INŽ.BLOG

Hidrografija v geodeziji

UVOD
Geodezija ali zemljemerstvo je tehniška stroka, ki določuje velikost in obliko delov naše zemeljske površine. Zraven tega upodablja zadevne merske rezultate v pomanjšanem merilu v obliki raznih načrtov, kart ali zemljevidov. Geodezija torej obravnava vse pripomočke in postopke, ki so potrebni za izmero in kartiranje našega zemeljskega površja. Del zemeljskega površja prekrivajo svetovni oceani, morja, reke, jezera in zato je ena izmed vej geodezije tudi hidrografija. Le ta se ukvarja z geodetsko izmero, obdelavo in vizualizacijo podatkov, vezanih na dele Zemljine površine, pokrite z vodo. 
Hidrografija je področje, ki je eno izmed najbolje definiranih glede predpisov in standardov. Mednarodna hidrografska organizacija IHO (International Hydrographic Organization) že več kot 80 let nenehno teži k čim večji standardizaciji navtičnih produktov, podpore in hidrografskih meritev.
Hidrografijo glede na območje izvajanja meritev delimo na hidrografijo morij in oceanov ter hidrografijo celinskih voda (rek, jezer in akumulacij). Hidrografska meritev predstavlja sočasno določitev globine vode in hkrati položaj določene točke, pri tem pa ne smemo zanemariti plimovanja, valovanja in drugih vplivov na meritev. Prav zaradi tega so se skozi različna obdobja tako razvile različne metode merjenja. Kljub temu, da se v zadnjih letih, desetletjih ob sodobni tehnologiji, ki omogoča hiter zajem podatkov, ter sodobni programski opremi, ki nam omogoča enostavnejšo obdelavo in združevanje vseh podatkov, so hidrografske meritve ene najzahtevnejših meritev. 

ZGODOVINA V SLOVENIJI
Hidrografske dejavnosti v Sloveniji so se začele pred več kot 100-timi leti. V samostojni Republiki Sloveniji pa ti začetki segajo v leto 1997. To leto so na Ministrstvu za promet (MP) ustanovili Direktorat za pomorstvo, ki je začel aktivno sodelovati z Geodetskim inštitutom. Rezultati tega sodelovanja so privedli do resnejših dogovorov za prvo hidrografsko meritev na Slovenskem. Meritev se je začela leta 1998, leto dni kasneje pa smo dobili tudi prvo sodobno karto Koprskega zaliva, ki je bila izdelana na elipsoidu WGS 84 (World Geodetic System 1984).
Leto 2002 je predstavljalo pomembno prelomnico za hidrografske meritve v Sloveniji, saj smo v tem letu postali člani mednarodne hidrografske organizacije IHO in že naslednje leto pridobili prvo elektronsko navigacijsko karto (ENC – Electronic Navigation Chart) Koprskega zaliva. Leto 2005 je zaznamovala pridobitev digitalnega batimetričnega modela morskega dna. 
Navedeni mejniki se nanašajo predvsem na razvoj pomorske hidrografije v samostojni Sloveniji. Hidrografske meritve na rekah in jezerih so se izvajale že bistveno prej, predvsem v okviru regulacij vodotokov, gradnje hidroelektrarn in hidroloških opazovanj.
V Sloveniji je prva večja hidroelektrarna začela obratovati v Završnici na Gorenjskem, leta 1915. V tistem času, od leta 1913 do 1918 se je gradila HE Fala na reki Dravi, torej so se prve hidrografske meritve na rekah, jezerih zgodile tudi pred več kot 100 leti. Prve meritve na vodotokih v Sloveniji so bile opravljene po klasični metodi, pri kateri se je za merjenje širin (pozicija) uporabljala sondna žica ali signalizacija prečnih profilov s trasirkami in določitev pozicije z geodetskim instrumentom. Za merjenje globin se je uporabljal sondni drog oziroma sondno grezilo za večje globine. Obrežni deli prečnih profilov so bili praviloma izmerjeni s postopičnim orodjem. Od ustanovitve samostojne Republike Slovenije do danes se hidrografske meritve izvajajo na podoben način kot nekoč. Zamenjal se je samo boljši in hitrejši geodetski instrument – tahimeter, sondno drog ali grezilo pa je zamenjal globinomer. 
Z razvojem globinomerov (ultrazvočnih) so hidrografske meritve postale precej lažje, čeprav se hidrografske meritve danes štejejo kot ene najzahtevnejših. Danes se za hidrografske meritve uporabljajo razni globinomeri, ki se razdelijo na enosnopne in večsnopne.

