poročilu
Zavod za varstvo pri delu Center za fizikalne meritve Št: LFIZ-20140066/1 – FD Laboratorij za fizikalne meritve Datum: 19.12.2014 STROKOVNE PODLAGE ZA VZPOSTAVITEV SISTEMA NADZORA NAD PODVODNIM HRUPOM V SKLADU Z DIREKTIVO O MORSKI STRATEGIJI (DIREKTIVA 2008/56/ES) 2. FAZA Naročnik: INŠTITUT ZA VODE REPUBLIKE SLOVENIJE Hajdrihova 28c 1000 Ljubljana Poslano: 2 x naročnik 1 x arhiv ZVD (kopija poročila) Člani projektne naloge: dr. Ferdinand Deželak, univ.dipl.inž. Luka Čurović, dipl.fiz.un. Jernej Jenko, dipl.var.inž. Poročilo pripravili: dr. Ferdinand Deželak, univ.dipl.inž. Luka Čurović, dipl.fiz.un. Jernej Jenko, dipl.var.inž. Dokument vsebuje 55 strani. Poročilo je dovoljeno reproducirati samo v celoti. Chengdujska cesta 25, 1260 Ljubljana - Polje, Slovenija • T +386(0)1 585 51 00 • F +386(0)1 585 51 01 • E [email protected] • W www.zvd.si Davčna št.: 21282692 • ID št. za DDV: SI21282692 • Matična št.: 5055580 • Vpis družbe: Okrožno sodišče v Ljubljani, vložna št.: 10024700 • Osnovni kapital: 779.402,44 EUR Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD KAZALO: DEL I - UVOD ....................................................................................................................................... 5 DEL II - MERITVE PODVODNEGA HRUPA ................................................................................. 6 1. 2. 3. UPORABLJENE KOLIČINE IN METODOLOGIJA.................................................................. 6 1.1 Osnovni kazalci podvodnega hrupa ...................................................................................... 6 1.2 Indikatorji podvodnega hrupa ............................................................................................... 8 MERITVE AMBIENTNEGA PODVODNEGA NA REŠREZENTATIVNIH LOKACIJAH .... 9 2.1 Splošno .................................................................................................................................. 9 2.2 Lokacija meritev.................................................................................................................... 9 2.3 Rezultati meritev ................................................................................................................. 10 2.4 Zaključek ............................................................................................................................. 12 MERITVE PODVODNEGA HRUPA PRI POGLABLJANJU KONTEJNERSKEGA TERMINALA .................................................................................................................................... 13 3.1 Splošno ................................................................................................................................ 13 3.2 Lokacija meritev.................................................................................................................. 13 3.3 Rezultati meritev ................................................................................................................. 14 3.4 Zaključek ............................................................................................................................. 16 DEL III – MODELIRANJE PODVODNEGA HRUPA .................................................................. 17 1. UVOD ........................................................................................................................................ 17 2. RAZŠIRJANJE PODVODNEGA HRUPA ................................................................................ 18 3. 4. 2.1 Ambientni hrup ................................................................................................................... 18 2.2 Geometrijska divergenca ..................................................................................................... 19 2.3 Absorpcija zvoka ................................................................................................................. 19 2.4 Vpliv zračnih mehurčkov .................................................................................................... 20 2.5 Hitrostni profili in lom valovanja ........................................................................................ 21 2.6 Interakcija zvoka z morskim dnom in gladino .................................................................... 22 2.7 Napoved ravni zvoka ........................................................................................................... 23 2.8 Značilnosti vira zvoka ......................................................................................................... 23 FIZIKALNI MODELI ...................................................................................................................... 24 3.1 Akustični model za razširjanje zvoka .................................................................................. 26 3.2 Preprosti modeli .................................................................................................................. 31 3.3 Širokospektralni hrup .......................................................................................................... 31 3.4 Metoda končnih elementov ................................................................................................. 32 3.5 Uporaba modelov ................................................................................................................ 32 KARTIRANJE ............................................................................................................................... 33 Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 3/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD 4.1 Podatki o ladijskem prometu ............................................................................................... 33 4.2 Spekter virov SL.................................................................................................................. 33 4.3 Parametri okolja .................................................................................................................. 34 4.4 Model razširjanja hrupa....................................................................................................... 36 4.5 Ekvivalentna raven hrupa zaradi ladijskega prometa .......................................................... 47 5. ZAKLJUČEK ................................................................................................................................. 49 6. LITERATURA ............................................................................................................................... 49 DEL IV - POROČILO O UDELEŽBI NA SESTANKU 7TH MEETING TECHNICAL GROUP UNDERWATER NOISE .................................................................................................................... 51 Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 4/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD DEL I - UVOD Poročilo z naslovom Strokovne podlage za vzpostavitev sistema nadzora nad podvodnim hrupom v skladu z Direktivo o morski strategiji (Direktiva 2008/56/ES) 2. faza je razdeljeno na štiri dele. V drugem delu so prikazani rezultati kratkotrajnih meritev podvodnega hrupa na nekaterih reprezentativnih lokacijah v Slovenskem morju in rezultati meritev podvodnega hrupa pri poglabljanju Luke Koper. V tretjem delu je podan pregled razpoložljivih matematično fizikalnih modelov in algoritmov, ki se najpogosteje uporabljajo pri modeliranju podvodnega hrupa. Glede na strokovno literaturo in posvetovanje z eksperti s področja podvodnega hrupa v okviru tehnične skupine TG Noise je bil kot vzorčen model izbran model, ki rešuje parabolično oblike Helmholtzove valovne enačbe in je implementiran v algoritmu GEO. Prikazana je tudi uporaba modela na primeru ladijskega hrupa. Četrti del je poročilo o udeležbi in organizaciji tehnične skupine TG Noise v Ljubljani. Poročilo o osnutku metod za izvajanje monitoringa podvodnega hrupa, skupaj z analizo vplivnih faktorjev in merilne negotovosti ter