101 Novi globinski datum za slovensko morje Božo Koler 1 , Miran Kuhar 1 , Polona Pavlovč ič -Prešeren 1 , Tilen Urbanč ič 1 , Oskar Sterle 1 , Bojan Stopar 1 , Mihaela Triglav Č ekada 2 , Klemen Ritlop 2 , Igor Karnič nik 2 , Vasja Bric 2 , Dalibor Radovan 2 Povzetek V č lanku so opisane standardne gladine morja, ki so v uporabi v pomorski geodeziji, kartografiji in hidrografiji. Iz dolgotrajnih mareografskih opazovanj na mareografski postaji v Kopru (MP Koper) je bil določ en novi globinski datum za slovensko morje, ki omogoč a natanč nejše določ anje globin morja. To je gladina srednje nižje nizke vode živih morskih men. V našem primeru se nahaja 70 cm pod novo izrač unano srednjo gladino morja in predstavlja povezavo med geodetskim višinskim referenč nim sistemom na kopnem in hidrografskim globinskim referenč nim sistemom na morju. Referenč na ploskev za določ anje nadmorskih višin na kopnem je namreč srednja gladina morja oziroma geoid. Obe referenč ni ravni sta fizič no realizirani kot oznaki na mareografski postaji v Kopru . Izrač unani sta iz istega niza mareografskih opazovanj in veljavni za datum 10. 10. 2010. Ključ ne besede: plimovanje morja, globinski datum, referenč ne ravni plimovanja, Slovenija Key words: ocean tide, chart datum, reference tidal levels, Slovenia Uvod Hidrografska dejavnost v Sloveniji obsega hidrografske meritve na morju, izdelavo pomorskih kart, pomorskih publikacij in ostalih informacij o stanju plovnih poti ter navigacijskih oznak. Po Karnič niku in dr. (2006): "Ladja, ki pripluje v pristanišč e, mora toč no vedeti, s kakšno globino vode pod kobilico razpolaga. Te inforamacije mora poveljnik ladje prejeti toč ne, pravoč asne, predvsem pa ažurne…". Da bi bili podatki o globinah na pomorskih kartah ažurni, se morajo le-ti redno pridobivati in vzdrževati, saj se topografija morskega dna in s tem globine spreminjajo s č asom. Pri tem je pomembno nedvoumno poznavanje referenč ne ravni (nivoja, gladine), na katero se nanašajo izmerjene globine. Tej ravni, nivoju oz. gladini pravimo globinski datum (tudi: hidrografski datum, hidrografska nič la, angl. Chart Datum). To je nivo morja, ki je v izbranem akvatoriju privzet za nivo, na katerega se nanašajo globine morja in je osnova za izdelavo uradnih pomorskih kart. Globinski datum se izbere tako, da so globine redko oziroma nikoli manjše od prikazanih na karti in da prikazane globine obenem niso nerazumno nizke. Ker v Sloveniji še vedno uporabljamo stari globinski datum iz č asa bivše Jugoslavije, zahteve po varni plovbi in s tem po natanč nih hidrografskih podatkih pa so vedno več je, je Ministrstvo za infrastrukturo naroč ilo projekt izrač una novega modela geoida in določ itve globinskega datuma za slovensko morje. Projekt sta izvedla Geodetski inštitut Slovenije in Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo. 1 UL, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Jamova 2, Ljubljana 2 Geodetski inštitut Slovenije, Jamova 2, Ljubljana 102 Standardne gladine morja za potrebe hidrografije Obstaja več različ nih referenč nih gladin za določ anje globine morja, ki so odvisne od plimovanja morja. Plimovanje se obnaša različ no v različ nih morjih in tudi pristanišč ih. Tako v Sloveniji, kot tudi v drugih č lanicah Mednarodne hidrografske organizacije (angl. International Hydrographic Organization - IHO) skušamo slediti priporoč ilom IHO. Pri obravnavi različ nih ravni plimovanja morja so v Sloveniji pomembne predvsem naslednje: • srednja visoka voda (SVV, angl. Mean High Water - MHW), ki določ a obalno č rto, • srednji nivo morja (SNM, angl. Mean Sea Level - MSL), ki se uporablja kot višinski datum oz. kot nič elni nivo višin na topografskih kartah; v hidrografiji je SNM referenč ni nivo, od katerega določ imo globinski datum, • srednja nižja nizka voda živih morskih men (SNNVŽMM, angl. Mean Lower Low Water Springs - MLLWS), ki