Proiectarea Reţelelor de monitorizare

Student: Vasile Teodora Alexandra

Profesor: Prof.dr.ing. Daniel Scrădeanu

Master II sem I, IGGA

Bucureşti

2014

Cuprins

I.Categorii de parametri monitorizaţi pentru diferite tipuri de hazarde...............................................3

Cutremure..............................................................................................................................................3

Alunecări de teren.................................................................................................................................3

Contaminarea solului............................................................................................................................4

Contaminarea acviferelor.....................................................................................................................4

Subsidenţa minieră...............................................................................................................................4

II. Proiectarea reţelelor de monitorizare.................................................................................................5

III. Optimizarea unei reţele de monitorizare prin metoda punctului fictiv...........................................5

1. Analiza variografică a variabilei V..................................................................................................5

2. Calculul variogramei de suprafaţă şi a parametrilor de anizotropie: raportul de anizotropie şi orientarea direcţiei de continuitate maximă.......................................................................................6

3. Estimarea distribuţiei erorilor de estimare.....................................................................................9

4. Stabilirea poziţiei punctelor “fictive” necesare reducerii erorii..................................................10

5. Recalcularea erorilor de estimare după introducerea punctelor “fictive” şi definitivarea reţelei de monitorizare........................................................................................................................11

Concluzii...................................................................................................................................................11

Bibliografie...............................................................................................................................................12

2

I.Categorii de parametri monitorizaţi pentru diferite tipuri de hazarde

cutremure alunecări de teren contaminarea solului contaminarea acviferelor subsidenţa minieră.

Cutremure

Cauzele producerii cutremurelor de pamant pot fi naturale (deplasarea placilor tectonice, eruptii vulcanice, impact cu meteoriţii) sau antropice. Energia eliberată în urma mişcării seismice poate declanşa avalanşe, alunecări de teren,tsunami şi poate produce modificări ale mediului natural si antropic în funcție de intensitatea si de modul de propagare a undelor, cu pierderi umane si economice.

Parametrii măsuraţi la monitorizarea cutremurelor sunt: magnitudinea - factor cantitativ - este o valoare măsurată/calculată a mărimii unui

seism; intensitatea- factor calitativ ce măsoară efectele seismului; focarul cutremurului pozitia epicentrului.

Alunecări de teren

Alunecările de teren reprezintă deplasări ale rocilor care formează versanţii unor munţi, dealuri sau lucrări construite de oameni. Deplasările rocilor se pot produce de-a lungul pantei sau lateral, ca urmare a unor fenomene naturale sau chiar ca urmare a unor activităţi umane. Alunecările de teren nu produc pierderi şi distrugeri la fel de mari ca alte dezastre, ele sunt însă periculoase putând conduce la distrugerea unor construcţii prin deplasarea stratului de roci sau prin acoperire.

Parametrii măsurati la monitorizarea alunecarilor de teren sunt: nivelul apelor subterane - fortele datorate curgerii apelor subterane pot influenţa

starea de echilibru a versantilor. umiditatea cantitatea de precipitaţii factorul de stabilitate - defineste starea de echilibru a versantului predispus

alunecării coeziunea şi unghiul de frecare internă riscul asociat producerii alunecării de teren - cuantifică din punct de vedere al

pierderii de vieţi omeneşti si al pagubelor materiale efectele alunecării.

3

Contaminarea solului

Contaminarea solului survine antropic ca urmare a desfaşurării activităţilor umane, iar gravitatea contaminării depinde de tipul poluantului, de durata deversării, de suprafaţa contaminată si de adâncimea la care a pătruns poluantul.

Parametri măsuraţi la monitorizarea poluării solului sunt:

Parametri fizici: densitatea, porozitatea, temperatura, umiditatea, gradul de tasare

Parametri chimici: pH-ul solului, continuturile de azot,fosfor,potasiu si humus, continutul de metale grele.

Contaminarea acviferelor

Poluarea apelor subterane poate surveni atât natural (prin traversarea unor zone bogat mineralizate si dizolvarea de săruri si îmbogăţirea în metale grele şi metaloizi), cât şi ca urmare a activităţilor umane.

Parametrii măsuraţi la monitorizarea poluării acviferelor sunt:

Parametri fizici: cotele apelor subterane si nivelul piezometric al acviferelor;permeabilitatea stratului acoperitor; permeabilitatea stratului acvifer; viteza şi direcţia de curgere a apei subterane; presiunea şi temperatura.

Parametri chimici: pH-ul apei; conţinutul în săruri; conţinutul în metale grele.

Subsidenţa minieră

Subsidenţa minieră are de cele mai multe ori drept cauze precipitaţiile şi infiltrarea apelor în lucrările miniere si în depozitele de steril, solubilizarea chimică şi bacteriană şi inundarea lucrărilor miniere.

Parametrii măsurati sunt: presiunea apei în acvifere şi în porii rocilor;gradul de tasare al rambleului; gradul de deformare lateral.

In acelaşi timp se monitorizează şi calitatea apelor de mină pentru a nu produce poluări ale solului şi apelor.

4

II. Proiectarea reţelelor de monitorizare

Trei etape principale sunt implicate în proiectarea unei reţele de monitoring:

Iniţializarea reţelei de monitoring;

Extinderea reţelei de monitoring;

Optimizarea reţelei de monotoring.

