Altimetria - Suprafata de nivel si altitudinea

ALTIMETRIA

Altimetria sau nivelmentul este partea din topografie care se ocupa cu determinarea pozitiei in spatiu a punctelor de pe suprafata terestra in scopul reprezentarii lor pe planuri si harti, in vederea obtinerii unei imagini complete asupra terenului. Daca planurile si hartile ar reda numai elementele de planimetrie ele ne-ar furniza relativ putine informatii. Acestea s-ar referi in special la relatiile spatiale dintre elementele reprezentate. Astfel, am putea constata de exemplu ca unele localitati sunt mai apropiate, iar altele mai departate, sau ca suprafata unui lac este mai mare decat a altuia, etc. Reprezentarea reliefului atrage insa dupa sine accesul la informatii mult mai numeroase, unele putand fi observate direct (altitudini, pante, forma versantilor sau a interfluviilor, etc.), altele deduse (etajarea elementelor fizico-geografice, aparitia inversiunilor de temperatura, existenta unor procese de degradare a terenurilor, si altele).

1. Notiuni introductive

1.1. Suprafata de nivel

Determinarea altitudinii punctelor de pe suprafata terestra se face in raport de o suprafata echipotentiala, adica perpendiculara in orice punct al ei la directia gravitatiei, numita suprafata de nivel. Daca aceasta coincide cu suprafata geoidului, atunci poarta denumirea de suprafata de nivel 0.

La noi in tara hartile construite in proiectie Gauss au toate cotele determinate fata de nivelul Marii Baltice in portul Kronstadt (situat in vecinatatea orasului Sankt Petersburg). Pentru nevoi utilitare insa se intocmesc planuri topografice pe care relieful este reprezentat in raport de suprafata de nivel 0 a Marii Negre masurata in portul Constanta. De mentionat ca nivelul Marii Negre este mai coborat cu 0,529 m decat cel al Marii Baltice, ceea ce face ca valorile altitudinilor sa difere in functie de sistemul de referinta utilizat.

1.2. Altitudine

Altitudinea poate fi definita ca distanta masurata pe verticala de la o suprafata de referinta pana la un anumit punct. Valoarea altitudinii, exprimata de regula in metri, mai poarta si denumirea de cota. Daca distanta pe verticala se masoara de la nivelul marii atunci altitudinea este absoluta, iar daca se masoara de la o suprafata de nivel oarecare ea este relativa (Figura 98).

Figura 98 - Altitudinea unui punct

H_a = altitudinea absoluta (masurata fata de nivelul marii)

H_r = altitudinea relativa (masurata fata de nivelul unei terase)

1.3. Adancime

Prin adancime se intelege distanta masurata pe verticala de la o suprafata de nivel pana la un punct situat dedesubtul acesteia. Atunci cand se refera la unitatile acvatice adancimea reprezinta distanta masurata pe verticala de la oglinda apei pana la punctele situate pe fundul raului, lacului, marii sau oceanului.

1.4. Diferenta de nivel

Diferenta de nivel reprezinta departarea dintre doua suprafete de referinta. Ea se calculeaza cu ajutorul formulei:

unde:

ΔH = diferenta de nivel dintre punctele A si B

H_B = altitudinea absoluta a punctului superior

H_A = altitudinea absoluta a punctului inferior

Ridicarile altimetrice urmaresc determinarea diferentelor de nivel dintre puncte intrucat este posibil ca pornind de la altitudinea absoluta a unuia dintre ele sa se afle si cotele celorlalte. Astfel, daca punctul A este de cota cunoscuta, iar diferenta de nivel dintre punctele A si B a fost determinata prin masuratori, altitudinea punctului B este:

H_B = H_A ± ΔH

2. Influenta curburii Pamantului si a refractiei atmosferice in nivelment

Atunci cand masuratorile altimetrice se desfasoara pe suprafete mari trebuie sa se tina cont si de erorile care se produc atat din cauza curburii suprafetei terestre cat si a refractiei razelor de lumina prin stratele de aer ale atmosferei.

Corectia de curbura se determina cu ajutorul formulei:

unde:

C₁ = corectia de curbura

D = distanta dintre punctele intre care se masoara diferenta de nivel

R = raza sferei terestre

Corectia de refractie atmosferica este:

unde:

K = coeficientul de refractie atmosferica (care pentru tara noastra are valoarea de 0,13)

Corectia totala de curbura si refractie atmosferica este asadar:

3. Retele de nivelment

In functie de precizia cu care au fost determinate diferentele de nivel dintre puncte reteaua de sprijin pentru nivelment, care mai poarta si denumirea de retea de nivelment de stat, poate fi impartita in patru ordine:

reteaua de ordinul I, cu o precizie de ± 0,5 mm/km;

reteaua de ordinul II, cu o precizie de ± 2 mm/km;

reteaua de ordinul III, cu o precizie de ± 4-5 mm/km;

reteaua de ordinul IV, cu o precizie de ± 10 mm/km;

Impreuna, reteaua de ordinul I si cea de ordinul II formeaza nivelmentul de precizie. De asemenea, retelele de ordinele I, II si III alcatuiesc reteaua de baza, care asigura punctele se sprijin necesare ridicarilor de nivelment. Reteaua de ordinul IV are un caracter local si adesea temporar, intrucat se realizeaza doar cu ocazia executarii anumitor lucrari.