določ a globinski datum oz. hidrografsko nič lo predstavlja izhodišč ni nivo za določ anje globin morja. Obalna č rta razmejuje kopno in morje in se vriše v topografske karte. Zaradi plimovanja morja in drugih vzrokov ta meja ni stalna, zato jo je potrebno ustrezno predpisati. Več ina držav prevzame za obalno č rto presek ravni srednje visoke vode in kopna (Shalowitz, 1962, Jovanović , 1978). Pri tem ne smemo zamenjati obalne č rte s terminom morska obala, saj je to geografski pojem, definiran kot kopenski pas, ki je obč asno poplavljen (Domijan in dr., 2005). Skladno s smernicami IHO obalno č rto določ a raven srednjih visokih vod, tj. povpreč je vseh visokih vod (plim) v daljšem č asovnem obdobju. Srednji nivo morja (SNM) se v geodeziji uporablja kot višinski datum. Predstavlja izhodišč e za določ itev fizikalno definiranih višin, ki se uporabljajo v posamezni državi (ortometrič ne ali normalne višine). V pogovornem jeziku pravimo tem višinam nadmorske višine. SNM se določ a na osnovi mareografskih opazovanj v daljšem č asovnem obdobju, največ krat v trajanju 18,6 let. To je obdobje precesijske periode Luninih vozlov. Gre za fizikalni (astronomski) pojav precesijskega gibanja vrtilne osi vrteč ega se telesa okrog središč nega telesa, ki privlač i vrteč e se telo (npr. Zemlja Luno, Zemlja umetni Zemljin satelit, Sonce Zemljo). Je posledica nepravilne oblike vrteč ega se telesa (predvsem splošč enosti v smeri vrtilne osi), ki ima za posledico sferno nesimetrič nost njenega gravitacijskega polja. Lunin vpliv na plimovanje morja je dvakrat več ji od Sonč evega, zato je zaradi njenega dominantnega vpliva potrebno srednje vrednosti vseh ravni plimovanja izrač unati po preteku tega precesijskega obdobja. Ameriški urad NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) imenuje to periodo "National Tidal Epoch Datum", saj so vse srednje vrednosti ravni plimovanja izrač unane kot povpreč je opazovanj gladine morja v tem obdobju (NOAA, 2000) Globinski datum je referenč ni nivo za merjenje, rač unanje in prikaz globin morja na pomorskih kartah. Države, ki ležijo ob oceanih, globokih morjih in reliefno razgibanem morskem dnu, obič ajno za globinski datum privzamejo najnižji nivo zaradi astronomskih vplivov (NAV, angl. Lowest Astronomical Tide – LAT), pod katero nivo morja pri oseki ne upade. V plitvem morju in morju z dokaj ravnim dnom, kot je slovensko morje, je smiselno, da je globinski datum določ en kot srednja nižja nizka voda živih morskih men (SNNVŽMM). Srednja nižja nizka voda živih morskih men predstavlja povpreč je (v obdobju 18,6 let) izmerjenih nižjih, nizkih vod (osek) v obdobju največ je amplitude plimovanja (v obdobju t.i. živih morskih men, ko so Zemlja, Sonce in Luna poravnani na premici; nastopi približno ob mlaju in šč ipu). 103 Globinski datum hkrati predstavlja del državnega referenč nega globinskega sistema na morju. Ta je nujen za zagotovitev varne plovbe in posodobitev uradnih podatkov o globinah morja. V Sloveniji so do sedaj vsi podatki temeljili na stari hidrografski nič li iz obdobja SFRJ. Ker je realizacija novega horizontalnega in vertikalnega državnega koordinatnega sistema za kopni del države v postopku konč ne izvedbe, je nujna tudi vzpostavitev povezave z morskim delom. Z uvedbo novega referenč nega globinskega sistema bo, med drugim, omogoč ena tudi č ezmejna uskladitev globin na morju s sosednjimi državami, ter izpolnitev obveznosti Slovenije do IHO. Že v SFRJ je Hidrografski inštitut vojne mornarice iz Splita določ il globinski datum. Pregled takratne dokumentacije v zvezi z določ itvijo globinskega datuma je pokazal, da so bile izrač unane vrednosti višin nivoja morja (globinskih datumov) različ ne, saj je bilo v uporabi več višinskih datumov (Bakar, Maglaj, Trst). Novo vrednost smo določ ili iz podatkov meritev nivoja morja na stari in novi MP Koper. Mareografska postaja Koper