborske jame. Acta carsologica,
19: 139-156.
Kogovšek, J. 1994a. Kombinirano sledenje skozi strop Pivke jame. Naše jame, 36: 58-66.
Kogovšek, J 1994b. Prenikajoč a voda v jamah primorskega krasa. Annales, 4, 4: 149-154.
Kogovšek, J. 2000. Ugotavljanje nač ina pretakanja in prenosa snovi s sledilnim poskusom v
naravnih razmerah. Annales, 10, 1=19: 133-142.
Mangin, A., 1973: Sur la dyinamique des transferts en aquifère karstique. Proc. of the 6th Inter.
Cong. of Speleology, Olomuc, 4: 157-162.
Perrin, J, Jeannin, P.-Y., Zwahlen, F. 2003a: Epikarst storage in a karst aquifer: a conceprual model
based on isotopic data, Milandre test site, Switzerland. Journal of Hydrology, 279, 1: 106-124.
77
Pezdič , J., Leskovšek-Šefman, H., Dolenec, T., Urbanc, J. 1984. Isotopic study of karst water. Final
Report on IAEA Research Contract No.2845/RB. J.Stefan Institute, 47p, Ljubljana.
Petrič , M. 2001. The role of accurate recharge estimation in the hydrodinamic analysis of karst
aquifers. Acta carsologica, 30, 1:69-84.
Petrič , M. 2002. Characteristics of recharge-discharge relations in Karst aquifer. (Zbirka
Carsologica). Založba ZRC SAZU, 154 p, Postojna-Ljubljana,
Smart, P.L., Friedrich, H. 1986: Water movement and storage in the unsaturated zone of a maturely
karstified carbonate aquifer, Mendip Hills, England, In: Proceedings of the Conference on
environmental problems of karst terranes and their solutions, National Water Well Association,
59-87, Dublin.
Stichler, W., Trimborn , P., Maloszewski, P., Rank, D., Papesch, W., Reichert, B. 1997. Isotopic
investigations. Acta carsologica 26,1. In: Kranjc A.(Ed) Karst Hydrogeological Investigations in
South-Western Slovenia, 213-235, Ljubljana.
Trč ek, B. 2003. Epikarst zone and the karst aquifer behaviour. A case study of the Hubelj
catchment, Slovenia. Geološki zavod Slovenije, 100 p, Ljubljana.
79
Vplivi dogajanj na Soncu na določ itev položaja z enofrekvenč nimi
kodnimi GNSS-instrumenti: priprava na vrh 24. Sonč evega cikla
Oskar Sterle
1
, Bojan Stopar
2
in Polona Pavlovč ič Prešeren
3
Povzetek
V prispevku posredno nač in predstavljamo dogajanja na Soncu v č asu več je in manjše intenzitete
prejšnjega 23. in trenutnega 24. Sonč evega cikla. Sonč eva aktivnost sledi periodi enajstih let,
intenzivnost dogajanj pa med drugim opišemo s številom Sonč evih peg in s številom različ nih
izbruhov na Soncu. Dogajanja na Soncu vplivajo tudi na spremembo števila prostih elektronov v
plasti ionosfere, kar naprej vpliva na spremembo razširjanja radijskih valov, to je tudi GNSS-
opazovanj. V obdelavi GNSS-opazovanj moramo vpliv upoštevati in ga odstraniti ali zmanjšati z
uporabo ustreznih modelov. Vpliv plasti ionosfere na razširjanje GNSS-opazovanj je različ en za
različ ne tipe opazovanj. Poznamo različ ne pristope modeliranja in upoštevanja vpliva ionosferske
refrakcije na GNSS-opazovanja. V prispevku je opisan nač in uporabe GNSS-tehnologije za
spremljanje dogajanj v ionosferi, saj nam konkretno izvedena GNSS-opazovanja lahko služijo za
modeliranje dogajanj v ionosferi. Tako pridobljen potek dogajanj v ionosferi lahko primerjamo s
podatki o Sonč evih pegah, ki so pridobljeni z drugimi metodami. Glavni namen prispevka je
pokazati, kako neupoštevanje ali pomanjkljivo upoštevanje vpliva ionosfere na razširjanje GNSS-
opazovanj vpliva na toč nost in natanč nost določ itve položaja na Zemlji. Predstavljene so prednosti
in slabosti modeliranja ionosferske refrakcije. Iz podatkov opazovanj iz prejšnjega Sonč evega cikla
so prikazane situacije, ko več ja nenadna aktivnost na Soncu lahko povzroč i več metrsko spremembo
določ itve položaja, č e le-ta temelji na obdelavi enofrekvenč nih kodnih opazovanj.
Uvod
V decembru 2008 smo prešli v 24. Sonč ev cikel, katerega vrh prič akujemo v maju 2013.
V tem č asu bo poveč ana intenzivnost dogajanja na Soncu. Dogajanje na Soncu merimo s
številom Sonč evih peg in pojavom več jih izbruhov različ nih tipov (izbruhi X, F, ...).
Sonč eva aktivnost ima ciklus (periodo) enajstih let, zato nam študija dogajanj v prejšnjih
ciklih lahko služi kot pomoč pri razumevanju dogajanj v trenutnem ciklu. Pojavi na Soncu
vplivajo na spremembe v plasti ionosfere, kar vpliva na razširjanje radijskih signalov v
okviru GNSS (angl. Global Navigation Satellite System) in posledič no na določ itev
položaja na Zemlji ali v njeni bližini. Uporabnik GNSS-tehnologije dogajanj na Soncu
direktno ne zazna oziroma jih zazna šele v primeru izgube GNSS-signala in posledič no v
nezmožnosti določ itve položaja. To pomeni, da tudi v primeru več jih nenadnih sprememb
v ionosferi položaj na Zemlji še vedno lahko določ amo, vendar je le-ta slabše kakovosti.
Podatka o kakovosti določ itve položaja pa uporabnik enofrekvenč nih GNSS-instrumentov
nima na razpolago.
V prispevku podrobneje obravnavamo dogajanja na Soncu v prejšnjem 23. Sonč evem
ciklu in ugotavljamo, kako nenadne spremembe v ionosferi vplivajo na določ itev položaja
pri uporabi enostavnih navigacijskih GNSS-sprejemnikov. To je tistih GNSS-
sprejemnikov, ki temeljijo izključ no na določ itvi absolutnega položaja iz kodnih opazovanj
ene frekvence. Za študijo dejanskih opazovanj v zadnjem obdobju poveč ane Sonč eve
1
asist. mag. Oskar Sterle, univ.dipl. inž. geod
2
prof. dr. Bojan Stopar, univ. dipl. inž. geod.,
3
asist. dr. Polona Pavlovč ič Prešeren, univ. dipl. inž. geod.,
(vsi Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana)
80
aktivnosti smo kot osnovo privzeli parametre modelov ionosferske refrakcije, ki so bili na
voljo v realnem č asu ali pridobljeni iz že opravljenih opazovanj, in jih nadalje primerjali z
dejansko opravljenimi opazovanji. Na ta nač in lahko pokažemo, da vpliv ionosferske
refrakcije na opazovanja lahko zmanjšamo tudi v č asu intenzivnejšega dogajanja v
ionosferi. Iz konkretno izvedenih GNSS-opazovanj pa lahko pokažemo, kako ionosferska
refrakcija vpliva na konč no določ itev položaja v različ nih obdobjih Sonč evega cikla.
Iz konkretnih opazovanj lahko zaključ imo, da določ anje položaja z GNSS-tehnologijo v
primeru intenzivnega dogajanja v ionosferi, ki ima daljšo periodo, ni tako problematič no
kot situacije, ko se zgodijo hitre in nenadne spremembe v ionosferi, katerih rezultat je
izguba satelitskega signala za določ eno č asovno obdobje. V prispevku nato pokažemo, da
lahko določ itev položaja z enofrekvenč nimi kodnimi instrumenti izboljšamo z metodo
diferencialnega GPS-a.
Vpliv ionosfere na razširjanje signala
Po odstranitvi t. i. motnje omejene dostopnosti (angl. Selective Aviability) v okviru
GPS (angl. Global Positioning System) v letu 2000 ima ionosferska refrakcija največ ji
vpliv na kakovost določ itve položaja na Zemlji. Velikost vpliva je odvisna od števila
prostih elektronov v plasti ionosfere kot tudi od frekvence valovanja; višja kot je
frekvenca, manjši je ionosferski vpliv. Znano je, da v primeru opazovanj GPS ionosfera
povzroč i prehitevanje faze nosilnega valovanja in zakasnitev moduliranega signala (PRN-
kode in navigacijskega sporoč ila). Ionosferski refrakcijski koeficient predstavimo z vrsto
(Hofmann-Wellenhof et al., 2001):
=1+
+
+
+⋯
kjer so koeficientii odvisni od števila elektronov vzdolž poti razširjanja signala
. predstavlja gostoto oz. število elektronov vzdolž poti razširjanja signala (enota:
elektroni/m
3
).
Drugi č len v gornjem izrazu (
) podaja največ ji delež vpliva ionosferske refrakcije,
tretji č len pa opisuje nekajcentimetrski vpliv na podaljšanje/skrajšanje poti razširjanja
signalov iz smeri zenita. Č e upoštevamo le največ ji del vpliva ionosferske refrakcije, lahko
pokažemo, da je vpliv ionosfere na fazna ( ) in modulirana opazovanja ( ) enak po
velikosti, vendar nasprotnega predznaka:
=1− , ∙ , =1+
, ∙
Število prostih elektronov (angl. Total Electron Content - TEC) vzdolž poti razširjanja
signala s izrač unamo kot: TEC= !
Za predstavitev količ ine prostih elektronov največ krat uporabljamo število prostih
elektronov nad toč ko v navpič nem stolpcu, katerega površina znaša 1 m #
. TECU (angl.
TEC unit) predstavlja 10
%&
elektronov/m #
. Sprememba vrednosti za eno enoto TECU
povzroč i podaljšanje/skrajšanje poti razširjanja signala za 0,163 m za opazovanja na
frekvenci L1 (1575,42 MHz) in 0,267 m spremembo poti za opazovanja na frekvenci L2
(1227,60 MHz), č e signal prihaja iz zenita. Č e tako primerjamo opazovanja na različ nih
frekvencah, lahko dogajanje v ionosferi, to je vrednost TEC, določ imo iz GNSS-kodnih
opazovanj (Dyrud et al., 2006):
81
TEC = ρ (#
−ρ (%
0,104 m ∙TECU +%
kjer sta ρ (%
and ρ (#
opazovani psevdorazdalji na frekvencah L1 in L2. Enako lahko
določ imo vrednost TEC iz faznih opazovanj na dveh frekvencah (ϕ (%
and ϕ (#
) (Dyrud et
al., 2006):
TEC = −ϕ (#
+ϕ (%
0,104 m ∙TECU +%
Modeliranje ionosferske refrakcije
Ker več ina enostavnih GNSS-sprejemnikov omogoč a sprejem signalov le na eni
frekvenci, vpliva ionosferske refrakcije ne moremo modelirati na nač in, kot je opisan
zgoraj, ampak moramo v obdelavo GNSS-opazovanj do konč ne določ itve položaja privzeti
modeliran vpliv ionosferske refrakcije. Taki modeli/algoritmi so npr. Klobuchar, Bent,
IRI, ICED, FAIM, NEQUICK (slednji je model, katerega koeficiente bo vključ evalo
navigacijsko sporoč ilo tehnologije GALILEO).
Klobucharjev model
V praksi najbolj uporabljen model ionosferske refrakcije je Klobucharjev model.
Uporaben je zaradi preproste strukture (predstavljen je z osmimi spreminjajoč imi se
koeficienti: -
.
in /
.
, kjer je n = 1, 2, 3, 4), enostavnosti algoritma, predvsem pa zato, ker
ga lahko v primeru tehnologije GPS uporabimo v realnem č asu. Klobucharjev model
temelji na predpostavkah (Klobuchar, 1987):
• da so prosti elektroni skoncentrirani v plasti, ki se nahaja na višini 350 km in katere
debelina je enaka 0;
• najvišjo vrednost TEC doseže ob 14.00 uri po lokalnem č asu;
• vrednost TEC je konstantna med 22.00 in 6.00 uro in znaša 9,24 enot TECU.
GPS-navigacijsko sporoč ilo vsebuje koeficiente Klobucharjevega modela, tako da je
uporabniku enofrekvenč nih instrumentov omogoč eno upoštevati vpliv ionosferske
refrakcije v realnem č asu. Znano pa je, da s pomoč jo uporabe Klobucharjevega modela in
koeficientov iz navigacijskega sporoč ila lahko odpravimo le 50 do 60 % vpliva (Komjathy,
1997), kar je odvisno od stopnje Sonč eve aktivnosti kot tudi od položaja opazovališč a ter
letnega in dnevnega č asa opazovanj. Klobucharjev model namreč vključ uje geomagnetno
širino toč ke, kjer naj bi se prič ela plast ionosfere. Ker je le-ta odvisna tako od letnih č asov
in geomagnetnega polja kot tudi od Sonč eve aktivnosti, se v č asu spreminjajo tudi
vrednosti koeficientov Klobucharjevega modela.
V okviru sistema GPS so koeficienti Klobucharjevega modela določ eni na podlagi dveh
kriterijev, in sicer (Ovstedal, 2002):
• č asa opazovanj: v glavni kontrolni postaji eno leto razdelijo na 37 intervalov, vsakemu
izmed teh pa priredijo niz koeficientov Klobucharjevega modela;
• srednje vrednosti aktivnosti Sonca, izrač unane iz vrste zaporednih petih dni,
vključ ujoč tudi zadnji dan. Trenutno Sonč evo aktivnost uvrstijo v tabelo z 10
82
stopnjami, nadalje koeficiente Klobucharjevega modela določ ijo glede na uvrstitev
Sonč eve aktivnosti v tabeli.
Koeficienti Klobucharjevega modela so posredovani GPS-satelitom, le-ti pa podatke
preko navigacijskega sporoč ila posredujejo uporabnikom. Odvisni so od uvrstitve č asa
opazovanj v enega izmed 37-ih intervalov in nadalje popravljeni glede na jakost Sonč eve
aktivnosti (določ ena z 10 stopnjami), ne vključ ujejo pa nenadnih sprememb v ionosferi,
č eprav se le-te v č asu poveč ane aktivnosti Sonca pogosto dogajajo. Koeficienti
Klobucharjevega modela v navigacijskem sporoč ilu vključ ujejo netoč nosti, katerih perioda
trajanja lahko znaša tudi 10 dni (Weiss et al., 2002). Č etudi uporabljamo podatke preciznih
efemerid in natanč ne podatke satelitovih ur, je konč na določ itev položaja z uporabo
koeficientov Klobucharjevega modela iz navigacijskega sporoč ila vezana na natanč nost
določ itve položaja velikosti nekaj metrov (Ovstedal, 2002).
Boljša možnost zmanjšanja vpliva ionosfere je uporaba podatkov, posredovanih
uporabniku v okviru t. i. SBAS (angl. Satellite Based Augmentation System) satelitov.
Takšna sistema sta npr.: WAAS (angl. Wide Area Augmentation System) ali EGNOS
(angl. European Geostationary Navigation Overlay Service), katerih navigacijsko sporoč ilo
vsebuje izboljšane vrednosti koeficientov Klobucharjevega modela. V tem primeru mora
imeti instrument možnost sprejema signalov WAAS oziroma EGNOS. Alternativa temu je
uporaba koeficientov Klobucharjevega modela, ki jih posreduje služba CODE (angl.
Center for Orbit Determination in Europe). Ta od julija 2000 preko spleta ponuja
koeficiente Klobucharjevega modela, izrač unane na podlagi GPS-opazovanj na postajah
IGS, ki so razporejene po celotni Zemlji. Modeliranje ionosferske refrakcije so precej
izboljšali, saj so za osnovo naknadne določ itve privzeli tudi podatke iz datotek IONEX,
vendar je bilo sprva koeficiente mogoč e pridobiti šele z zakasnitvijo nekaj dni. Problem
č asovne zakasnitve pridobitve parametrov so v službi CODE rešili in tako je danes mogoč e
pridobiti tudi vnaprej napovedane vrednosti koeficientov Klobucharjevega modela, vendar
njihova kakovost ne dosega kakovosti naknadno pridobljenih.
Slika 1: Č asovna vrsta velikosti vpliva ionosferske refrakcije na GNSS-opazovanja,
izrač unana s Klobucharjevim modelom.
83
Slika 2: Č asovna vrsta izbruhov X na Soncu (SunSpotWatch.com)
Med č asovno vrsto vpliva ionosferske refrakcije, predstavljene s Klobucharjevim
modelom (uporaba koeficientov iz navigacijskega sporoč ila) za obdobje 1997 do sredine
2011 (Slika 1), in Sonč evo aktivnostjo, ki so jo spremljali z drugimi metodami (Slika 2),
obstaja funkcijska odvisnost. Tako lahko iz izrač unane č asovne vrste vidimo, da je bil vrh
23. Sonč evega cikla vezan na zač etek leta 2002.
Model IONEX
Različ ne GNSS-službe podajajo podatke o stanju v atmosferi v obliki IONEX (angl.
IONosphere Map Exchange) (Schaer et al., 1997). Podatki so določ eni na osnovi več
postaj, razporejenih po celotni Zemlji (primer službe CODE: podatke določ ijo na podlagi
200 postaj GPS/GLONASS). Drugač e kot pri Klobucharjevem modelu, kjer je ionosferska
refrakcija predstavljena v obliki funkcije, gre v primeru IONEX za nač in modeliranja v
pravilni mreži. Podatki o stanju v ionosferi so podani s sfernimi harmonič nimi koeficienti
ter s č asovno loč ljivostjo 2 uri in s prostorsko loč ljivostjo 5° (geografska širina) in 2,5°
(geografska dolžina).
Služba CODE konč ne vrednosti podatkov posreduje z zakasnitvijo treh dni; hitrejše,
vendar manj natanč ne podatke pa z zakasnitvijo 12 ur. Dodatno nudijo tudi predvidene
podatke za en oziroma dva dni vnaprej. Služba IGS (angl. International GNSS Service)
konč ne podatke v obliki datotek IONEX podaja s č asovno zakasnitvijo 11 dni.
Ionosferska refrakcija vpliva na kodna opazovanja tako, da izmerjene psevdorazdalje
med satelitom in sprejemnikom podaljša. Vpliv na položaj (t. j. na koordinate toč ke) je
določ en z razliko med izmerjeno vrednostjo razdalje satelit–sprejemnik in izrač unano
vrednostjo razdalje satelit–sprejemnik iz koordinat. Spodnja slika prikazuje velikost vpliva
ionosferske refrakcije na koordinate toč k v omrežju SIGNAL, č e vpliv modeliramo s
podatki IONEX.
84
Slika 3: Modeliran vpliv ionosferske refrakcije (iz datotek IONEX) na koordinate 6-ih
stalnih postaj omrežja SIGNAL na dan 31. 7. 2011
Zgornje slike prikazujejo 6 toč k omrežja SIGNAL (Bodonci (BODO), Brežice (BREZ),
Ljubljana (GSR1), Koper (KOPE), RADO (Radovljica) in Slovenj Gradec (SLOG)) in
odstopanje izrač unanega od pravega položaja. Izrač unani položaj je bil določ en brez
upoštevanja vpliva ionosferske refrakcije (212. dan leta 2011). Vidi se, da ionosferska
refrakcija vpliva predvsem na višinsko komponento položaja (DH: višinska komponenta),
vpliv na horizontalni položaj (DN: smer sever–jug in DE: smer vzhod–zahod) je bistveno
manjši. Vidno je tudi, da je vpliv ionosferske refrakcije za vse prikazane toč ke zelo
podoben, kar kaže na to, da je vpliv ionosfere moč no prostorsko koreliran (ionosfera se
lokalno bistveno ne spreminja). Iz narave vpliva ionosferske refrakcije (podaljšanje in/ali
skrajšanje razdalj satelit–sprejemnik) sledi, da je največ ji vpliv ionosferske refrakcije pri
relativni določ itvi položaja povezan z merilom baznega vektorja ali geodetske mreže. Pri
kodnih opazovanjih ionosferska refrakcija povzroč i poveč anje merila, pri faznih
opazovanjih pa zmanjšanje merila baznega vektorja oziroma geodetske mreže. Del vpliva
se sicer prelije tudi na popravek ure sprejemnika, vendar ta ne vpliva na popravke
koordinat, zato problema v tem prispevku ne obravnavamo. Vpliv ionosferske refrakcije je
85
tako vezan samo na spremembo merila geodetske mreže. Kot že omenjeno, pa se največ ji
vpliv ionosfere pri absolutni dloč itvi položaja odraža v višinski določ itvi položaja.
