Geostaticka Analiza Rpv - Metode Kriging, Inverse Distance, Nearest Neighbor i Moving Average

  • Published on
    28-Jul-2015

  • View
    88

  • Download
    0

Embed Size (px)

Transcript

<p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Sadraj1. Uvod ....................................................................................................................... 2 2. Variowin .................................................................................................................. 3 2.1. Prevar 2D ............................................................................................................ 4 2.2. Vario 2D .............................................................................................................. 4 2.3. Model .................................................................................................................. 6 3. Surfer ...................................................................................................................... 7 3.1. Metoda KRIGINGA ................................................................................................ 7 3.2. Metoda INVERSE DISTANCE ................................................................................ 13 3.3. Metoda NEAREST NEIGHBOR .............................................................................. 16 3.4. Metoda MOVING AVERAGE .................................................................................. 19 4. Analiza rezultata ....................................................................................................... 22 4. Zakljuak ................................................................................................................ 23 5. Literatura ................................................................................................................ 24</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>1</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>1. UvodRegionalni vodovod Varadin vodu zahvaa na etiri vodocrpilita od kojih je najstarije Vodocrpilite Varadin smjeteno u zapadnom dijelu grada, u neposrednoj blizini varadinskog groblja. Ova lokacija kaptanih objekata odreena je ve 1958. godine prilikom poetnih radova na izgradnji vodovoda Varadina. Do danas je izbueno ukupno 10 bunara dubine 21 - 38 m. Najplii bunari B1 i B2 ne koriste se jo od 1986. godine zbog blizine urbanog podruja i prijetee opasnosti od oneienja. Naime, ve vie od 20 godina podzemna voda s tog crpilita optereena je velikim udjelom nitrata, ije su vrijednosti vee od maksimalne doputene koncentracije. Stanje se bitno pogoralo nakon izgradnje akumulacije HE akovec 1982.godine ime se poremetio prirodan tok podzemnih voda. Voda se danas crpi iz dva vodonosnika, od kojih samo donji zadovoljava kvalitetom pitke vode. Osnovni uzrok zagaenja podzemne vode (poviena koncentracija nitrata) iz gornjeg vodonosnika su rairene peradarske farme i intenzivno koritenje umjetnih gnojiva na uzvodnim poljodjelskim povrinama. Crpne koliine iz gornjeg vodonosnika postupno se smanjuju i prelazi se na crpljenje iz donjeg vodonosnika uz ogranienje od maksimalno 200 l/s (za sada se eksploatira 50 l/s). Osim bunara, na prostoru vodocrpilita nalazi se i 20 pijezometarskih buotina, pomou koji se prati razina podzemne vode (RPV). Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin izvedena je na temelju podataka iz 10 bunara i 20 pijezometara te na taj nain obuhvaa sveukupan prostor vodocrpilita. Za geostatistiku analizu koristit e se programski paketi Variowin 2.21 i Surfer 8. Program Variowin 2.21 slui za dobivanje eksperimentalnog variograma dok se analiza provedi upotrebom programa Surfer 8. Analiza je provedena metodom Kriginga, a dodatno su radi komparacije rezultata i procjene kvalitete analize uinjene u istom programu jo i analize metodama Inverse Distance, Nearest Neighbor i Moving Average.</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>2</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>2. VariowinVariogramska analiza slui za definiranje prostorne zavisnosti varijabli. Rezultat variogramske analize je eksperimentalni variogram, koji se aproksimira teorijskim modelom. Kao to je navedeno u uvodu, za dobivanje eksperimentalnog variograma posluit emo se programom Variowin 2.21. Variowin se sastoji od etiri programa u kojima se radi odvojeno jer je rezultat jednog programa ulazni podatak za drugi program. Za potrebe ovog seminara koritena su tri programa: Prevar 2D, Vario 2D i Model. Programom Prevar 2D odreuje se matrica udaljenosti za sve parove podataka, Vario 2D izrauje variograme, a Model izabire odgovarajui variogramski model. Ulazni skup podataka koji se analizira predstavlja skup mjerenih vrijednosti (tzv. kontrolne toke) i sastoji se od njih 30 10 bunara i 20 pijezometara . Za svaku toku postoji vrijednost X , Y i Z koordinate (3 varijable).