Mareograf (angl. tide gauge) je naprava za registracijo trenutnega nivoja morske gladine. Ti se postavljajo ob obalah svetovnih morij in oceanov in nenehno beležijo trenutne vrednosti gladine morja. Zač etki registracije morske gladine segajo v XVIII. stoletje. V uporabi je več izvedb mareografa, in sicer mehanska, tlač na, akustič na ali radarska. Do sedaj so bili največ krat v uporabi mehanski mareografi (slika 1, desno); konstrukcija teh se v zadnjih sto letih ni bistveno spremenila. Prvi mareograf v Kopru so postavili leta 1957 (slika 1, levo). Merjenje nivoja morja z mehanskimi mareografi je obremenjeno s številnimi vplivi in pogreški. Tako nabiranje sedimentov in alg v cevi mareografa ovira prosti pretok vode v cev mareografa. Neenakomerni tek urnega mehanizma, ki poganja valj s papirjem, na katerega se zariše trenutni nivo morja, zatikanje peresa in razlivanje č rnila zaradi vlage v zraku, so le nekatere od težav, ki so prisotne pri tovrstnih meritvah in registraciji nivoja morja. Z dobro vzdrževanimi mehanskimi mareografi lahko na osnovi tovrstnih meritev letne srednje nivoje morja iz več letnih nizov opazovanj določ imo z natanč nostjo 2 do 2,5 cm (Hannah, 2010, Dawidowicz, 2014). Nova MP Koper je opremljena z radarskim senzorjem nivoja morja in mehanskim mareografom s plovcem, ki nivo plovca registrira v digitalni obliki (slika 3). S sodobnimi mareografi lahko bolj podrobno spremljamo proces plimovanja, ter ekstremne nivoje morja v krajših č asovnih intervalih (Dawidowicz, 2014). Seveda so podatki bolj natanč ni in zanesljivi, č e je mareograf ustrezno kalibriran, zato se priporoč a kalibracija mareografa vsakih 6 mesecev. 104 Slika 1 - Stari mareograf v Kopru in skica principa delovanja mehanskega mareografa Slika 2 - Nova MP Koper 105 Slika 3 - Radarski senzor in senzor s plovcem na MP Koper V okviru projekta »Posodobitev prostorske podatkovne infrastrukture za zmanjšanje tveganj in posledic poplav«, ki ga je ob finanč ni podpori Finanč nega mehanizma EGP 2009–2014 vodila GURS s partnerjema Norveško in Islandsko geodetsko upravo, je bil v okviru podprojekta »Geodetski referenč ni sistem«, ki sta ga izvajala Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo in Geodetski inštitut Slovenije, določ en tudi novi višinski datum Koper. Ta je bil določ en v več korakih. Kratek pregled analize mareografskih opazovanj na MP Koper Najprej smo analizirali 18,6-letni niz opazovanj nivoja morja in nato razlike med različ nimi nač ini izrač una srednjega nivoja morja na MP Koper. Srednji nivo novega globinskega datuma smo nato določ ili hkrati z določ itvijo srednjega nivoja morske gladine. Izrač unani nivoji SVV, SNV in SNNVŽMM se razlikujejo, ker so izrač unani iz različ nih nizov podatkov. Niz podatkov, iz katerih so izrač unani omenjeni nivoji, je isti, kot je bil uporabljen za izrač un srednjega nivoja morja za določ itev novega višinskega datuma Slovenije - SVS2010 (o določ itvi novega višinskega datuma Slovenije SVS2010 bo v letu 2019 objavljen poseben prispevek v reviji Geodetski vestnik). Za obdobje od 21. 5. 1997 00:00:00 do 31. 12. 2005 23:00:00, so bili podatki pridobljeni na starem mareografu (slika 1, levo), od 1. 1. 2006 00:00:00 do 31. 12. 2015 23:00:00 pa na novi MP Koper (slika 2). Pri izrač unu srednjega nivoja morja je bilo ugotovljeno, da se ta spreminja s č asom. 106 Posledič no se s č asom spreminjajo tudi zgoraj našteti srednji nivoji morja. Vsi navedeni nivoji morja so bili zato izrač unani kot linearne funkcije odgovarjajoč ih nivojev morja. Konč na vrednost za srednji nivo morja pa je bila izrač unana za datum 10. 10. 2010. Vrednost srednjega nivoja morja, izrač unana za ta datum predstavlja višinski datum (višinski datum Koper) novega Slovenskega višinskega sistema (SVS2010). Ker smo vse srednje nivoje morja izrač unali iz istega, 18,6 let trajajoč ega niza meritev nivoja morja smo dosegli podatkovno in č asovno usklajenost izrač unanih nivojev morja, ki veljajo za isti datum (10. 