Modeliranje ionosferske refrakcije z linearno kombinacijo P3
Pri obdelavi GNSS-kodnih opazovanj na dveh frekvencah lahko sami modeliramo vpliv
ionosferske refrakcije in sicer z linearno kombinacijo kodnih opazovanj na nosilnih
valovanjih L1 in L2, ki je (skoraj) neobč utljiva na vpliv ionosfere:
0
, 1
= 2
2
+ ∙0
,%
1
− 2
+ ∙0
,#
1
≈2.5457∙0
,%
1
− 1.5457∙0
,#
1
V zgornji enač bi sta 8
%
in 8
#
frekvenci nosilnih valovanj L1 in L2 v okviru GPS. Oznaki
0
,%
1
in 0
,#
1
predstavljata kodna opazovanja med satelitom j in stojišč em i; oznaki 1 oziroma
2 pa določ ata, da gre za opazovanja na nosilnem valovanju L1 oziroma L2. 0
, 1
označ uje
linearno kombinacijo P3. S sestavo linearne kombinacije P3 odstranimo vpliv ionosferske
refrakcije 2. reda (č len
), ostali vplivi na opazovanja, tudi vplivi ostalih nadaljnjih č lenov
(3., 4. …) v vrsti za ionosferski refrakcijski koeficient v linearni kombinaciji, ostanejo,
vendar so velikostnega reda cm, tako da jih pri obdelavi kodnih opazovanj lahko
zanemarimo.
Vpliv upoštevanja ionosferske refrakcije na določ itev položaja
Ionosferska refrakcija v č asu manjše Sonč eve aktivnosti precej manj vpliva na konč no
določ itev položaja kot v č asu poveč ane Sonč eve aktivnosti. V č asu največ je aktivnosti
Sonca je vpliv ionosferske refrakcije na določ itev položaja 4-krat več ji kot v č asu manjše
intenzivnosti dogajanj (v t. i. »tihih obdobjih«). Ionosferska refrakcija najbolj vpliva na
višinsko komponento položaja; v č asu največ je intenzivnosti dogajanj na Soncu vpliv na
višinsko komponento lahko znaša več deset metrov (v našem primeru 18 m), medtem ko v
č asu manjše intenzivnosti precej manj (v našem primeru do 4 m), č e ionosferske refrakcije
v obdelavi GNSS-opazovanj ne upoštevamo oziroma modeliramo. Rezultati izrač una
veljajo za stalno postajo v Gradcu (GRAZ (j = 47°04'01,56''S, l = 15°29'36,60''V ))
(Slika 4).
Slika 4: Odstopanje položaja od pravega za stalno postajo v Gradcu (oznaka GRAZ) zaradi
nemodeliranega vpliva ionosferske refrakcije (65. dan leta 2002 (velik vpliv) in za 111.
dan leta 2007 (majhen vpliv)
86
Spodnja slika prikazuje odstopanje položajev (v koordinatnih komponentah) za šest
stalnih postaj omrežja SIGNAL in za primer, ko v obdelavi nismo upoštevali vpliva
ionosferske refrakcije:
Slika 5: Odstopanje položajev toč k zaradi neodstranjenega vpliva ionosferske refrakcije na
GNSS-opazovanja: izrač un za 6 stalnih postaj omrežja SIGNAL na dan 31. 7. 2011.
Vidi se, da so slike izredno podobne Slikam 3, kjer smo s pomoč jo podatkov IONEX
modelirali vpliv ionosferske refrakcije na toč ke omrežja SIGNAL. Ionosferska refrakcija
najbolj vpliva na višinsko komponento položaja; v danem primeru so odstopanja do 7 m.
Č e v obdelavo vključ imo upoštevanje vpliva ionosferske refrakcije (model IONEX),
konč no določ itev položaja precej izboljšamo; odstopanja v višinski komponenti položaja
znašajo največ 3 m (Slike 6). Iz slik se vidi, da z uporabo podatkov IONEX odpravimo
vpliv ionosferske refrakcije na opazovanja, vendar ne v celoti. S sestavo linearne
kombinacije kodnih opazovanj P3 pa vpliv v več ji meri odstranimo.
87
Slika 6: Ocenjeni popravki koordinat stalnih postaj omrežja SIGNAL, č e ionosfersko
refrakcijo modeliramo s podatki iz datotek IONEX.
Slike 7 prikazujejo popravke koordinat toč k omrežja SIGNAL, ki so dobljene na osnovi
obdelave opazovanj z linearno kombinacijo P3. Razpršenost posameznih koordinat okoli
njihove srednje vrednosti ima zelo naključ en videz, kar kaže na dejstvo, da so iz opazovanj
odstranjeni vsi sistematič ni vplivi (do reda velikosti 0,3 m) in so prisotni samo še sluč ajni
vplivi (odboja signala od objekta tu nismo upoštevali).
88
Slika 7: Ocenjeni popravki koordinat stalnih postaj omrežja SIGNAL, č e vpliv ionosferske
refrakcije odstranimo z linearno kombinacijo P3.
Vpliv ionosferske refrakcije se v več ini prelije v ocenjene neznanke, to so koordinate
toč k, in popravke ure sprejemnika, manj pa na popravke psevdorazdalj po izravnavi. Slika
8 prikazuje ocenjene vrednosti standardnega odklona aposteriori (rač unanega iz popravkov
psevdoopazovanj) za stalno postajo v Kopru (oznaka KOPE) in za različ ne nač ine
upoštevanja ionosferske refrakcije. Leva slika prikazuje vrednosti standardnega odklona
aposteriori, č e ionosferske refrakcije ne upoštevamo v obdelavi, srednja slika prikazuje
vrednosti standardnega odklona aposteriori, č e ionosfersko refrakcijo modeliramo z
modelom IONEX, in zadnja, desna slika, vrednosti standardnega odklona aposteriori, č e
ionosfersko refrakcijo odstranimo z linearno kombinacijo P3.
Slika 8: Ocenjene vrednosti referenč nega standardnega odklona aposteriori za posamezne
ocenjene položaje, č e ne modeliramo ionosferske refrakcije (levo), č e ionosfersko
refrakcijo modeliramo z modelom IONEX (sredina) in č e modeliramo ionosfersko
refrakcijo z linearno kombinacijo P3 (desno).
Vidi se, da se vrednosti standardnega odklona a-posteriori ne zmanjšajo bistveno z
odpravljanjem vpliva ionosferske refrakcije iz opazovanj. Iz največ je vrednosti okoli 0,5 m
89
preidemo na okoli 0,2 m. Iz tega je razvidno, da je vpliv ionosferske refrakcije sistematič en
in vpliva na toč nost veliko bolj kot na natanč nost ocenjenih koordinat in popravkov ure
sprejemnika.
Zaključ ek
Iz študije lahko zaključ imo, da je v procesu obdelave GNSS-opazovanj eden
najpomembnejših faktorjev, ki vpliva na konč no določ itev položaja, korektno upoštevanje
vpliva ionosferske refrakcije na GNSS-signal, in sicer za vsa obdobja v Sonč evem ciklu.
Pristopi k modeliranju ionosferske refrakcije so različ ni, vendar se ti pri uporabi
enofrekvenč nih kodnih GNSS-instrumentov pri absolutni določ itvi položaja in brez
možnosti komunikacije z drugim instrumentom (metoda diferencialnega GPS-a) omejijo
zgolj na uporabo modelov ionosferske refrakcije in koeficientov, ki so sestavni del
navigacijskega sporoč ila (ali pa so pridobljeni preko interneta). Glede na to, da so študije
pokazale, da se vpliv ionosferske refrakcije lokalno ne spreminja v veliki meri, bi lahko
stalne GNSS-postaje uporabniku nudile dodatne podatke za izboljšanje določ itve položaja
tudi v č asu več jih in nenadnih sprememb v ionosferi. Stalno delujoč e GNSS-postaje imajo
namreč možnost izvajanja kodnih in faznih opazovanj na dveh nosilnih valovanjih L1 in
L2, zato je v tem primeru mogoč e vrednotiti vpliv ionosfere v realnem č asu. Obstajata dve
možnosti, kako bi stalne GNSS-postaje lahko uporabniku nudile podatke v realnem č asu:
prva možnost, to je določ itev izboljšanega niza koeficientov modela ionosferske refrakcije
(npr. Klobucharjevega), bi bila primerna za uporabnike tistih GNSS-instrumentov, katerih
programska oprema omogoč a spreminjanje koeficientov modela. Č e je programska koda v
GNSS-instrumentu zaprtega tipa, bi uporabili drugo možnost, kjer bi uporabnik GNSS-
instrumentov spremembe v ionosferi upošteval na indirekten nač in tako, da bi stalna
GNSS-postaja nudila podatke o popravkih posamezne komponente določ itve položaja
zaradi dogajanj v ionosferi. Uporabnik GNSS-tehnologije bi te podatke vključ il v konč no
določ itev položaja tako, da bi koordinatne komponente popravil za velikost posredovane
vrednosti. Uč inek upoštevanja popravkov koordinat referenč ne toč ke na položaj
sprejemnika uporabnika bi bilo izboljšanje toč nosti in natanč nosti položaja sprejemnika
uporabnika.
Zahvala
Študija je nastala v okviru temeljnega raziskovalnega projekta “Določ itev in ocena
vplivov izrednih Sonč evih aktivnosti na satelitsko določ anje lokacije”, katerega naroč nik je
Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije – ARRS.
Literatura
CODE: http://aiuws.unibe.ch/ionosphere/#cgim
Dyrud, L., Bhatia, N., Ganguly, S. in Jovancevic (2006), Performance nalysis of software based
GPS receiver using a generic scintillation model, 19th International Technical meeting, Satellite
Division of the Institute of Navigation, Forth Worth, Texas, ZDA.
Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger H., in Collins J. (2001). GPS Theory and Practice, Springer
Verlag, 370 str.
IGS: ftp://cddis.gsfc.nasa.gov/pub/gps/products/ionex/
Klobuchar, J.A. (1987), Ionospheric time-delay algorithm for single-frequency GPS users, IEEE
Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol. AES-23, No.3, str. 325-331.
90
Komjathy, A. (1997), Global Ionospheric Total Electron Content Mapping Using the Global
Positioning System, doktorska disertacija, Department of Geodesy and Geomatics Engineering
Technical Report NO. 188, University of New Brunswick, Fredericton, New Brunswick,
Kanada, 248 str.
Ovstedal O. (2002), Absolute positioning with single-frequency GPS receivers, GPS Solutions, 5,
str. 33-44.
Schaer, S., Gurtner, W. in Feltens, J. (1997), IONEX: The IONosphere Map EXchange Format
Version 1, February 25, 1998, in Proceedings of the 1998 IGS Analysis Centers Workshop,
ESOC, Darmstadt, Nemč ija, str. 233-247.
SunSpotWach.com: Radio Propagation: Space Weather: Sunspot Cycle Information:
http://prop.hfradio.org/
Weiss, M., Zhang, V., Jensen, M., Powers, E., Klepczynski, W. in Lewandowski, W. (2002) ,
Ionospheric models and measurements for common-view time transfer.IEEE lntemational
Frequency Control Symposium and PDA Exhibition.
91
Novi višinski sistem Slovenije in testni izrač un geoida
Božo Koler
*
, Tilen Urbanč ič *
, Klemen Medved
** , Nuša Vardjan
**
, Sandi Berk
*** ,
Ove Christian Dahl Omang
**** , Dag Solheim
****
, Miran Kuhar
*
Povzetek
V okviru projekta "Vzpostavljanje evropskega prostorskega referenč nega sistema v Sloveniji" je bil
izdelan tudi projekt novega višinskega sistema v Sloveniji. Del tega projekta sta je zasnova nove
nivelmanske mreže Slovenije, ki je delno že izmerjena, in testni izrač un novega modela geoida. V
prispevku sta predstavljeni analiza opravljene nivelmanske izmere in primerjava določ itve geoidnih
višin iz uradnega modela geoida iz leta 2000 in testnega modela geoida iz leta 2010. Z izrač unom
ploskve testnega geoida smo pridobili možnost predhodne analize kvalitete bodoč ega geoida, ki je zelo
pomembna za izvajanje GNSS-višinomerstva v geodetski praksi.
Uvod
Kakovost geodetskih in prostorskih podatkov je odvisna tudi od natanč nosti določ itve
nadmorskih višin toč k. S sodobnimi geodetskimi merskimi tehnikami, kot so GNSS in
LIDAR, dobimo geometrič ne oz. elipsoidne višine posnetih toč k. Obič ajno višinam toč k
določ imo t. i. nadmorske oz. fizikalne višine, ki so določ ene v različ nih višinskih sistemih
(normalne, ortometrič ne, normalne ortometrič ne višine) in so vezane na težnostno polje
Zemlje. Za kvaliteten prehod iz elipsoidnih višin v nadmorske višine oziroma za uporabo
GNSS-višinomerstva v praksi, pa sta nujna dobro določ en sodoben višinski sistem in
kvaliteten model geoida. Sodoben višinski sistem temelji na nivelmanski in gravimetrič ni
izmeri reperjev, ki so povezani v nivelmanske mreže. Višine toč k obstoječ e temeljne
geodetske višinske mreže Republike Slovenije niso določ ene na osnovi gravimetrič ne izmere,
saj so podane v normalnem ortometrič nem sistemu višin, ki je zastarel in se je uveljavil v 19.
stoletju, ko so se na območ ju Evrope izvajale prve obsežne izmere nivelmanskih mrež.
Temeljijo na določ enih predpostavkah brez dejanskih meritev težnostnega polja Zemlje.
Višine tako niso določ ene glede na geoid, kot je to v primeru ortometrič nih višin, ali
kvazigeoid, ki je izhodišč na ploskev za normalne višine. Strategija vzpostavitve novega
višinskega sistema Slovenije predvideva uvedbo normalnih višin, ki so definirane kot količ nik
geopotencialne kote in srednje vrednosti normalnega težnega pospeška vzdolž normale
(normalne težišč nice).
Za uporabo GNSS-višinomerstva v praksi potrebujemo tudi kvalitetno določ eno in vpeto
ploskev geoida v višinski sistem. Kvalitetno določ ena geoidna višin je osnova, ki povezuje
ploskev elipsoida z geoidom, oziroma povezava geometrič nih višin, ki so rezultat izmere
GNSS, s fizikalnimi višinami, ki so rezultat nivelmanske in gravimetrič ne izmere.
*
UL FGG, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana
** Geodetska uprava R Slovenije, Zemljemerska 12, 1000 Ljubljana
*** Geodetski inštitut Slovenije, Jamova cesta 2, 1000 Ljubljana
**** Statens kartverk, Kartverksveien 21, NO-3507 Hønefoss, Norveška
92
Analiza in ocena natanč nosti merjenih višinskih razlik
Na osnovi zasnove nove nivelmanske mreže, ki je rezultat projekta "Vzpostavljanje
evropskega prostorskega referenč nega sistema v Sloveniji", je bilo do konca leta 2011
izmerjeno približno 45 % nivelmanskih linij, ki so vključ ene v 8 nivelmanskih zank. Zanki 1
in 9 nista vključ eni v analizo nivelmanske izmere (Slika 1), saj je merjene višinske razlike
potrebno še obdelati (upoštevati moramo temperaturni popravek, srednjo vrednost popravka
dolžine para nivelmanskih lat in razliko petih nivelmanskih lat).
Na Sliki 1 je predstavljena nova nivelmanska mreža Slovenije. Dolžine nivelmanskih zank,
ki so vključ ene v analizo, znašajo od 134 km do 213 km. Povpreč na dolžina izmerjene
nivelmanske zanke znaša 176 km. Izmerjenih in obdelanih je bilo 751 nivelmanskih linij,
katerih povpreč na dolžina znaša 750 m.
4/7.7 mm
3/72.1mm
6/38.6 mm
5/0.1mm
1
7/-26.4mm
2/-83.4mm
10
8
12
11
OP 506
19
FR 1014
A107
MN 3
2054
58
ML VIII
31a/6
C152
2870
2879
6+ 7/12.2 mm
CP 412
7
ML VII
MN 101
2+ 3/-11.3 mm
9
Legenda
Nač rtovane izmere
13
14
Ni vključ eno v analizo
Vključ eno v analizo
14
Oznaka nivelmanske zanke
OP 506
Oznaka reperja
Slika 1 – Odstopanja pri zapiranju nivelmanskih zank
Pri izmeri preciznega nivelmana se višinske razlike merijo obojestransko (naprej in nazaj)
in se obič ajno razlikujejo. Dovoljeno odstopanje (razlika naprej in nazaj) je predpisano s
Pravilnikom o tehnič nih normativih za mreže temeljnih geodetskih toč k (RGU, 1981).
Dovoljeno odstopanje je preseženo v 12 nivelmanskih linijah, kar znaša 1.6 % vseh, ki so
vključ ene v analizo.
V Preglednici 1 so zbrani podatki o primerjavi odstopanja obojestransko merjenih
višinskih razlik (D) z dovoljenim odstopanjem (D dov
). Iz Preglednice 1 vidimo, da je 76 %
odstopanj manjših od 50 % dovoljenega odstopanja in 44 % odstopanj manjših oziroma
enakih 25 % predpisanega dovoljenega odstopanja. Le 8 % nivelmanskih linij ima odstopanje,
ki se uvrsti v zadnjo č etrtino dovoljenega odstopanja. Opravljena analiza kaže, da je izmera
opravljena kvalitetno.
93
D/D dov
(%)
Odstotek
nivelmanskih linij
do 25 44 %
25 do 50 32 %
50 do 75 16 %
75 do 100 8 %
Preglednica 1 – Primerjava velikosti dejanskega odstopanja
z dopustnim odstopanjem za posamezne nivelmanske linije
Č e želimo med seboj primerjati odstopanja posameznih nivelmanskih linij, ki so različ ne
dolžine, jih moramo prerač unati na utežno enoto oziroma na 1 km (Lyszkowicz in
Bernatowicz, 2010). Prerač unana odstopanja na km nivelmanske linije smo nanesli na
Diagram 1. Iz Diagrama 1 lahko vidimo, da se prerač unana odstopanja na km izmerjene
nivelmanske linije normalno porazdelijo. Srednja vrednost odstopanja znaša 0,64 mm/km in
standardni odklon 1,07 mm/km.
0 5 10 15 20 25 30 do -3 , 5 - 3 ,5 do - 3 -3 do -2,5 -2 , 5 do -2 - 2 do - 1, 5 - 1,5 d o-1 -1 do- 0 ,5 -0,5 d o 0 0 d o 0, 5 0 , 5 do 1 1 do 1, 5 1,5 do 2 2 d o 2 ,5 2, 5 do 3 3 do 3, 5 Odstopanje obojestransko merjenih višinskih razlik prerač unano na km
(v mm)
Odstotek nivelmanskih linij
Diagram 1 - Odstopanje obojestransko merjene višinske razlike
prerač unano na km nivelmanske linije
Na osnovi odstopanj obojestransko merjenih nivelmanskih linij in odstopanj pri zapiranju
nivelmanskih zank lahko naredimo analizo natanč nosti merjenih višinskih razlik. V analizo je
bilo vključ enih 739 nivelmanskih linij, ki so vključ ene v 16 nivelmanskih poligonov (izmera
med vozlišč nimi reperji nivelmanske mreže) dolžine od 6 km do 129 km, s povpreč no dolžino
38 km. Standardni odklon niveliranja 1 km nivelmanske linije v obe smeri znaša od 0,23 mm
do 0,61 mm in povpreč na vrednost 0,42 mm.
Z analizo odstopanj pri zapiranju nivelmanskih zank smo ugotovili, da je odstopanje v
nivelmanski zanki 2 in 3 bistveno več je od dovoljenega odstopanja (glej Sliko 1 in
Preglednico 2), ki je določ eno po enač bi za zapiranje nivelmanskih zank nivelmana visoke
natanč nosti (RGU, 1981). Razlog za tako veliko odstopanje je najverjetneje v nivelmanskem
94
poligonu od Godovič a do Ajdovšč ine, ki je bil problematič en že pri prejšnjih prerač unih
nivelmanske mreže in se ni ponovno izmeril. Č e združimo nivelmanski zanki 2 in 3, je
odstopanje v združeni nivelmanski zanki manjše od dovoljenega. Odstopanje je na meji
dovoljenega tudi v zanki 6 in dokaj veliko v zanki 7 (glej Sliko 1 in Preglednico 2), zato je
tudi ocena natanč nosti niveliranja na osnovi zapiranja nivelmanskih zank slaba (1,66 mm).
