Miesięczne archiwa: Kwiecień 2022

Skanowanie klifu nad zbiornikiem Jeziorsko

Ostatnie lata, przynoszące ciągły rozwój i większą dostępność technik pomiarowych, umożliwiają obserwacje zjawisk w środowisku na niespotykanym wcześniej poziomie szczegółowości. Naziemne skanowanie laserowe, dzięki swojej mobilności i dokładności, wykorzystywane jest coraz powszechniej w geologii oraz geomorfologii. Najczęściej do dokumentowania procesów przemieszczeń gruntu, osuwisk czy erozji. Za jego pomocą udaje się zaobserwować niedostrzegane do tej pory zjawiska, a przy okazji zapoczątkować szersze rozważania nad zmianami środowiska. Taki właśnie przykład miał miejsce nad zbiornikiem Jeziorsko, gdzie skanowany za pomocą TLS fragment brzegu – 3 metrowej wysokości klif – stał się poligonem badawczym nad współczesnymi procesami mrozowymi w dobie zmian klimatu.

Od 2014 roku dr hab. Halina Kaczmarek (prof. UKW) i dr Sebastian Tyszkowski (IGiPZ) prowadzą tu badania nad erozją klifu sztucznego zbiornika wodnego utworzonego w 1986 roku na rzece Warcie. Do oceny tempa przekształceń zachodzących w obrębie badanego klifu badacze wykorzystywali do tej pory zdjęcia lotnicze, lotniczy skaning laserowy oraz pomiary terenowe odbiornikami GPS. Jednak przełomem w badaniach okazało się wykorzystanie naziemnego skaningu laserowego.

Klif

Początkowo serie pomiarowe TLS wykonywane na zbiorniku Jeziorsko służyły ocenie tempa cofania klifu pod wspływem erozji fal podmywających brzeg zbiornika. Po sezonie zimowym, pozbawionym erozji falowej, u podstawy otaczających zbiornik klifów obserwowano usypane świeże stożki usypiskowe natomiast w obrębie ścian klifów identyfikowano duże zmiany. Były one wynikiem erozji mrozowej. Przejawy wpływu erozji mrozowej na grunt są znane od wielu lat jednak dotychczas brakowało dobrej metody jej ilościowej oceny . Wcześniej w tego typu badaniach wykorzystywano tzw. szpiki erozyjne – pręty wbijane w grunt, jednak z uwagi na naruszenie gruntu, punktowy pomiar oraz zbyt małą dokładność nie dawały one zadowalających rezultatów.

Klif

Powtarzane w kolejnych sezonach skanowania TLS pokazały, że zmiany sezonowe w morfologii klifu będące wynikiem erozji mrozowej mogą dochodzić do ponad 10 cm. Jednoczenie na monitorowanym klifie występuje duże zróżnicowanie efektywności tego procesu, często na niewielkich odległościach.

Dzięki wykorzystaniu TLS wiemy już, że w naszej strefie klimatycznej wietrzenie mrozowe ma dużo większy wpływu na erozję niż dotychczas sądzono. Dzięki TLS wiem już że proces ten jest bardzo zmienny przestrzennie.

Jednoczenie uzyskane wyniki zainspirowały badaczy do oceny wpływu zachodzących zmian klimatu na liczbę przejść temperatury przez punkt 0 stopni. Na badanym na zbiorniku Jeziorsko klifie zamontowano czujniki pomiaru temperatury, które co 10 min rejestrują temperaturę gruntu.

Okazuje się że zmiany klimatu w istotny sposób wpływają i na to zjawisko. Analiza blisko 70 letniego ciągu danych meteorologicznych (1950-2018) z okolicznych stacji IMGW wykazała że liczba tych zdarzeń średnio w badanym obszarze wynosząca 64-71 zmniejsza się o około 2-4 zdarzenia na 10 lat.

Dotychczasowe wyniki badań nad erozją mrozową prowadzonych z wykorzystaniem TLS spotkały się z uznaniem na świecie a wyniki publikowane były w renomowanych czasopismach naukowych: Catena, Sciences of The Total Environment STOTEN.

W październiku 2021 wspólnie z Panią Mają Łukasiewicz z TPI Gdańsk wykonano pierwszą serię pomiarów z wykorzystaniem skanera FARO FOCUS S350+ udostępnionym przez firmę TPI Sp. z o.o.

Urządzenie te charakteryzuje się zasięgiem pomiaru do 350 metrów, szybkością pomiaru rzędu 2 mln pkt/s oraz dokładnością dochodzącą do 1 mm, dzięki czemu można śledzić nawet minimalne zmiany. Oprócz tego skaner ma kompaktowe wymiary oraz niską wagę, co sprawia, że jest to bardzo mobilne urządzenie. Kamera pracująca z wykorzystaniem technologii HDR sprawia, że oprócz zebranej geometrii przechwytywany jest też realny kolor skanowanego obiektu. Są one wykorzystywane od wielu lat w pracach badawczych w niemal każdym zakątku kuli ziemskiej, od pomiarów na stacjach arktycznych po dokumentowanie wykopalisk archeologicznych w krajach afrykańskich.

Ścianę długości 120 m skanowano z 6 stanowisk, co zapewniło unikniecie cieni pomiarowych i pozwoliło uzyskać chmurę punktów o gęstości 6400 pkt/m2 na klifie.

Dzięki wykorzystaniu skanera FARO autorzy spodziewają się jeszcze większej dokładności pomiarów niż do tej pory. Ta sesja pomiarowa jest również szczególna pod względem opomiarowania temperatury, ponieważ na klifie i w jego otoczeniu umieszczono 5 czujników rejestrujących temperaturę gruntu i powietrza co 10 minut.

 

Wyników można spodziewać się po kolejnej serii pomiarowej na wiosnę 2022 roku.

Z perspektywy 20 lat pracy terenowej możemy stwierdzić, że jeszcze nigdy prace te nie były tak efektywne jak przy wykorzystaniu skanowania laserowego.