10. 2010). Primer izrač una srednje nizke vode (SNV) in srednje visoke vode (SVV) Pri izrač unu SNV in SVV smo upoštevali vse nizke vode (SNV) in vse visoke vode (SVV). V podatkih mareografa to pomeni vse ekstremne vrednosti, torej obe visoki vodi in obe nizki vodi v enem plimnem dnevu. Slika 4 prikazuje podatke, ki so bili uporabljeni za izrač un SNV in SVV, ter izrač unani srednji vrednosti. Slika 4 - Prikaz podatkov in rezultatov za izrač un SNV in SVV Primer izrač una srednje nižje nizke vode (SNNV) in srednje višje visoke vode (SVVV) V primeru izrač una srednje nižje nizke vode (SNNV) in srednje višje visoke vode (SVVV) v izrač un vzamemo eno samo vrednost za vsak plimni dan, in sicer najnižjo vrednost za izrač un SNNV in najvišjo vrednost za izrač un SVVV. Slika 5 prikazuje podatke in rezultate za izrač unani srednji vrednosti. V primerjavi s sliko 4 je razvidno, da je na sliki 5 je le polovica podatkov, ki so prikazani na sliki 4. 107 Slika 5 - Prikaz podatkov in rezultatov za izrač un SNNV in SVVV Določ itev srednje nižje nizke vode živih morskih men (SNNVŽMM) in srednje višje visoke vode živih morskih men (SVVVŽMM) Za ta izrač un uporabimo samo dve vrednosti v celem luninem mesecu, in sicer za č as, ko je Luna polna (šč ip) oziroma prazna (mlaj). S slike 6 je razvidno, da je nabor podatkov veliko manjši, ko upoštevamo višje visoke in nižje nizke vode le za č as polne in prazne Lune. Se pa tudi vidi, da so v izrač un vzete le ekstremne vrednosti, spodnje za SNNVŽMM in zgornje za SVVVŽMM. Pri tem je pomembna spodnja vrednost (SNNVŽMM), saj predstavlja nov globinski datum za določ itev globin morja in kartiranje morskega dna. 108 Slika 6 - Prikaz podatkov in rezultatov za izrač un SNNVŽMM in SVVVŽMM Fizič na realizacija državnega višinskega in globinskega datuma Poznavanje povezave med višinskim in globinskim datumom je zelo pomembno za varno odvijanje pomorskega prometa in povezovanje višin toč k na kopnem z globinami na morju (Tamisiea in dr., 2014). Na osnovi mareografskih opazovanj je določ en tudi nivo morja, ki predstavlja osnovo za določ itev obalne č rte. Dolgoletni niz meritev nivoja morja nam omogoč a tudi izrač un hitrosti dolgoroč nega spreminjanja nivoja morja. Poznavanje hitrosti dvigovanja nivoja morja je zelo pomembno za izvajanje protipoplavnih ukrepov in prostorsko nač rtovanje na območ ju obale. Pri tem pa morata biti višinski datum, ki predstavlja izhodišč e za določ itev višin na kopnem, in globinski datum, ki predstavlja osnovo za določ itev globin na morju, med seboj povezana in usklajena. V našem primeru smo povezanost in usklajenost obeh datumov dosegli s tem, da sta višinski in globinski datum prvič izrač unana iz istega niza opazovanj in oba veljata za isti č asovni datum 10. 10. 2010. Fizič no predstavlja državni globinski datum oznaka 154 cm, državni višinski datum pa oznaka 224 cm na vodomerni lati MP Koper (slika 7). Nov državni globinski datum, skupaj z modelom geoida na morju, predstavlja Slovenski globinski sistem 2010 (SGS2010). 109 Slika 7 - Fizič na realizacija državnega višinskega in globinskega datuma Zaključ ek Projekt določ itve državnega globinskega referenč nega sistema na morju je dal dva ključ na rezultata: • ploskev novega modela geoida na slovenskem morju in • novi globinski datum za slovensko morje. V č lanku je opisan nov slovenski globinski datum (SNNVŽMM). Določ en je na osnovi meritev nivoja morja na MP v Kopru za isti č asovni datum kot višinski. V naravi je novi globinski datum realiziran z oznako 154 cm na vodomerni lati mareografa. Dosedanji globinski datum je predstavljen z oznako 152 cm na vodomerni lati mareografa v Kopru in se nanaša na stari jugoslovanski višinski datum Maglaj. Stari globinski hidrografski datum ("hidrografska nič la") je le 2 