مقدمه
هيدروگرافي علمي است كه در مورد اندازه گيري مداوم از پارامترهايي نظير عمق آب , زمين شناسي , ژئوفيزيك , جزرومد , جريان آب‌ها , امواج و ساير ويژگيهاي فيزيكي آب دريا بحث مي كند. نقشه هاي دريايي (charts) از زمان‌هاي قديم به عنوان يكي از ابزارهاي مهم ناوبري توسط دريانوردان مورد استفاده قرار مي‌گرفته است و امروزه نيز اقيانوس شناسان , زيست شناسان دريا , مهندسين دريايي و محيط شناسان كه به نحوي در ارتباط با دريا فعاليت مي‌كنند , نقشه هاي دريايي را به عنوان اساس كار خود مورد استفاده قرار مي‌دهند.

 

امروزه حمل و نقل دريايي , مديريت و اداره نواحي ساحلي , اكتشافات و استخراج منابع دريايي , حفاظت محيط دريا و … همه و همه فعاليتهايي هستند كه درارتباط با دريا انجام مي‌شوند و اساس كار آن ها نقشه هاي دريايي است.
توسعه هيدروگرافي به معناي شناخت هرچه بيشتر درياست كه داراي منابع بسيار زياد اقتصادي براي زندگي بشر مي‌باشد از مواد معدني تا غذاهاي دريايي در دريا وجود دارد. شناخت هر چه دقيق تر از دريا منجر به بهره برداري مناسب از اين منابع مي‌گردد و در اين شناخت از طريق هيدروگرافي به دست مي‌آيد.

از طرفي بخش اعظمي از صادرات و واردات بين المللي در كشور از طريق دريا انجام مي‌شود كه اين امر نيز مستلزم شناخت بستر دريا براي تعيين مسير كشتي ها و تهيه نقشه هاي مناسب دريايي براي هدايت آنهاست.
همه موارد فوق بيانگر اهميت هيدروگرافي و ضرورت توسعه و فعاليت در آن هاست.
بعضي تعاريف در هيدروگرافي

تعريف هيدروگرافي :
هيدروگرافي علمي است كه تهيه نقشه هاي دريايي را مورد بررسي قرار مي دهد انواع روش‌هاي گوناگون تهيه اين نقشه ها و دقت آن ها و نيز توسعه و تسهيل فعاليت‌هاي تهيه نقشه مي تواند در اين رشته از رشته هاي نقشه برداري مورد بررسي قرار گيرد.
فرق اساسي چارت و نقشه :
هنگام استفاده از نقشه مي توان آن را روي زمين كنترل كرد اين كار با مشاهده عوارض موجود روي زمين و نظاير آنها در نقشه امكان پذير است اما هنگام استفاده از چارت چنين امكاني وجود ندارد. ازطرفي اطلاع دقيق از آن چه در زير آب مي‌گذرد اهميت بيشتري براي كاربران دارد بنابر اين چارت بايد شامل اطلاعات دقيق و حساس در مورد عوارض زير آب باشد. اين نشان دهنده مسئوليت سنگين كساني است كه به تهيه نقشه هاي دريايي (چارت) مي پردازند.
سطح عمق‌يابي : سطحي است كه تمام عمق‌يابي ها نسبت به آن سطح انجام مي ش

ود يعني در عمليات از اين سطح استفاده مي‌گردد.
سطح مبناي چارت chart datum : سطحي است كه بعد از انجام كارهاي هيدروگرافي در هنگام تهيه و چاپ چارت‌هاي عمق آب در چارت ها نسبت به اين سطح نوشته مي شود.
براي تعيين سطح مبنا توجه به نكات ذيل ضروري است :
۱- سطح مبنا طوري انتخاب شود كه كاربر با اطمينان كامل بداند كه حداقل به همان اندازه‌اي كه روي چارت نوشته شده عمق آب است.
۲- سطح مبنا نبايد به حدي باشد كه نسبت به حداقل عمق بد بيني ايجاد كند.
۳- سطح مبنا باسطح مبناي چارت‌هاي هم جوار موجود متناسب باشد.
روش تعيين سطح مبناي چارت :
براي تعيين سطح مبناي چارت در درياو اقيانوس بايد جزومد را اندازه گيري نمود كه اين كار سريع‌ترين زمان ممكن يك ماه طول مي‌كشد. اما انجام دقيق اندازه گيري جزومد آب و محاسبه اثرات پرزشن و نوتيشن بر جزرومد نياز به اندازه گيري ۱۸ ساله دارد كه اين كار توسط انواع tide-gauge انجام مي‌شود كه بعضي به صورت اتوماتيك در فواصل زماني مشخص ارتفاع آب را ثبت مي كنند.
بعد از انجام مشاهدات جزرومد ارتفاع كم‌ترين جزرومد را سطح مبناي ارتفاعي (chart datum) در نظر مي‌گيرند.
روش هاي تعيين موقعيت در آب :

به طور كلي مي‌توان از روش هاي تقاطع و ترفيع براي تعيين موقعيت محل عمق يابي استفاده نمود. در نقاطع، دوربين‌ها در نقاطي با مختصات معين در ساحل مستقر مي‌شوند و به نقطه عمق‌يابي نشانه روي كرده و زوايا يا طول‌ها را قرائت مي كنند از اين طريق مختصات نقطه عمق يابي به دست مي آيد. در روش ترفيع، نقاط با مختصات معين روي ساحل با علامت مشخص يا پرچم معلوم مي شوند و از روي قايق به وسيله دستگاه سكستانت زواياي هر كدام از اين نقاط قرائت مي‌گردد و در نهايت مختصات قايق محاسبه مي‌شود.