DOLOČITEV GLOBINE IN DOLOČANJE POLOŽAJA NA VODI

Določitev globine
Poznavanje rečnih strug in globine morja je eden najpomembnejših podatkov varne plovbe in poznavanja rečnih profilov. Predvsem v bližini obale, plitvih voda, rečnih ustij in ob slabi vidljivosti nam podatek o pravi globini omogoča varnejšo plovbo ter krmiljenje ladje.
Z merjenjem globine rek in morja se določa vertikalna oddaljenost trenutne višine vode. Z izvajanjem merjenja globine na istem mestu v različnem času se opazijo spremembe v njenih vrednostih. Do spremembe teh vrednosti pride zaradi nanašanja in prinašanja prsti in drugih snovi po rekah, plimovanja morja, zato je potrebno izvesti korekcijsko merjenje. Pri izmeri globin moramo upoštevati tudi plimovanje morja in oceanov ter spreminjanje višine gladine vode med izmero na rekah in jezerih. Na morju in večjih rekah je to rešeno z mareografi, ki neprestano spremljajo spreminjanje višine gladine. Na manjših rekah in jezerih, ki niso opremljena z mareografi, pa je treba višino gladine vode med izmero spremljati in beležiti. To se opravi z neposrednim merjenjem gladine vode s tahimetrom, nivelirjem, GPS-om ali pa se uporabijo odčitki na vodomerskih postajah.
Ločimo dva načina merjenja globin, direktno in indirektno. Direktne metode so se uporabljale v preteklosti. Gre predvsem za merjenje s pomočjo merske palice ali pa neposredno spuščanje uteži, obešeno na vrvi ali žici, s čolna do morskega, rečnega dna.

Slika 2 in 3: Merjenje globin s sondno vrvjo (levo) in sondno vrvjo z utežjo in palico (desno), ki sta bili osnovni metodi hidrografskih meritev pred uvedbo ehosonderjev. Vir: prirejeno po Lea (1905)

Za indirektne metode je pa značilno, da se globina vode določi s pomočjo drugih količin kot pri direktnih metodah. Te količine so lahko tlak v vodi, čas, v katerem se potopi neko telo do dna ali pa čas, v katerem prepotuje ultrazvok pod od oddajnika do dna in se vrne nazaj v sprejemnik.

Slika 4 in 5: Merjenje brežine in gladine vode s postopičnim orodjem (levo) in dvokanalni geodetski instrument – akustični globinomer (desno), ki sta bili osnovni metodi hidrografskih meritev z uvedbo enosnopnih globinomerjev. Vir: arhiv DEM d.o.o.

Za določitev globine se v današnjem času praviloma uporablja ultrazvočni globinomer, ki temelji na merjenju časa, v katerem ultrazvočni signal prepotuje razdaljo od oddajnika skozi vodo do dna in nazaj. Glede na vrsto meritev uporabljamo različne izvedbe ultrazvočnih globinomerov oziroma sistemov, in sicer:

a)    Enosnopni globinomeri (singlebeam sistem) in
b)    Večsnopni globinomeri (multibeam sistem).

Enosnopni globinomeri
Čez čas so se razvile različne izvedbe ultrazvočnih globinomerov. Prvi in še danes predvsem na rekah in v pristaniščih največkrat uporabljen sistem je sistem z eno sondo (angl. singlebeam). Sistem merjenja z enosnopnim ultrazvočnim globinomerom deluje tako, da za merjenje globine meri čas, ki ga ultrazvočni signal potrebuje, da prepotuje razdaljo od oddajnika skozi vodo do dna, kjer se odbije nazaj do sprejemnika. Rezultat izmere s sistemom singlebeam so točke v liniji. Vrednost širine enosnopnega globinomera znaša 30˚.