Najverjetneje je napaka v nivelmanskem poligonu MN101 – 31a/6 (Ljubljana–Kalce), ki ga
bo potrebno podrobneje analizirati. Za nadaljnjo analizo smo zanki 6 in 7 združili. Tako se je
bistveno poveč ala tudi natanč nost ocenjena na osnovi odstopanj pri zapiranju nivelmanskih
zank (0,61 mm).
Številka
zanke
d
(km)
f
(mm)
∆ Dov
(mm)
2 f d
2 154,486 -83,35 33,30 /
3 168,081 72,09 36,03 /
2+3 200,037 -11,27 42,43 0,6347
4 213,050 7,71 45,04 0,2787
5 134,067 0,12 29,21 0,0001
6 186,529 38,59 39,73 7,9849
7 145,359 -26,43 44,25 4,8072
2 f d
13,7056
Z σ
1,66 mm
6+7 265,652 12,16 55,57 0,5565
2 f d
1,4700
Z σ
0,61 mm
Preglednica 2 - Statistič ni podatki in analiza natanč nosti izmerjenih nivelmanskih zank
Analizo natanč nosti lahko naredimo tudi na osnovi popravkov merjenih višinskih razlik, ki
jih dobimo po izravnavi nivelmanskih zank in poligonov. Poleg tega dobimo še oceno
natanč nosti določ itve višine reperjev. Merjene višinske razlike smo izravnali z rač unalniškim
programom VimWin v. 4.1, ki smo ga razvili na Fakulteti za gradbeništvo in geodezijo
Univerze v Ljubljani (Ambrožič in Turk, 2004). Izravnana so vozlišč a nivelmanskih zank z
navezavo na fundamentalni reper FR 1014, ki je stabiliziran v Č rnuč ah. Standardni odklon
utežne enote znaša 0,852 mm. V Preglednici 3 so zbrani podatki o izravnanih nadmorskih
višinah vozlišč nih reperjev in a posteriori ocena natanč nosti določ itve nadmorske višine
reperjev.
Reper H
(m)
σ H
(mm)
Reper H
(m)
σ H
(mm)
7 800,59492 6,97 MLVII 464,14315 6,44
OP506 461,09780 6,12 MLVIII 536,22846 6,79
19 357.32095 4,09 C152 440,36085 7,33
CP412 302,29423 0,99 2870 182,45429 5,99
MN101 298,00659 2,27 2879 509,50123 5,76
A107 346,30284 4,48 31a_6 495,10007 6,61
58 509,73419 5,79
Preglednica 3 - Nadmorske višine vozlišč nih reperjev z oceno natanč nosti
95
Zaključ imo lahko, da so odstopanja pri zapiranju nivelmanske zanke in izrač unane
natanč nosti opravljenih izmer v prič akovanih mejah, glede na uporabljen instrumentarij in
metodo izmere.
Po izravnavi nivelmanskih zank smo izravnali še posamezne nivelmanske poligone.
Standardni odkloni po izravnavi višinskih razlik znašajo od 0.025 mm (Rakek–Kalce) do
0.795 mm (Most na Soč i–Kranjska gora) in povpreč na vrednost 0,35 mm. Ocena natanč nosti
določ itve nadmorske višine posameznih reperjev znaša od 0,02 do 3,81 mm.
Povezava elipsoida, (kvazi)geoida z višinsko referenč no ploskvijo
Z GNSS-višinomerstvom določ amo nadmorske višine toč k na osnovi izmerjenih
elipsoidnih/geometrijskih višin in interpoliranih geoidnih višin iz ustreznega modela geoida.
Elipsoidne višine se nanašajo na ploskev elipsoida in jih ni možno uporabiti v geodetski
praksi niti v vsakdanjem življenju, ker niso določ ene v težnostnem polju Zemlje. Elipsoidne
(h) in nadmorske višine – ortometrič ne (H) ali normalne višine (H
N
) – povezuje znana enač ba
(Slika 2):
h = H + N
h = H
N
+ z
pri č emer je N geoidna višina in z kvazigeoidna višina. Za kakovostno GNNS-
višinomerstvo potrebujemo model geoida (kvazigeoida), ki je enakovredne natanč nosti, kot je
natanč nost določ itve elipsoidnih višin.
Slika 2 - Elipsoidna višina h, nadmorska višina H in geoidna višina N
V geodeziji loč imo fizič no in teoretič no površino Zemlje. Prvo določ ajo lastnosti Zemljine
zunanje površine (reliefa), to je prostora, v katerem živimo. Druga je podana z obliko, ki jo
približno ponazarjata umirjena površina morske gladine ter navpič na smer težišč nice, to pa je
geoid. Geoid je po Gaußu ekvipotencialna ploskev zemeljskega telesa ponazorjena s srednjo
gladino svetovnih morij in v mislih podaljšana pod celinami, ki pa ni v nobenem primeru
analitič na ploskev, saj se ukrivljenost geoida neprestano spreminja s spremembo reliefa in
gostote zemeljske notranjosti.
Določ anje geoida pomeni določ anje oblike Zemlje oz. določ itev ene izmed nivojskih
ploskev Zemljinega težnostnega polja. Geoid, kot ekvipotencialna ploskev, poteka deloma
zunaj, deloma znotraj Zemlje, zato je njegova določ itev brez poznavanja razporeditve gostote
v notranjosti Zemlje izjemno težka naloga. Določ itev geoida je možna samo posredno, z
96
redukcijo merjenih vrednosti težnosti na geoid in uvedbo predpostavk o gostoti zemeljskih
mas v njeni notranjosti.
Več ina današnjih "rešitev" so kvazigeoidi, saj podatkov, ki jih uporabljamo za izrač un
(merjene vrednosti težnosti in odklonov navpič nic), ne reduciramo v notranjost Zemlje na
nič elno nivojsko ploskev (geoid), temveč jih uporabljamo v obliki, v kakšni so določ ene, tj.
na površini Zemlje (Solheim, 2000). Vendar, č e želimo tako ploskev, ki je rezultat nekega
numerič nega postopka, uporabiti praktič no, to je v povezavi z GNSS-določ enimi elipsoidnimi
višinami, je nujen prerač un (transformacija) v lokalni/državni višinski sistem. Tako
"prerač unana" ploskev ni več (kvazi)geoid temveč "višinska referenč na ploskev", ki pa
vsebuje vpliv nezanesljivega izrač una (kvazi)geoida (pogreški metode, vhodnih podatkov),
pogreške določ itve elipsoiodnih višin in tektonske vertikalne premike na območ ju izrač una.
Ne glede na to lahko omenjeno ploskev uspešno uporabimo za izrač un višin (predvsem v
manj dostopnih krajih) z metodo t. i. GNSS-višinomerstva. Prerač un (transformacijo) je
potrebno izpeljati s č im več jim številom toč k, enakomerno razporejenih na celotnem
območ ju, ki imajo znane elipsoidne (GNSS) in nadmorske višine. Takšne toč ke v geodetski
terminologiji obič ajno imenujemo GNSS/nivelmanske toč ke.
Trenutno se v Sloveniji uporablja geoidna ploskev iz leta 2000, ki jo je v okviru doktorske
disertacije izrač unal profesor Boško Pribič ević z Geodetske fakultete v Zagrebu (Pribič ević ,
2000). Ploskev je bila izrač unana s tehniko kolokacije po metodi najmanjših kvadratov. Za
izrač un je bilo uporabljenih 99 toč k z merjenimi odkloni navpič nice, od tega 51 v Sloveniji,
23 na Hrvaškem, 20 v Avstriji in 5 na Madžarskem. Uporabljenih je bilo tudi 4.605 toč kastih
vrednosti anomalij težnosti. Izrač unana ploskev je bila vpeta na 163 GNSS/nivelmanskih
toč k, ki so dokaj enakomerno razporejene po celotnem ozemlju Slovenije, vendar je bila
višina več ine toč k določ ena s trigonometrič nim višinomerstvom, ki po kakovosti ne dosega
geometrič nega nivelmana. Nekatere toč ke ležijo na ozemlju Hrvaške in so bile tudi vključ ene
v izrač un, saj naj bi se nanašale na isti višinski datum. Razpon geoidnih višin na območ ju
Slovenije je med 44,140 m in 48,724 m, pri č emer je povpreč na geoidna višina 46,453 m.
V okviru projekta "Vzpostavljanje evropskega prostorskega referenč nega sistema v
Sloveniji" je bil oktobra leta 2010 opravljen izrač un novega, testnega modela geoida za
območ je Slovenije. Tokrat je rešitev gravimetrič na, kar pomeni, da so uporabljene izključ no
vrednosti težnega pospeška, ki je bil izmerjen na skoraj 12.000 toč kah. Ploskev je bila
izrač unana z numerič no integracijo Stokesove enač be po metodi hitre Fourierjeve
transformacije (Omang, 2000).
Višinska referenč na ploskev je bila izrač unana z vpetjem geoidne ploskve na 24
GNSS/nivelmanskih toč k, na katerih sta obe višini določ eni z najvišjo možno natanč nostjo.
Na vseh teh toč kah so se GNSS-opazovanja (elipsoidna višina) izvajala neprekinjeno vsaj 36
ur s statič no metodo. Z geometrič nim nivelmanom so te toč ke navezane tudi na nivelmanske
poligone višjega reda (nadmorska višina). Razpon geoidnih višin na območ ju Slovenije je
med 41,972 m in 49,837 m, pri č emer je povpreč na geoidna višina 45,930 m. Glede na
obstoječ o rešitev iz leta 2000 so pri novem, testnem modelu uporabljeni novejši in izboljšani
vhodni podatki. Uporabljena sta dva nova digitalna modela višin za območ je izrač una, kjer se
položaji toč k nanašajo na koordinatni sistem ETRS89 (Berk in sod., 2009; Oven in sod.,
2010).
Poleg obstoječ ih gravimetrič nih podatkov na ozemlju Slovenije je bilo v izrač un
vključ enih nekaj č ez 700 merjenih vrednosti težnega pospeška, ki jih je Geodetska uprava
Republike Slovenije (GURS) določ ila v zadnjih treh letih. GURS je v okviru izmenjave
podatkov z Avstrijo pridobil podatke, ki pokrivajo mejno območ je držav južno od 47°
vzporednika. Gre za skoraj 4000 merjenih vrednosti težnega pospeška. V izrač unu so bile
izloč ene toč ke iz Italije, saj je analiza teh podatkov pokazala preveliko odstopanje od
prič akovanih vrednosti.
97
Analiza natanč nosti modelov geoida
Analiza natanč nosti ploskev geoida Slovenije je opravljena s primerjavo geoidnih višin, ki
jih dobimo kot razlike merjenih elipsoidnih in nadmorskih višin ("merjene geoidne višine"),
in tistih, ki jih interpoliramo iz modelov. GURS je v zadnjih letih sistematič no opravljal
GNSS-meritve na reperjih višjih redov državne nivelmanske mreže. Na reperjih se je izvajala
RTK-metoda izmere z 2 ponovljenima meritvama in vsaj 200 sekundnim intervalom
merjenja. Tako je nastala obsežna baza GNSS/nivelmanskih toč k, ki trenutno obsega več kot
štiristo toč k in je bila uporabljena za analizo natanč nosti obeh modelov geoida.
Analiza natanč nosti je bila opravljena na 345 GNSS/nivelman kontrolnih toč kah (rumeni
krogci na Sliki 3). Na sliki je z zelenimi krogci označ eno 24 toč k, ki so uporabljene za vpetje
testnega geoida iz leta 2010.
Slika 3 - Število in razporeditev GNSS/nivelman toč k
V Preglednici 4 so podani statistič ni kazalci izrač unani na podlagi analize odstopanj na 345
kontrolnih toč kah.
Preglednica 4 - Izrač unani statistič ni kazalci
model geoida sredina
[m]
maks. odstopanje
[m]
min. odstopanje
[m]
std. odklon
[m]
rešitev 2000 –0,108 0,099 –0,290 0,082
rešitev 2010 –0,002 0,094 –0,100 0,035
98
Pri obeh modelih so odstopanja normalno porazdeljena, pri rešitvi iz leta 2000 je sredina
odstopanj –0,108 m, pri modelu iz leta 2010 pa –0,002 m. Rezultati analize kažejo na
medsebojni zamik modelov za okoli 10 cm v višinskem smislu.
Odstopanja na posameznih kontrolnih toč kah v obeh modelih so prikazana na Slikah 4 in
5. Iz preglednice in slik vidimo, da so odstopanja za model geoida iz leta 2010 bistveno
manjša kot za model geoida iz leta 2000. Rezultati so izpolnili prič akovanja, saj so bili za
vklop ploskve geoida 2010 uporabljeni kvalitetnejši podatki.
Slika 4 - Odstopanja na posameznih kontrolnih toč kah (model 2000)
Slika 5 - Odstopanja na posameznih kontrolnih toč kah (model 2010)
99
Histograma frekvenc odstopanj za obe rešitvi sta prikazana na Diagramih 2 in 3.
Diagram 2 - Histogram frekvenc odstopanj za rešitev iz leta 2000
Diagram 3 - Histogram frekvenc odstopanj za rešitev iz leta 2010
Prav tako smo opravili primerjavo gridov obeh rešitev. Izrač unali smo razlike v gridnih
toč kah. Histogram frekvenc razlik je prikazan na Diagramu 4. Ker so razlike podane v
pravilni mreži smo lahko tudi izrisali plastnice (Slika 6). Največ ja odstopanja so na mejah
Slovenije, moramo pa poudariti, da so vrednosti v gridu modela iz leta 2000 podane samo na
ozemlju Slovenije. Razpon razlik je relativno velik (med -0,741 m in 0,283 m), ni pa opaziti
sistematič nih odstopanj.
Diagram 4 - Histogram frekvenc razlik v gridnih toč kah
100
Slika 6 - Prikaz odstopanj v gridnih toč kah
Zaključ ek
Trenutni rezultati pri uvajanju sodobnega višinskega sistema v Sloveniji, skupaj s
prerač unom ploskve geoida in vklopom ploskve geoida v višinski sistem Slovenije, kažejo, da
bomo dobili višinski sistem, ki bo omogoč al bolj kvalitetno, natanč no in zanesljivo uporabo
GNSS-višinomerstva v praksi. V okviru projekta "Vzpostavljanje evropskega prostorskega
referenč nega sistema v Sloveniji" je bil izdelan projekt nove nivelmanske mreže Slovenije, ki
je v 45 % izmerjenih nivelmanskih poligonov že realiziran. Glede na dejstvo, da je bil
izmerjen zahodni hriboviti/gorski del Slovenije, za katerega so znač ilne velike višinske
razlike med vozlišč nimi reperji, lahko ugotovimo, da so trenutni rezultati odlič ni. Tako je
okoli 76 % odstopanj obojestransko merjenih višinskih razlik manjših od polovice
predpisanega dovoljenega odstopanja. Ocena natanč nosti niveliranja 1 km nivelmanske linije
v obe smeri, ki smo jo izrač unali na osnovi zapiranja nivelmanskih zank, znaša 0,61 mm in na
osnovi popravkov merjenih višinskih razlik po izravnavi 0,85 mm. Podobno velja tudi za
doseženo natanč nost po izravnavi nivelmanskih poligonov, saj je pri 87 % (13) nivelmanskih
poligonov ocena natanč nosti boljša od 0,5 mm. Dobre rezultate dobimo tudi pri oceni
natanč nosti določ itve nadmorskih višin reperjev. Tako so nadmorske višine vozlišč nih
reperjev določ ene z natanč nostjo od 0,99 mm do 7,33 mm. Prič akovano so boljši rezultati
doseženi pri oceni natanč nosti določ itve nadmorskih višin reperjev v nivelmanskih poligonih,
kjer so nadmorske višine določ ene z natanč nostjo do 3,81 mm.
Z izrač unom testnega modela geoida in njegovo analizo smo korak bližje k novemu
slovenskemu geoidu, ki bo z ustrezno kakovostjo zadovoljil potrebe uporabnikov. Analiza je
pokazala, da imamo probleme predvsem na mejnem območ ju z Italijo, ki so rešljivi s
pridobitvijo bolj kakovostnih podatkov iz Italije. V nadaljnjih letih bo zgošč ena tudi mreža
101
kvalitetnih GNSS/nivelmanskih toč k, ki bodo služile za vpetje geoida v nov višinski sistem
Slovenije. Prav tako bo poveč ana tudi baza t. i. GNSS/nivelmanskih toč k, ki bodo kontrolne
toč ke za oceno natanč nosti nove višinske referenč ne ploskve.
Zahvala
Č lanek je nastal na podlagi rezultatov projekta "Vzpostavljanje evropskega prostorskega
referenč nega sistema v Sloveniji". Projekt je bil podprt z donacijo Norveške na podlagi
Norveškega finanč nega mehanizma – Sporazum o dodelitvi nepovratnih sredstev SI0004-
SGN-00085-E-V3-NFM.
Literatura
Ambrožič , T., Turk, G. (2004). Navodila za uporabo programa Win ViM. Ljubljana, UL FGG,
Oddelek za geodezijo.
Berk, S., Bajec, K., Triglav Č ekada, M., Fajdiga, D., Mesner, N., Arh, I., Žagar, T., Janežič , M.,
Fabiani, N., Radovan, D., Stopar, B., Koler, B., Kuhar, M., Sterle, O., Pavlovč ič Prešeren, P.,
Ambrožič , T., Kogoj, D., Savšek, S. (2009). Razvoj DGS 2009. Prehod na nov koordinatni sistem.
Konč no poroč ilo projekta. Geodetski inštitut Slovenije, Ljubljana.
Lyszkowicz, A., Bernatowicz, A. (2010). Accuracy evaluation of the successive campaigns of the
precise levelling in Poland. Technical Sciences, no. 13.
Omang, O. C. D. (2000). The challenge of precise geoid determination – applied to Norwegian
extremeties: glaciers, fjords and mountains. Doktorska disertacija. Institutt for kartfag, Norges
Landbrukshøgskole, Scientific report, št. 4, ¯s, Norveška.
Oven, K., Berk, S., Bajec, K., Pegan Žvokelj, D., Klanjšč ek, M., Demšar, J., Vrabič , R., Drošč Æk, B.,
Zore, M., Fabiani, N., Janežič , M., Radovan, D., Stopar, B., Koler, B., Kuhar, M., Sterle, O.,
Pavlovč ič Prešeren, P., Ambrožič , T., Kogoj, D., Savšek, S. (2010). Razvoj DGS 2010. Prehod na
nov koordinatni sistem. Konč no poroč ilo projekta, Geodetski inštitut Slovenije, Ljubljana.
Pravilnik o tehnič nih normativih za mreže temeljnih geodetskih toč k (1981). Ljubljana. Republiška
geodetska uprava.
Pribič ević , B. (2000). Uporaba geološko-geofizič nih in geodetskih baz podatkov za rač unanje ploskve
geoida Republike Slovenije. Doktorska disertacija. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo
in geodezijo, Ljubljana.
Solheim, D. (2000). New height reference surfaces for Norway. V: J. A. Torres in H. Hornik (ur.).
Report on the Symposium of the IAG Subcommission for Europe (EUREF), Tromsø, 22.–24. junij
2000. Veröffentlichungen der Bayerischen Kommission für die Internationale Erdmessung,
Astronomisch-Geodätische Arbeiten, zv. 61, str. 154–158. Bayerische Akademie der
Wissenschaften, München.
103
Razvoj sistema za napovedovanje hidroloških razmer
na poreč jih Save in Soč e
Sašo Petan
*
, Nejc Pogač nik
*
, Mojca Sušnik
*
, Janez Polajnar
*
, Gregers Jørgensen
**
Povzetek
Agencija Republike Slovenije za okolje je v okviru projekta Nadgradnja sistema za spremljanje in
analiziranje stanja vodnega okolja izvedla nadgradnjo in širitev sistema za napovedovanje
hidroloških razmer, ki je bil leta 2006 vzpostavljen za poreč je Mure v okviru regijskega
sodelovanja s hidrološko službo avstrijske Štajerske. V prispevku so opisani zasnova in zgradba
prognostič nega hidrološkega sistema na poreč jih Save in Soč e, kalibracija hidrološkega in
hidrodinamič nega modela, operativno delovanje sistema in prikaz njegovih rezultatov, trenutne
omejitve sistema in predviden razvoj v prihodnosti.