predlaganih osnov za predlog ukrepov za zmanjševanje podvodnega hrupa je bil že podan v septembrskem poročilu Strokovne podlage za vzpostavitev sistema nadzora nad podvodnim hrupom v skladu z Direktivo o morski strategiji (Direktiva 2008/56/ES) 1. faza. Iz priloženega obsega del v sklopu te naloge so izvzete prvotno načrtovane kontinuirane meritve podvodnega hrupa. Te so bile prvotno zamišljene na boji sredi morja (na svetilni boji v Koprskem zalivu). Po analizi realnih objektivnih razmer pa je bilo ugotovljeno, da bi bila najprimernejša lokacija za te meritve svetilnik na zahodni strani Debelega Rtiča. Po drugi strani ni bila v roku dobavljena tudi merilna oprema za izvedbo kontinuiranih meritev podvodnega hrupa, prav tako doslej še niso bila na voljo vsa potrebna soglasja za namestitev in kalibracijo merilne opreme in opravljanje meritev v neposredni bližini svetilnika. Pričetek tovrstnih del načrtujemo v februarju leta 2015, njihov zaključek pa v mesecu maju 2015. Temu ustrezno se tudi del stroškov prenese na opisano obdobje v začetku prihodnjega leta. Določene podatke potrebne za register impulznih virov podvodnega hrupa smo zbrali že v septembrskem poročilu (Strokovne podlage 1. faza), vendar njihovo obratovanje ni bilo aktivirano oziroma zaznano. Tipičen primer je bilo prvotno načrtovana razstrelitev ameriške letalske bombe tipa AN-M65 z maso 454 kg in 240 kg eksploziva TNT, katere aktiviranje (prvotno načrtovano za 24.6.2014) je bilo v zadnjem trenutku preloženo. V zvezi s podatki o drugih eksplozijskih virih hrupa smo se povezali tudi z MORS-om ter z njihovim sektorjem za potapljače, kjer so nam obljubili tudi podatke o sonarjih, ki jih uporablja Slovenska vojska. Na njihov odgovor še čakamo. Sistem za zabijanje pilotov, ki se je uporabljal v sklopu gradbenih del za Luko Koper v mesecih februar in marec 2014 pa je bil že podrobneje opisan v prejšnjem poročilu. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 5/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD DEL II - MERITVE PODVODNEGA HRUPA Podvodni hrup v našem akvatoriju je v prvi vrsti posledica vpliva raznih plovil, tako transportov večjih ladij na velikih oddaljenostih, kot tudi vpliva manjših in hitrih plovil na manjših oddaljenostih, zlasti v bližini marin in sidrišč. Hrup večjih plovil na rednih plovbah je v glavnem kontinuiranega oziroma stalnega značaja, za manjša hitra plovila (gliserji, sky jeti) pa ima v znatni meri značaj prehodnih pojavov oziroma nestacionarnega hrupa; pri velikih gostotah manjših plovil v poletnem obdobju pa do neke mere tudi kvazi stacionarnega hrupa. Pri določenih pogojih pa lahko dobi tudi določene značilnosti impulznega hrupa, na primer poskakovanje oziroma udarjanje spodnjega dela hitrih plovil v morsko površino. Meritve dne 14.11.2014 so bile opravljene z namenom spremljanja obremenjenosti Slovenskega morja z ambientnim podvodnim hrupom v jesenskem času. Meritve podvodnega hrupa pri poglabljanju kontejnerskega terminala so bile opravljene z namenom preiskave ravni hrupa v času, ko se izvajajo podvodna dela. 1. UPORABLJENE KOLIČINE IN METODOLOGIJA 1.1 Osnovni kazalci podvodnega hrupa Kot že navedeno, je v našem akvatoriju najbolj prisoten hrup različnih plovil, ki smo ga beležili tekom vsakih meritev. V podvodni akustiki se kot izhodišče za popisovanje emisije hruupa uporablja raven vira, to je raven zvočnega tlaka na oddaljenosti 1 m od vira. Skladno z evropsko direktivo pa se sicer uporabljajo predvsem tri akustične metrike: • RMS raven hrupa za kontinuirani hrup, • Zvočna ekspozicija (sound exposure) za impulzni hrup, • Konična raven (zero to peak pressure level) za impulzni hrup. Vse navedene ravni se v podvodni akustiki zaenkrat obravnavajo kot nevrednotene. RMS raven popisuje efektivno vrednost kvadrata (root mean square) zvočnega tlaka in jo označimo kot pRMS, izraža pa se v pascalih (Pa). Vrednost RMS se tako izračuna s kvadriranjem vrednosti zvočnega tlaka p(t), njegovim povprečenjem (integracijo) preko določenega časovnega intervala t2-t1, na koncu pa se tako povprečena vrednost še koreni, kar se matematično zapiše kot: = () (1) Pri tem sta t1 oziroma t2 časovna trenutka pričetka oziroma zaključka vrednotenja tega povprečja. Zvočno ekspozicijo E dobimo s kvadriranjem zvočnega tlaka preko časovnega intervala, v katerem traja določen dogodek, običajno zvočni impulz. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 6/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD = () (2) Izraža se v enotah Pa2s. Ta količina se lahko vzame tudi kot kazalec za energijo zvočnega vala (po deljenju s specifično akustično impedanco mediuma jo lahko spremenimo, oziroma prikažemo kot gostoto energijskega pretoka). V tej nalogi obravnavamo tudi impulzni hrup v podmorju, katerega izvor je na primer zabijalni sistem za zabijanje pilotov v morju. Pri tovrstnem zaporedju enkratnih oziroma impulznih dogodkov, kot so udarci pri zabijanju pilotov, lahko uporabimo kazalnik SEL (sound exposure level) med trajanjem tega dogodka. SEL je definiran kot raven stalnega hrupa s časom trajanja 1s in z enako energijo kot jo ima izolirani dogodek (to je udarec pri zabijanju pilota), torej z enačbo: () = ∞ (3) kjer je t0 referenčna časovna enota enaka 1s. Seveda lahko SEL izrazimo tudi neposredno preko že definirane zvočne ekspozicije E kot = (4) Pri čemer predstavlja E0 referenčno ekspozicijsko vrednost, enako 1 µPa2s. Pri oceni spreminjajočega se hrupa pa uporabljamo predvsem energijsko ekvivalentno raven, ki je v akustiki definirana kot: () , = (5) kjer je T celotni čas merjenja, p(t) časovno odvisni zvočni tlak in p0 nazivni zvočni tlak (1µPa). Kar v bistvu predstavlja aritmetično sredino. Namesto neskončnih meja za SEL (enačba (3)) v praksi izberemo za spodnjo in zgornjo mejo vrednosti, pri katerih je raven zvočnega tlaka bistveno nižja od konične vrednosti (n.pr. 10 dB), ali ko pade pod raven preostalega hrupa. SEL in Leq sta povezani količini, zato je možno določiti ekvivalentno raven kot posledico prispevkov posameznih dogodkov (na primer posameznih udarcev pri zabijanju pilotov), iz povprečne vrednosti SEL-a za posamezni dogodek in njihovega števila n tekom določenega časa T, kar popisuje naslednja enačba: , = + − (6) pri tem za T upoštevamo obdobje, ki ga ocenjujemo oziroma čas, v katerem predpostavljamo te hrupne dogodke. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 7/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Konična vrednost zvočnega tlaka Lpeak predstavlja najvišjo vrednost zvočnega tlaka v določenem časovnem intervalu. Enota zanjo je Pa. Lahko jo štejemo od pozitivne konice (zgostitve) ali od negativne vrednosti konice (razredčitve) in se zato obravnava do ničelne vrednosti zvočnega tlaka (zero to peak sound pressure). Redkeje se uporablja vsota absolutnih vrednosti konic zgostitvenega in razredčitvenega vala (peak to peak sound pressure). 1.2 Indikatorji podvodnega hrupa Skladno z 9. členom uredbe in direktivo 2010/477/EU je potrebno upoštevati indikatorje za vrednotenje podvodnega hrupa, kot deskriptorja D11. V ta namen se uporabljata dva indikatorja: 1.2.1 Indikator 11.1.1. za nizko in srednjefrekvenčni impulzni hrup Ta indikator obravnava prostorsko in časovno porazdelitev nizko in srednjefrekvenčnega impulznega hrupa in sicer kot delež dni in njihovo porazdelitev v koledarskem letu, kot tudi njihovo prostorsko porazdelitev, znotraj katerih antropogeni hrupni viri presegajo ravni, pri katerih lahko pride do občutnega vpliva na morske živali. Meri se kot ekspozicijska raven SEL (v dB re 1µPa2s) ali kot konična raven zvočnega tlaka Lpeak (v dB re 1µPa) na enem metru, merjen v frekvenčnem območju 10 Hz do 10 kHz. Raven zvočnega tlaka zvoka iz kontinuiranega zvočnega vira je lahko konstantna, nihajoča ali rahlo se spreminjajoča preko določenega časovnega intervala. Kontinuiran hrup je običajno opisan z enoštevilčno vrednostjo, kot ekvivalentna kontinuirana raven zvočnega tlaka v določenem časovnem intervalu. 