</p> <p>Slika 1. Ulazni skup podataka</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>3</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>2.1. Prevar 2DPrvi od modula koji emo koristit iz paketa Variowin je model 'Prevar 2D'. U njega se najprije uita pripremljena datoteka vrste .dat' i nakon pokretanja opcije Run!, program nam proraunava 435 parova za naih 30 podataka i 3 varijable.</p> <p>Slika 2. Proraun broja parova modulom 'Prevar 2D'</p> <p>2.2. Vario 2DDrugi modul u programu Variowin 'Vario2D' slui za izradu eksperimentalnog variograma. Prvo nam je potrebno podesiti broj koraka analize (Nuber of lags) i irinu pojedinog koraka ili variogramskog razreda (Lag spacing) te odabrati varijablu (z) (Slika 3.) Potrebno je procijeniti koji je variogram najbolji, iskustva govore da bi trebao pravilno rasti do sjecita s pragom, a nakon toga oscilirati oko praga (Slika 4). Iz dobivenog variograma iitavamo podatke - prag variograma koji iznosi 280 i domet variograma koji iznosi 254 (Slika 4.)</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>4</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 3. Postavke unutar modula 'Vario 2D with PCF'</p> <p>Slika 4. Eksperimentalni variogram Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>5</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>2.3. ModelZavrni korak variogramske analize odvija se u treem modulu 'Model', koji slui za aproksimaciju eksperimentalnog variograma s jednim od teorijskih modela. Geoloke podatke mogue je aproksimirati jednim od tri modela: sfernim, eksponencijalnim ili Gaussovim. U ovoj analizi usmjereni variogram aproksimiran je sfernim modelom. Iz dobivene slike (slika 5.) oitavamo podatke: Prag variograma = 277 ( ~ 280) Domet variograma = 253 (~ 254) Odstupanje = 29 Teorijski model = Sferni</p> <p>Oitani podaci e nam kasnije koristiti kao ulazni podaci pri kreiranju karte pomou programskog paketa Surfer.</p> <p>Slika 5. Aproksimacija eksperimentalnog variograma sfernim modelom</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>6</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>3. SurferProgramski paket 'Surfer 8' nudi analizu sa dvanaest razliitih metoda ali ovdje e biti usporeena etiri i to: metoda inverzne udaljenosti (engl. Inverse Distance to a Power"), metoda najblieg susjeda (engl. Nearest Neighbour"), metoda lokalne sredine (engl. Moving Average") i kriging (engl. Kriging"). Cilj je prikazati postupak izrade karte i oitavanja vrijednosti pojedine toke sa ve gotove karte. Ovaj drugi postupak je vaan korak u drugome dijelu analize, kada emo maknuti jednu nasumce odabranu mjernu toku te na temelju tog postupka provjeravati tonost pojedinog interpolacijskog postupka.</p> <p>3.1. Metoda KRIGINGAMetoda kriginga je geostatistiki postupak kojem prethodi odreivanje prostorne zavisnosti, odnosno variogramska analiza. Postupak kriginga smatra se naprednom metodom za procjenu vrijednosti regionalizirane varijable u odabranim tokama mree. Pojam mree ee se u praksi zamjenjuje engleskim izrazom grid. Za potrebe geostatistike analize RPV Vodocrpilita Varadin primijenjena je tehnika tokastog krigiranja. Tom tehnikom se interpolirana vrijednost procjenjuje iz poznatih podataka 3 susjedne toke. Kao reprezentativni teorijski variogram koriten je sferni model variograma. Nakon pokretanja programa potrebno je ubaciti nae podatke (Grid Data), tu nam je ponuena opcija odabira metode (odabiremo kriging), tehnika krigiranja (tokasto), odabira modela (sferni) i unos podataka iz variograma: Scale (prag variograma) = 277 Lenght (domet variograma) = 253</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>7</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 6. Postupak kreiranja Grid datoteke</p> <p>Po povratku u okvir Grid Data klikom na Cross Validate zavrava proces kreiranja Grid datoteke koja sadri podatke potrebne za kreiranje karte. Odabirom Map Contour Map New Contour Map otvara se izbornik u kojem se poziva Grid datoteka (Slika 7.) te se nakon odabira datoteke u radnom prostoru automatski kreira osnovna konturna karta (Slika 8.).</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>8</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 7. Dijaloki okvir Open Grid</p> <p>Slika 8. Osnovna konturna karta</p> <p>Nakon kreiranja osnovne konturne katre, desnim klikom mia i odabirom izbornika Properties stilski se dorauje karta, dodaju se natpisi, boje, mjerilo, simboli i drugo, te karta poinje dobivati svoj konani izgled.Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>9</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Kroz izbornik Map &gt; Post Map &gt; New Post Map dodaje se na kartu novi sloj s oznakama buotina i piezometara, karta se stilski zavrno oblikuje i time je proces izrade karte dovren (Slika 9.).</p> <p>Slika 9. Geostatistika karta RPV izraena metodom Kriginga</p> <p>Sljedei korak je izrada kontrolne karate RPV metodom Kriginga sa svrhom provjere tonosti metode. To se postie tako da se izradi jo jedna karta u kojoj je iz baze podataka iskljuena jedna toka - P14. Ponovo se u izborniku Grid &gt; Data uita datoteka s podacima, te se odabirom opcije "Filter data" u polju "Data Exclusion Filter" upie z = 109 , tj. vrijednost izostavljene toke P14 (Slika 10.).Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>10</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>U dokumentu Report moe se provjeriti da li je postupak iskljuivanja toke uspio (Slika 11.).</p> <p>Slika 10. Postupak izostavljanja toke P14</p> <p>Slika 11. Report</p> <p>Postupak izrade karte identian je kao kod izrade karte sa svih 30 toaka. Kao rezultat dobivamo kartu u kojoj je izostavljena toka P 14 (Slika 12.).</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>11</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 12. Geostatistika karta RPV izraena metodom Kriging s izostavljenom mjernom tokom P14</p> <p>Tablica 1. Usporedba rezultata mjerene vrijednosti i vrijednosti proraunate metodom Kriginga.</p> <p>TOKA P-14</p> <p>MJERENJE 109</p> <p>KRIGING 108</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>12</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>3.2. Metoda INVERSE DISTANCEOvom metodom inverzne udaljenosti procjenjuju se vrijednosti na temelju matematikog izraza: utjecaj svake toke obrnuto je proporcionalan njezinoj udaljenosti od lokacije na kojoj se procjenjuje vrijednost. Broj toaka ukljuenih u procjenu odreen je radijusom krunice postavljene oko spomenute lokacije.</p> <p>Slika 13. Postavke za metodu inverzne udaljenosti</p> <p>Karta (Slika14.) se izrauje na isti nain, kako je prethodno opisano, razlika je da u okviru Grid Data, umjesto kriginga odaberemo metodu inverzne udaljenosti (Slika 13.).</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>13</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 14. Geostatistika karta RPV izraena metodom Inverse Distance</p> <p>Kao u prethodnoj metodi i u metodi inverzne udaljenosti iz baze podataka iskljuena je toka P14 te je ponovljen postupak interpolacije. Usporedba rezultata izmjerenih i proraunatih podataka prikazana je u tablici 2.</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>14</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 15. Geostatistika karta RPV izraena metodom Inverse Distance s izostavljenom mjernom tokom P14</p> <p>Tablica 2. Usporedba rezultata mjerene vrijednosti i vrijednosti proraunate metodom Inverse Distance</p> <p>TOKA P-14</p> <p>MJERENJE 109</p> <p>INVRESE DISTANCE 95</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>15</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>3.3. Metoda NEAREST NEIGHBORMetoda najblieg susjedstva dodjeljuje vrijednost najblie toke svakom voru mree. Ova metoda je korisna u sluaju kada postoji praznina u podacima, a eli se nainiti pregledna karta zona. U tom sluaju, ako nedostaje nekoliko podataka, mogue je ovom metodom nadopuniti praznine na relativno djelotvoran nain. Ukoliko postoje podruja na kojima ne postoji dovoljan broja podataka da bi dobivena mrea mogla biti relevantna, ona se mogu izuzeti iz prorauna. Postupak izrade karte (Slika 17.) je identian prethodno opisanom, jedino treba obratiti posebnu panju da je odabrana odgovarajua metoda (Slika 16.).</p> <p>Slika 16. Postavke za metodu najblieg susjeda</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>16</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 17. Geostatistika karta RPV izraena metodom Nearest Neighbor</p> <p>Na Slici 18. prikazana je karta dobivena metodom Nearest Neighbor, gdje je su iskljuena toka P14.</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>17</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 18. Geostatistika karta RPV izraena metodom Nearest Neighbor s iskljuenom mjernom tokom P14</p> <p>Tablica 3. Usporedba rezultata mjerene i proraunate vrijednosti RPV metodom Nearest Neighbor.</p> <p>TOKA P-14</p> <p>MJERENJE 109</p> <p>NEAREST NEIGHBOR 90</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>18</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>3.4. Metoda MOVING AVERAGEMetoda lokalne sredine dodjeljuje vrijednosti tokama mree tako da odreuje srednju vrijednost podataka koji se nalaze unutar odreenog podruja vora mree. Takoer mora biti definiran i najmanji broj podataka koji se uzima u obzir. Toka mora biti smjetena u sredite podruja u kojem se rauna srednja vrijednost. Podatak, odnosno njegova vrijednost koja se dobije za svaki vor jednaka je aritmetikoj sredini podataka koji se nalaze unutar definiranog podruja s mjerenim vrijednostima. Ukoliko je broj podataka unutar definiranog podruja manji od graninog broja podataka, vrijednost u toki nee se izraunati. Postupak izrade karte (Slika 20.) je identian prethodno opisanom, jedino treba obratiti posebnu panju da je odabrana odgovarajua metoda (Slika 19.). Postupak iskljuivanja toke P14 radi kontrole metode isti je kao u prethodno opisnim metodama (Slika 21.)</p> <p>Slika 19. Postavke za metodu lokalne sredine</p> <p>Geostatistika analiza RPV u Vodocrpilitu Varadin seminarski rad</p> <p>19</p> <p>SVEUILITE U ZAGREBU Geotehniki fakultet Varadin</p> <p>Slika 20....</p>