Uvod
V okviru projekta River Basin Agenda Alpine Space, ki ga je podprla iniciativa EU
INTERREG IIIB, je bil leta 2006 izdelan sistem za napovedovanje hidroloških razmer na
reki Muri. To je bil prvi konceptualni hidrološki prognostič ni sistem, ki sta ga hidrološki
službi Slovenije in avstrijske Štajerske vpeljali v svoje operativno delo. Ker se je takšno
operativno orodje izkazalo kot zelo koristno in nepogrešljivo pri opravljanju vsakodnevnih
nalog prognostič nih služb, so se prav kmalu pojavile tudi potrebe po širitvi prognostič nega
sistema na druga poreč ja in tudi njegovi nadgradnji, kar bi še dodatno poveč alo operativno
uč inkovitost hidrološke prognostič ne službe v Sloveniji. Tako je Agencija Republike
Slovenije za okolje (ARSO) že leta 2006 prič ela s pripravo projekta Nadgradnja sistema za
spremljanje in analiziranje stanja vodnega okolja ali BOBER (Boljše opazovanje za boljše
ekološke rešitve), s katerim je kandidirala na razpisu Evropskega kohezijskega sklada -
Operativni program razvoja okoljske in prometne infrastrukture za obdobje 2007–2013 in
pozneje tudi pridobila sredstva za njegovo izvedbo. V okviru projekta BOBER je bila
pripravljena naloga širitve in nadgradnje obstoječ ega prognostič nega sistema za poreč ji
Save in povodje Soč e. S to nalogo je bil zač rtan razvoj Oddelka za hidrološko prognozo na
Agenciji RS za okolje med letoma 2010 in 2015.
Širitev in nadgradnja sistema za napovedovanje hidroloških razmer
Sistem za napovedovanje hidroloških razmer se je v okviru projekta BOBER razširil na
poreč je reke Save do zadnje vodomerne postaje na slovenskem ozemlju – Jesenice na
Dolenjskem, in celotno povodje reke Soč e, skupaj z italijanskimi pritoki, do izliva v
Jadransko morje. Nadgradnja prognostič nega sistema je poleg razvoja kontrolnega orodja
in izboljšane uporabniške izkušnje obsegala še naslednje tri bistvene sklope:
• vključ itev dodatnih meteoroloških modelov, katerih napovedi služijo kot vhodni
podatek za simulacije hidroloških modelov prognostič nega sistema,
*
Agencija RS za okolje, Vojkova 1b, SI-1000 Ljubljana
**
DHI, Agern AllØ 5, DK-2970 Hørsholm, Danska.
104
• navezavo sistema na sistem za opozarjanje širše javnosti pred poplavno nevarnostjo
Hidroalarm,
• izdelavo spletne strani, ki je namenjena prikazu modelskih rezultatov hidrološkega
prognostič nega sistema zainteresiranim uporabnikom.
Modelski območ ji poreč ij Save in Soč e zajemata 53 % oz. 11 % površine Slovenije.
Tako lahko Oddelek za hidrološko prognozo pri napovedovanju hidroloških razmer v
Sloveniji sedaj uporablja rezultate hidrološkega prognostič nega sistema, ki obsega cca
70 % slovenskega ozemlja na poreč jih Mure, Save in Soč e.
Zasnova hidrološkega prognostič nega sistema
Osnovna ideja pri izgradnji hidrološkega prognostič nega sistema je bila zasnovati tak
sistem, ki bo omogoč al enoten, enostaven in hiter pregled hidrološkega stanja in napovedi
v izbranih prognostič nih profilih na poreč jih Save, Soč e in Mure. Zato smo se odloč ili za
ohranitev modelskega jedra sistema – programskega paketa MIKE11 skupine DHI, ki je že
bilo uporabljeno na poreč ju Mure. Hidrološki prognostič ni sistem smo želeli v največ ji
meri zgraditi okoli že obstoječ ih hidroloških, meteoroloških in prostorsko-informacijskih
baz podatkov na ARSO. Izgradnja sistema se je tako usmerila k pridobivanju podatkovnih
virov oz. pregledu njihovega stanja, pripravi potrebnih vhodnih podatkov in parametrov za
potrebe modeliranja, zasnovi kontrolnega orodja sistema in pregledovalnika modelskih
rezultatov ter njihovega shranjevanja za potrebe poznejših analiz.
Slika 1: Delitev poreč ij Save in Soč e na podporeč ja glede na izbrane prognostič ne profile
hidrološkega prognostič nega sistema
Na poreč ju Save (10 843 km2) smo izbrali 40, na povodju Soč e (3 426 km2) pa 31
vodomernih postaj za prognostič ne profile znotraj sistema (Slika 1). Območ ji obeh poreč ij
smo razdelili na prispevna območ ja izbranih prognostič nih profilov. Tako smo določ ili
105
izhodišč a za hidrološka modela Save in Soč e, ki smo ju zastavili v osnovni komponenti
paketa MIKE11 – NAM. Gre za deterministič en in konceptualen hidrološki model, ki s
semi-empirič nimi matematič nimi izrazi poenostavljeno opisuje komponente hidrološkega
kroga pri tleh. NAM določ a površinskih odtok iz prispevnih območ ij prognostič nih
profilov, ki so znotraj modela obravnavana kot posamezne rač unske enote. Z vključ itvijo
enostavnega snežnega modula pa model upošteva tudi akumulirano vodo v snegu na
različ nih višinskih conah prispevnih območ ij.
Za izgradnjo enodimenzijskega hidrodinamič nega modela, ki služi kinematič ni
propagaciji valov površinskega odtoka vzdolž poenostavljene hidrografske mreže, smo
zbrali razpoložljive preč ne profile vodotokov in informacije o več jih hidrotehnič nih
objektih na vodotokih (pregrade in akumulacije hidroelektrarn, jezovi in talni pragovi). Pri
operativnem delovanju je sistemu dodan še modul za korekcijo napovedanih pretokov in
vodostajev. Ta modul znotraj hidrodinamič nega modela popravi modelirane pretoke in
vodostaje z izmerjenimi vrednostmi ob upoštevanju eksponentne funkcije približevanja k
napovedanim vrednostim.
Kalibracija hidrološkega in hidrodinamič nega modela
Po opravljeni delitvi poreč ij Save in Soč e na podporeč ja oz. rač unske enote
hidrološkega modela so bili pripravljeni vsi potrebni podatki za kalibracijo: 10-letni nizi
(1998–2007) urnih podatkov o temperaturah in padavinah iz meteorološke mreže merilnih
postaj, pretokih in vodostajih na vodomernih postajah hidrološke merilne mreže in
potencialne evapotranspiracije na rač unskih enotah (dnevni podatki). Hidrološki model je
bil pripravljen za kalibracijo po izrač unu uteži za določ itev srednje vrednosti padavin in
temperature na posamezno rač unsko enoto, določ itvi površin 100-metrskih višinskih pasov
znotraj rač unskih enot in izbiri temperaturnih in padavinskih gradientov po višini. Glavni
kriteriji pri kalibraciji hidrološkega modela so bili naslednji: ujemanje vodne bilance,
visokovodnih konic, padajoč ih delov hidrogramov in baznega odtoka znotraj 10-letnega
obdobja kalibracije. Kalibracija parametrov hidrološkega modela je bila opravljena
predvsem roč no z obč asnimi zagoni modula za avtokalibracijo. Pri tem smo ponekod
naleteli na težave predvsem zaradi slabše raziskanih ali določ enih razvodnic na kraških
območ jih. Konč ni rezultat kalibracije je bil zelo odvisen od kakovosti podatkov o
padavinah in pretokih.
Kalibriran hidrološki model je bil nato povezan s hidrodinamič nim modelom. Zaradi
preredke mreže znanih preč nih prerezov na vodotokih je bila kalibracija hidrodinamič nega
modela opravljena predvsem v izbranih prognostič nih profilih tako, da so bili dodani
bistveni elementi, ki opredeljujejo hidrodinamič ne razmere na obravnavanih odsekih. Tako
smo pri različ nih vodnih stanjih dosegli odstopanje simuliranega vodostaja od izmerjenega
znotraj intervala ± 20 cm. V model so vstavljeni tudi glavni hidrotehnič ni objekti s pravili
obratovanja regulacijskih naprav.
Operativna postavitev sistema za napovedovanje hidroloških razmer
Hidrološki model znotraj operativnega hidrološkega prognostič nega sistema vzame kot
vhodne podatke izmerjene količ ine padavin in temperature na avtomatskih meteoroloških
postajah, ki so vključ ene v mreže hidroloških in meteoroloških opazovanj Slovenije in tudi
sosednjih držav, ter napovedane količ ine padavin in temperature z različ nimi
meteorološkimi modeli. Hidrološki prognostič ni sistem izdela napoved pretokov in
106
vodostajev v izbranih prognostič nih profilih za 72 in 144 ur vnaprej glede na kombinacijo
merjenih in z različ nimi meteorološkimi modeli napovedanih količ in padavin in
temperatur. Tako znotraj sistema obratujejo štiri različ ne postavitve hidroloških modelov,
ki jih prikazuje Preglednica 1. Posebnost druge postavitve je ta, da meteorološki model
INCA-CE za zelo kratkoroč no napovedovanje, ki izdeluje napovedi v polurnih intervalih,
vsebuje tudi analizo meteoroloških razmer za pretekle pol ure glede na meritve
avtomatskih meteoroloških postaj in vremenskega radarja. Ob tem se vhodni č asovni nizi
meteoroloških spremenljivk kreirajo vsako uro tako, da se analize predhodnih napovedi
INCA-CE ohranjajo. Č etrta postavitev hidrološkega modela je eksperimentalne narave, saj
služi testiranju določ enih rešitev zaradi slabšega poznavanja dejanske porazdelitve
merjenih padavin v prostoru ali pravil obratovanja hidrotehnič nih objektov, ki so vključ eni
v hidrodinamič ni model.
Preglednica 1: Različ ne postavitve hidroloških modelov znotraj sistema
za napovedovanje hidroloških razmer na poreč jih Save in Soč e
Hidrološki prognostič ni sistem se avtomatič no zažene vsako uro in izdela napovedi
pretokov in vodostajev, ki jih korigira glede na izmerjeno hidrološko stanje na avtomatskih
vodomernih postajah v zadnji uri. Ob zač etku simulacije hidrološkega in hidrodinamič nega
modela sistem razbere robne pogoje oz. njihovo zač etno stanje iz predhodne simulacije.
Napredno pregledovanje rezultatov in krmiljenje hidrološkega prognostič nega sistema
omogoč a orodje Flood Watch Online (Slika 2), ki ga je izdelal, nadgradil in dopolnil
izvajalec naloge glede na zahteve in potrebe hidrološke prognostič ne službe ARSO. V
sistemu so na prognostič nih profilih prikazane tudi opozorilne vrednosti pretokov in
vodostajev, ki so usklajene s sistemom za opozarjanje pred visokimi vodami Hidroalarm.
Tako je omogoč eno tudi povezovanje obeh sistemov in delne avtomatizacije procesov
opozarjanja pred visokimi vodami.
Orodje Flood Watch Online omogoč a tudi vpogled v pretekle simulacije hidrološkega
prognostič nega sistema in simulacijo scenarijev hidroloških dogodkov, ki jih merilni
instrumenti niso zaznali ali pa jih meteorološki modeli niso predvideli: po opravljenem
posvetovanju med dežurnim hidrologom in meteorologom lahko zelo hitro izvedemo novo
simulacijo z roč no korigiranimi vrednostmi izmerjenih ali napovedanih količ in padavin.
INCA-CE za
prihodnjih 12 ur
NMM za
prihodnjih 72 ur
ALADIN/SI za
prihodnjih 72 ur
ECMWF za
prihodnjih 144 ur
SAVA1/SOČ A1 ● ● ● SAVA2/SOČ A2 ○ ● ● SAVA3/SOČ A3 ● ● SAVA4/SOČ A4* ● ● * eksperimentalna postavitev
meritve
avtomatskih
merilnih postaj
zadnjih 120 ur
napovedi meteorološkega modela
postavitev
hidrološkega
modela
107
Slika 2: Orodje za pregledovanje rezultatov in krmiljenje hidrološkega prognostič nega
sistema – Flood Watch Online. Levo – simulacija pretokov na v. p. Sava Hrastnik; desno –
prikaz izmerjenih in napovedanih padavin na prispevnem območ ju v. p. Vipava Vipava.
Verifikacija sistema za napovedovanje hidroloških razmer
S testnim operativnim obratovanjem hidrološkega prognostič nega sistema smo prič eli
aprila 2011. Hidrološki model znotraj operativnega sistema se poganja s padavinami in
temperaturami, ki so izmerjene na avtomatskih meteoroloških postajah in napovedane z
meteorološkimi modeli. Parametri hidrološkega modela so bili v č asu kalibracije določ eni
iz podatkov, ki so bili izmerjeni na merilnih mestih najširše meteorološke mreže, in se
razlikujejo od tistih znotraj operativnega sistema. Zato nač rtujemo izvedbo verifikacije
kalibriranega hidrološkega modela na operativnem izboru avtomatskih meteoroloških
postaj. V okviru projekta je bila zgrajena tudi podatkovna baza simulacij hidrološkega
prognostič nega sistema, ki bo uporabljena za analizo kakovosti simulacij in verifikacijo
napovedanih pretokov v posameznih prognostič nih profilih. Tovrstno verifikacijo
predvidevamo, ko se bo v podatkovni bazi nabral statistič no zadosten vzorec visokovodnih
valov.
Bistvena ugotovitev, ki se poraja iz testnega obratovanja sistema je ta, da je trenutna
mreža avtomatskih merilnih postaj padavin preredka za podrobnejši zajem precej razgibane
prostorske porazdelitve padavin v Sloveniji. Tako so simulacije hidroloških modelov v
posameznih primerih dokaj negotove. Kombinacija omenjene ugotovitve in nač ina
delovanja modula za korekcijo napovedanih pretokov in vodostajev privede do omejenih
napovedi hidrološkega prognostič nega sistema, ki zahtevajo kritič no presojo hidrologa
prognostika. Prič akujemo, da se bo to stanje precej izboljšalo v prihodnjih letih s
postavitvijo novih avtomatskih merilnih postaj in vremenskega radarja v okviru projekta
BOBER ter z nadaljnjim razvojem hidrološkega prognostič nega sistema.
Prikaz rezultatov sistema za napovedovanje hidroloških razmer
V okviru projekta BOBER je bila izdelana spletna stran, ki prikazuje rezultate
hidrološkega prognostič nega sistema in je trenutno dostopna vsem uporabnikom na ARSO,
108
saj so rezultati sistema uporabni tudi pri optimiziranju delovanja drugih strokovnih služb,
npr. s področ ja kakovosti voda in hidrometrije. V prihodnje bo dostop do rezultatov
sistema omogoč en tudi zunanjim zainteresiranim uporabnikom, vendar v omejenem
obsegu in pod določ enimi pogoji, saj je za pravilno interpretacijo rezultatov sistema
potrebna kritič na hidrološka presoja. Spletni prikaz rezultatov prognostič nega sistema
(Slika 3) temelji na prostorskem prikazu modelskih poreč ij s podporeč ji oz. rač unskimi
enotami in lokacij prognostič nih profilov na obstoječ ih geografskih podlagah, ki jih
omogoč ajo dostopni spletni servisi.
Spletna stran omogoč a vpogled v rezultate hidrološkega prognostič nega sistema:
• v prognostič nih profilih, kjer so prikazani č asovni nizi napovedanih pretokov in
vodostajev ter predviden potek gladine v preč nem prerezu, ter
• na prispevnih območ jih posameznih prognostič nih profilov, kjer so prikazani č asovni
nizi izmerjenih in napovedanih padavin in temperatur zraka, izrač unanih deležev vode
v tleh in vodnega ekvivalenta snežne odeje.
Na diagramih č asovnih nizov so ob napovedanih prikazani tudi merjeni vodostaji in
pretoki ter pripadajoč e opozorilne vrednosti, ki so skladni s sistemom Hidroalarm.
Slika 3: Spletni prikaz rezultatov hidrološkega prognostič nega sistema. Levo – simulacija
vodostajev na v. p. Savinja Celje s prikazom preč nega prereza in opozorilnih vrednosti
vodostajev v barvni kodi Hidroalarma; desno – simulacija pretokov na v. p. Vipava
Dolenje s prikazom opozorilnih vrednosti pretokov.
Na spletni strani je poleg modelskih rezultatov v vsakem prognostič nem profilu na voljo
tudi dokument, ki vsebuje izbor metapodatkov o pripadajoč i vodomerni postaji iz katastra
vodomernih postaj, informacije o trenutno delujoč ih merilnih instrumentih, aktualni
pretoč ni krivulji in preč nem prerezu, povezavo do morebitne spletne kamere na postaji ter
izbor hidroloških znač ilnosti, kot so povratne dobe malih in velikih pretokov, obdobne
letne statistike pretokov in temperatur ter kratek opis razmer ob treh najvišjih zabeleženih
vodah.
109
Zaključ ki
Hidrološke napovedi so v preteklih letih temeljile na subjektivnih ocenah hidrologa
prognostika in enostavnih regresijskih modelih. Z razvojem kompleksnejših numerič nih
modelov in avtomatizacijo meteoroloških in hidroloških merilnih mrež so hidrološke
napovedi postale tehnič no bolj objektivne. Ob upoštevanju znanih omejitev in
nezanesljivosti modelov je mogoč e zgraditi dovolj kakovosten hidrološki prognostič en
sistem, ki bo omogoč al pravoč asno in natanč nejše opozarjanje pred visokimi vodami.
Sistem za napovedovanje hidroloških razmer je sodobno orodje, ki je izrednega pomena
za hidrološko prognostič no službo in tudi druge strokovne službe na Agenciji RS za okolje
pri opravljanju vsakodnevnih nalog. Z njegovim razvojem so omogoč eni enoten, enostaven
in hiter pregled hidrološkega stanja in napovedi pretokov in vodostajev v izbranih
prognostič nih profilih na poreč jih Save, Soč e in Mure. Sistem izdela hidrološke napovedi
na osnovi simulacij razvoja vremena različ nih meteoroloških modelov.
Hidrološki prognostič ni sistem je v svojem temelju zasnovan za napovedovanje
poplavnih dogodkov. Tako lahko pri manjših in zmernih porastih rek prihaja do relativno
velikih odstopanj med napovedanim in pozneje izmerjenim hidrološkim stanjem v
posameznih prognostič nih profilih. Lahko nastanejo tudi nelogič ne napovedi
prognostič nega sistema kot posledica delovanja modula za korekcijo napovedanih
pretokov in vodostajev z merjenimi vrednostmi. Zato je za pravilno interpretacijo
rezultatov sistema nujno potrebna kritič na in strokovna presoja hidrologa prognostika.
Glavne omejitve hidrološkega prognostič nega sistema izhajajo predvsem iz
pomanjkljivosti vhodnih podatkov ali relativno preprostih modulov, ki so vključ eni znotraj
sistema. Zaradi relativno redke mreže preč nih prerezov, ki je vključ ena v hidrodinamič ni
model sistema, lahko pride do nestabilnosti in neprič akovanih nihanj simuliranih pretokov
in vodostajev, predvsem pri visokih in izredno nizkih hidroloških stanjih. Trenutna mreža
avtomatskih merilnih postaj padavin je preredka za natanč en zajem precej razgibane
prostorske porazdelitve padavin v Sloveniji. Tako so simulacije hidrološkega modela v
posameznih primerih dokaj negotove. Snežni modul, ki je trenutno vključ en v hidrološki
model sistema, uporablja relativno enostavno rač unsko metodo, ki daje nezanesljive
rezultate predvsem na območ jih z razgibanim reliefom. V našem primeru modelske
napovedi o vodnem ekvivalentu snežne odeje odstopajo od dejanskega poteka akumulacije
in taljenja snega.
Hidrološka prognostič na služba upošteva vse zgoraj omenjene omejitve pri operativnem
delovanju sistema. Tako se bodo z operativnim delovanjem sistema nabirale izkušnje, ki
bodo omogoč ale pripravo izboljšav hidrološkega prognostič nega sistema kot celote. Že v
okviru projekta BOBER se bosta do leta 2015 zgostili mreži avtomatskih meteoroloških in
tudi hidroloških merilnih mest. Tako bomo hidrološki model sistema poganjali s prostorsko
bolje porazdeljenimi padavinami in korigirali napovedane pretoke v več prognostič nih
profilih. To pomeni, da bo sistem omogoč al toč nejše napovedi, delovanje sistema pa bo
stabilnejše. Nač rtujemo tudi zamenjavo snežnega modula z bolj kompleksnim, ki bo ravno
tako prispeval k boljšim napovedim sistema. Prihodnje analize modelskih rezultatov pri
izjemnih hidroloških dogodkih bodo omogoč ile izboljšanje kalibracije tako hidrološkega
kot tudi hidrodinamič nega modela. Že v prihodnjih mesecih pa bomo hidrološkemu
prognostič nemu sistemu dodali še hidrološke napovedi na osnovi skupinskih numerič nih
napovedi razvoja vremena z meteorološkim modelom ALADIN in izvedli povezavo s
sistemom Hidroalarm ter tako dosegli višjo stopnjo avtomatizacije procesov pri
opozarjanju pred visokimi vodami.