هم چنين با استفاده از گيرنده و فرستنده امواج راداري در ساحل و قايق نيز مي‌توان بر اساس روش تقاطع طول ها را در ابعاد بسيار بزرگتر اندازه گيري و مختصات را محاسبه نمود.
امروزه با استفاده از سيتم تعيين موقعيت جهاني GPS اين كار يعني تعيين مختصات نقطه عمق يابي با سرعت زياد و دقت بسيار بالا انجام مي گردد.
روش هاي عمق يابي :
ساده‌ترين روش عمق يابي استفاده از سنگ و طناب مدرج است كه با وسعت كارهاي امروز و نيز پيشرفت ابزار اين كار، روش‌هاي ديگر بسيار مفيدتر خواهند بود.
معمولا براي عمق يابي از امواج صوتي و خاصيت انعكاس اين امواج استفاده مي‌شود دستگاههاي مختلف عمق يابي بر اساس سرعت موج , زمان رفت و برگشت آن و وضعيت فيزيكي آب مي توانند فاصله بين دستگاه و بستر دريا را اندازه گيري و به عنوان عمق آب نمايش دهند.
يك دستگاه عمق يابي يا اكوساندر از قسمت هاي زير تشكيل مي شود :

۱- مولد پالس كه نيروي الكتريكي را به وجود مي آورد.
۲- قمست سوئيچ كه نيرو را به ترانس ديوسر مي‌رساند.
۳- ترانس ديوسر فرستنده كه انرژي برق را به امواج صوتي تبديل مي‌كند و امواج را ارسال مي‌دارد.
۴- ترانس ديوسر گيرنده كه صوت برگشتي را دريافت و به علائم الكتريكي تبديل مي كند.
۵- دستگاه ركوردر كه فاصله را با اندازه گيري زمان رفت و برگشت موج محاسبه نموده و ثبت مي‌كند.
ارسال و دريافت موج مي تواند توسط يك ترانس ديوسر انجام شود.
انواع اکوساندرها بر اساس رنج عمق يابي

۱- سيستم هاي فواصل بلند يا نفوذپذير : قادر به اندازه گيري تا عمق ۱۰۰۰ متر هستند.
اين سيستم با فرکانس ۱- ۱۵ کيلوهرتز (KHZ ) کار مي کند و داراي قدرت تفکيک ضعيفي هستند.
۲- سيستم هاي فواصل متوسط : قادر به اندازه گيري تا عمق ۵۰۰ متر هستند اين سيستم ها با فرکانس بين ۲۰ تا ۵۰ کيلوهرتز ( KHZ ) کار مي کنند و داراي قدرت تفکيک و دقت متوسط هستند.
۳- سيستم هاي فواصل کوتاه : قادر به اندازه گيري تا عمق ۳۰۰ متر هستند اين سيستم ها با
فرکانس بين ۳۰ تا ۳۰۰ کيلوهرتز کار مي کنند و داراي قدرت بالايي هستند.
مراحل انجام يك كار هيدروگرافي :
اولين مرحله از عمليات هيدروگرافي شناخت منطقه كار و برداشت توپوگرافي از ساحل دريا است كه پس از انتخاب نقاط پيمايش و اندازه گيري و محاسبات آن برداشت توپوگرافي انجام مي‌شود و نقشه ساحل به دست مي آيد و هم چنين محدوده كار مشخص مي شود در مرحله بعد روي

نقشه توپوگرافي و محدوده كار بايد طراحي خطوط عمق يابي انجام گيرد. خطوط عمق يابي مسيرهاي حركت قايق براي اندازه گيري عمق و نقاط درون آب طراحي مي‌شوند. اين طراحي بايد به گونه اي باشد كه اولا تهيه و نمايش نقشه با دقت لازم را تأمين كند و نيز از نظر اقتصادي بهترين و كم هزينه ترين روش را مشخص كند و ثانيا اطمينان لازم براي كاربر را ايجاد كند. به عبارت ديگر تمام منطقه كار را پوشش دهد.
اين خطوط، مستقيم و با فاصله يكسان از هم طراحي مي‌شوند. و معمولا عمود بر ساحل و در جهت افزايش يا كاهش عمق آب طراحي مي‌گردند تا بتوانند تغيير شيب و منحني ميزان بستر دريا را نمايش دهند.

