Bezpieczeństwo na wodzie to podstawa – zwłaszcza w miejscach, gdzie statki przemierzają wąskie tory wodne w drodze do portów. Jeśli dno okaże się zbyt płytkie, skutki mogą być poważne: od osiadania statków, przez zablokowanie portu, aż po zagrożenie ekologiczne w razie uszkodzenia kadłuba. Dlatego miejsca takie jak Kanał Piastowski, łączący Zalew Szczeciński z rzeką Świną, muszą być regularnie monitorowane i pogłębiane. Ale w jaki sposób sprawdzić, czy dno naprawdę się zmienia? Z pomocą przychodzi technologia GIS.
W tym artykule autorzy opowiedzą, jak wyglądały badania dna Kanału Piastowskiego, jakie dane i analizy wykorzystano oraz co udało się odkryć dzięki nowoczesnym narzędziom geoinformatycznym. Analiza zmian Kanału Piastowskiego stanowi doskonały przykład możliwości, jakie geoinformatyka oferuje w zarządzaniu akwenami wodnymi na całym świecie, a opracowane metody i wyniki analizy mogą być również przykładem dla innych projektów tego typu.
Po co mierzyć dno?
Kanał Piastowski to kluczowy element żeglugi pomiędzy portami Szczecina i Świnoujścia. Jego utrzymanie w odpowiednim stanie jest niezbędne, aby zapewnić sprawny i bezpieczny ruch statków. Problem w tym, że dno regularnie się zamula, przez co głębokość kanału nieustannie się zmienia. Aby skutecznie zarządzać torami wodnymi, potrzebujemy dokładnych pomiarów i analiz, które wskażą, gdzie konieczne są prace pogłębiarskie.
Jak przebiega badanie dna?
Do analizy dna wykorzystano dane hydrograficzne z lat 2014 i 2018 pozyskane z Urzędu Morskiego w Szczecinie dla celów badawczych i dydaktycznych. Zostały one zebrane przez echosondę wielowiązkową, czyli urządzenie, które mierzy głębokość poprzez wysyłanie i odbieranie sygnałów dźwiękowych. Dane te, w surowej postaci, przypominały nieuporządkowany plik tekstowy, dlatego pierwszym krokiem było ich opracowanie – od konwersji na wygodny format SHP, przez oczyszczanie i scalanie, aż po wycięcie obszaru samego kanału. Ważnym aspektem była również zmiana Z na -Z, co ma obrazować pomiar echosondą w stronę dna. Dzięki temu uzyskano kompletny zestaw danych, który pozwolił na przeprowadzenie analiz w środowisku ArcGIS Pro (ryc. 1).
Zmiany dna na przestrzeni lat
Wyniki pokazały, że średnia głębokość dna w 2014 roku wynosiła -10,85 metra, a w 2018 roku -10,58 metra. Statystycznie to niewielkie wypłycenie, co sugeruje, że regularne pogłębianie kanału skutecznie zapobiega większym zmianom. Analizując przedstawione wartości należy pamiętać, że pomiary obejmowały cały Kanał Piastowski, a nie tylko tor wodny, a więc uwzględniają też niewielkie głębokości przy brzegu. Narzędzia geoinformatyczne pozwalają przeprowadzać dodatkowe analizy. Przykładem są trójwymiarowe modele dna (ryc. 2.), które pozwoliły dokładnie przeanalizować jego strukturę oraz mapy nachyleń (ryc. 3.), które prezentują, gdzie dno jest bardziej strome, co może wskazywać na intensywniejsze procesy erozji lub zamulania. Kolejne wykonane opracowania to mapy cieniowania (ryc. 4) dla badanej powierzchni dna (Hillshade) oraz mapy z wygenerowanymi izobatami, czyli liniami łączącymi punkty o tej samej głębokości (ryc. 5). Umożliwiły one lepsze zrozumienie struktury dna w formie wizualnej oraz układu dna i głębokości na danym obszarze.
Obliczono także objętość wody w kanale. W 2014 roku wynosiła ona ponad 13,5 miliona m³, a w 2018 roku nieco mniej – ok. 13,4 miliona m³, co potwierdza, że w skali całego kanału nastąpiło lekkie wypłycenie. Za pomocą narzędzia „Surface Difference” określono obszary, gdzie doszło do obniżenia (Below), podwyższenia (Above) lub braku zmian w dnie (Same) (ryc. 6). Wygenerowano także wyniki w postaci modelu rastrowego oraz modelu TIN. W celu porównania wyodrębniono fragment obszaru dna, ukazujący szczegółowe zmiany jego powierzchni (ryc. 7).
Do analizy lokalnych różnic zastosowano narzędzie Elevation Profiles. Z jego pomocą opracowano w wybranych lokalizacjach przekroje poprzeczne (ryc. 8). Ilustrują one zmiany głębokości dna i stanowią ważne narzędzie analizy szczegółowej, zwłaszcza w kontekście lokalnych zmian w strukturze dna.
Co wynika z analiz?
W artykule przedstawiono przegląd narzędzi z pakietu ArcGIS w aspekcie ich wykorzystania do analizy zmienności dna na obszarach wodnych. Przedstawienie wielu narzędzi miało w istocie pokazać różne spojrzenie na to zagadnienie. Każde narzędzie ma bowiem swoją specyfikę i może być wykorzystane w różnym celu.
Analiza przeprowadzona z wykorzystaniem narzędzi GIS jasno pokazuje, jak duże możliwości oferuje ta technologia w kontekście zarządzania torami wodnymi. Dzięki zaawansowanym funkcjom analizy przestrzennej, precyzyjnego modelowania oraz wizualizacji możliwe jest nie tylko skuteczne monitorowanie stanu dna, ale również planowanie i optymalizacja jego prac utrzymaniowych. Uzyskane wyniki potwierdzają również, że Kanał Piastowski jest utrzymywany w odpowiedniej kondycji, a procesy takie jak zamulanie są regularnie kontrolowane i eliminowany jest ich wpływ na głębokość toru wodnego. Zastosowanie narzędzi geoinformacyjnych, takich jak ArcGIS Pro, stanowi kluczowy element w utrzymaniu bezpieczeństwa żeglugi oraz efektywności infrastruktury wodnej.