110
Literatura
Arhiv Agencije RS za okolje.
DHI Software, 2009. Mike 11, A modelling system for rivers and channels, User manual
(http://www.dhigroup.com/Software/WaterResources/MIKE11.aspx)
Pogač nik, N., Gosar, L., Ruch, C., 2008. Hidrološki prognostič ni sistem : uporaba prostorskih
podatkov. V: PERKO, D. (ur.), Geografski informacijski sistemi v Sloveniji 2007-2008, (GIS v
Sloveniji, 9), Ljubljana, str. 129-141.
Pogač nik, N., Petan S., Sušnik, M.,Jorgensen, G., Polajnar, J., Ruch, C.: Development of a flood
forecasting system on the Sava river in Slovenia, XXVth Conference of the Danubian
Countries, 16-17 June 2011 – Budapest, Hungary.
Ruch, C., Jørgensen, G., Polajnar, Sušnik, M., Hornich, R., Schatzl, R., Pogač nik N. 2006: Trans -
boundary forecasting system on Mur river. 23. Conference of the Danubian countries on the
hydrological forecasting and hydrological basis of water management, 28.-31, August 2006,
Belgrade.
111
Vpliv različ nih vrst substrata na strukturo hitrosti vodnega
toka na primeru potoka Glinšč ica
Maja Koprivšek
*
Povzetek
Prispevek obravnava vpliv različ nih vrst substrata in morfološke spremenjenosti struge na strukturo
hitrosti vodnega toka. Poudarek je na merjenju hitrosti vodnega toka tik ob dnu, kjer živi več ina
vodnih organizmov, predvsem makroinvertebratov. Predstavljene so meritve hitrosti vodnega toka
nad različ nimi vrstami substrata, ki smo jih izvajali na potoku Glinšč ica v Ljubljani poleti 2010.
Uporabljali smo Dopplerjev merilnik pretoč nih hitrosti FlowTracker Handheld ADV proizvajalca
SonTek. V rezultatih pri različ nih vodostajih primerjamo vertikalne profile hitrosti po širini preč nih
prerezov nad različ nimi naravnimi substrati in umetnim substratom. Na morfološko različ nih
odsekih struge primerjamo še gostoto turbulentne kinetič ne energije. Ocenjen je tudi vpliv
življenjskih združb na hitrosti vodnega toka in vpliv vodnega toka na organizme.
Uvod
Vodni tok je najpomembnejši abiotski dejavnik v lotič nih sistemih, saj na vodne
organizme vpliva na najrazlič nejše nač ine. Neposredno vpliva nanje z odnašanjem
dolvodno, s silo upora, prinašanjem hrane in plinov ter odnašanjem metabolitov, posredno
pa vpliva nanje z določ anjem velikosti delcev in strukture substrata, morfologije struge
vodotoka in preskrbo s kisikom. Hitrost in struktura vodnega toka pa pomembno vplivata
tudi na odnose med organizmi, med njimi najbolj oč itno na kompeticijo in predatorstvo.
Ker se vodni tok v naravnih vodotokih krajevno in č asovno zelo spreminja, je potrebno za
določ itev dejanskega vpliva vodnega toka na vodne organizme zelo natanč no izmeriti smer
in hitrost vode na mestih, kjer se organizmi zadržujejo. Povpreč na hitrost vodnega toka na
posamezni vertikali preč nega profila nam namreč ne pove nič esar o hitrostnih razmerah tik
ob posteljici dna, kjer se zadržuje največ vodnih organizmov. Prav merjenje hitrosti tik ob
dnu pa predstavlja velik problem, saj tehnologija za merjenje hitrosti v naravnih vodotokih
ni prilagojena za merjenje tako blizu dna. Nove raziskave v zadnjih dveh desetletjih so
namreč pokazale, da je laminarna mejna plast na kamnih v vodotoku velika le nekaj 100
mikrometrov in s tem mnogo premajhna za zavetje vodnih nevretenč arjev
(makroinvertebratov). Kot zavetje ta plast služi le mikroorganizmom, makroinvertebrati pa
se vodnemu toku umikajo ali prilagajajo na različ ne nač ine. Da bi razumeli, kakšnim
razmeram so vodni organizmi podvrženi in kako se nanje prilagajajo, je bistvenega
pomena poznavanje dinamike tekoč in v naravnih vodotokih kot tudi ekologije.
V prispevku primerjamo vertikalne profile hitrosti, ki so bile izmerjene nad različ nimi
vrstami substrata ob različ nih vodostajih na potoku Glinšč ica (Koprivšek, 2011). Na
vsakem merilnem mestu smo izbrali več preč nih prerezov, na vsakem od njih pa več
karakteristič nih merilnih toč k, na katerih smo z Dopplerjevim merilnikom hitrosti merili
hitrosti vodnega toka v vzdolžni, preč ni in navpič ni smeri na različ nih oddaljenostih od
dna. Iz varianc hitrosti smo izrač unali še gostoto turbulentne kinetič ne energije. Na odseku
z betonskim koritom smo izmerili tudi pretoke in ovrednotili vpliv obrasti na pretoč no
*
UL, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, SI-1000 Ljubljana
112
krivuljo. Rezultate smo nato primerjali z rezultati predhodno izvedenih študij združb
makroinvertebratov in perifitona na istem potoku.
Metodologija
Najprej smo izvedli dve preliminarni meritvi hitrosti vodnega toka, s katerima smo
primerjali rezultate, pridobljene s hidrometrič nim krilom Valeport model 104, in rezultate,
pridobljene z Dopplerjevim merilnikom hitrosti vodnega toka FlowTracker Handheld
ADV proizvajalca SonTek. Namen teh meritev je bil ugotoviti, kateri izmed razpoložljivih
instrumentov omogoč a natanč nejše meritve hitrosti č im bližje dnu struge, bregovom in
elementom substrata (več ji kamni v strugi). Hkrati smo želeli tudi preveriti, ali napravi
dajeta primerljive rezultate, saj je bilo v predhodnih raziskavah, ki so zajemale tudi
raziskave perifitona in makroinvertebratov, več inoma uporabljeno hidrometrič no krilo.
Meritve smo izvajali na morfološko različ nih odsekih potoka. Izbrali smo precej zarašč en
odsek, reguliran s pragovi, tik pred betonsko strugo, in togo reguliran odsek z betonskim
koritom. Podobno kot De Doncker (2008) smo ugotovili, da je za meritve blizu dna ter v
bližini objektov v strugi primernejši Dopplerjev merilnik, saj ne potrebuje prostora za
vrtenje krila, pri njem pa je tudi manjša verjetnost izpada zaradi ovijanja alg in trave kot
pri hidrometrič nem krilu, kjer se krilce hitro zamaši z algami, ki jih prinaša vodni tok. V
nadaljevanju smo merili le z Dopplerjevim merilnikom.
Meritve hitrosti so potekale na merilnih mestih, sestavljenih iz različ nega števila
preč nih prerezov, odvisno od karakteristik posameznega merilnega mesta. Na vsakem
preč nem prerezu smo zbrali vsaj tri karakteristič ne toč ke (npr. ob robu struge, pred
kamnom, za kamnom, na zarašč enem delu, na golem delu struge) in v teh toč kah merili na
različ nih višinah po vertikali: na vodni gladini, na dveh desetinah globine, šestih desetinah
globine (povpreč na vrednost vertikale), osmih desetinah globine in pri dnu. Ob dovolj
nizkem vodostaju (do približno 30 cm) je bila meritev ob dnu od posteljice dna oddaljena
le 0,5 cm, ker smo sondo sneli s stojala in jo roč no držali na dnu, pri višjih vodostajih pa se
je meritev približala dnu na 1,6 cm, saj je to najmanjša razdalja od dna, na kateri lahko
merimo z uporabo stojala.
Interval merjenja hitrosti je bil 60 sekund na posamezni toč ki, saj je to minimalni č as
merjenja, ki ga potrebujemo, č e želimo zajeti potek nastajanja turbulentnih vrtincev
(Buffin-BØlanger in Roy, 2005). Izjemoma smo interval merjenja skrajšali na 40 sekund, v
primerih, ko smo želeli ujeti podobne pogoje med prehodom visokovodnega vala na č im
več merilnih mestih.
Merilna mesta
Meritve so potekale na vodotoku Glinšč ica v Ljubljani. Vodotok je primeren zaradi
različ nih stopenj reguliranosti na različ nih odsekih in raznolikega substrata, kot tudi zaradi
velikosti, ki omogoč a merjenje z roč nim merilnikom ADV SonTek ter ne nazadnje bližine,
ki omogoč a merjenje ob pravem č asu glede na potek poplavnega vala. Za raziskavo smo si
izbrali 6 merilnih mest na odseku med Biološkim središč em in ljubljansko obvoznico (slika
1). Merilna mesta smo poimenovali z oznakami od GL1 do GL6 od najbolj dolvodnega
proti najbolj gorvodnemu. Prva tri mesta smo izbrali na odseku z betonsko strugo (4.
razred po ekomorfološki kategorizaciji), č etrto merilno mesto je bilo na prehodu iz
betonske struge v klasič no regulirano strugo z naravnim substratom, zadnji dve vzorč ni
mesti pa sta bili na odseku klasič no regulirane struge z naravnim substratom (2. - 3. razred
113
po ekomorfološki kategorizaciji). Odsek z betonsko strugo je trapezne oblike s
poglobljenim osrednjim delom za prevajanje sušnega odtoka. Ta del je poglobljen za 0,25
m glede na dno struge, širok pa je en meter. Utrjevanje struge je izvedeno z betonskimi
plošč ami, velikosti 0,5 m × 0,5 m in debeline 0,1 m. Tlakovanje se v naklonu 1:10
navezuje na obstoječ e brežine ali zidove oz. do regulacijske širine dna, ena vrsta plošč pa
je položena tudi na brežino, katere nagib se spreminja od 1:1,5 do 1:2. Brežine so nad
betonskimi plošč ami zatravljene, višina brežin glede na osrednjo kineto pa znaša od 2,3 do
2,5 m (Rusjan, 2003).
Slika 1 - Položaj merilnih mest na potoku Glinšč ica (Vir: ARSO)
a)
b)
114
c) d)
e)
f)
Slika 2 - Merilna mesta: a) GL1; b) GL2; c) GL3; d) GL4; e) GL5; f) GL6
Rezultati
Več ina merilnih mest je bila sestavljena iz več preč nih prerezov. Primerjali smo hitrosti
vzdolž različ nih preč nih prerezov na različ nih globinah in ob različ nih vodostajih. Zaradi
velike količ ine podatkov prikazujemo v prispevku le primerjave ob najnižjem in najvišjem
vodostaju, in sicer le na najzanimivejših merilnih mestih: GL2, GL4 in GL6.
Na merilnem mestu GL2 smo primerjali povpreč ne hitrosti in hitrosti pri dnu med
preč nima prerezoma na zarašč enem in nezarašč enem betonskem koritu (sliki 3 in 4).
Povpreč na hitrost celotnega preč nega prereza je bila seveda več ja na nezarašč enem delu
betonskega korita, saj je bil koeficient hrapavosti struge tam manjši. Zanimivo pa je, da je
bila največ ja hitrost na 6/10 globine izmerjena na zarašč enem delu struge. Razlog je v tem,
da zarašč enost ni bila enakomerna, pač pa je bil del prereza ob desnem bregu (4/10
preč nega prereza) bistveno bolj zarašč en od preostalih 6/10 preč nega prereza (slika 2b).
Obrast, ki so jo predstavljali predvsem mahovi, je prekrivala približno 80% površine na
bolj zarašč enem delu prereza in okrog 30 % površine na manj zarašč enem delu prereza.
Tako je glavnina vodnega toka tekla po manj zarašč enem delu preč nega prereza in
posledič no so bile hitrosti na tem delu bistveno več je kot na bolj zarašč enem delu.
115
Slika 3 - Primerjava hitrosti nad nezarašč enim (levo) in zarašč enim (desno) betonskim
koritom pri nizkem vodostaju (GL2)
Z več anjem pretoka se je zaradi odtrganja obrasti zmanjšala obrašč enost zarašč enega
dela betonskega korita, zato so se razlike v hitrostih v glavni strugi med zarašč enim in
nezarašč enim delom zmanjšale (slika 4). Obrašč enost z mahovi v glavni, poglobljeni,
strugi ni več imela bistvenega vpliva, velik vpliv pa so imele trave, ki rastejo iz špranj na
zunanjem delu betonskega korita. Zaradi tega so bile hitrosti v matici struge na 6/10
globine še vedno opazno več je kot na nezarašč enem delu struge. Hitrosti na oddaljenosti
1,6 cm od dna so bile zaradi manjše zarašč enosti z mahovi v glavni strugi precej podobne
na obeh preč nih prerezih, do velikih razlik pa je prišlo na zunanjem delu betonskega korita,
kjer so se na zarašč enem preč nem prerezu pojavljale tudi protitoč ne hitrosti.
Slika 4 - Primerjava hitrosti nad nezarašč enim (levo) in zarašč enim (desno) betonskim
koritom pri visokem vodostaju (GL2)
Slika 5a prikazuje primerjavo povpreč ne hitrosti zarašč enega in nezarašč enega preč nega
prereza. Pri zelo nizkih vodostajih, pod 10 cm, ko je bila gostota obrasti največ ja, so bile
0
0,1
0,2
0,3
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
hitrost [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] hitrost na 6/10 globine hitrost na 0,5 cm od dna 0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
globina [m] globina vode = 6,5 cm 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
hitrost [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] hitrost na 0,6 globine hitrost na 0,5 cm od dna hitrost na 0,2 globine 0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
globina [m] globina vode = 8 cm 0
0,2
0,4
0,6 0,8 1
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
hitrost [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] hitrost na 0,6 globine hitrost na 1,6 cm od dna 0,0
0,2
0,4
0,6 0,8 globina [m] globina vode = 59 cm -0,2
0
0,2
0,4
0,6 0,8 1
1,2
0 0,5 1 1,5 2 2,5
hitrost [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] hitrost na 0,6 globine hitrost na 1,6 cm od dna 0,0
0,2
0,4
0,6 0,8 globina [m] globina vode = 56 cm
116
povpreč ne hitrosti okrog 20% manjše od tistih na nezarašč enem delu struge. Pri višjih
vodostajih se ta odstotek sicer nekoliko zniža in znaša od globine 20 cm dalje približno
12%, saj je bila takrat tudi gostota obrasti manjša. Pri vodostajih od 50 cm dalje vrednosti
niso več primerljive, saj sta se vodostaja pri merjenju na enem in drugem prerezu že precej
razlikovala zaradi hitrega upada visokovodnega vala med izvajanjem meritev.
a) b)
Slika 5 - a) Povpreč na hitrost v odvisnosti od vodostaja; b) Pretoč na krivulja nad
zarašč enim in nezarašč enim betonskim koritom
Na merilnem mestu GL2, sestavljenem iz nezarašč enega in zarašč enega preč nega
prereza, smo merili tudi pretoke in primerjali pretoč ni krivulji na obeh prerezih (slika 5b).
Pri enakem vodostaju se pretoki seveda zmanjšajo za enak odstotek kakor hitrosti vode.
Naše meritve pretokov so potekale neposredno ena za drugo, in sicer smo vedno najprej
merili na nezarašč enem in nato na zarašč enem prerezu, zato sta bila ob stabilnih pretoč nih
razmerah pretoka na obeh mestih enaka, zaradi zmanjšane povpreč ne hitrosti pa se je na
zarašč enem prerezu povišal vodostaj. Pri višjih vodostajih se je pretok pri merjenju na
zarašč enem prerezu že znižal glede na meritve na nezarašč enem prerezu in smo tako pri
približno enakem vodostaju izmerili nižje hitrosti in manjši pretok.
Merilno mesto GL4 smo si izbrali na prehodu iz struge s seminaravnim substratom in
betonskim koritom, in sicer tako, da je bil en preč ni prerez postavljen na seminaravnem
substratu 2,5 m gorvodno od zač etka betonskega korita, drugi pa 1,8 m dolvodno od
zač etka betonskega korita. Vmes je nizek prag iz več jih kamnov, zato prihaja na
seminaravnem prerezu do zajezitve. Pri nizkem vodostaju so zato hitrosti na tem delu
bistveno manjše, struga pa je širša in globlja kakor na dolvodnem odseku z betonskim
koritom (slika 6). Na prerezu z betonskim koritom (slika 6, desno) se lepo vidi vpliv
kamnov v strugi dolvodno od preč nega prereza. Ob desnem bregu so bili ti kamni višji,
zato so hitrosti vodnega toka bistveno več je ob levem bregu. Zanimivo je tudi to, da so bile
na prerezu s seminaravnim substratom bistvene razlike med hitrostmi na različ ni
oddaljenosti od dna struge, medtem ko so bile hitrosti nad betonskim koritom po vertikali
praktič no konstantne, kar pomeni, da so bile na betonskem koritu že hitrosti na
oddaljenosti 0,5 cm od dna precej velike. Po drugi strani pa so bile na betonskem koritu
bistveno več je razlike med posameznimi toč kami na preč nem prerezu, medtem ko so bile
na seminaravnem substratu hitrosti precej izenač ene po celotnem preč nem prerezu.
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 vodostaj [m] v [m/s] nezaraščen profil zaraščen profil 0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 h [m] Q [m 3
/s] Pretočna krivulja nezaraščen profil zaraščen profil
117
Slika 6 - Primerjava hitrosti nad seminaravnim substratom (levo) in umetnim substratom
(desno) pri nizkem vodostaju (GL4)
Pri najvišjem vodostaju, pri katerem smo merili, sta se vodostaja na prerezu s
seminaravnim substratom in na prerezu z betonskim koritom že popolnoma izenač ila,
širina struge pa je bila še vedno za dobro polovico več ja na prerezu s seminaravnim
substratom. Hitrosti na vseh globinah so bile na prerezu z betonskim dnom približno
dvakrat več je (slika 7). Razlika v hitrosti vodnega toka med obema prerezoma se torej
manjša z narašč anjem vodostaja, še vedno pa ostaja tudi pri izenač enem vodostaju še kar
velika zaradi zajezitve s kamnitim pragom, ki omogoč a širši omoč en prerez struge na
gorvodnem prerezu.
Slika 7 - Primerjava hitrosti nad seminaravnim substratom (levo) in umetnim substratom
(desno) pri visokem vodostaju (GL4)
-0,02
-0,01
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
v [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] 2/10 globine 6/10 globine 1,6 cm od dna 0,5 cm od dna 0,00
0,25
0,50
globina [m] globina vode = 27 cm 0
0,05
0,1
0,15
0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
v [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] 2/10 globine 6/10 globine 1,6 cm od dna 0,5 cm od dna 0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
globina [m] globina vode = 18,5 cm 0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
v [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] 2/10 globine 6/10 globine 1,6 cm od dna 0,0
0,5
1,0
globina [m] globina vode = 50 cm -0,5
0
0,5
1
1,5
0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1
v [m/s] oddaljenost od desnega brega [m] 2/10 globine 6/10 globine 1,6 cm od dna 0,0
0,2
0,4
0,6 0,8 globina [m] globina vode = 48 cm
118
Na merilnem mestu GL6 smo primerjali seminaravno brzico in tolmun. Na vsakem od
prerezov smo merili v treh toč kah, enakomerno porazdeljenih po preč nem prerezu. Struga
je bila na območ ju tolmuna nekoliko širša kot na območ ju brzice, posebno ob nižjih
vodostajih. Na sliki 8 prikazujemo vertikalne profile hitrosti na sredini struge ob različ nih
vodostajih. Razlike v hitrosti vode kakor tudi v vodostaju se med brzico in tolmunom
manjšajo z narašč anjem vodostaja oz. poveč evanjem pretoka. Posebej v tolmunu (slika 8,
levo), kjer so hitrosti ob nizkem vodostaju majhne, se lepo vidi narašč anje hitrosti ob
narašč anju vodostaja, in to po celotni vertikali. Na brzici (slika 8, desno) je že hitrost pri
najnižjem vodostaju nekoliko več ja, od vodostaja 13 cm naprej pa se ne poveč uje več
bistveno, zato se krivulje hitrosti ob zadnjih treh vodostajih prepletajo.