1.2.2 Indikator 11.2.1. za nizkofrekvenčni kontinuirani hrup Ta indikator obravnava trende v ravni ambientnega hrupa v terčnih pasovih 63 Hz in 125 Hz (središčna frekvenca), in sicer povprečne ravni hrupa v teh pasovih preko leta, v dB re 1µPa RMS, merjenega v statistično reprezentativni množici opazovalnih postaj in/ali pridobljenih z modeliranjem. Trend lahko definiramo kot splošno usmeritev, v katero se določen proces razvija oziroma spreminja. Trend v smislu monitoringa podvodnega hrupa se nanaša na spremembe njegove ravni iz leta v leto ali v daljšem obdobju. Za določitev statistično signifikantnega trenda je potrebno zbiranje in modeliranje oziroma merjenje tekom desetletij. Zato bo trend naraščanja hrupa možno z zanesljivostjo določiti šele enkrat po letu 2020. Do takrat pa je potrebno opravljati vsakoletne meritve oziroma modeliranje in ustrezna letna povprečenja. Technical Sub-group Underwater Noise (TSG Noise) definira impulzni zvok kot zvok, katerega efektiven čas trajanja individualnega zvočnega dogodka ne presega deset sekund in katerega čas Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 8/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD ponavljanja presega štirikratnik tega efektivnega časa trajanja. V tem smislu se upošteva predlog, da so vsi zvoki s časom trajanja manj kot 10 s, ki se ne ponavljajo, prav tako impulzni. 2. MERITVE AMBIENTNEGA PODVODNEGA NA REŠREZENTATIVNIH LOKACIJAH 2.1 Splošno Meritve podvodnega hrupa, smo opravili dne 14.11.2014 na šestih lokacijah v Slovenskem morju. Meritve smo izvajali z modularnima merilnikoma zvoka BK tipa 2270 in BK 2250 ter s hidrofoni BK tipa 8104, ki so bili pred meritvami kalibrirani. Podatke smo obdelali s programsko opremo BK Evaluator tip 7820. Meritve obsegajo predvsem spremljanje kazalnika ambientnega hrupa oziroma energijsko povprečeno raven hrupa znotraj terčnega frekvenčnega pasu s srednjo frekvenco 63 Hz (LEQ63Hz) oziroma 125 Hz (LEQ125Hz) tekom časa merjenja v dB, s katerimi opisujemo obremenitev morja z ambientnim hrupom. Uporabljeni hidrofoni omogočajo meritve podvodnega hrupa v frekvenčnem razponu med 10 Hz in 20 kHz in so tako primerni za spremljanje obeh z Direktivo določenih kazalnikov podvodnega hrupa (kazalnika 11.1.1 in 11.2.1). Modularni merilniki hrupa BK 2270 in BK 2250 izmerjene podatke tudi shranjujejo, zato smo podatke analizirali naknadno v laboratoriju. Poleg stalnega ozadja smo zabeležili tudi nekatere prehodne dogodke, ki so povezani z vožnjo plovil v bližini merilnih mest. Meritve smo opravili v jesenskem času, ko prevladuje predvsem hrup tovornih ladij in vlačilcev. 2.2 Lokacija meritev Meritve smo izvedli na šestih lokacijah na različnih globinah v Slovenskem morju na območju Marine Portorož, Piranske Punte, Luke Koper in v bližini ladijskih koridorjev. Merilna mesta so prikazana na sliki 1. Okvirne zemljepisne dolžine in širine merilnih točk so prikazane v tabeli 1. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 9/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Tabela 1: merilna mesta z dne 14.11.2014 Merilno mesto Lat Lon 1 - - 2 45.5064 13.5875 Pred Marino Portorož 3 45.5330 13.5636 Piranska Punta 4 45.5547 13.5608 Točka B 5 45.6128 13.6236 Točka CZ 6 45.5647 13.6994 Pred Luko Koper Lokacija Na pomolu marine Portorož Slika 1: položaj merilnih mest. Slika je informativna. Vir: https://earth.google.com/ 2.3 Rezultati meritev Rezultati meritev so prikazani v tabeli 2. Terčni frekvenčni spektri oziroma analize so prikazane na sliki 2. Meritve na posameznem merilnem mestu smo izvajali 8 minut. Izvajali smo jih z dvema merilnikom BK tip 2270 in BK tip 2250 na različnih globinah, pri čemer nismo zaznali pomembnejših razlik med obema globinama. V tabeli 2 so poleg ekvivalentnih ravni hrupa LEQ, LEQ63Hz, LEQ125Hz prikazane še globina na kateri se je nahajal hidrofon in globina morja. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 10/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Tabela 2: meritve na šestih lokacijah z dne 14.11.2014 z (m) H (m) LEQ (dB) LEQ63 Hz (dB) LEQ125Hz (dB) 3 9 113.1 89.7 90.2 -vpliv manjšega plovila v marini Portorož 3 9 121.7 90.4 91.8 3.Pred Piransko punto Lat: 45.5331 Lat: 13.5636 -vpliv čolna ribiškega inšpektorja na oddaljenosti cca 25 m 4.Točka B Lat: 45.5547 Lat: 13.5608 3 5 114.3 93.9 92.1 -vpliv barkače na oddaljenosti cca. 30 m 8 20 123.1 92.1 91.8 5 14.1 119.4 91.1 97.8 5 14.1 133.5 120.4 121 -ozadje 5 13.9 113.8 91.8 89.7 -ozadje 5 13.9 114.5 93 91.8 Merilno mesto 1.Na pomolu marine Portorož Lat: Lon: -ozadje 2.Pred Marino Portorož Lat: 45.5064 Lat: 13.5875 5.Točka CZ (ozadje) Lat: 45.6128 Lat: 13.6236 -ozadje -vpliv dveh kontejnerskih ladij na oddaljenosti cca 500 in 1500 m 6.Pred Luko Koper Lat: 45.5647 Lat: 13.6994 V zgornji tabeli se z nanaša na globino hidrofona, H pa globino vode. LEQ je energijsko ekvivalentna raven tekom 8 min, kolikor je znašal čas meritve. LEQ63Hz in LEQ125Hz sta energijsko ekvivalentni ravni hrupa znotraj terčnih frekvenčnih pasov s srednjima frekvencama 63 Hz oziroma 125 Hz. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 11/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 2: terčni frekvenčni ni spekter podvodnega hrupa. Raven ozadja se je gibala med 90 in 100 Hz znotraj celotnega frekvenčnega nega spektra med 50 in 5000 Hz. Izjema je raven ozadja na točki to ki CZ, ki se nahaja bližje ladijskim koridorjem. Višje ravni hrupa so posledica prehodnih hrupnih pojavov (ladijski (ladijski promet v bližini merilnega mesta). V vseh primerih je hrup plovil povezan s povečanjem pove anjem ravni hrupa v nizko in srednjefrekvenčnem področju. čju. Najbolj izrazito izraz je povečanje nizkofrekvenčnega ga hrupa zaradi plovbe kontejnerskih ladij, medtem ko je plovba manjših plovil povezana s porastom srednjefrekvenčnih srednjefrekven komponent hrupa. 2.4 Zaključek Ekvivalentna neutežena raven hrupa LEQ izmerjena dna 14.11.2014 je na večini ini merilnih mest znašala med 113 in 114 dB. Nekoliko višja raven ozadja (LEQ=119dB, LEQ125Hz=97.8 dB) je bila izmerjena v točki ki CZ, ki se nahaja bližje ladijskim koridorjem. Kazalca hrupa LEQ63Hz in LEQ125Hz sta bila pod 100 dB in znašata okoli 90 dB. Iz terčnih ter frekvenčnih nih analiz hrupa je razvidno, da je porast nizkofrekvenčnega nega hrupa povezan predvsem pr s prometom večjih jih in težjih tovornih ladij, medtem, ko manjša plovila povzročajo ajo povišanje srednjefrekven srednjefrekvenčnega hrupa. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 12/55 Strokovne podlage 3. LFIZ-20140066/1- FD MERITVE PODVODNEGA HRUPA PRI POGLABLJANJU KONTEJNERSKEGA TERMINALA 3.1 Splošno Meritve podvodnega hrupa, smo opravili dne 22.08.2014 na območju Luke Koper v času poglabljanja kontejnerskega terminala Luka Koper in vplovnega kanala v pristanišče. Poglabljanje morskega dna se je izvajalo s sesalnim bagerjem Dravo Costa Dorada. Plovilo je opremljeno s sesalno glavo, ki deluje med plovbo. Sesalna glava odstranjuje morski sediment (mulj). Odstranjen material se začasno shrani v podpalubju, od koder se nato po cevovodu prečrpa do kasete (bazena na ankaranski Bonifiki). Samo črpanje traja približno 30 minut. Poglabljanje vplovnega kanala je izvajal rezalno sesalni bager Martin Krpan Meritve smo izvajali z modularnima merilnikoma zvoka BK tipa 2270 in BK 2250 ter s hidrofoni BK tipa 8104, ki so bili pred meritvami kalibrirani. Podatke smo obdelali s programsko opremo BK Evaluator tip 7820. Meritve obsegajo predvsem spremljanje kazalnika ambientnega hrupa oziroma energijsko povprečeno raven hrupa znotraj terčnega frekvenčnega pasu s srednjo frekvenco 63 Hz (LEQ63Hz) oziroma 125 Hz (LEQ125Hz) tekom časa merjenja v dB, s katerimi opisujemo obremenitev morja z ambientnim hrupom. Uporabljeni hidrofoni omogočajo meritve podvodnega hrupa v frekvenčnem razponu med 10 Hz in 20 kHz in so tako primerni za spremljanje obeh z Direktivo določenih kazalnikov podvodnega hrupa (kazalnika 11.1.1 in 11.2.1). Modularni merilniki hrupa BK 2270 in BK 2250 izmerjene podatke tudi shranjujejo, zato smo podatke analizirali naknadno v laboratoriju. 