Slika 6 in 7: Grafični prikaz pokritosti pri izmeri s sistemom singlebeam (levo) in singlebeam instrument CEEPULSE 100 s pripradajočo opremo (desno). Vir: arhiv DEM d.o.o.

Večsnopni globinomeri

Uporaba večsnopnih globinomerov je namenjena boljšemu pokritju dna in s tem povečanju produktivnosti. Večsnopne globinomere delimo na:
-    Sweep sistem in
-    Swath sistem.

Nadgradnja enosnopnega sistema je sistem z več sondami (angl. Sweep system), ki so enakomerno nameščene na liniji, pravokotni na smer gibanja. Največje število sond v tem sistemu je 32, v kolikor pa je mogoče, je ena ali več sond vgrajenih v dno čolna. Način določevanja globine na posamezni sondi je enak kot pri sistemu singlebeam. Sistem sweep nam v primerjavi s sistemom singlebeam omogoča večjo pokritost dna in hitrejši zajem podatkov na terenu, saj hkrati zajame podatke na več linijah. Sistem je posebej izdelan za uporabo v kanalih, rekah in drugih plitvih vodah. Dosega 100-odstotno pokritje posnetega dna, ki je odvisna od medsebojnega razmika sond ter same globine vode.

Slika 8: Grafični prikaz pokritosti pri izmeri s sistemom sweep

Swath sistem ima širok snop, ki se lahko uporablja tudi kot bočni (angl. sidescan) sonar. Večsnopne globinomere uporabljajo za merjenje različnih globin. Ti globinomeri se lahko postavljajo na več načinov, kot so kobilica, s strani plovila ali pa na podvodna vozila, ki imajo možnost daljinskega upravljanja. Postavljeni so lahko trajno ali začasno. Swath sistemi oddajajo ultrazvočno valovanje razpršeno. Poševna razdalja se določi na osnovi potovanja signala, smer povratnega žarka pa se določi šele na osnovi merjenja fazne razlike povratnega signala med različnimi elementi na sprejemniku. V primerjavi s Sweep sistemom je bolj kompakten, zagotavlja zelo dobro pokritost v plitkih vodah. Globinomeri za plitve vode se uporabljajo na območjih, ki zahtevajo 100-odstotno pokritost, kot so luke, kanali, rečne struge, bazeni pred hidroelektrarnami.

Slika 9 in 10: Grafični prikaz pokritosti pri izmeri s sistemom swath (levo) in multibeam instrument SeaBat T20P z IMU enoto in SVP profilerjem. Vir: arhiv DEM d.o.o. 

Določitev položaja na vodi
Določitev položaja točke, v kateri se meri globina se je v preteklosti izvajala s sekstanti nato teodoliti. Vsekakor pa se je poenostavila s pojavom oziroma razvojem elektrooptičnih razdaljemerov. Dodatno se je poenostavila še z razvojem motoriziranih tahimetrov in GPS tehnologije, ki se praviloma dopolnjujeta pri navigaciji meritev na rekah.
V današnjem času se za izvajanje meritev uporabljajo sodobni merski instrumenti. Napredek v razvoju elektronskih tahimetrov predstavlja vgradnja servomotorjev (mehanizem za krmiljenje), ki zagotavljajo samodejno vrtenje zgornjega dela instrumenta. Takšnemu instrumentu pravimo motorizirani elektronski tahimeter in s časoma bodo ti servomotorji popolnoma avtomatizirali in poenostavili delovanje tahimetrov. V kolikor motorizirani tahimeter opremimo z ustrezno programsko in strojno opremo, pridemo do zadnje razvojne stopnje oziroma do avtomatskih elektronskih tahimetrov.