Slika 8 - Primerjava vertikalnih profilov hitrosti na sredini struge v odvisnosti od vodostaja
v tolmunu (levo) in na brzici (desno) (GL6)
Primerjali smo še hitrosti pri dnu in hitrosti na 6/10 globine v odvisnosti od vodostaja na
seminaravni brzici in tolmunu ter dodali še primerjavo z betonskim koritom. Iz slike 9a
vidimo, da hitrosti ob dnu v tolmunu kažejo lepo eksponentno korelacijo z vodostajem,
medtem ko meritve na brzici sploh ne kažejo statistič ne soodvisnosti med hitrostjo pri dnu
in vodostajem. Razlog za to je predvsem neravno dno na območ ju brzice, pri č emer smo
lahko največ je vrednosti hitrosti ob dnu izgubili na območ jih med izbranimi vertikalami,
saj je matica toka med posameznimi vodostaji vidno spreminjala položaj. Seveda najlepšo
eksponentno soodvisnost med hitrostmi pri dnu in vodostajem izkazujejo hitrosti nad
betonskim koritom, kjer je hidravlič na hrapavost dna najmanjša. Iz slike 9a vidimo tudi, da
so hitrosti na oddaljenosti 1,6 cm od dna najmanjše v tolmunu. Nekoliko več je, vendar ne
več kot dvakrat, so vrednosti hitrosti ob dnu na brzici, bistveno več je pa so hitrosti pri dnu
nad betonskim koritom, ki so kar dva- do trikrat več je od hitrosti na brzici, in tri- do
štirikrat več je kot v tolmunu.
0
0,2
0,4
0,6 0,8 1
0 0,1 0,2 0,3
delež globine v [m/s] h = 15 cm h = 16.5 cm h = 20 cm h = 36 cm h = 52 cm 0
0,2
0,4
0,6 0,8 1
0 0,1 0,2 0,3 0,4
delež globine v [m/s] h = 6 cm h = 8 cm h =12.5 cm h = 28 cm h = 43 cm
119
a) b)
Slika 9 - Hitrost v odvisnosti od vodostaja nad različ nimi vrstami substrata: a) hitrost pri
dnu; b) hitrost na 6/10 globine
Slika 9b prikazuje hitrosti na 6/10 globine v odvisnosti od vodostaja. Tudi v tem
primeru dobimo najlepšo eksponentno korelacijo na odseku z betonskim koritom, zelo
velika soodvisnost se kaže tudi na prerezu preko tolmuna, na prerezu preko brzice pa tudi
hitrosti na 6/10 struge ne kažejo statistič ne soodvisnosti z vodostajem. Opazimo še, da so
razlike v hitrostih med posameznimi odseki na tej globini nekoliko manjše kot pri dnu, še
posebej pri nižjih vodostajih, kjer so hitrosti na brzici povsem primerljive s hitrostmi nad
betonsko strugo.
Slika 10 - Primerjava največ jih hitrosti na oddaljenosti 1,6 cm od dna na morfološko
različ nih preč nih prerezih ob različ nih pretokih
Hitrosti na oddaljenosti 1,6 cm od dna in na 6/10 globine na prej analiziranih merilnih
mestih smo primerjali še na skupnih grafih (slike 11 – 14) in tako ovrednotili vpliv
različ nih morfoloških oblik ter vpliv vodostaj. Preč na prereza »č ist beton« in »zarašč en
beton« sestavljata merilno mesto GL2, preč na prereza »seminaraven substrat« in »umeten
substrat« merilno mesto GL4, preč na prereza »tolmun« in »brzica« pa merilno mesto GL6.
Najbolj verodostojne so seveda primerjave preč nih prerezov po parih na istem merilnem
mestu, saj sta ta dva prereza zelo blizu en drugemu, meritve pa so se izvajale neposredno
ena za drugo, zato lahko privzamemo, da je bil pretok na obeh prerezih enak.
y = 6,9814e 11,794x R² = 0,9183
R² = 0,0055
y = 0.5162e 7.7141x R² = 0.9881
0
10
20
30
40
50
60
70
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 vodostaj [cm] največja hitrost na oddaljenosti 1,6 cm od dna [m/s ] tolmun brzica betonsko korito y = 7,5902e 6,968x R² = 0,9029 R² = 0,2322
y = 2,0833e 3,7334x R² = 0,9876 0
10
20
30
40
50
60
70
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
vodostaj [cm] največja hitrost na 6/10 globine [m/s] tolmun brzica betonsko korito 0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6 0,7 čist beton zaraščen
beton seminaraven
substrat umeten
substrat tolmun brzica v 1,6 cm
[m/s] zelo nizek nizek zmeren zmerno visok visok zelo visok
120
Kot je razvidno z grafov na slikah 10 in 11 se tako hitrosti na 6/10 globine kakor hitrosti
pri dnu z narašč anjem pretoka poveč ujejo, in sicer na vseh preč nih prerezih. Do odstopanj
pride la na brzici, kjer je bil vodostaj pri manjših pretokih zelo nizek, matica toka pa je
svoj položaj spreminjala glede na vodostaj. Vpliv pretoka in morfoloških oblik na hitrosti
vode smo ovrednotili z analizo variance (ANOVA). Zaradi zagotavljanja enakosti varianc
znotraj posameznih skupin, nismo mogli hkrati primerjati vseh preč nih prerezov pri vseh
pretokih, zato smo med sabo primerjali le preč ne prereze »č ist beton«, »zarašč en beton« in
»seminaraven substrat« ter pri hitrostih pri dnu še »umeten substrat«, nato pa naredili še
analizo znotraj posameznih parov preč nih prerezov na istem merilnem mestu. Tako pri
analizi hitrosti pri dnu kakor tudi hitrosti na 6/10 globine smo ugotovili, da nanje
statistič no znač ilno vplivata oba parametra, pretok in morfologija struge. Zanimivo je, da
pri primerjavi »č istega« in »zarašč enega betona« na hitrosti pri dnu bolj vpliva pretok
kakor substrat (signifikanten vpliv imata sicer oba), medtem ko na povpreč no hitrost bolj
vpliva substrat. Na hitrosti pri dnu na mestih »seminaraven substrat« – »umeten substrat«
glede na rezultate ANOVE niti pretok niti morfologija nimata signifikantnega vpliva, kljub
temu pa iz grafa (slika 10) vidimo, da se hitrosti ob dnu s pretokom poveč ujejo, prav tako
pa so ob vseh pretokih več je na »umetnem« kot na »seminaravnem substratu«. Na
povpreč ne hitrosti vertikale imata približno enak, statistič no znač ilen, vpliv morfologija in
pretok. Na paru »brzica« – »tolmun« ima signifikanten vpliv na povpreč ne hitrosti
morfologija, pretok pa ne, medtem ko imata na hitrosti pri dnu signifikanten vpliv oba
parametra, pri č emer je vpliv pretoka nekoliko več ji kot vpliv morfologije. Tako povpreč ne
hitrosti kakor hitrosti pri dnu so statistič no znač ilno različ ne med mesti nad betonskim
substratom v primerjavi z mesti nad seminaravnim substratom, med tem ko med vsemi
tremi mesti nad betonskim koritom ni signifikantnih razlik.
Slika 11 - Primerjava največ jih hitrosti na 6/10 globine na morfološko različ nih preč nih
prerezih ob različ nih pretokih
Primerjane hitrosti so v obeh primerih (povpreč je vertikale in pri dnu) največ je hitrosti
preč nega prereza, torej v matici toka. Kot je razvidno s slik 10 in 11 sta razporeda hitrosti
na 6/10 globine in 1,6 cm od dna zelo podobna, le da so hitrosti na 6/10 globine primerno
več je. To pomeni, da je oddaljenost 1,6 cm od dna že tolikšna, da ni več lokalnega vpliva
substrata, saj je razpored hitrosti takšen kot v »prostem« vodnem stolpcu. Seveda to ne
pomeni, da substrat na hitrosti vode ne vpliva. Vpliva namreč na hitrosti v celotnem
vodnem stolpcu. To pomeni le, da je ta vpliv na oddaljenosti 1,6 cm od dna praktič no enak
0,0
0,2
0,4
0,6 0,8 1,0
1,2
1,4
čist beton zaraščen
beton seminaraven
substrat umeten
substrat tolmun brzica v 6/10
[m/s] zelo nizek nizek zmeren zmerno visok visok
121
vplivu na povpreč no hitrost vodnega stolpca, medtem ko bi morali za lokalni vpliv
substrata meriti bližje dnu.
Izrač unali smo še razmerje med povpreč nimi hitrostmi vodnega stolpca in hitrostmi
vode pri dnu (slika 12) in ugotovili, da obstajajo statistič no znač ilne razlike med umetnim
in seminaravnim substratom. Razmerje je na odsekih z betonskim koritom manjše kot na
odsekih s seminaravno strugo, kar pomeni, da so bile hitrosti pri dnu v primerjavi s
povpreč nimi hitrostmi več je kot na odsekih s seminaravnim substratom. Opazna je tudi
razlika med hidravlič no gladko in hidravlič no hrapavo podlago. Pri nizkem vodostaju
razlike med posameznimi substrati niso bile velike, razmerje pa se je gibalo med 1,3 in 1,8.
Pri visokih vodostajih pa je na mestih s hidravlič no gladko podlago (betonsko dno, tolmun)
razmerje ostalo približno enako, kar pomeni, da so se enako kot povpreč ne hitrosti
poveč ale tudi hitrosti pri dnu, medtem ko se je na mestih s hidravlič no hrapavo podlago
(seminaraven substrat, umeten substrat) to razmerje poveč alo, kar pomeni, da so se hitrosti
pri dnu poveč ale manj kot povpreč ne hitrosti v vodnem stolpcu.
Slika 12 - Razmerje med hitrostmi na 6/10 globine in hitrostmi na oddaljenosti 1,6 cm od
dna na morfološko različ nih preč nih prerezih ob različ nih pretokih
Intenziteta turbulence se odraža kot magnituda fluktuacij posameznih komponent
hitrosti (v vzdolžni, preč ni in navpič ni smeri) okrog njihovih povpreč nih vrednosti (Wilcox
in Wohl, 2007). Za nize hitrosti na 6/10 globine, katerih povpreč ja so prikazana na sliki 12,
smo izrač unali gostoto turbulentne kinetič ne energije (TKE) po naslednji enač bi (Clifford
in French, 1993):
TKE =
2
1
ρ (σ 2
x
+ σ
2
y
+ σ
2
z
),
kjer je:
TKE…gostota turbulentne kinetič ne energije [N/m
2
],
ρ …gostota vode [kg/m
3
] (privzeta vrednost 1000 kg/m
3
),
σ 2
x
… standardna deviacija hitrosti v vzdolžni smeri,
σ
2
y
… standardna deviacija hitrosti v preč ni smeri in
σ
2
z
… standardna deviacija hitrosti v navpič ni smeri.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
čist beton zaraščen
beton seminaraven
substrat umeten
substrat tolmun brzica v 6/10
/v 1,6 cm zelo nizek nizek zmeren zmerno visok visok zelo visok
122
Rezultati so prikazani na sliki 13, kjer so vrednosti TKE prikazane na logaritemski osi.
Pri vodostajih, nižjih od približno 10 cm, ki so se pojavljali ob nizkem in zelo nizkem
pretoku na betonskem koritu in na brzici, vrednosti TKE nismo mogli izrač unati, saj zaradi
premajhne globine vode nismo mogli izmeriti navpič ne komponente hitrosti. Tako že
zaradi izostanka najnižjih pretokov na dveh preč nih prerezih ter tudi zaradi neenakosti med
variancami posameznih nizov z ANOVO ni bilo mogoč e primerjati vseh preč nih prerezov
naenkrat, zato smo primerjali le posamezne pare ter vsa mesta na seminaravnem substratu
v primerjavi z vsemi mesti na betonskem substratu. Med brzico in tolmunom ni bilo
statistič no znač ilnih razlik, kakor tudi ne med č istim in zarašč enim betonskim koritom,
signifikantne pa so bile razlike v morfologiji med tolmunom in zarašč enim betonskim
koritom. Med vsemi mesti na seminaravnem substratu in vsemi mesti na betonskem
substratu prav tako ni bilo statistič no znač ilnih razlik. Razen na brzici, kjer so se pojavljale
anomalije že pri primerjavi hitrosti na 6/10 globine in pri dnu, turbulentna kinetič na
energija s pretokom narašč a. Daleč največ ja vrednost je bila na prerezu z umetnim
substratom merilnega mesta GL4 pri visokem pretoku, ko je bil tok tudi na videz zelo
turbulenten, vodna gladina pa je bila zelo vzvalovana. Na zač etku betonskega korita je
namreč prag iz več jih kamnov, ki ob višjih vodostajih povzroč a intenzivno vrtinč enje. Na
prerezu »seminaraven substrat«, ki ima prav tako znač ilnosti tolmuna, in prerezu »tolmun«
sta bili izrač unani drugi največ ji vrednosti TKE pri velikem pretoku. Najnižje vrednosti
TKE pri velikih pretokih so bile na brzici. Tudi razlike med vrednostmi TKE pri različ nih
pretokih so bile največ je na prerezih »seminaraven substrat«, »umeten substrat« in
»tolmun«, medtem ko so se na »č istem« in »zarašč enem betonskem prerezu« ter na
»brzici« vrednosti zelo malo spreminjale glede na pretok.
Slika 13 - Primerjava turbulentne kinetič ne energije na morfološko različ nih preč nih
prerezih ob različ nih pretokih
0,01
0,1
1
10
100
1000
čist beton zaraščen
beton seminaraven
substrat umeten
substrat tolmun brzica TKE [N/m 2
] zelo nizek nizek zmeren zmerno visok visok
123
Vpliv hitrosti na združbi perifitona in makroinvertebratov
Na približno istih merilnih mestih so se v letih 2005 in 2006 izvajale raziskave
makroinvertebratske (Kereži, 2007) in perifitonske združbe (Štendler, 2007), hkrati pa so
bili merjeni tudi hidrološki, fizikalni in kemijski parametri (Koprivšek, 2006).
Vrednost Shannon – Wienerjevega diverzitetnega indeksa, izrač unanega na podlagi
diatomejske združbe (Štendler, 2007) je bila ob največ jem pretoku v primerjavi z ostalimi
vzorč nimi mesti bistveno nižja na obeh vzorč nih mestih z betonsko strugo. Ti dve mesti sta
se v tem č asu bistveno razlikovali od drugih mest po hitrosti vodnega toka, medtem ko vsi
ostali merjeni parametri niso bistveno odstopali od ostalih vzorč nih mest. Iz tega torej
lahko sklepamo, da ima hitrost vodnega toka zelo velik vpliv na diverziteto diatomejske
združbe. Povpreč ne hitrosti vodnega stolpca so na teh dveh mestih v č asu vzorč enja
dosegale vrednosti 0,9 m/s. V č asu ostalih merjenj, ko je bil vodostaj nižji, so se hitrosti na
mestih z betonskim prerezom manj razlikovale od ostalih vzorč nih mest – dosegale so
vrednosti okrog 0,4 m/s, kar je verjetno glavni razlog, da takrat ni bilo bistvenih razlik v
Shannon-Wienerjevem indeksu med umetnim in semi-naravnim substratom.
Na predelu Glinšč ice, obloženem z betonskimi plošč ami, je bila kljub skoraj popolnoma
homogenemu substratu vrstna diverziteta presenetljivo pestra. Prevladoval je mah vrste
Fontinalis antipyretica, ki zaradi mrežaste razrasti filtrira različ ne celice in delce in s tem
omogoč ajo visoko stopnjo usedanja in pritrjanja, kar poveč a tudi diverziteto mikroalg
(Štendler, 2007). Štendler (2007) je še ugotovila, da na sezonsko dinamiko alg na potoku
Glinšč ica vplivajo predvsem hidrološke spremembe (hitrost vodnega toka), ob nizkem
vodostaju pa tudi temperatura vode, hranilne snovi in svetloba. Skupinski in vrstni sestav
se med različ no spremenjenimi odseki ni bistveno spreminjal, razlike so bile le v
pogostosti posameznih vrst. Tudi sezonska dinamika perifitona se ni bistveno razlikovala
med seminaravnim in togo reguliranim odsekom struge.
V nasprotju z združbo perifitona na združbo makroinvertebratov bolj vplivajo vzorč na
mesta kot letni č asi. Zanimivo je, da se vrstna diverziteta ni bistveno zmanjšala pri
meritvah ob največ jem pretoku na mestih z betonskim koritom, kjer so hitrosti dosegale
kar 0,9 m/s. Znatno se je zmanjšalo le število osebkov na drugem betonskem prerezu (pri
viški cerkvi), medtem ko je bilo število osebkov na vzorč nem mestu pri Biološkem
središč u še več je od gorvodnih mest na semi-naravnem substratu. Shannon-Wienerjev
diverzitetni indeks na splošno sicer upade na mestih z betonskim koritom, vendar ob
poveč ani hitrosti ob največ jem pretoku nič bolj kot pri ostalih meritvah. Največ ja
diverziteta makroinvertebratske združbe pa je bila na vzorč nem mestu nad Brdnikovo
cesto, kjer so bile zaradi heterogenega substrata tudi hitrosti zelo heterogene. Ta odsek je
sicer umetno spremenjen, vendar je urejen z nizkimi pragovi, ki ustvarjajo odseke s hitrim
in poč asnim tokom. Število taksonov je namreč več je v heterogenem okolju s pestrimi
habitati, kjer več vrst najde primerno ekološko nišo (Beisel in sod., 2000). Poleg tega je
bilo na tem vzorč nem mestu tudi največ makrofitov, kar tudi vpliva na poveč ano
diverziteto, kot so ugotovili Biffagni in sod. (2000) ter Gregg in Rose (1985), saj makrofiti
predstavljajo zatoč išč a pred hidravlič nim stresom ter hkrati povzroč ajo veliko heterogenost
fizič nega habitata in tudi veliko površino za pritrjanje alg in vodne favne.
Sicer je bilo največ variabilnosti makroinvertebratske združbe pojasnjene s
spremenljivko temperaturni razpon vode (17,3 %), vendar je tudi maksimalna hitrost vode
pojasnila več kot 13% variabilnosti (Kereži, 2007). Medtem ko diverziteta na betonskih
odsekih upade, pa ne upade število osebkov – največ ja vrednost je bila presenetljivo
izmerjena prav na vzorč nem mestu z betonskim substratom, ob Biološkem središč u.
124
Težave pri meritvah
Instrument FlowTracker ni preveč primeren za merjenje blizu dna struge, brežin ali
objektov v vodi. Toč ka vzorč enja se namreč nahaja 10 cm od oddajnika, zato bližje kot 10
cm od desnega brega ob pravilni usmeritvi senzorja ne moremo meriti. Omejitve pri
merjenju v vzdolžni smeri predstavlja oddaljenost sprejemnikov od oddajnika, zaradi č esar
lahko merimo najbližje 5 cm pred ali za objektom v vodi. Meritve v globino so omejene z
nosilno palico, in sicer je z njo možno meriti 1,6 cm od dna. Č e sondo snamemo z merilne
palice, se ta oddaljenost zmanjša na 0,5 cm od dna. Vendar pa moramo upoštevati, da je pri
meritvah blizu dna ali objektov v vodi velika verjetnost odboja od teh objektov namesto od
delcev v vodi (Wilcox in Wohl, 2007). Ta verjetnost je toliko več ja pri hidravlič no hrapavi
posteljici dna z nehomogenim substratom, medtem ko dobimo pri meritvah nad betonom in
v tolmunu, kjer je substrat predstavljal enakomeren droben pesek, dokaj zanesljive meritve
tudi na oddaljenosti 0,5 cm od dna. Drug problem, ki se pojavlja pri meritvah na
mikrolokacijah, je, da se vzorč evalni volumen nekoliko spreminja od instrumenta do
instrumenta, poleg tega se oddaljenost od dna precej spremeni, č e sonde ne držimo povsem
navpič no.
Pri merjenju smo se sooč ali še z eno težavo, in sicer z dolgim č asom trajanja meritev na
enem preč nem prerezu, kar je bilo posebej problematič no ob več jih pretokih, ko se je
pretok in z njim tudi hitrost vodnega toka od zač etka do konca merjenja že obč utno
spremenila. Na razpolago smo žal imeli le en instrument, zato nismo mogli meriti na vseh
merilnih toč kah po preč nem prerezu hkrati, pač pa zapovrstjo, medtem pa so se razmere
lahko že nekoliko spremenile. Meritev na enem preč nem prerezu je trajala povpreč no
skoraj eno uro, saj smo morali posebno pri meritvah blizu dna intervale merjenja
ponavljati, kadar je instrument javljal slabe robne pogoje in majhno vrednost razmerja
signal – šum. Pri največ jih pretokih smo zato interval skrajšali na 40 sekund in tako
zmanjšali razlike v pretoku med zač etkom in koncem merjenja na enem preč nem prerezu.