3.2 Lokacija meritev Meritve smo izvedli na območju Luke Koper v bližini kontejnerskega terminala. Lokacija posameznih merilnih mest je prikazana v tabeli z rezultati meritev. Okvirne koordinate merilnih točk so prikazane v tabeli 3 in sliki 3. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 13/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Tabela 3: merilna mesta Merilni mesto Lat Lon 1 45.5531 13.7287 Costa dorada dreadging 2 45.5537 13.7228 Martin Krpan 3 45.5527 13.7209 Martin Krpan 4 45.5533 13.7203 Martin Krpan 5 45.5616 13.7024 Hrup ozadja na odprtem morju 6 45.5534 13.7294 Plutje Costa Dorada Opomba Slika 3: položaj merilnih mest. Slika je informativna. Vir: https://earth.google.com/ 3.3 Rezultati meritev 20. julija je z delom pričel nizozemski bager Dravo Costa Dorada. Njegova naloga je bila poglobiti morsko dno ob kontejnerski obali na -14 metrov. Plovilo, ki je bilo zgrajeno leta 1987 meri v dolžino 86 m, v širino pa 14 m. Je sesalni bager, ki deluje med plovbo. Proces poglabljanja se prične tako, da sesalno glavo z bagra spustijo na morsko dno ter pod visokim pritiskom v mulj vbrizgajo vodo da ga zmehčajo in razredčijo. S sesanjem nato mešanico vode in mulja odložijo v skladišče na palubi. Ko ga napolnijo odplujejo na mesto praznjenja. Material pridobljen s poglabljanjem so prečrpali v tretjem bazenu. Celoten proces polnjenja in praznjenja je trajal cca 2 ur. Bager pa je delal 24 ur na dan in 7 dni v tednu. Vsak dan je približno dvajsetkrat opravil pot iz prvega v tretji bazen. Na bagru Dravo Costa Dorada delata dve 20-članski ekipi. Pot, ki jo je bager Costa Dorada opravil tekom dneva je prikazana na sliki 4. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 14/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 4: fotografija prikazuje kako se bager Costa Dorada premika med poglabljanjem in praznjenjem prečrpanega materiala. Vir: https://earth.google.com/, https://www.marinetraffic.com/ Rezultati meritev so prikazani v tabeli 4. Terčni frekvenčni spektri oziroma analize so prikazane na sliki 5. V tabeli 4 so poleg ekvivalentnih ravni hrupa LEQ, LEQ63Hz, LEQ125Hz prikazane še globina na kateri se je nahajal hidrofon in globina morja. Tabela 4: meritve poglabljanja z dne 22.8.2014 Merilno mesto 1.Lat: 45.5531 Lon: 13.7287 Costa dorada dreadging na oddaljenosti 180-515m 2.Lat: 45.5537 Lon: 13.7228 Martin Krpan na oddaljenosti 70 (vpliv sesanja in rezanja) 3.Lat: 45.5527 Lon: 13.7209 Martin Krpan na oddaljenosti 81 (brez sesanja) 4.Lat: 45.5533 Lon: 13.7203 Martin Krpan na oddaljenosti 120 (brez sesanja) z (m) H (m) LEQ (dB) LEQ63 Hz (dB) LEQ125Hz (dB) 5 13.5 130.7 115.9 121.2 5 12.1 137.3 122.6 128 5 12.1 134.1 119.1 126.3 5 12.1 129.9 118.2 122.6 5 17.9 118.9 103.1 110.7 4 5.5 121.3 95 100 5.Lat: 45.5616 Lon: 13.7024 Hrup ozadja na odprtem morju 6.Lat: 45.5534 Lon: 13.7294 Plutje Costa Dorada Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 15/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD V zgornji tabeli se z nanaša na globino hidrofona, H pa globino vode. LEQ jee energijsko ekvivalentna raven tekom 8 min, kolikor je znašal čas meritve. LEQ63Hz in LEQ125Hz sta energijsko ekvivalentni ravni hrupa znotraj terčnih frekvenčnih nih pasov s srednjima frekvencama 63 Hz oziroma 125 Hz. ni spekter podvodnega p hrupa. Raven ozadja se je gibala med 100 in 105 Hz znotraj Slika 5: terčni frekvenčni frekvenčnega nega spektra med 50 in 5000 Hz. Najvišje ravni hrupa so bile izmerjene v bližini bagerja Martin Krpan, ki pri delu tudi reže v morsko dno. Poglabljanje Costa Dorade je povezano z nizkofrekvenčnimi nizkofrekvenč komponentami hrupa. 3.4 Zaključek Ekvivalentna neutežena raven hrupa LEQ zaradi poglabljanja izmerjena dna 22.08.2014 22.08 je na večini merilnih mest na območju ju Luke Koper znašala nad 130 dB, kar pomeni cca. 30 dB nad ozadjem. Iz terčnih frekvenčnih nih analiz hrupa je razvidno, da so povišane ravni hrupa povezane predvsem z porastom nizko in srednjefrekvenčnih srednjefrekvenč komponent hrupa, ki se lahko širijo na daljše razdalje. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 16/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD DEL III – MODELIRANJE PODVODNEGA HRUPA 1. UVOD Indikator 11.2.1 je bil skladno z Odločitvijo Komisije 2010/477/EU (CD) [1] definiran kot trend letnega povprečja ravni zvočnega tlaka (SPL), ki je povezan z ambientnim hrupom znotraj terčnih frekvenčnih pasov s centralnima frekvencama 63 Hz in 125 Hz. Raven zvočnega tlaka se podaja v enotah dB z referenčno vrednostjo 1 µPa. Indikator 11.2.1 se spremlja z meritvami na podvodnih merilnih postajah ali pa s pomočjo akustičnih modelov, s katerim lahko interpoliramo ravni hrupa med posameznimi merilnimi točkami. Najbolj priporočljiva je prav kombinacija meritev in modelnih izračunov. V povezavi z monitoringom indikatorjev hrupa 11.1.1 in 11.2.1 je tehnična skupina (MFSD Technnical subgroup on underwater noise – TG noise) izdala priporočila za izvajanje monitoringa ambientnega hrupa [2], [3] in [4], kjer priporočajo izvajanje meritev v kombinaciji z modelnimi izračuni in izdelavo kart hrupa. S kombinacijo obeh metod je določanje kazalcev dobrega stanja okolja bolj učinkovito, saj: • s pomočjo modelov hrupa lažje in hitreje določimo trend hrupa, • s kombinacijo modeliranja in meritev, lahko z manjšim številom merilnih postaj učinkoviteje pokrijemo večjo površino morja, • na podlagi modelnih izračunov se lažje odločimo o namestitvi merilnih postaj (npr. izberemo merilna mesta, kjer ladijski hrupa prevladuje v primerjavi z drugimi viri podvodnega hrupa), • z modeli hitreje odkrijemo območja, ki odstopajo od dobrega stanja okolja in z njihovo pomočjo hitreje spoznamo vplive podvodnega hrupa na okolje. Slovensko morje sodi med plitva morja (meja med plitvim in globokim morjem je v prvem približku postavljena pri 200 m globine, ko postane interakcija zvočnih valov z morsko gladino odločilen dejavnik pri obravnavi razširjanja zvoka v vodnem mediju). Trendi nizkofrekvenčnega podvodnega ambientnega hrupa v plitvih vodah niso znani. Pričakovati pa je, da se trendi v plitvih vodah razlikujejo od trendov v globokih vodah [3], zaradi vrste plovil, ki pljujejo v plitvih vodah in značilnosti razširjanja zvočnega valovanja v plitvih vodah. Prav tako je prostorska porazdelitev hrupa v plitvih vodah razpršena. To je zaradi bližine virov (s tem se poveča verjetnost za prehodne oblike zvoka z visoko amplitudo) [3]. TG noise v svojih priporočilih prav tako svetuje, da državam članicam ni potrebno opisati celotnega zvočnega polja v svojih vodah. Meritve so potrebne za kalibracijo modelov, pri tem pa je potrebno upoštevati, da so meritve podvržene spremembam v npr. klimatoloških pogojih ali pa pride do spremembe plovnih poti, tovrstne spremembe pa lahko hitreje obravnavamo z akustičnimi modeli. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 17/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD V nadaljevanju poročila opisujemo fizikalne osnove razširjanja zvoka v morskem okolju, obravnavamo najbolj uporabljene akustične modele, ki opisujejo razširjanje zvočnega valovanja v slani vodi in prikažemo kako lahko matematične modele uporabljamo pri izdelavah kart hrupa. Pri izdelavi karte hrupa in modeliranju razširjanja zvoka smo sledili priporočilom tehnične skupine in pregledali, kako so bile izdelane do sedaj obstoječe karte hrupa na področju EU [4]. Karte hrupa so bile izdelane v sklopu naslednjih projektov: • karte hrupa o hrupu ladij in eksplozij v Nizozemskem Severnem morju [5], • karte hrupa v Irskem morju [6], • projekt BIAS za Baltik [7], • izdelava modelov hrupa v Nemčiji [8]. Modeliranje podvodnega hrupa je obravnavano tudi v priporočilih NPL [9], kartiranje hrupa zaradi ladijskega prometa v vodah Britanske Kolumbije (Kanada) je podrobno opisano tudi v poročilih WWF (World Wildlife Fund) Kanada [10] in [11]. 