Numeryczny Model Terenu i dna – czym jest i jak go wykorzystywać?

Opublikowano: 08/11/2018

Ukształtowanie powierzchni Ziemi ma duży wpływ między innymi na fizyczne oraz biologiczne procesy na niej zachodzące. Ukształtowanie powierzchni terenu ma pierwszorzędne oddziaływanie na wody płynące i opadowe, warunki klimatyczne czy dopływy promieniowania. Jednym z głównych źródeł informacji o kształcie powierzchni Ziemi jest mapa topograficzna zawierająca izobaty lub poziomice. W formie cyfrowej reprezentowana może być przez Numeryczny Model Terenu (NMT), który – w uproszczeniu – jest regularną lub nieregularną ‘siatką’ punktów o znanym położeniu (współrzędne XY) oraz wysokości (współrzędna Z).

NMT oprócz odtworzenia rzeźby terenu pozwala na analizy nachylenia terenu, jego ekspozycji, krzywizny planarnej i wertykalnej czy określenia topograficznego indeksu wilgotności. Ponadto umożliwia historyczną analizę porównawczą ukształtowania terenu oraz profili hipsometrycznych.

W Sweco Polska w wielu projektach wykonywane są analizy w oparciu o NMT. Pozwalają one interpretować stan obecny interesującego nas obszaru, a także przewidywać możliwe scenariusze po dokonaniu przez nas projektowych zmian w ukształtowaniu terenu. Opisując wybrane przykłady  skupimy się na tym drugim przypadku.

Wybrane realizacje:

1. Tworzenie oraz przetwarzanie danych z pomiarów batymetrycznych w celu utworzenia mapy batymetrycznej oraz numerycznego modelu dna toru wodnego J. Dąbie, w ramach kontraktu na usługi wsparcia technicznego, zawartego z Państwowym Gospodarstwem Wodnym Wody Polskie RZGW w Szczecinie. Kontrakt wiąże się z wdrażaniem Projektu Ochrony Przeciwpowodziowej w Dorzeczu Odry i Wisły.

W ramach współfinansowanego przez Bank Światowy projektu wykonano analizę GIS polegającą na oszacowaniu objętości urobku, który powstanie podczas pogłębiania toru wodnego J. Dąbie. Od jego wielkości zależały lokalizacje i wielkość powierzchni składowania materiału.

Aby obliczyć wielkość urobku w m3 wypracowaliśmy poniższy schemat działania:

• Wykonanie numerycznego modelu dna jeziora na podstawie otrzymanych pomiarów batymetrycznych;
• Wykonanie docelowego modelu dna toru wodnego z przekrojów otrzymanych od zespołu projektantów;
• “Odjęcie” od modelu docelowego, obecnego modelu dna zbiornika (tzw. algebra map);
• Wykonanie siatki wektorowej 1×1 m;
• Przypisanie do każdego kwadratu siatki średniej wartości z pola w którym się znajduje;
• Obliczenie dla każdego kwadratu urobku w m3 i zsumowanie całej siatki kwadratów;
• Otrzymanie wynikowej mapy obszarów prac regulacyjnych wraz z wartościami liczbowymi.

2. Budowa modelu 3D (TIN/Raster) projektowanych ostróg rzecznych na potrzeby modelowania węzła wodnego Odra – Warta, w ramach kontraktu na usługi wsparcia technicznego, zawartego z Państwowym Gospodarstwem Wodnym Wody Polskie RZGW w Szczecinie. Kontrakt wiąże się z wdrażaniem Projektu Ochrony Przeciwpowodziowej w Dorzeczu Odry i Wisły.

Na potrzeby wykonania modelowania hydraulicznego konieczne było wykonanie trójwymiarowego modelu projektowanych ostróg, aby ocenić ich wpływ na samoregulację rzeki Odry oraz zoptymalizować parametry tych obiektów w taki sposób, aby samoregulacja dna cieku (pogłębianie) odbywała się zgodnie z wytycznymi zawartymi w koncepcji. W celu zaimplementowania modeli 3D do aktualnego NMT wykorzystane zostały przekroje poprzeczne oraz podłużne ostróg.