Zaključ ki
V sklopu raziskave smo merili hitrosti vodnega toka na odsekih z različ nimi substrati in
različ no morfologijo struge, pri č emer smo ugotovili, da ima tako sama morfologija struge
(razširitve, zožitve) kot tudi neživ in živ substrat bistven vpliv na povpreč no hitrost
vodnega stolpca in na hitrosti pri dnu. Bistvene razlike v hitrosti vode smo opazili med
odseki s popolnoma togo ureditvijo (betonsko korito) in odseki s seminaravnim
substratom. Tako povpreč ne hitrosti kot hitrosti pri dnu so bile bistveno več je na prvih
odsekih, s poveč evanjem pretoka pa so se razlike še poveč evale, saj so se hitrosti na
odsekih z betonskim tlakovanjem ob višjih vodostajih poveč ale bolj kot na odsekih s
seminaravnim substratom. Hitrosti pri dnu so bile tako na odseku z betonskim koritom 2
do 3-krat več je kot na seminaravni brzici in 3 do 4-krat več je kot v seminaravnem tolmunu.
Izrač unali smo še razmerje med povpreč nimi hitrostmi vodnega stolpca in hitrostmi pri dnu
(1,6 cm od dna), kjer smo prav tako opazili statistič no znač ilne razlike med odseki z
betonskim koritom in odseki s seminaravno strugo. Vrednosti so bile na prvih odsekih
manjše, kar pomeni, da so bile hitrosti pri dnu v primerjavi s povpreč nimi hitrostmi več je
kot na odsekih s seminaravnim substratom. Opazne razlike so bile tudi med odseki na
hidravlič no gladki in odseki na hidravlič no hrapavi podlagi. Razmerje na odsekih s
hidravlič no gladko podlago namreč ostaja približno enako, tudi ko se pretok poveč uje,
medtem ko se na odsekih s hidravlič no hrapavo podlago to razmerje bistveno poveč a, ko se
poveč a pretok. To pomeni, da tudi ob poveč anju povpreč nih hitrosti zaradi objektov v vodi
125
hitrosti pri dnu ostajajo relativno majhne in primerne za življenje vodnih organizmov. Tak
primer je tudi na preč nem prerezu »umeten substrat« na merilnem mestu GL4, tik
dolvodno od zač etka betonskega tlakovanja, kjer je na betonskem koritu veliko kamenja. V
višini kamenja ostajajo hitrosti majhne, kljub zelo velikim hitrostim v prostem vodnem
stolpcu.
Podobne rezultate smo dobili tudi pri izrač unu gostote turbulentne kinetič ne energije: na
hidravlič no bolj hrapavi podlagi, z več jimi kamni v strugi, so bile vrednosti TKE bistveno
več je kot na hidravlič no gladki podlagi. Daleč največ ja vrednost je bila izmerjena na
preč nem prerezu »umeten substrat« tik dolvodno od zač etka betonskega korita, na zožitvi
struge, dolvodno od kamnitega praga in gorvodno od več jih kamnov v strugi. Na tem in
ostalih mestih z več jimi kamni v strugi so se vrednosti izrazito poveč ale ob poveč anem
pretoku, medtem ko na hidravlič no gladki podlagi to poveč anje ni bilo tako oč itno.
Na dveh merilnih mestih smo ocenjevali vpliv živega substrata na hitrosti in strukturo
vodnega toka; na merilnem mestu GL2 smo preuč evali vpliv obrasti, ki so jo predstavljali
predvsem mahovi, na merilnem mestu GL5 pa vpliv makrofitov (rmanec). Na betonskem
koritu, obrašč enim z mahovi, so se hitrosti zmanjšale za približno 20% ob največ ji
zarašč enosti in 12% pri najmanjši zarašč enosti glede na hitrosti na nezarašč enem
betonskem koritu. Mahovi so ob največ ji gostoti zarašč enosti segali 5 cm v višino, ob
več jih pretokih pa do 2 cm. Več ji vpliv na vodni tok imajo makrofiti, ki segajo višje v
vodni stolpec, obič ajno do vodne gladine. Rmanec na merilnem mestu GL5 je segal do
vodne gladine in prekrival skoraj celotno širino struge, hitrosti pa so se med njim
zmanjšale za približno 5× glede na hitrosti vodnega toka okrog njega.
Ugotavljali smo tudi vpliv hitrosti vodnega toka na biocenozo. Do bistvenega
zmanjšanja gostote in velikosti mahov na vzorč nem mestu GL2 je prišlo pri hitrosti 0,9
m/s. Kdaj in pri kateri pretoč ni hitrosti natanč no je prišlo do odtrganja mahov, žal ne vemo.
Visokovodni val, ki je sledil daljšemu sušnemu obdobju, med katerim so se mahovi bujno
razrasli, je namreč dosegel največ jo povpreč no hitrost okrog 0,9 m/s, do odtrganja pa je
lahko prišlo že pri manjših hitrostih ob narašč anju visokovodnega vala. Pri enaki povpreč ni
hitrosti se je bistveno zmanjšala tudi biodiverziteta kremenastih alg (Štendler, 2007), pri
č emer pa so bile takrat hitrosti izmerjene ob upadu visokovodnega vala in je do odtrganja
lahko prišlo tudi pri več jih hitrostih. Diverziteta makroinvertebratske združbe se zanimivo
ob enako veliki hitrosti vodnega toka ni zmanjšala glede na vzorč enja pri nižjih hitrostih na
istih vzorč nih mestih. Zmanjšala se je le številč nost osebkov, in še to le na dolvodnem
izmed dveh vzorč nih mest na betonskem koritu (Kereži, 2007). Ne glede na č as merjenja in
hitrosti vodnega toka, pa se je vrstna diverziteta zmanjšala na obeh mestih z betonskim
koritom glede na gorvodna mesta s seminaravnim substratom, kar daje slutiti, da na
združbi makroinvertebratov bolj kot sama hitrost vodnega toka vpliva substrat, ki je na
betonskem odseku bistveno preveč homogen, da bi nudil ugodne življenjske pogoje za
vodne nevretenč arje.
Meritve smo izvajali z Dopplerjevim merilnikom hitrosti vodnega toka FlowTracker, ki
za merjenje ob dnu, ob vodni gladini in v bližini podvodnih objektov ni preveč primeren.
Dnu se lahko približamo na najmanj 1,6 cm, pri zelo nizkem vodostaju pa brez stojala na 5
mm, vendar so te meritve že precej nezanesljive in možne le na hidravlič no gladki podlagi.
Ugotovili smo, da so meritve pri dnu (1,6 cm ali 5 mm od dna) statistič no povezane s
povpreč nimi hitrostmi vodnega stolpca, torej se hitrosti v obeh toč kah spreminjajo enako
glede na merilno mesto in vodostaj. To pomeni, da je oddaljenost od dna, pri kateri smo
merili, že prevelika, da bi zaznali lokalni vpliv substrata. Hart s sod. (1996) namreč
ugotavlja, da ni statistič no signifikantnih povezav med hitrostmi 2 mm od dna in 1 cm od
dna. Za natanč nejši vpogled v dogajanje tik ob dnu bi morali uporabiti drugač no merilno
opremo, na primer toplotni anemometer ali merilnik hitrosti, ki deluje na principu
126
magnetne indukcije. Najbolje bi bilo imeti več takšnih merilnikov na enem stojalu, da bi
lahko merili na različ nih oddaljenostih od dna hkrati in bi bili nizi hitrosti, izmerjeni na eni
vertikali, primerljivi med sabo.
Literatura
Beisel, J. N., Usseglio-Polatera, P., Moreteau, J. C. 2000. The spatial heterogeneity of a river
bottom: a key factor determining macroinvertebrate communities. Hydrobiologia 422/423: 163-
171.
Biffagni, A., Crisa, G. A., Harper, D. M., Kemp, J. L. 2000. Using macroinvertebrate species
assemblages to identify river channel habitat units: an application of the functional habitats
concept to a large, unpolluted Italian river (River Ticino, northern Italy). Hydrobiologia 435:
213-225.
Buffin-BØlanger, T., Roy, A. G. 2005. 1 min in a life of a river: selecting the optimal record length
for the measurement of turbulence in fluvial boundary layers. Geomorphology 68: 77-94.
Clifford, N. J., French, J. R. 1993. Monitoring and modelling turbulent flow: historical and
contemporary perspectives. V: Clifford, N. J., French, J. R. in Hardisty, J. (ur.). Turbulence:
Perspectives on Flow and Sediment Transport. Wiley, Chichester idr.: 1-34.
De Doncker, L., Troch, P., Verhoeven, R. 2008. Accuracy of discharge measurements in a
vegetated river. Flow measurement and instrumentation 19: 29-40.
Gregg, W. W., Rose, F. L. 1985. Influences of aquatic macrophytes and invertebrate community
structure, field structure and microdistribution in streams. Hydrobiologia 128: 45-56.
Hart, D. D., Clark, B. D., Jasentuliyana, A. 1996. Fine-scale field measurement of benthic flow
environments inhabited by stream invertebrates. Limnol. Oceanogr. 41: 297- 308.
Kereži, V. 2007. Makroinvertebratska združba potoka Glinšč ica. Diplomsko delo. Univerza v
Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za biologijo: 84 str.
Koprivšek, M. 2011. Vpliv različ nih vrst substrata na strukturo hitrosti vodnega toka in nnjen vpliv
na biocenozo na primeru potoka Glinšč ica. Magistrsko delo. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za
gradbeništvo in geodezijo, Univerzitetni podiplomski študij varstvo okolja: 108 str.
Koprivšek, M. 2006. Ekohidrološke raziskave na potoku Glinšč ica. Diplomska naloga. Ljubljana,
Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za gradbeništvo,
Vodarstvo in komunalno inženirstvo: 100 str.
Rusjan, S. 2003a. Sonaravno urejanje vodotokov – primer ureditve odseka Glinšč ice na območ ju
Vič a. Diplomska naloga. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in
geodezijo, Oddelek za gradbeništvo, Vodarstvo in komunalno inženirstvo: 89 str.
Štendler, E. 2007. Perifitonska združba v potoku Glinšč ica. Diplomska naloga. Univerza v
Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za biologijo: 102 str.
Wilcox, A. C., Wohl, E. E. 2007. Field measurements of three-dimensional hydraulics in a step-
pool channel. Geomorphology 83: 215-231.
Atlas okolja: http://gis.arso.gov.si/gis/profile.aspx?id=UPR_VODAMI_AXL@Arso (23.3.2010)
127
Izrač un lokalnih magnitud potresov iz
podatkov Državne mreže potresnih opazovalnic
Jurij Bajc
* , Žiga Zaplotnik
** , Mladen Živč ić *** , Martina Č arman
***
Povzetek
V prispevku predlagamo izboljšavo postopka določ anja lokalne magnitude potresov na ozemlju
Slovenije in bližnje okolice. Osredotoč imo se predvsem na vpliv podatkov posamezne
opazovalnice in primerjamo dve različ ici rač unanja lokalne magnitude iz vertikalnih komponent
zapisov hitrosti. V osnovni različ ici, ki jo uporabljamo pri rutinskem izrač unu magnitud v Uradu za
seizmologijo in geologijo Agencije RS za okolje, se za podatke vseh opazovalnic uporablja enotna
magnitudna enač ba, potresu pa se pripiše vrednost magnitude, ki je enaka povpreč ju magnitud, ki
jih izrač unamo iz podatkov posamezne opazovalnice. V izboljšani različ ici, ki jo predstavljamo v
prispevku, enotni magnitudni enač bi dodamo aditivno konstanto, ki je različ na za vsako
opazovalnico in odseva lokalne znač ilnosti opazovalnice. Znač ilne popravke za posamezno
opazovalnico določ imo tako, da za izbrani nabor podatkov minimiziramo vsoto kvadratov razlik
med magnitudo, izrač unano iz podatkov ene opazovalnice, in povpreč no magnitudo potresa.
Rezultati raziskave kažejo, da z vpeljavo znač ilnih popravkov za vsako opazovalnico znatno
zmanjšamo nedoloč enost vrednosti lokalne magnitude, ki jo pripišemo posameznemu potresu.
Uvod
V prispevku razišč emo določ anje lokalne magnitude iz vertikalnih komponent zapisov
hitrosti (M
LV
), ki jo za potrese na območ ju Slovenije in bližnje okolice določ ajo pri
rutinskih analizah v Uradu za seizmologijo in geologijo (USG) Agencije RS za okolje
(ARSO) in opredeljuje velikost potresov v uradnih katalogih ARSO. Raziskav o
ustreznosti enač be za rač unanje lokalne magnitude za Slovenijo v literaturi ni zaslediti,
nekaj podobnih raziskav je bilo narejenih za sosednjo Italijo (Bindi et al., 2005; Bragato in
Tento, 2005). V USG se uporablja za rutinski izrač un lokalne magnitude M
LV
iz podatkov
katerekoli opazovalnice isto empirič no določ eno magnitudno enač bo
( )
max
log 1,52log 0,1 ,
= + D - LV
A
M
T
(1)
kjer pomeni A amplitudo nihanja tal, izraženo v nanometrih, T nihajni č as nihaja z
amplitudo A v sekundah in D žarišč no (hipocentralno) oddaljenost opazovalnice od potresa
v kotnih stopinjah. Ena kotna stopinja približno ustreza razdalji 111,2 km. Č eprav A in T v
enač bi (1) pomenita amplitudo nihanja in nihajni č as tega nihanja, v USG s seizmogramov
dejansko odč itavajo največ jo amplitudo hitrosti nihanja tal v navpič ni smeri, kar je
sorazmerno največ jemu kvocientu A/T, saj magnitudna enač ba (1) temelji na največ ji
vrednosti kvocienta A/T in ne na največ ji vrednosti amplitude odmikov A, kakor je prvo
definicijo magnitude postavil Richter (1935). Vrednost koeficientov v magnitudni enač bi
(1) je določ il pred približno tremi desetletji takratni direktor Seizmološkega zavoda prof.
Ribarič , žal pa zapisi o tej raziskavi niso objavljeni, tako da ni znana niti natanč na
* UL, Pedagoška fakulteta, Kardeljeva plošč ad 16, Ljubljana
** UL, Fakulteta za matematiko in fiziko, Jadranska 19, Ljubljana
*** Agencija RS za okolje, Urad za seizmologijo in geologijo, Dunajska 47, Ljubljana
128
metodologija določ anja koeficientov v magnitudni relaciji niti ni povsem znano, kateri
podatki so bili uporabljeni pri njihovem določ anju. Funkcijska odvisnost magnitude od
amplitude, nihajnega č asa in oddaljenosti, ki je zapisana v enač bi (1), še vedno izhaja iz
prvotne Richterjeve (1935, 1958) definicije magnitude, a prirejene za sodobne
seizmometre, ki ne merijo odmikov nihanja tal, temveč merijo hitrost nihanja tal, vrednosti
koeficienta pred logaritmom oddaljenosti (=1,52) in aditivne konstantne (= – 0,1) pa sta
določ eni empirič no in sta odvisni od povpreč ne strukture tal pod Slovenijo. Potresu
pripišemo magnitudo M
LV
, ki je enaka povpreč ni vrednosti magnitud, ki jih iz
razpoložljivih podatkov izrač unamo za posamezno opazovalnico. Tako zmanjšamo vpliv
posamezne magnitude, ki je določ ena iz zapisov na izbrani opazovalnici. Individualne
vrednosti magnitud lahko namreč znatno odstopajo od povpreč ne vrednosti, ki je dodeljena
posameznemu potresu, za kar sta vsaj dva oč itna vzroka. Po eni strani se potresno
valovanje od žarišč a potresa ne širi enakomerno na vse strani, ampak je znač ilno
prostorsko porazdeljeno, kar opisuje sevalna funkcija, ki je odvisna od žarišč nega
mehanizma potresa. Po drugi strani je amplituda, odč itana na opazovalnici, odvisna od
lokalne zgradbe tal pod opazovalnico, vč asih pa tudi od kake druge lastnosti izgradnje
opazovalnice. Oboje vodi do tega, da je vrednost magnitude, ki je dodeljena posameznemu
potresu, lahko precej odvisna od tega, na katerih opazovalnicah je bila določ ena, posebej,
č e je amplituda odč itana na majhnem številu opazovalnic. Na spreminjanje sevalne
funkcije od potresa do potresa ne moremo vplivati, medtem ko se lastnosti lokalne
strukture in same zgradbe opazovalnice odsevajo v sistematič nih odstopanjih, ki jih lahko
pripišemo posamezni opazovalnici kot znač ilni popravek na opazovalnici.
Slika 1 – Državna mreža potresnih opazovalnic (rdeč i kvadratki)
in potresna opazovalnica TRI pri Trstu (č rni kvadratek).
Imenujmo magnitudo M
LV,
izrač unano iz podatkov posamezne opazovalnice,
individualna magnituda M
ind
, in povpreč no vrednost individualnih magnitud za en potres
povpreč na magnituda potresa M. Primerjava vrednosti M
ind
in M je med seizmologi v USG
že dlje č asa vzbujala obč utek, da so magnitude M
ind
iz podatkov nekaterih opazovalnic
sistematič no več je oziroma manjše od povpreč nih magnitud M. Ker je po drugi strani že
Richter (1935) vpeljal za vsako opazovalnico svojo aditivno konstanto C
j
(enač ba 2), smo
se lotili izrač una individualne magnitude z enač bo v splošni obliki
129
max
[nm] [km]
log log
[s] 111, 2 km
= + +
j
ind j
A r
M a C
T
, (2)
kjer je
j
ind
M individualna lokalna magnituda, izrač unana na j-ti opazovalnici, a in C
j
pa
konstanti – parametra, ki ju je potrebno še določ iti. Nač eloma bi lahko imela vsaka
opazovalnica svojo vrednost tako C
j
kot a. Ker a opisuje dušenje oziroma pojemanje
amplitude valovanja z oddaljenostjo od žarišč a in se potresni valovi za potrese po Sloveniji
širijo od vseh morebitnih žarišč potresov do vseh opazovalnic Državne mreže potresnih
opazovalnic (slika 1) v povpreč ju po istih tleh, je smiselno iskati rešitev z enako vrednostjo
a za vse opazovalnice. Tako določ ena vrednost a opisuje pojemanje amplitude valovanja z
razdaljo za povpreč no strukturo zemeljske skorje na območ ju Slovenije. Č e bi za vse
opazovalnice izbrali enako vrednost C
j
, bi pravzaprav le ponovno določ ili vrednosti obeh
koeficientov v enač bi (1). Bistvena razlika med osnovno in izboljšano različ ico rač unanja
lokalne magnitude je v tem, da privzamemo v novi različ ici za vsako opazovalnico drugo
vrednost C
j
. Na ta nač in lahko kompenziramo sistematič ne individualne razlike med
odč itanimi amplitudami na posameznih opazovalnicah. Sistematič ne razlike so, kot reč eno,
obič ajno posledica lokalnih lastnosti opazovalnice, ki vplivajo na velikost odč itane
amplitude nihanja tal, in s tem poveč ujejo negotovost vrednosti magnitude, ki jo pripišemo
izbranemu potresu. Glavni cilj raziskave je poiskati koeficient a in znač ilne popravke C
j
za
posamezno opazovalnico tako, da bodo vrednosti vsake posamezne individualne
magnitude M
ind
za izbrani potres č im bliže povpreč ni magnitudi tega potresa M.
V nadaljevanju v poglavju Metodologija in podatki podrobno opišemo, kako smo
določ ili iskane parametre v magnitudni enač bi (2) in katere podatke smo uporabili pri
izrač unu. Nato v poglavju Rezultati primerjamo vrednosti in negotovosti lokalnih
magnitud, izrač unanih z izboljšano in osnovno različ ico magnitudne enač be ter v
Zaključ kih povzamemo glavne ugotovitve raziskave.
Metodologija in podatki
Lokalna magnituda potresa M
LV
se v USG rutinsko določ a kot povpreč na magnituda M
vseh izrač unanih individualnih magnitud M
ind
iz dosegljivih podatkov za posamezen
potres. Vsaka individualna magnituda se izrač una z enač bo (1), kar pomeni, da moramo
imeti za izbrano opazovalnico podatke o oddaljenosti od žarišč a in o amplitudi hitrosti
nihanja tal. To je direktno rač unanje magnitud iz znanih podatkov z uporabo znane enač be
(1). V prič ujoč i raziskavi želimo poiskali parametre a in C
j
v magnitudni enač bi (2) za
rač unanje individualne magnitude iz podatkov posamezne opazovalnice. To je inverzni
problem, ki nima enolič ne rešitve, zato ga moramo najprej dobro definirati. Vhodni
podatki za nalogo so še vedno podatki o največ ji amplitudi hitrosti nihanja tal oziroma
največ jem razmerju A/T in oddaljenosti opazovalnic r od žarišč a posameznega potresa,
vendar sedaj ne išč emo le povpreč ne magnitude M za en potres, ampak išč emo tako
parametre a in C
j
, kot tudi povpreč ne vrednosti magnitud M za več potresov hkrati. Pri tem
parametre a in C
j
določ amo s standardnim pristopom najmanjše vsote kvadratov razlik. To
pomeni, da išč emo vrednosti parametrov a in C
j
, ki minimizirajo funkcijo f, definirano kot
( )
2
, = - ∑∑ ij i
i j
f M M (3)
kjer je M
ij
individualna magnituda i-tega potresa, izrač unana iz podatkov j-te opazovalnice,
in M
i
povpreč na magnituda i-tega potresa
130
1
.
i ij
j
i
M M
n
=
∑ (4)
Tu j teč e po vseh opazovalnicah, za katere imamo izrač unane individualne magnitude M
ij
in je število izrač unanih individualnih magnitud enako n
i
. Neznanke v enač bi (3) so
koeficient a in popravki C
j
ter povpreč ne magnitude M
i
vseh potresov, katerih podatke
smo uporabili.