2. RAZŠIRJANJE PODVODNEGA HRUPA 2.1 Ambientni hrup Ambientni hrup je ozadje zvoka na določeni lokaciji v določenem časovnem obdobju. V odprtem oceanu prevladuje nizkofrekvenčni hrup oddaljenih ladij in vpliv bioloških virov ter visokofrekvenčni šum zaradi vetra. Hrup ladijskega prometa je prevladujoč v frekvenčnem območju med 20 in 500 Hz. Glede na obstoječe raziskave pričakujemo, da se hrup zaradi ladijskega prometa povečuje za okoli 2.53 dB na dekado v frekvenčnem območju med 30 in 50 Hz [12]. Stalno ozadje lahko preglasijo občasni viri hrupa npr. ribje jate, morski sesalci ali dež. Pomemben vir hrupa so tudi rakci, ki povzročajo širokospektralni zvok z visoko amplitudo. Pri razširjanju zvoka je najbolj očitno zmanjševanje njegove intenzitete zaradi geometrijske divergence in absorpcije akustične energije v mediju po katerem se širi. Zmanjševanju zvočne intenzitete pravimo slabljenje zvoka (ang. transmission loss) in nam pove kako se amplituda zvočnega signala zmanjšuje z oddaljenostjo od vira. Slabljenje zvoka označimo s simbolom TL in je podamo v enotah dB. Dejavniki, ki vplivajo na razširjanje zvočnega valovanja so v splošnem: • geometrijska divergenca zvoka od vira proti sprejeniku, • absorpcija zvoka v morski vodi in morskem dnu, • interakcija zvoka na vodni površini (odboj in sipanje), Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 18/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD • interakcija in prepustnost zvoka na morskem dnu, • lom zvočnega valovanja zaradi gradienta hitrosti vzdolž vodnega stolpca in na poti proti sprejemniku, • batimetrija oziroma globina vode na poti med virom zvoka in sprejemnikom, • razne naravne in umetne ovire • globina vira in sprejemnika. Vsi dejavniki so načeloma odvisni od frekvence. 2.2 Geometrijska divergenca Razširjanje akustičnega vala od vira pomeni, da se akustična energija širi po večji površini. Ker se energija ohranja, pomeni, da se intenziteta zmanjšuje obratno sorazmerno s površino. V najpreprostejši obliki obravnavamo širjenje zvoka od točkastega izotropnega vira v neskončnem homogenem mediju. Pri tem govorimo o kroglenem razširjanju valovanja, kjer je jakost (I) med dvema točkama, ki sta različno oddaljena od vira enaka razmerju površin dveh krogel z radijem R1 in R2: "# "$ & ( = %&$ ' # (2.1) Slabljenje zvoka TL zaradi geometrijske divergence je potem enaka: & ' � )* = 20 log % (2.2) kjer je R1m referenčna oddaljenost enaka 1 m, R pa je oddaljenost vira od preiskovane lokacije. TL izražamo v enoti dB. 2.3 Absorpcija zvoka Do absorpcije zvoka v vodnem mediju pride zaradi viskoznosti in kemične relaksacije ionov. Lokalno zmanjšanje amplitude zvoka je sorazmerno sami amplitudi zvočnega tlaka. Zato zvočni tlak z oddaljenostjo upada eksponentno: 1(2, 3) ≈ 56 781(−92) & Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS (2.3) Str. 19/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD kjer je γ absorpcijski koeficeint v enotah m-1, R je oddaljenost od vira. Ker ponavadi razširjanje zvoka obravnavamo v logaritemski skali pomeni, da je absorpcija zvočnega valovanja sorazmerna z oddaljenostjo kot to podaja enačba 2.4. V morski vodi je absorpcija posledica viskoznosti vode in kemijske relaksacije ionov MgSO4 in B(OH)3, ki so raztopljeni v vodi. V praksi se največkrat uporablja model Francois Garrison [13], ki upošteva viskoznost in kemijsko relaksacijo, frekvenco valovanja, slanost, temperaturo, globino in pH vrednost vode. Model se matematično zapiše z enačbo 2.4. ;< )*: = =>>> (2.4) kjer je r oddaljenost preiskovane lokacije od vira hrupa v km. Α je absorpcijski koeficient v dB/km podan z enačbo: C C$ ? = 0.106 C$#DC$ 7 # EFGH 6.IJ L O C C$ Q U W + 0.52 %1 + MN' NP C$$DC$ 7 J + 4.910 M T ( 7 $VD#V (2.5) $ kjer sta koeficienta f1=0.78(S/35)0.5 exp(T/26) in f2=42 exp(T/17), pH je pH vrednost, f je frekvenca v kHz in α absorpcijski koeficient v dB/km. T je temperatura in S slanost v promilih ‰. Enačba 2.5 je veljavna v območju temperatur med -60C in 350C, pH med 7.7 in 8.3, slanosti med 5 in 50 promilov in globina med 0 km in 7 km. Absorpcija naglo narašča s frekvenco, zaradi česar se visoke frekvence ne morejo razširjati daleč od zvočnega vira. Pri vseh frekvencah je absorpcija zvoka v vodi precej nižja kot v zraku, zaradi česar lahko zvok v vodi potuje na dolge razdalje. Primerjavo med absorpcijo zvoka v zraku in morski vodi pri različnih frekvencah je podana v spodnji tabeli ([14]). Frekvenca (Hz) Absorpcija v suhem zraku (dB/km) Absorpcija v slani vodi (dB/km) 10 0.15 0.0033 100 1.20 0.0045 1000 1.50 0.0690 10000 60.00 1.2000 2.4 Vpliv zračnih mehurčkov Zračni mehurčki nastanejo zaradi gibanja morske gladine, in zaradi ladijskega ugreza. Pri tem dobimo nehomogeno plast proti površju vode in dobimo dodatno atenuacijo. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 20/55 Strokovne podlage 2.5 LFIZ-20140066/1- FD Hitrostni profili in lom valovanja Meritve hitrosti zvoka so kompleksne in težko izvedljive. Hitrost zvoka v vodi se povečuje s temperaturo, slanostjo in globino ( oziroma hidrostatskim tlakom). Hitrost zvočnega valovanja v vodi navadno določamo na podlagi parametrov, ki vplivajo na hitrost zvoka v vodi. V literaturi se zaradi preprostosti največkrat uporablja model oziroma enačba, ki jo predlaga Medwin [15]: X = 1449.2 + 4.6) − 0.055) ( + 0.00029) N + (1.34 − 0.01))(Z − 35) + 0.016[ (2.6) kjer je c hitrost zvoka v m/s, T je temperatura v 0C, S slanost v promilih ‰ in z globina vode v m. Enačba 2.6 velja za globine do 1000 m. Temperatura: v splošnem se temperatura vode znižuje z globino morja. Časovna in prostorska spremenljivost je največja v površinskih plasteh (zaradi mešanja, sončnega ogrevanja, tokov in zunanjih vplivov). Po določeni globini (v zaprtih morjih kot npr. Mediteran ta globina znaša okoli 100 do 200 m) so spremembe temperature z globino in razdaljo majhne. Fluktuacije temperature so majhne. Globina: zaradi hidrostatskega tlaka se hitrost zvoka povečuje približno linearno z globino. V našem akvatoriju so globine majhne in ne presegajo 40 m. Slanost: povprečna slanost oceanov znaša 35 promilov, vendar lahko variira lokalno glede na hidrološke značilnosti. Povprečna slanost zaprtih morij je odvisna od izparevanja in dotokov sladke vode. Tako povprečna slanost Mediterana znaša 38 promilov, v Baltiku pa, zaradi številnih dotokov sladke vode, 14 promilov [12]. Lokalno gledano se slanost le malo spreminja z globino (od 1 do 2 %), razen na površini, kjer so prisotni prilivi sladke vode. Slanost v severnem Jadranu znaša okrog 36 %, sicer pa se zmanjšuje ob izlivih rek (Soče, Dragonje, Rižane). Za potrebe modeliranja predpostavimo, da je hidrološko okolje horizontalno stratificirano. To pomeni, da se hitrost spreminja le z globino, kar nam olajša modeliranje razširjanja hrupa. Hitrostne profile lahko v splošnem razdelimo v več plasti: • v homogeni mešani plasti je hitrost zvoka konstantna. Nastane zaradi mešanja vode v prvih nekaj metrih vodnega stolpca. • Površinski kanal nastane zaradi naraščanja hitrosti zvoka v vodi z globino, pri čemer se temperatura le malo spreminja. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 21/55 Strokovne podlage • LFIZ-20140066/1- FD Termoklina pomeni monotono variacijo temperature z globino. Temperatura ponavadi z globino pada. Zaradi naglega padca temperature se zmanjšuje tudi hitrost. • Globoki zvočni kanal se pojavi, kjer je hitrost zvoka minimalna. V oceanskih vodah se globoki zvočni kanal (SOFAR channel) pojavi na globini med 100 in 2000 m. V vodnem kanalu se zvok ne širi več vertikalno ampak se zvočni valovi zaradi loma širijo le po kanalu. Ker ni odbojev, je atenuacija zvoka majhna. Ker je poleg tega absorpcija nizkofrekvenčnega zvoka majhna, se lahko tak zvok širi zelo daleč. • Izotermalna plast pomeni konstantno temperaturo. Hitrost zvoka potem narašča linearno z globino. V oceanih je to globoko področje, medtem ko je v zaprtih morjih npr. v Mediteranu izotermalno področje v celotnem stolpcu. Pri krajših razdaljah (do nekaj km) od vira lom zvoka ne igra pomembne vloge [12]. 