Slika 11 in 12: Sekstant, instrument za določanje kotov med nebesnimi telesi in horizontom, ki se je uporabljal za določanje položaja plovila nekoč. Vir: NOAA Historic Coast and Geodetic Survey CollectionSistem Leica (levo) in Viva TS 12 z daljinskim upravljavcem Leica Viva CS10 in 360° reflektorjem. Vir: Geoservis d.o.o. (desno) 

GPS je zaradi praktične natančnosti (od nekaj metrov do nekaj centimetrov ali celo milimetrov), dostopnosti, pokritosti in enostavnosti hitro postal standardno orodje za določitev položaja in navigacijo ter popolnoma izpodrinil radijsko navigacijo.
V hidrografiji in za najrazličnejše naloge v geodeziji se izvaja največkrat RTK (Real Time Kinematic) metoda izmere, ki poteka v realnem času, prav tako v realnem času ta metoda omogoča določitev ter pošiljanje podatkov o položaju v programsko opremo. Za izvedbo meritve sta potrebna vsaj dva sprejemnika z vzpostavljeno povezavo, prvi sprejemnik, t. i. referenčni sprejemnik, ima znan položaj, drugi, premični sprejemnik, pa omogoča določanje položaja novim točkam. Določanje položaja temelji na določitvi baznega vektorja med referenčnim in baznim sprejemnikom. Podatke dobimo s skupno obdelavo tako kodnih kot tudi faznih opazovanj obeh sprejemnikov in zato je pri meritvah pomembna določitev števila celih valov, ki se opravi v postopku inicializacije na samem začetku izmere.

Slika 13: GNSS instrument Leica GS16 z upravljavcem Leica CS20

OSTALE NAPRAVE IN GIBANJE PLOVILA

Geodeti znamo določiti položaj na kopnem zelo dobro, ampak pojavi se problem, kako določiti položaj na vodi, saj sta voda in plovilo v nenehnem premikanju. Plovila, s katerimi opravljamo hidrografske meritve, so izpostavljena različnim gibanjem, čemur se ni mogoče izogniti in zato so opremljena z različnimi senzorji. Moč gibanja in stabilnost plovila je odvisna od tega, kje se meritve opravljajo (na morju, jezeru, reki, ...). Na morju je gibanje večje, saj je tudi več zunanjih vplivov kot na kakšnem jezeru ali reki (veter, valovanje, plimovanje, ...). Senzorji gibanja in globine se uporabljajo za merjenje linearnih in rotacijskih gibanj plovila. Sistem plovila ima tri osi (X, Y, Z), okoli katerih se lahko giblje in tako dobimo 6 stopenj prostega gibanja (3 linearni in 3 rotacijski premiki). Dobljene vrednosti je potrebno tudi upoštevati pozneje pri izračunu, saj se položaj vodnega dna spreminja z globino. V primeru, da pri izračunu ne upoštevamo nagibov plovila, je položaj točke vodnega dna enak ne glede na izmerjeno globino. Vsi premiki so relativni glede na osi plovila oziroma okvir.
Določitev hitrosti širjenja zvoka v vodi je ključni faktor pri uporabi ultrazvočnih globinomerov. Hitrost zvoka v vodi je odvisna od gostote in razteznosti vode. Te lastnosti so pa odvisne predvsem od temperature in slanosti vode. Hitrost zvoka se lahko določi neposredno z uporabo posebnih merilcev hitrosti zvoka ali posredno s kalibracijo globinomera. Izmero vodnega stolpca je potrebno izvesti tik pred začetkom izmere in po potrebi tudi med. Posebno pozornost je treba posvetiti območjem, kjer se mešajo sladke in slane vode. 