هم چنين عمود بر اين خطوط، خطوط ديگري طراحي مي‌شوند كه فاصله اي بسيار بيشتر از هم دارند و براي كنترل کار از آنها استفاده مي‌گردد.
در مرحله بعد قايق يا كشتي كه دستگاه عمق ياب روي آن متصل است بايد بر اساس اين خطوط در آب حركت كند و در فاصله ۲٫۵ cm در مقياس نقشه هم زمان هم عمق اندازه گيري شود و هم نقطه‌اي كه عمق درآن اندازه گيري شده است تعيين موقعيت گردد. ( در كارهاي دقيق تر فاصله نقاط را ۰٫۵cm در مقياس نقشه مي‌گيرند )
نقاطي كه در آن ها عمق و مختصات اندازه گيري مي‌شود را اصطلاحأ فيكسه مي‌گويند. از آنجا كه در روش معمول ( تقاطع از دو ايستگاه ثابت در ساحل ) بايد سه گروه به انجام مشاهدات بپردازند هماهنگي بين گروههاي كاري اهميت بسيار زيادي دارد اين كار با قرائت زمان، در هر قرائت عمق يا زاويه انجام مي‌گيرد و هم زماني مشاهدات يكي بودن فيكسه را مشخص مي‌كند.
در مرحله بعد عمق هاي اندازه گيري شده به نقاط شماره گذاري شده كه تعيين مختصات نيز شده‌اند نسبت داده مي‌شود و نقشه با استفاده از اين نقاط تهيه مي‌شود و توپوگرافي بستر دريا به وسيله منحني ميزان نمايش داده مي شود.
استفاده از سیستم LIDAR در هیدروگرافی

یکی از سیستم های جدید گردآوری اطلاعات توپوگرافی و اصول روش های تهیه نقشه استفاده از سیستم های لیدار است که هرچند مدت زیادی از پیدایش و استفاده از این تکنولوژی نمی گذرد ولی به سرعت جای خود را در بین روش های گردآوری اطلاعات در رشته نقشه برداری باز نموده است
اساس کار سیستم های لیدار اندازه گیری فاصله به کمک شعاع لیزر است که با داشتن موقعیت نقطه تابش شعاع لیزر و هم چندین المان های توجیه خارجی ابزار اندازه گیری – مشابه وضعیت توجیه خارجی در سیستم های عکس برداری هوایی – امکان محاسبه مختصات نقطه اندازه گیری شده وجود خواهد داشت.

نمونه ای از خروجی یک سیستم لیدار
هر چند می توان به روش های رایج فتوگرامتری نیز به همین اطلاعات رسید ولی به دلیل برخی از محدودیت های که در روش فتوگرامتری وجود دارد استفاده ازاین روش خصوصا در نواحی که تهیه مدل رقومی زمین از اهمیت بیشتر برخوردار است و عوارض پلانیمتری با اختلاف ارتفاع زیاد در آن کم است می تواند روش به مراتب سریع تر و کم هزینه تری باشد چرا که در روش فتوگرامتری برای رسیدن به مختصات هر نقطه نیاز به اخذ حداقل دو تصویر با شرایط هندسی خاص است در خالی که در روش لیدار مختصات هر نقطه صرفا به کمک یک اندازه گیری قابل محاسبه است .

در ثانی در روش فتوگرامتری برای رسیدن به حالت بهینه هزینه و دقت باید ابزار اندازه گیری در سیستم پرنده ای نصب شود که امکان پرواز در ارتفاع مورد انتظار را داشته باشد و در همچنین توانایی حفظ پایداری سیستم برای اخذ تصاویر قائم را داشته باشد به صورتی که المان های دوران فی و امگا و کاپا ی تصویر کوچک باشند. در حالی که در سیستم های لیدار هرچند نمی توان گفت این پارامتر ها حذف شده اند ولی به مراتب کم اهمیت تر از روش فتوگرامتری می باشند لذا دامنه انتخاب وسیله پرنده و همچنین محدودیت های پروازی خصوصا در نواحی کوهستانی شدید با ارتفاع پرواز پایین که در روش فتوگرامتری باعث بروز محدودیت های زیادی می کند در روش مبتنی بر سیستم های لیدار این محدودیت ها به مراتب کمتر است.

حال چند صباحی است که با افزایش دامنه برد و قابلیت های نفوذ شعاع لیزر و همچنین مدل سازی اختلاف بین باز تاب شعاع لیزر از سطح آب و بازتاب کف دریا ، امکان استفاده از همین تکنولوژی در عمق یابی و تهیه نقشه های هیدروگرافی نیز بوجود آمده است و سیستم های تجاری آن نیز در دسترس جامعه نقشه برداری قرار گرفته است بگونه ای که حتی برخی از شرکت های نقشه برداری حوزه خلیج فارس نیز امکان ارائه خدمات در این زمینه را دارا می باشند – امیدواریم جامعه نقشه برداری کشور نیز در این زمینه هر چه زودتر فعال گردند