2.6 Interakcija zvoka z morskim dnom in gladino Zaradi velikih razlik v zvočni impendanci med vodo in zrakom, gladka vodna površina deluje za zvočne valove kot zrcalo. Zvok se pri tem od gladine vode odbije z nasprotno fazo (negativni tlak postane pozitiven in obratno). V praksi vodna površina ni gladka, zato se nekaj zvočne energije izgubi zaradi sipanja. Sipanje zvoka je odvisno od njegove valovne dolžine, od valovne dolžine površinskih valov in kota pod katerim zvok vpada na vodno površino. Sipanje je večje pri krajših valovnih dolžinah zvoka, pri daljših valovnih dolžinah valov in večjem vpadnem kotu. Velike razlike v akustični impendanci med vodo in zrakom izkoriščamo pri omilitvenih ukrepih in uporabi zvočne zavese iz zračnih mehurčkov. Interakcija zvoka z morskim dnom je bolj zapletena. Hitrost longitudinalnega valovanja zvoka v morskem sedimentu je navadno višja in zvok, ki se širi po morskem dnu načeloma lahko doseže sprejemnik pred direktnim zvokom, ki prihaja od vira. Sedimenti zgornjega dela morskega dna so navadno prepojeni z vodo in jih lahko v prvem približku obravnavamo kot tekočino. Odboj zvoka od tal je močno povezan z debelino posamezne plasti. Prav tako sta lom in odboj povezana tudi z vpadnim kotom valovanja ter od lastnosti morskega dna. 2.6.1 Propagacija zvoka v nizki vodi Plitva voda je v splošnem voda do globine cca. 200 m, kjer prihaja do izraza interakcija zvoka z vodno gladino in morskim dnom. Za opis zvočnega polje v plitvih morjih je potrebno upoštevati tudi strukturo morskih tal. Površina in morsko dno delujeta kot meji in tvorita kanal po katerem zvok potuje podobno kot v valovnem vodniku. V plitvih vodah in kanalih ne dopuščajo propagacije nizko frekvenčnih signalov. Zaradi tega v plitvih vodah vpeljemo kritično frekvenco f0 (ang. cut off frequancy), kjer se zvočni valovi in zvočna energija slabše širi. Kritično frekvenco lahko določimo z enačbo [9]: Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 22/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD \ 6 T> = M] ^_` a (2.7) b kjer je c0 hitrost zvoka v vodi, θc pa je kritičen kot podan z enačbo: c\ = cos = \6 \# (2.8) kjer je c1 hitrost zvoka v morskem sedimentu. Frekvence, ki so manjše od kritične frekvence se ne širijo skozi kanal globine H. 2.7 Napoved ravni zvoka Raven zvoka na določeni točki je odvisna od značilnosti vira (spekter, usmerjenost, moč) in izgub pri transmisiji t.i. transmission loss (TL), ki je odvisna od frekvence, razdalje, batimetrije, hitrostnega profila in značilnosti morskega dna. 2.8 Značilnosti vira zvoka Najbolje je, da značilnosti vira določimo z meritvami, kar pa večkrat ni praktično izvedljivo. Zato uporabimo ustrezne empirične modele [5],[10],[11]. Pri tem se največkrat uporablja model ameriške mornarice RANDI [16]. Jakost vira zvoka podajamo z ravnijo vira SL (ang. source level). Ta je odvisen od dolžine in hitrosti plovila. Kadar modeliramo ladijski hrup navadno plovila razvrstimo v razrede in za vsak razred upoštevamo povprečno dolžino in hitrost [16]. SL posamezne ladje izračunamo z empirično enačbo, ki temelji na Rossovi enačbi [16]: Z*(T, f, g) = Z*> (T) + 60 log(f/12) + 20 log(g/300) + iT ∙ ig (2.9) kjer je l dolžina ladje v čevljih (ang. feet), f je frekvenca, v je hitrost ladje v vozlih (kt), SL0 je referenčna raven vira, df in dl sta podani z enačbami: 8.10 ≤ T ≤ 28.4n[ p iT = k 22.3 − 9.77 log T 28.4n[ ≤ T ≤ 191.6n[ (2.10) ig = g=.=P /3643.0 Referenčni vir SL0 je podan z enačbo: Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 23/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Z*> = −10 10 logt10 =.>u vwx C =M.NM + 10N.N( vwx C (=.M(P y 0 ≤ T ≤ 500n[ Z*> = 173.2 2 − 18 log T T z 500n[ (2.11) Spektri posameznih plovil so prikazani na sliki 2.1. ( posameznih razredov plovil. Slika 2.1: Spekter ravni vira (SL) 3. Fizikalni modeli Z matematično no fizikalnimi modeli skušamo izra izračunati in predvideti eti celotno zvočno zvo polje danega prostora. Vsi akustični ni modeli temeljijo na valovni enačbi: ena = = ( 3)) ∙ s { q(r, s1(r, 3)~ − \(r)$ |(r,}) $ 5(r,}) $ } = (r, 3) (3.1) \ kjer je ρ gostota ostota medija v katerem se širi zvok, p je zvočni ni tlak vala, ki se propagira po prostoru kot funkcija časa t, r je radij vektor, s je operator vektorskega odvajanja, F je vsiljeni člen, ki predstavlja akustične vire. V večini ini primerov se gostota vode na ra razdaljah, zdaljah, ki nas zanimajo pri obravnavi razširjanja hrupa ne spreminja dosti zato lahko lahk enačbo 3.1 zapišemo kot: = ( 3) − s( 1(r, \(r)$ $ 5(r,}) $ } = (r, 3) Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS (3.2) Str. 24/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Valovni enačbi 3.1 in 3.2 vsebujeta štiri neodvisne spremenljivke (x,y,z in t). Direktna numerična rešitev valovne enačbe z uporabo metodo končnih elementov ali končnih diferenc ni praktična, zato navadno dimenzijo problema zmanjšamo tako, da v valovno enačbo vstavimo harmonično rešitev oblike: 1(r, 3) = 1(r)781(−3) T(r, 3) = T(r)781(−3) (3.3 a) (3.3 b) kjer je ω krožna frekvenca valovanja enaka ω = 2 π f in je f frekvenca. Od tu dobimo Helmholtzovo enačbo, ki se za posamezno frekvenco zapiše kot: s( 1(r) − (r)( 1(r) = (r) (3.4) kjer je k valovno število enako k(r)=c(r)/ω. V podvodni akustiki se v plitvih vodah večkrat srečamo s cilindrično geometrijo, kjer lahko radij vektor r zapišemo kot funkcijo oddaljenosti od vira r in globine z, r= r(r,z). Na ta način smo število spremenljivk skrčili iz štiri na dve. Za konstantno hitrost c=c0 in če se zaradi enostavnosti omejimo le na razširjanje vala v smeri x se rešitev Helmholtzove enačbe 3.4 zapiše kot: 1(8, 3) = 1> 7 ( } ) (3.5) ki ji pravijo tudi ravni val. Hitrost neviskozne kapljevine v je v odsotnosti zunanjih sil povezana z amplitudo zvočnega tlaka p0 kot: s1 = −q } (3.6) Če v enačbo za hitrost 3.6 delcev vstavimo ravni val 3.5 dobimo relacijo : 1> = qXf> (3.7) kjer je v0 amplituda hitrosti, ρc pa je akustična impendanca medija v katerem se širi valovanje. Pri razširjanju valovanja v izotropnem mediju je rešitev valovne enačbe 3.4 za točkast vir enaka: Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 25/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD 1(2, 3) = 56 ( } &) 7 & (3.8) kjer je R razdalja od točkastega vira. Zgornja enačba opisuje t.i. krogelni val, kjer amplituda tlaka pada obratno sorazmerna z razdaljo R. Ravni in sferični valovi so osnovno orodje pri modeliranju razširjanja valovanja. Z ravnimi valovi obravnavamo lahko lokalno valovanje, na veliki razdalji od vira. S sferičnimi valovi opisujejo polje na majhni oddaljenosti od točkastega vira in ko nas zanima kako amplituda valovanja pad z razdaljo od vira. Ko je gibanje elementarnih delcev vzporedno s smerjo širjenja valovanja govorimo o longitudinalnem valovanju. Tovrstno valovanje srečamo v kapljevinah. V trdnih snoveh poznamo tudi transverzalno valovanje, ko se delci snovi premikajo prečno na smer razširjanja valovanja. Pri modeliranju valovanja v trdni snovi (npr. v skalnatem morskem dnu) bi načeloma morali upoštevati tako longitudinalno kot transverzalno valovanje s čimer pa akustični modeli lahko postanejo precej zapleteni. V vodni akustiki lahko večino valov obravnavamo kot longitudinalne. Pri obravnavi razširjanja valovanja v trdni snovi ali sedimentih pa je potrebno upoštevati še transverzalne valove. Če obravnavamo nizkofrekvenčno zvočno valovanje, se moramo poslužiti tehnik, ki direktno rešujejo valovno enačbo. Pri visokih frekvencah je bolj praktično, če uporabimo zakonitosti geometrijske akustike, predvsem zaradi hitrosti ray tracing algoritmov. Rešitve valovne enačbe so pomembne tudi pri modeliranju nizkofrekvenčnega hrupa zaradi ladijskega prometa, ki je približno stalen. Predvsem v plitvem morju ne moremo predpostaviti, da je morje horizontalno stratificirano, zato je priporočljiva uporaba modelov, ki lahko upoštevajo tudi lokalno batimetrijo, spreminjanje hitrosti zvoka z globino in oddaljenostjo od vira in tip sedimenta, s čimer pa se povečuje kompleksnost problema in računska zahtevnost algoritmov. 