Reteaua de nivelment de stat a fost executata de specialistii Directiei Topografice Militare prin procedeul nivelmentului geometric.

4. Marcarea si semnalizarea punctelor in nivelment

Ca si in planimetrie, marcarea punctelor de nivelment se face diferit, in functie de importanta lor. Astfel, pentru nivelmentul de precizie se utilizeaza repere speciale, de forma circulara, confectionate din metal, care se fixeaza ferm in soclurile cladirilor cu caracter de permanenta ce prezinta o garantie de stabilitate (scoli, biserici, primarii, poduri, borne, etc.).

In cazul punctelor de nivelment cu caracter temporar marcarea se poate face prin tarusi (de lemn sau de metal) care se bat pana la nivelul suprafetei terenului. Pentru recunoastere, acestia sunt insotiti de asa-numitii tarusi martori, care se bat mai putin, cu scopul de a permite identificarea celor dintai.

In intravilan, marcarea punctelor se poate face si prin intermediul unor placi metalice numite broaste de nivelment.

Indiferent de modul in care se face marcarea, reperele trebuie sa permita asezarea miei in pozitie verticala deasupra elementului care marcheaza punctul de cota cunoscuta. Asadar, mira constituie semnalul de baza in nivelment. Dupa cum vom vedea, insa, in cazul nivelmentului trigonometric pot fi folosite si prisme reflectorizante (atunci cand se lucreaza cu teodolite de constructie moderna).

5. Nivelmentul geometric

Prin nivelment geometric diferentele de nivel dintre puncte se determina pe baza executarii unor vize orizontale cu ajutorul unui instrument special numit nivel (Figura 99). Citirile pe mira se fac la firul reticul orizontal al lunetei, dupa ce in prealabil s-a realizat orizontalizarea aparatului.

Figura 99 - Nivelul

5.1. Nivelmentul geometric de mijloc

Caracteristica principala a acestui procedeu este aceea ca nivelul se aseaza aproximativ la jumatatea distantei dintre cele doua puncte intre care se doreste sa se determine diferenta de nivel (Figura 100). Prin urmare, erorile introduse de curbura Pamantului si refractia atmosferica sunt astfel eliminate.

Figura 100 - Principiul nivelmentului geometric

In primul rand se vizeaza mira tinuta in punctul A si se face citirea "a", considerata citire inapoi (din cauza sensului de lucru care este catre dreapta). Se intoarce apoi luneta si se vizeaza pe mira tinuta in punctul B, facandu-se citirea "b", considerata inainte. Asadar, rezulta ca diferenta de nivel dintre puncte este data de diferenta dintre cele doua citiri pe mira:

ΔH = a - b

daca a > b, diferenta de nivel este pozitiva (+ΔH), adica punctul B este mai sus decat punctul A (in acest caz H_B = H_A + ΔH)

daca a < b, diferenta de nivel este negativa (-ΔH), adica punctul B este mai jos decat punctul A (in acest caz H_B = H_A - ΔH)

Considerand ca in Figura 100 altitudinea punctului A este cunoscuta se poate afla si cota la care se gaseste punctul B, astfel:

H_B = H_A + ΔH

5.2. Nivelmentul geometric de capat

In nivelmentul geometric de capat se face statie cu nivelul intr-un punct de cota cunoscuta si se vizeaza spre un alt punct pe care se tine o mira (Figura 101), dupa ce in prealabil s-a determinat inaltimea instrumentului (I_i).

Figura 101 - Principiul nivelmentului geometric de capat

Altitudinea absoluta a planului vizei orizontale (H_pv) se determina cu ajutorul formulei:

H_pv = H_A + I_I

Cunoscand inaltimea planului de vizare se poate determina si altitudinea punctului B astfel:

H_B = H_pv - b

Uneori, insa, este mult mai usor sau mai economic sa se faca statie in punctul necunoscut si sa se vizeze spre punctul de cota cunoscuta. Referindu-ne la Figura 101, daca consideram ca punctul B este de cota cunoscuta, atunci inaltimea planului de vizare rezulta din:

H_pv = H_B + b

Aceasta inseamna ca altitudinea punctului A se va calcula astfel:

H_A = H_pv - I_i

etric la distante mici?