Slika 14 in 15: Senzor za določitev hitrosti zvoka v vodnem stolpcu. Vir: DEM d.o.o. (levo) in Prikazi možnih smeri gibanja plovila na vodi (desno)

ZAKLJUČEK

Hidrografija predstavlja pomembno področje geodezije, saj omogoča določitev geometrije vodnega dna ter spremljanje sprememb v vodnem okolju. Razvoj vseh merskih metod je v zadnjih desetletjih omogočil prehod od posameznih meritev globin na prečnih profilih do zajema milijonov točk in izdelave visoko natančnih tridimenzionalnih modelov dna (oblakov točk).
Hidrografske meritve ostajajo nepogrešljiva geodetska podlaga pri različnih vrstah projektov. Danes se le te uporabljajo pri izdelavi prečnih in vzdolžnih profilov vodotokov, hidroloških in hidravličnih študijah, določanju sedimentacijskih procesov v akumulacijah, spremljanju erozijskih procesov, načrtovanju in vzdrževanju plovnih poti na morjih in rekah, gradnji ter upravljanju hidroenergetskih objektov, poplavnih študijah, monitoringih vodnih teles ter pri izdelavi navigacijskih kart. 
Končni produkti hidrografskih meritev so lahko posamezne globinske točke, prečni in vzdolžni profili, digitalni modeli dna, batimetrični načrti, oblaki točk, trikotniške mreže (TIN), izračuni prostornin in sedimentacijskih sprememb ter različni kartografski in prostorski prikazi. Z uporabo sodobnih GNSS sistemov, motoriziranih tahimetrov, enosnopnih in večsnopnih globinomerov ter podpornih senzorjev je mogoče zagotoviti visoko natančnost in popolno pokritost merjenega območja. 
Hidrografske meritve predstavljajo pomemben vir prostorskih podatkov za geodetske, hidrološke, hidravlične in projektantske naloge. Njihova kakovost in zanesljivost sta odvisni od pravilne izvedbe meritev, ustrezne obdelave podatkov ter upoštevanja veljavnih standardov in strokovnih smernic. Kadar se rezultati hidrografskih meritev uporabljajo kot geodetski produkti ali podlage za projektiranje, morajo biti pripravljeni skladno z zahtevami posameznega področja in veljavno zakonodajo. 
Ob vse večji uporabi hidrografskih podatkov na področjih projektiranja, upravljanja voda, energetike in varstva okolja se odpira tudi vprašanje enotnejše strokovne in zakonodajne ureditve hidrografskih meritev v Sloveniji. Nadaljnji razvoj področja bo zato poleg tehnološkega napredka zahteval tudi jasno opredelitev standardov, odgovornosti in vloge geodetske stroke pri pripravi ter uporabi hidrografskih podatkov.

Pripravil:
Jurček Horvat, dipl.inž.geod.

Literatura in viri:

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Office of Coast Survey. History of Hydrographic Surveying. Dostopno na: NOAA Office of Coast Survey – History of Hydrographic Surveying (dostop: 19.6.2026).

Lea, S. H. (1905). Hydrographic Surveying: Methods, Tables and Forms of Notes. New York: Engineering News Publishing Co. Slika prikazuje merjenje globin s sondno palico (sounding pole) in sondno vrvjo z utežjo (lead line). Javna domena.

National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Historic Coast and Geodetic Survey Collection. Sextant (Image ID: theb2176). Dostopno na: Wikimedia Commons – Sextant (dostop: 22. 6. 2026).

International Hydrographic Organization (IHO). The IHO Strategic Plan and Hydrographic Standards. Monaco: IHO. Dostopno na: https://iho.int

Kolenc, R. (2005). Hidrografija in hidrografska izmera. Geodetski vestnik, 49(1), 18–28. Dostopno na: https://www.geodetski-vestnik.com/arhiv/49/1/gv49-1_018-028.pdf (dostop: 19. 6. 2026).

Kohlenbrand, T. (2011). Hidrografske meritve in analiza različnih metod meritev rečnih profilov na bazenu HE Vuzenica Diplomska naloga. Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo, Ljubljana (dostop: 18.6.2026).

Horvat, J. (2018). Natančnost izračuna volumna bazena HE Mariborski otok iz meritev prečnih rečnih profilov Seminarska naloga. Inženirska zbornica Slovenije, Matična sekcija geodetov, Ljubljana.

Geodetski arhiv podjetja Dravske elektrarne Maribor d.o.o.