3.1 Akustični model za razširjanje zvoka Podroben opis in razlaga teoretičnih modelov, ki obravnavajo razširjanje podvodnega zvoka najdemo v ustrezni literaturi [17]. Prenos zvoka v vodnem mediju ni enostaven proces. Enostavni modeli in formule kot sta npr. krogelni 3.8 ali ravni val 3.5 in z njima povezana geometrijska divergenca v večini primerih nista ustrezna in dajeta napačne rezultate. Pri modeliranju razširjanja zvoka uporabljamo numerične modele, ki upoštevajo večino dejavnikov, ki pomembno vplivajo na razširjanje hrupa (geometrijska divergenca, hitrost zvoka, lom, odboj,…). Mnogi izmed teh modelov so prosto dostopni, vendar pa v večini primerov njihova uporaba ni Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 26/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD trivialna, prav tako pa zahtevajo dobro poznavanje matematično fizikalnega ozadja. Zvočni tlak v vodnem okolju se pokorava valovni enačbi 3.2. Direktna rešitev valovne enačbe z metodo končnih elementov ali diferenc je pri večini problemov, ki se tičejo podvodne akustike nepraktična in nepotrebna. Zato so v preteklosti razvili številne alternativne metode, ki pa v večini ne morejo upoštevati vseh karakteristik zvočnega polja [17]. Pri modeliranju nas zanima predvsem kako se zvočni tlak spreminja oziroma slabi z oddaljenostjo od zvočnega vira. Jakost zvoka se zmanjšuje zaradi geometrijske divergence in atenuacije. Geometrijska divergenca vključuje sferično in cilindrično divergenco. Atenuacija vključuje absorpcijo, sipanje in lom zvočnega valovanja. Na razširjanje zvoka vplivajo razmere na vodni gladini, na morskem dnu in variacije v hitrosti zvoka znotraj vodnega stolpca. Gradient hitrosti povzroča lomne učinke, ki bodisi fokusirajo ali razpršijo akustično energijo. Akustične modele lahko v splošnem razdelimo na 5 sklopov: • integracija Greenove funkcije (wavenumber integration models) • modeli, ki iščejo lastne rešitve valovne enačbe (normal mode models) • reševanje parabolične enačbe (PE) (parabolic equation model) • žarkovni modeli (ray and beam tracing models), • modeli energijskega pretoka (energy flux model) Modele lahko razdelimo tudi na to ali lahko upoštevajo akustične značilnosti okolja glede na oddaljenost od vira (ang. range dependent) ali globino (ang. depth dependent). Modele, ki upoštevajo akustične parametre okolja samo glede na oddaljenost ali globino, uvrščamo med 1D modele. Najpogosteje se uporabljajo 2D modeli, ki upoštevajo akustične parametre okolja kot funkcijo razdalje kot tudi globine. 3D modeli upoštevajo tudi kotno odvisnost razširjanja zvoka po mediju, vendar so računsko preveč zahtevni in se ne uporabljajo pogosto. Pri izbiri modela je potrebno upoštevati katere fizikalne zakonitosti zvoka obravnavamo. Tako moramo paziti na globino vode (globoko ali plitvo morje), frekvenco (visoka ali nizka frekvenca), značilnosti okolja (uporabimo range dependent ali range independent modele). Jensen [17] je na podlagi teh zahtev oblikoval matriko, ki nam je lahko v pomoč pri izbiri modela. Plitva voda vključuje globine, pri katerih pričakujemo, da bo zvok pomembno interegiral z morskim dnom. Pri tem se značilno uporablja globina max 200 m, do koder velja, da je morsko okolje plitvo [12]. Meja med nizkimi in visokimi frekvencami je navadno postavljena pri 500 Hz. Ta meja je postavljena umetno, saj je to frekvenca pri kateri je računska zahtevnost večja in nekateri algoritmi lahko delujejo počasi [12]. Glede na to razvrstitev se v plitvih vodah, pri nizkih frekvencah priporoča uporaba modela PE, pri višjih frekvencah nad 500 Hz pa ray in beam algoritme. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 27/55 Strokovne podlage 3.1.1 LFIZ-20140066/1- FD Integracija Greenove funkcije Če predpostavimo, da je akustično okolje neodvisno od razdalje, potem so hitrostno polje in robni pogoji odvisni le od globine z. Za točkast vir potem lahko zapišemo: $ 5( ,) $ + ( ( − <( )1(< , [) = ([ − [ ) (3.9) Z upoštevanjem robnih pogojev v z smeri (tlak na meji med vodo in zrakom je enak 0, hitrost delcev na togi meji med vodo in dnom je enaka 0) dobimo rešitev enačbe 3.9, ki ji pravimo Greenova funkcija: 1(, [) = > 1(< , [)> (< , [)< i< (3.10) kjer je kr horizontalna komponenta valovnega vektorja in je p(kr,z) rešitev enačbe 3.9 za dani kr. A je amplituda vira, δ je diracova delta funkcija in J0 je Besselova funkcija 0-tega reda. Enačbo 3.10 lahko rešimo na različne načine. SCOOTER/FIELDS modeli najprej numerično rešijo enačbo 3.9 za različne vrednosti kr potem pa numerično integrirajo enačbo 3.10. SCOOTER najprej numerično reši enačbo 3.9, FIELDS pa integrira 3.10 z uporabo hitre Fourierove transformacije (FFT). Modeli dajejo dovolj natančne rezultate pri vseh oddaljenostih od vira, vendar ne morejo upoštevati odvisnost globine, hitrosti ali akustičnih značilnosti morskega dna v odvisnosti od razdalje. Prav tako so računsko zahtevni in zato nepraktični pri večjih frekvencah in velikih razdaljah. Model je implementiran v algoritmih SCOOTER, FIELDS in OASES. 3.1.2 Modeli, ki iščejo lastne rešitve valovne enačbe Drugi način je, da poiščemo lastne rešitve (kr = krm) homogenega dela enačbe 3.9, kjer na desni strani enačbe postavimo 0. Rešitvam homogenega dela enačbe pravimo lastne funkcije. Integracijo v enačbi 3.10 potem izvedemo kot vsoto produkta lastnih funkcij na lokaciji vira in sprejemnika ter Hanklove funkcije. Na ta način deluje model KRAKEN, ki išče realne lastne funkcije in lastne vrednosti, medtem ko to KRAKENC izvaja v kompleksnem prostoru. Model je natančen na večjih oddaljenostih od vira hrupa in manj natančen pri kratkih razdaljah. Natančnost je odvisna od globine in od tega ali model uporablja le realna ali pa tudi kompleksna množico števil. Algoritmi, ki rešujejo Helmholtzovo enačbo, tako da poiščejo lastne funkcije in vrednosti so npr. KRAKEN, KRAKENC in ORCA. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 28/55 Strokovne podlage 3.1.3 LFIZ-20140066/1- FD Reševanje parabolične enačbe Za nizke in srednje frekvence je najbolj uporabna metoda PE, kjer Helmholtzovo enačbo transformiramo v parabolično enačbo z dvema spremenljivkama. Metoda je uporabna za modeliranje razširjanja zvoka v medijih, ki se ne spreminjajo bistveno z oddaljenostjo od vira, kot je to na primer v morskem okolju. PE metoda predpostavlja, da ima rešitev Helmholtzove enačbe obliko cilindričnega vala: (=) 1() = (, [)n> (> ) (3.11) kjer je ψ(r,z) počasi spreminjujoča se lastna funkcija oddaljenosti od vira r in je k0 referenčno valovno število. Če cilindričen val vstavimo v homogeni del Helmholtzove enačbe in predpostavimo stratifikacijo v z smeri, valovna fronta pa je določena z r potem dobimo standardno parabolično enačbo: $ \ ( 2> < + $ + >( \6 − 1 = 0 (3.12) Kjer je c0 referenčna hitrost zvoka, povezana s k0. Parabolična enačba je enačba prvega reda glede na oddaljenost od vira zvoka r in zato jo lahko enostavno integriramo v r smeri. Parabolično enačbo rešuje tudi model RAM (Range-dependent acoustic model), ki ga je razvil Mike Collins. RAM reši parabolično enačbo tako, da funkcije razvije v Padejevo vrsto, kar je računsko hitreje. Natančnost modela je potem povezana s številom členov Padejevega razvoja, kjer večje število členov pomeni večjo natančnost. Poznamo več različic modela RAM od katerih se največ uporablja RAMGeo, ki lahko upošteva tudi večplastnost sestave morskega dna, značilnosti okolja (hitrostne profile, lastnosti morskega dna) ter globino na kateri se nahajata vir in sprejemnik. Je t.i. range dependent metoda. Primer algoritmov, ki rešujejo parabolično enačbo so RAM, RAMS, RAMGeo in MMPE. 3.1.4 Žarkovni modeli Modeli 1, 2 in 3 obravnavajo zvok kot valovanje, upoštevajo učinke kot so lom in uklon in so primerni za vse frekvence. Njihova slabost je, da so računsko zahtevni in njihova učinkovitost narašča s frekvenco. Zato pri modeliranju višjih frekvenc večkrat zanemarimo valovne učinke zvoka in obravnavamo zvok v sklopu geometrijske akustike. Med