Iniţializarea reţelei de monitorizare se realizează în condiţiile în care nu au fost colectate nici un fel de date într-un mod sistematic în suprafaţa ce urmează a fi monitorizată. Informaţiile disponibile sunt în această fază limitate ca volum şi în mare măsură subiective, astfel încât orice plan raţional este aparent exclus.

Extinderea unei reţele existente este similară cu iniţializarea unei reţele, diferenţa constând în faptul că primul grup de staţii necesare pentru obţinerea unor informaţii preliminare sunt predeterminate.

Optimizarea unei reţele existente este abordată în acelaşi mod ca iniţialitarea ei dar pe baza unor informaţii suplimentare obţinute din reţeaua respectivă pe o anumită perioadă.

Metoda punctului fictiv operează în etapa de optimizare în 2 direcţii:

Eliminarea locaţiilor ineficiente din reţeaua de monitorng.Pentru fiecare punct de observaţie din reţeaua de monitoring se evaluează câştigul de precizie şi se elimină cele care nu contribuie la reducerea erorilor de estimare în mod semnificativ.

Completarea reţelei de monitoring.În zonele cu erori de estimare mai mari decât valoarea admisă se amplasează locaţii fictive şi se calculează eficienţa lor prin intermediul câştigului de precizie pe care îl determină.

III. Optimizarea unei reţele de monitorizare prin metoda punctului fictiv

Datele primare sunt reprezentate de 47 de puncte de măsura în care s-a înregistrat valoarea variabilei de calcul.

Programele în care se operează sunt: Surfer 9 şi Excel.

1. Analiza variografică a variabilei V

Construirea hărţii punctuale a reţelei de monitorizare iniţială

5

2. Calculul variogramei de suprafaţă şi a parametrilor de anizotropie: raportul de anizotropie şi orientarea direcţiei de continuitate maximă.

Construcţia variogramelor unidireţionale şi a variogramei omnidirecţionale.

Variograma omnidirecţională

6

Variograme direcţionale

7

Reprezentarea variogramei de suprafaţă şi a gridului său pe baza fişierului Excel.

-300 -200 -100 0 100 200 300

-300

-200

-100

0

100

200

300

-300 -200 -100 0 100 200 300

-300

-200

-100

0

100

200

300

8

Calculul parametrilor de anizotropie: raportul de anizotropie şi orientarea direcţiei de continuitate maximă.

Cu ajutorul punctelor digitizate pe axele elipsei amplasată pe direcţia de continuitate maximă am calculat următorii parametri:

x y Pc R r Raport anizotropie R/ry/x ATAN(y/x) - radiani Unghiul Theta(orientarea)-234.962 286.2754 R 370.352 2.22 -1.22 -0.88 -50.65 129.35

0 0 c126.9334 108.0285 r 166.6801

3. Estimarea distribuţiei erorilor de estimare

Pe baza datelor iniţiale (x,y,v) am construit o variogramă omnidirecţională căreia i-am atribuit un model Gaussian. Pe baza acestui model am realizat un fişier cu valorile deviatiei standard, pe baza căruia am calculat erorile iniţiale si am reprezentat distribuţia acestora în raport cu punctele de calcul.

Modelul de variogramă ales pentru calculul distribuţiei erorilor

9

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000x

0

100

200

300

400

500

600

y

Harta cu distribuţia erorilor iniţiale şi amplasarea punctelor de calcul

4. Stabilirea poziţiei punctelor “fictive” necesare reducerii erorii

In zonele cu erori mari de estimare am amplasat puncte fictive cărora le-am atribuit ca valoare de variabilă valoarea medie obţinută din datele iniţiale.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

x

0

100

200

300

400

500

600

y

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Harta cu amplasarea reţelei de puncte iniţiale (mov) si a reţelei de puncte noi digitizate( buline albastre)

10

5. Recalcularea erorilor de estimare după introducerea punctelor “fictive” şi definitivarea reţelei de monitorizare

Pe baza modelului de variogramă iniţial am realizat un fişier cu noile valori ale deviaţiei standard, pe baza căruia am calculat erorile noi şi am reprezentat distribuţia acestora în raport cu punctele de calcul.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

x

0

100

200

300

400

500

600

y

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Harta cu distribuţia erorilor rezultate după amplasarea punctelor fictive

Concluzii

Estimarea distribuţiei spaţiale a unei variabile este afectatã în mod inevitabil de erori din cauza informaţiei incomplete. Extraordinara variabilitate spaţialã a caracteristicilor unui proces natural nu poate fi descrisã fãrã erori decât dacã se fac mãsurãtori în toate punctele domeniului spaţial în care acesta este studiat.

Studiul erorilor de estimare a distribuţiei spaţiale are ca obiectiv reducerea acestora la minimum şi se realizeazã în douã etape distincte:

• calculul erorilor, etapã în care se utilizeazã kriging-ul pentru a extrage maximum de informaţie din datele disponibile;

• reducerea erorilor calculate în etapa anterioarã prin completarea datelor disponibile cu altele suplimentare.

11

Bibliografie

Daniel Scrădeanu, Geostatistică aplicată,2001

Daniel Scrădeanu, Hidrogeologie Generală,2007

Cristian Marunţeanu,Mihai Samoila, Geologie Inginerească, curs 2012;

Rodica Popescu, Geochimie Ambientală, curs 2012;

www.infp.ro,Institutul National pentru Fizica Pământului;

12