cm nižje od novega, zato ostanejo vrednosti globin na slovenskih pomorskih kartah iste. Višinski datum (SNM) je osnova za določ anje nadmorskih višin na kopnem. Dosedanji višinski datum Trst je za 15,5 cm nižje kot višinski datum Koper, vendar v hidrografiji ni bil uporabljan. Dosedanji višinski datum za področ je hidrografije je bil višinski datum Maglaj, ki predstavlja oznako 215 cm na vodomerni lati MP Koper, kar pomeni, da je za 9 cm nižji od novega. Razlika med novim višinskim in novim globinskim datumom (razlika SNM – SNNVŽMM) je 70 cm. Razlika med starim višinskim in starim globinskim datumom za potrebe hidrografije pa je 63 cm, kar je zapisano na vseh dosedanjih pomorskih kartah. S tem projektom je dokonč an prvi izrač un geoida na slovenskem morju in prva povezana določ itev globinskega in višinskega datuma v zgodovini države. Preostane še pravna opredelitev Slovenskega globinskega referenč nega sistema (predlagana kratica SGS2010), ki bi morala biti usklajena z opredelitvijo Slovenskega višinskega sistema (SVS2010), ki je v pristojnosti GURS. Višinski sistem je bil uradno sprejet z »Uredbo o 110 določ itvi parametrov višinskega dela vertikalne sestavine državnega prostorskega koordinatnega sistema« (Ur.l. 80/18, 7. 12. 2018), medtem ko se uradni sprejem slovenskega globinskega sistema in globinskega datuma predvideva v kratkem. Literatura Shalowitz, A. L. (1962). Shore and sea boundaries, Washington D.C.: U.S. Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration. Dawidowicz, K. (2014). Sea level changes monitoring using GNSS technology – a review of recent efforts. Acta Adriatica, 55/2, 145-162. http://hrcak.srce.hr/file/199292, pridobljeno: 17.4.2018. Domijan N., Leder N., Č upić S. (2005). Visinski datumi Republike Hrvatske. Treć i hrvatski kongres o katastru s međ unarodnim sudjelovanjem, 7.-9. 03. 2005, Zagreb /Medak D., Nikolić P., Pribič ević B. (ur.). Hrvatsko geodetsko društvo, 2005. str. 345-350. Hannah, J. (2010). The Difficulties in Using Tide Gauges to Monitor Long-Term Sea Level hange. https://www.fig.net/resources/monthly_articles/2010/july_2010/july_2010_hannah.pdf, pridobljeno 10.12.2018. Jovanović , B. (1978): Izuč avanje metoda mjerenja dubina mora, unapređ enje obrade dubina i definiranje obalne linije sa hidrografskog, geodetskog i pomorskog gledišta, Doktorska disertacija, Geodeski fakultet Sveuč ilišta u Zagrebu, Zagreb, 292 str. Karnič nik I., Klanjšč ek M., Radovan D. (2006). Sodobno hidrografsko kartiranje in dokumentiranje slovenskega morja. Geodetski vestnik št. 50/1, 37-43. Koler B., Stopar B., Pavlovč ič P.,P., Kuhar M,. Sterle O., Urbanč ič T., Triglav Č .M., Ritlop K., Karnič nik I., Bric V., Radovan D. (2018). Določ itev državnega globinskega referenč nega sistema na morju. konč no poroč ilo. Ljubljana: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za geodezijo: Geodetski inštitut Slovenije, 148 str., ilustr. Stopar B., Koler B., Kogoj D., Ambrožič T., Pavlovč ič Prešeren P., Kuhar M., Sterle O., Kregar K., Štebe G., Urbanč ič T., Goršič J., Mencin A., Berk S., Fabiani N., Mesner N., Caserman M., Bric V., Triglav M., Karnič nik I., Janežič M., Oven K. (2016). Implementacija kombinirane geodetske mreže in višinske komponente ESRS v državni geodetski referenč ni sistem : konč no poroč ilo. Sklop 3. Ljubljana: Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Oddelek za geodezijo: Geodetski inštitut Slovenije, 216 str., ilustr. National Oceanic and Atmospheric Administration, (2000). Tide and Current Glossary, National Ocean Service, Center for Operational Oceanographic Products and Services, Silver Spring, MD. Tamisiea, M.E., Hughes, C.W., Williams, S.D.P., Bingley, R.M. (2014). Sea level: measuring the bounding surfaces of the ocean. Philosophical Transactuions of the Royal Society, 372, 1–26. doi: http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0336