Slika 2 – Potresi v obdobju od leta 1997 do 2010, za katere poznamo lokacijo
žarišč a. S č rno s označ eni potresi, katerih podatkov v inverziji ne uporabimo,
z rdeč o pa tisti potresi, katerih podatki so uporabljeni v inverziji.
V raziskavo smo vključ ili več kot 78000 avtomatsko odč itanih podatkov za potrese v
obdobju od vključ no leta 1997 do vključ no leta 2010. Podatki so izvirali z 29 potresnih
opazovalnic Državne mreže in opazovalnice TRI v Trstu (slika 1). Podatke slednje smo
vključ ili iz zgodovinskih razlogov, saj je bila enač ba (1) izpeljana na osnovi primerjave
izrač unanih magnitud na opazovalnici TRI v trstu in LJU v Ljubljani. Pri inverznih
problemih se rezultati obič ajno opazno spreminjajo, č e izbiramo različ ne nabore vhodnih
podatkov. Zato smo izmed vseh avtomatsko odč itanih podatkov o največ ji vrednosti A/T
po določ enih kriterijih izbrali podmnožico 23546 ustrezno zanesljivih podatkov za 3152
potresov, ki smo jih uporabili v inverziji za iskane parametre (slika 2). Izbor vhodnih
podatkov smo naredili v nekaj korakih. Najprej smo primerjali nekaj deset naključ no
izbranih avtomatsko odč itanih podatkov z dostopnimi roč no odč itanimi podatki, da smo
preverili nač elno pravilnost delovanja algoritma za avtomatsko odč itavanje največ jih
vrednosti A/T. Ujemanje je bilo zadovoljivo, seveda pa nobeno avtomatsko odč itavanje ne
more delovati 100 % zanesljivo, zato smo z dodatnimi kriteriji izloč ili podatke, ki so bili
videti nezanesljivi. Izbirni kriteriji so se nanašali na hitrost širjenja valovanja, kjer
prič akujemo največ je amplitude hitrosti nihanja tal, na prič akovane nihajne č ase, smiselno
najmanjšo oddaljenost med potresom in opazovalnico, najmanjše sprejemljivo razmerje
med signalom in šumom, najmanjše število podatkov za posamezen potres in podobno.
Mejne kriterije smo po nekaj testiranjih (tabela 1) izbrali glede na presojo ravnotežja med
131
tem, da uporabimo kar se da kvalitetne in zanesljive podatke, in med tem, da imamo č im
več podatkov in s tem zagotovimo statistič no več jo veljavnost z inverzijo izrač unanih
parametrov. V konč ni nabor podatkov smo zajeli potrese, ki so bili od opazovalnic
oddaljeni od 20 km (izbrana spodnja meja) do okoli 270 km in so imeli magnitude v
razponu od okoli 0,2 do 5,1.
Tabela 1 – Rezultati testnih naborov podatkov za izrač un parametrov
magnitudne enač be M
LV
. V prvem stolpcu je č asovno obdobje, za katerega je
narejena inverzija, v drugem število uporabljenih podatkov, v tretjem število
potresov, katerih podatke smo uporabili, v č etrtem vrednost konstante a.
V osenč eni vrstici je konč na rešitev in opis pripadajoč ih podatkov.
Č asovno
obdobje
Število
podatkov
Število
potresov
a
1997-2004 4229 757 1,830
2005-2007 7013 869 1,796
2008-2010 12304 1526 1,819
1997-2010 23546 3152 1,827
1998 287 86 1,754
2003 1092 186 1,792
2004 1869 240 1,816
2005 1908 250 1,794
2008 2469 316 1,870
2010 6718 823 1,783
Reševanje inverznega problema za veliko neznanih parametrov (31 parametrov a in C
j
v
magnitudni enač bi in 3152 magnitud M
LV
potresov) je č asovno zahtevno in pogosto
numerič no nestabilno, zato smo problem poenostavili s trikom, ki nam je dal enak rezultat
(preverjeno na manjšem naboru podatkov), a je vključ eval kot neznanke le prvih 31
parametrov iz magnitudne enač be. Neznane vrednosti a in C
j
smo iskali iterativno, medtem
ko smo se neznanih vrednosti magnitud potresov izognili tako, da smo v k-tem koraku
iteracije pripisali potresom magnitude, ki smo jih izrač unali po magnitudnih enač bah (2) in
(4), a smo pri tem uporabili vrednosti parametrov a in C
j
iz ( ) 1 - k -tega koraka iteracije. Iz
enač be (3) je oč itno, da sprememba vseh parametrov C
j
za enako aditivno konstanto D C ne
spremeni vrednosti funkcije f, saj se za D C spremenijo tako M
ij
kot M
i
in ostanejo razlike
M
ij
– M
i
nespremenjene. Torej so koeficienti C
j
določ ljivi le do aditivne konstante
natanč no in je potrebno za enolič nost rešitve in numerič no stabilnost uporabiti dodatni
pogoj, na primer pogoj, da je povpreč na vrednost popravkov vseh opazovalnic enaka 0, kar
pomeni, da so popravki C
j
razporejeni okoli vrednosti 0. Enač bo (2) zato preoblikujemo v
max
[nm] [km]
log log ,
[s] 111,2 km
j
ind j
A r
M a C C
T
= + + D +
(5)
kjer vrednost aditivne konstante D C med reševanjem inverznega problema postavimo na 0,
na koncu pa jo določ imo tako, da so povpreč ne magnitude potresov po osnovni in
izboljšani različ ici določ anja M
LV
č im bolj enake. Ker iz uporabljenih podatkov ne
moremo absolutno določ iti D C, izboljšano različ ico rač unanja pač sidramo na rezultate
osnovne različ ice z eno magnitudno enač bo (1).
Iz nihanj vrednosti parametra
ocenimo tako vrednost parametra kot njegovo nedolo
sprejmemo za a vrednost
kar pomeni, da smo vrednost a
za izbrana č asovna obdobja prav tako le
konč ne rezultate, ki so izrač unani iz podatkov za celotno obdobje od leta 1997 do 2010.
Rezultati so za lažjo predstavo
Tabela 2 – Izrač unani popravk
do leta 2010. Vsi popravki so izra
nihanja tal. V prvem stolpcu
opazovalnice (C), v tretjem število upo
povpreč na velikost odstopanja
za isti potres (s M
). S krepkim tiskom sta zapisani vrednosti parametrov
za opazovalnici LJU in TRI, ki sta pomembni iz zgodovinskih razlogov.
Individualne magnitude M
praviloma razlikujejo od povpreč kako negotova je vrednost magnitude, ki jo od
povpreč na velikost razlike med individualno magnitudo in magnitudo potresa, ki jo
poimenujemo negotovost individualne magnitude
Slika 3 – Popravki na opazovalnicah. Ozna
individualne magnitude Mind od magnitude M, ki jo pripišemo potresu (tabela 2).
opaz. C N s M
LJU 0,00 625 0,18
BISS -0,52 781 0,25
CESS -0,05 373 0,14
CEY 0,12 1453 0,18
DOBS 0,00 929 0,13
BOJS 0,11 928 0,16
CADS -0,01 590 0,21
CRES 0,16 936 0,15
CRNS 0,07 543 0,17
GBAS 0,19 944 0,13
132
Rezultati
Iz nihanj vrednosti parametra a za podatke iz različ nih č asovnih obdobij (tabela 1)
ocenimo tako vrednost parametra kot njegovo nedoloč enost. S približno 95
1,83 0,03 1,83 (1 0,02) a = – = – ,
a določ ili na okoli 2 % natanč no. Vrednosti parametrov
prav tako le malo spreminjajo, zato v tabeli 2 podajamo
č unani iz podatkov za celotno obdobje od leta 1997 do 2010.
za lažjo predstavo grafič no prikazani tudi na sliki 3.
opravki na opazovalnicah za celotno obdobje od leta 1997
. Vsi popravki so izrač unani za vertikalno komponento hitrosti
prvem stolpcu je ime opazovalnice, v drugem popravek
, v tretjem število uporabljenih podatkov (N) in v
na velikost odstopanja individualne magnitude od povpreč ne magnitud
S krepkim tiskom sta zapisani vrednosti parametrov
za opazovalnici LJU in TRI, ki sta pomembni iz zgodovinskih razlogov.
M
ind
, ki so izrač unane iz podatkov ene opazova
praviloma razlikujejo od povpreč ne magnitude M
LV
= M, ki jo pripišemo potresu. Merilo,
kako negotova je vrednost magnitude, ki jo odč itamo samo na eni opazovalnici, je
razlike med individualno magnitudo in magnitudo potresa, ki jo
negotovost individualne magnitude in jo označ imo s s M
(tabela
Popravki na opazovalnicah. Označ en je tudi interval povpreč nega odstopanja
magnitude Mind od magnitude M, ki jo pripišemo potresu (tabela 2).
opaz. C N s M
opaz. C
TRI -0,26 767 0,18 MOZS 0,17
GBRS -0,16 363 0,20 PDKS 0,14
GCIS 0,11 624 0,16 PERS -0,09
GOLS 0,11 1322 0,17 ROBS 0,13
GORS 0,06 958 0,20 SKDS -0,15
GROS -0,24 728 0,26 VISS 0,14
JAVS 0,03 763 0,19 VNDS 0,15
KNDS 0,07 427 0,24 VOJS 0,21
KOGS -0,18 280 0,27 ZALS -0,38
LEGS 0,15 1453 0,15 ZAVS -0,10
ih obdobij (tabela 1)
enost. S približno 95 % verjetnostjo
(6)
rednosti parametrov C
j
se
2 podajamo samo
unani iz podatkov za celotno obdobje od leta 1997 do 2010.
za celotno obdobje od leta 1997
unani za vertikalno komponento hitrosti
ime opazovalnice, v drugem popravek
in v č etrtem
č ne magnitude
S krepkim tiskom sta zapisani vrednosti parametrov
za opazovalnici LJU in TRI, ki sta pomembni iz zgodovinskih razlogov.
unane iz podatkov ene opazovalnice, se
, ki jo pripišemo potresu. Merilo,
itamo samo na eni opazovalnici, je
razlike med individualno magnitudo in magnitudo potresa, ki jo
(tabela 2 in slika 3).
č nega odstopanja
magnitude Mind od magnitude M, ki jo pripišemo potresu (tabela 2).
N s M
17 617 0,17
14 1549 0,16
09 552 0,18
13 231 0,22
15 1069 0,21
14 1320 0,14
15 594 0,15
21 865 0,16
38 483 0,20
10 479 0,18
Iz slike 3 in tabele 2 razberemo, da je
povpreč ju okoli 0,18, samo na treh opazovalnicah (BISS, GROS in KOGS) pa dosega ali
malo presega 0,25. V grobem lahko sklepamo, da so ob vpeljavi popravkov na posamezni
opazovalnici vrednosti magnitud, od
nedoloč ene na okoli D M =
za povpreč no vrednost negotovosti individualne magnitude vrednosti okoli
pomeni, da vpeljava popravkov
števila podatkov zmanjša za okoli 30
Slika 4 – Levo: Ujemanje magnitud, dolo
vse potrese, katerih podatki so bili uporabljeni v inverziji. Dodana je najbolje prileg
se premica (rdeč a č rta). Desno: Povpre
povpreč ne vrednosti za posamezen potres, katerega podatki so bili uporabljeni v inverziji.
Dodana je najbolje prilegajoč da se bolje vidi razlika med odstopanji po izboljšani (5) in osnovni magnitudni ena
Da preverimo, kaj vpeljava popravkov na opazovalnicah
z uporabo ene same enač be (1) za vse opazovalnice, med seboj primerja
M
LV
(slika 4, levo), določ ene z obema razli
tudi odstopanja individualn
(1), od vrednosti M
LV
(slika 4, desno)
za izbrani potres, v drugem pa odstopanja individualnih magnitud od ustrezne vrednosti
M
LV
za vsako od opazovalnic, za katero imamo podatke za izbrani
magnitud potresov da dobro korelirano linearno zvezo,
napake enak ena in tudi korelacijski koeficient R skoraj ena, R = 0,9
magnitudami, izrač unanimi z izboljšano in osnovno razli
LV LV LV
(izboljšana) 1,0022 (osnovna) 0,091 (osnovn M M M
kar pomeni, da so magnitude potresov, izra
konstante (D C = 0,0), v povpre
enač be (1). Z ustrezno izbiro vrednosti aditivne konstante
enač bi v povpreč ju enake vrednosti magnitud, ob tem pa je nedolo
individualne magnitude kot tudi povpre
magnitudne enač be
j
ind j
M C = + + +
za okoli 30 % manjša od nedolo
133
Iz slike 3 in tabele 2 razberemo, da je s M
ob uporabi popravkov na opazovalnicah v
ju okoli 0,18, samo na treh opazovalnicah (BISS, GROS in KOGS) pa dosega ali
malo presega 0,25. V grobem lahko sklepamo, da so ob vpeljavi popravkov na posamezni
opazovalnici vrednosti magnitud, odč itanih samo iz podatkov ene opazovalnice,
0,18. Podobni izrač uni z eno samo magnitudno ena
no vrednost negotovosti individualne magnitude vrednosti okoli
pomeni, da vpeljava popravkov C
j
negotovost vrednosti M
LV
posebej v primeru majhnega
števila podatkov zmanjša za okoli 30 %.
Levo: Ujemanje magnitud, določ enih po izboljšani (5) in osnovni ena
vse potrese, katerih podatki so bili uporabljeni v inverziji. Dodana je najbolje prileg
č č rta). Desno: Povpreč no odstopanje individualnih magnitud od
ne vrednosti za posamezen potres, katerega podatki so bili uporabljeni v inverziji.
Dodana je najbolje prilegajoč a se premica (rdeč a č rta) in premica y = x
da se bolje vidi razlika med odstopanji po izboljšani (5) in osnovni magnitudni ena
Da preverimo, kaj vpeljava popravkov na opazovalnicah (enač ba 5) prines
č be (1) za vse opazovalnice, med seboj primerja
č ene z obema različ icama magnitudne enač be
tudi odstopanja individualnih magnitud, ki jih dobimo z magnitudnim
(slika 4, desno). V prvem primeru vsakič primerjamo vrednosti
za izbrani potres, v drugem pa odstopanja individualnih magnitud od ustrezne vrednosti
za vsako od opazovalnic, za katero imamo podatke za izbrani
magnitud potresov da dobro korelirano linearno zvezo, ki ima smerni koeficient v okviru
in tudi korelacijski koeficient R skoraj ena, R = 0,98. Vezna ena
č unanimi z izboljšano in osnovno različ ico magnitudne ena
LV LV LV
(izboljšana) 1,0022 (osnovna) 0,091 (osnovn M M M = - @ - ar pomeni, da so magnitude potresov, izrač unane po enač bi (5) brez vpeljave aditivne
v povpreč ju le za približno 0,09 magnitude manjše od rezultatov
Z ustrezno izbiro vrednosti aditivne konstante D C = 0,09 v enač ju enake vrednosti magnitud, ob tem pa je nedoloč enost tako posamezne
individualne magnitude kot tudi povpreč ne magnitude potresov ob uporabi kon
[nm] [km]
log 1,83 log 0,09
[s] 111,2 km
ind j
A r
M C
T
= + + +
% manjša od nedoloč enosti magnitud, izrač unanih z enač bo (1).
ob uporabi popravkov na opazovalnicah v
ju okoli 0,18, samo na treh opazovalnicah (BISS, GROS in KOGS) pa dosega ali
malo presega 0,25. V grobem lahko sklepamo, da so ob vpeljavi popravkov na posamezni
o iz podatkov ene opazovalnice,
uni z eno samo magnitudno enač bo (1) dajo
no vrednost negotovosti individualne magnitude vrednosti okoli D M = 0,25, kar
posebej v primeru majhnega
enih po izboljšani (5) in osnovni enač bi (1) za
vse potrese, katerih podatki so bili uporabljeni v inverziji. Dodana je najbolje prilegajoč a
no odstopanje individualnih magnitud od
ne vrednosti za posamezen potres, katerega podatki so bili uporabljeni v inverziji.
(č rna č rtkana č rta),
da se bolje vidi razlika med odstopanji po izboljšani (5) in osnovni magnitudni enač bi (1).
prinese v primerjavi
be (1) za vse opazovalnice, med seboj primerjamo tako vrednosti
za vsak potres, kot
, ki jih dobimo z magnitudnima enač bama (5) in
č primerjamo vrednosti M
LV
za izbrani potres, v drugem pa odstopanja individualnih magnitud od ustrezne vrednosti
potres. Primerjava
ki ima smerni koeficient v okviru
. Vezna enač ba med
magnitudne enač be je
(izboljšana) 1,0022 (osnovna) 0,091 (osnovna) 0,09 = - @ - , (7)
brez vpeljave aditivne
le za približno 0,09 magnitude manjše od rezultatov
0,09 v enač bi (5) dasta obe
č enost tako posamezne
ne magnitude potresov ob uporabi konč ne oblike
ind j
M C = + + + (8)
č bo (1).
134
Zaključ ek
V raziskavi osnovno magnitudno enač bo (1) razširimo z vpeljavo aditivnih popravkov
na posamezni opazovalnici (enač bi 5 in 8), da bi tako kompenzirali morebitno potencialno
sistematič no preveliko ali premajhno individualno izrač unano magnitudo na posamezni
opazovalnici. Z inverzijo več kot 23000 podatkov iz obdobja od leta 1997 do leta 2010
smo določ ili parametre v modelski magnitudni enač bi (5) oziroma (2) in tako zapisali
izboljšano magnitudno enač bo (8). Vrednosti znač ilnih popravkov C
j
, ki nastopajo v enač bi
(8), so zbrani v tabeli 2. Glavna rezultata raziskave lahko strnemo v naslednje:
• Nova, izboljšana magnitudna enač ba (9), da za potrese približno enake vrednosti M
LV
,
kot jih je dajala osnovna enač ba (1) določ ena pred več kot tridesetimi leti. To se zgodi
za potrese na ozemlju Slovenije kljub temu, da je vrednost koeficienta a, ki opisuje
dušenje in geometrijsko razširjanje potresnih valov, v enač bi (8) precej več ja
(a = 1,83) od vrednosti (a = 1,52) v enač bi (1). Oč itno se v danem intervalu
oddaljenosti med žarišč i in opazovalnicami razlika v dušenju kompenzira z vpeljavo
popravkov, znač ilnih za posamezno opazovalnico.
• Bistvena prednost vpeljave znač ilnih popravkov za opazovalnice je več ja zanesljivost
individualne magnitude in posledič no za okoli 30 % manjši nedoloč enosti izrač unane
lokalne magnitude M
LV
.
Raziskavo bi bilo smiselno nadaljevati v smeri povezovanja oziroma iskanja povezave
med lokalno magnitudo M
LV
, ki jo v USG na ARSO sedaj rutinsko uporabljamo kot mero
za velikost potresa, in navorno magnitudo, ki je fizikalno najbolje definirana mera za
velikost potresa, ali Richterjevo oziroma Wood-Andersonovo magnitudo, ki je
zgodovinsko gledano osnova vsem sodobnim magnitudam in na podlagi katere je prof.
Ribarič izpeljal enač bo (1) s primerjavo zapisov istih potresov v Trstu in v Ljubljani.
Literatura
Bindi D., Spallarossa D., Eva C., Cattaneo M. (2005). Local and duration magnitudes in
northwestern Italy, and seismic moment versus magnitude relationships, Bull. Seism. Soc. Am.
95, 592-604.
Bragato P.L., Tento A. (2005). Local magnitude in northeastern Italy, Bull. Seism. Soc. Am. 95,
579-591.
Richter C.F. (1935). An instrumental earthquake magnitude scale, Bull. Seism. Soc. Am. 25, 1-31.
Richter C.F. (1958), Elementary Seismology, W.H. Freeman and Co., San Francisco, California,
578 p.