temi so najpogosteje uporabljeni žarkovni modeli, ki pri razširjanju zvoka uporabljajo Snell-ov lomni zakon in sledijo premočrtnim žarkom na njihovi poti skozi vodni stolpec. Akustično polje se izračuna tako, da gledamo kako se razdalje med sosednjimi žarki spreminjajo v odvisnosti od razdalje in globine. S preprostimi žarkovnimi modeli lahko dobimo povsem ne fizikalne rešitve kot so npr. neskončne ravni zvoka tam, kjer se žarki med Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 29/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD seboj sekajo. Bolj primerni so žarkovni modeli, ki upoštevajo Gaussov profil intenzitete žarka. Žarkovne metode predpostavijo, da se rešitev Helmholtzove enačbe 3.4 zapiše v obliki: 1(r) = (r)7 (3.13) kjer sta B in τ funkciji radij vektorja vzdolž žarka. Tovrstna aproksimacija velja za visoke frekvence. Z vstavitvijo enačbe 3.13 v Helmholtzovo enačbo in z nekaj matematične spretnosti lahko izpeljemo enačbo [17]: = < % ' \ =− = sX \$ (3.14) kjer je s parameter s katerim parametriziramo žarek r=r(s)). Enačbo 3.14 numerično integriramo vzdolž poti žarka s. Žarkovno metodo uporablja algoritem BELLHOP, ki lahko upošteva tudi batimetrijo kot funkcijo oddaljenosti od vira. Izbira modela je odvisna tudi od dostopnosti podatkov o batimetriji, vrsti sedimenta, temperaturi, slanosti, itd. 3.1.5 Modeli energijskega pretoka V primeru, ko nas npr. zanima vpliv hrupa na morske sesalce, ne potrebujemo visoko natančnih modelov oziroma ni potrebno poznati celotnega zvočnega polja. Upoštevamo le npr. povprečno slabljenje jakosti zvoka v vodnem stolpcu. V tem primeru govorimo o energy flux modelih, ki so uporabni za hiter izračun slabljenja zvoka TL kjer prihaja do številnih odbojev zvoka na mejah polja in ko potrebujemo le približne značilnosti zvočnega polja. Model je uporaben pri modeliranju hrupa v plitvem morju. V plitvem morju je zvok omejen z morskim dnom in vodno površino. Zvočni valovi zato doživijo številne odboje na mejah različnih medijev, ki se razlikujejo v akustični impendanci. Akustična energija pri tem ostane ujeta v vodnem mediju. Spremenljiva hitrost vzdolž vodnega stolpca in oddaljenosti od vira prav tako vpliva na lomljenje zvočnih žarkov. Zaradi tega lahko signal potuje od vira do sprejemnika po različnih poteh, ki ustrezajo različnim smerem in frekvencam signala. Prvi prispe direktni signal, nato pa še številni odmevi, katerih amplituda se manjša s številom odbojev. Pri visokofrekvenčnih signalih navadno zaznamo sekvence s številnimi odmevi. Pri nizkih frekvencah se ustvari stabilen interferenčni vzorec, ki se s časom ne spreminja. V tem primeru lahko povprečno intenziteto zvoka izračunamo z uporabo algebraičnih enačb. Flux modeli so hitri in ne potrebujejo intenzivnega računanja, saj ne iščejo lastnih nihajnih načinov ali lastnih vrednosti. Propagacija zvoka v plitvi vodi se deli v tri regije. V bližini vira intenziteta zvoka pada s kvadratom oddaljenosti od vira r. Na srednjih oddaljenostih od vira se absorbirajo visoke frekvence, in intenziteta zvoka pada kot r-3/2. Na velikih oddaljenostih od vira pa je razširjanje zvoka cilindrično. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 30/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Prehod med različnimi režimi razširjanja hrupa je odvisno od frekvenc in značilnosti tal. Če je frekvenca signala dovolj velika, da lahko oscilacije zvočnega polja obravnavamo kot slučajne, lahko polje obravnavamo v sklopu energy flux modela, kjer jakost zvoka obravnavamo kot funkcijo oddaljensti od vira r. Pri tem ločimo sferično razširjanje zvoka do razdalje r0. Od kritičnega radija r0 naprej obravnavamo cilindrično propagacijo, kjer se zvočna energija širi po cilindrični površini, ki je omejena z mejami, ki jih predstavljajo mediji z različnimi akustičnimi impendancami. Intenziteta zvočnega tlaka potem pada kot 10 log(/> ). Pri tem je potrebno upoštevati še maksimalni vpadni kot β0. Za žarke, ki vpadajo pod večjim kotom od β0 velja, da izgubijo preveč energije pri odboju od tal, tako da jih lahko zanemarimo. Če imamo kanal globine H in vodni profil s konstantno hitrostjo, ter vir na sredini vodnega stolpca potem lahko zapišemo: 2> = n 2tan > povprečno TL potem zapišemo kot: 20 log + ?; ≤ > )* = 20 log + 10 log < + ?; ≥ p > <6 > (3.15) Formula je dovolj enostavna, da nam omogoča hitro oceno TL in velja v pogojih, ko prihaja v kanalu do številnih odbojev, zaradi česar dobimo stohastično polje. 3.2 Preprosti modeli V nekaterih primerih uporabimo preproste modele, ki upoštevajo sferično ali cilindrično razširjanje hrupa. Preprosti modeli ne upoštevajo frekvenčne odvisnosti ali akustičnih značilnosti okolja. Tovrstne modele navadno uporabljamo pri interpolaciji zvočnih ravni na različnih oddaljenostih in pri večji oddaljenosti od virov hrupa. 3.3 Širokospektralni hrup Pri modeliranju propagacije širokospektralnih zvočnih signalov moramo upoštevati celoten frekvenčni spekter, tako da najprej modeliramo razširjanje zvoka pri posamezni frekvenci in potem te prispevke energijsko seštejemo. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 31/55 Strokovne podlage 3.4 LFIZ-20140066/1- FD Metoda končnih elementov Večina modelov obravnava hrupne vire kot točkaste, kar lahko storimo v primeru, ko vire opazujemo iz večje oddaljenosti. V bližnjem zvočnem polju modeli ne morejo predstaviti realne slike, saj je večina virov usmerjenih. V tem primeru uporabljamo metodo končnih elementov. 3.5 Uporaba modelov • Interpolacija izmerjenih podatkov v oddaljenem akustičnem polju. V takšnih primerih lahko uporabimo preproste modele, saj se zvočne fronte približujejo geometrijsko enostavnim oblikam. • Ekstrapolacija merilnih podatkov na daljše oddaljenosti od vira. Pri tem moramo paziti, da model upošteva spremembe v batimetriji in frekvenčno odvisnost. • Določanje SL. S propagacijskim modelom propagiramo merilne podatke nazaj proti viru in določimo source level. • Izdelava kart hrupa. Modele uporabimo pri izdelavi kart hrupa za območje okoli vira hrupa. Pri tem potrebujemo raven vira hrupa (source level), za katerega predpostavimo, da je točkast. Model naj upošteva spremenljivo batimetrijo in frekvenčno odvisnost. Paziti je potrebno tudi na hitrost algoritma. Propagacijski modeli, ki jih uporabljamo pri analizi razširjanja hrupa so navadno dvodimenzionalni. Skupen 3D model potem dobimo, tako da tvorimo serijo 2D rezin skozi vodni stolpec. Prav tako obstaja le malo modelov, ki bi upoštevali tudi horizontalno razširjanje zvoka zaradi loma, uklona in odbojev. Pri izdelavi kart hrupa, pomembno vlogo igrajo tudi prostorska ločljivost oziroma kako podatke grupiramo v 2D tabelo. Prostorska ločljivost je navadno omejena z ločljivostjo podatkov o batimetriji ali sestavi tal. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 32/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD 4. Kartiranje Modeli razširjanja hrupa opisani v prejšnjem poglavju rešujejo dvodimenzionalne probleme oziroma povedo nam kako se zvočni tlak spreminja z oddaljenostjo od vira in z globino. Celotni 3D modeli, ki upoštevajo tudi razširjanje hrupa v vseh treh dimenzijah (v primeru cilindričnih koordinat so to razdalja, globina in polarni kot), niso dostopni. V teh primerih uporabljamo t.i. Nx2D modele, kjer 3D model razširjanja hrupa dobimo tako, da med seboj interpoliramo 2 D vertikalne ravnine, kjer gledamo kako se zvok širi v odvisnosti od razdalje in globine pod izbranim polarnim kotom φ. V tem poglavju opisujemo kako na podlagi dvodimenzionalnih akustičnih modelov razširjanja ladijskega hrupa izdelamo tridimenzionalno karto hrupa, ki prikazuje prostorsko porazdelitev hrupa na večjem območju. 4.1 Podatki o ladijskem prometu Podatke o ladjskem prometu, velikosti ladij in njihovi hitrosti lahko pridobimo preko sistema AIS dostopnega na Marine Traffic [18]. Ladje razdelimo v razrede glede na dolžino in hitrost. Za prikaz modelnega izračuna smo uporabili podatke o ladijskem prometu v severnem delu Jadranskega morja z dne 28.11.2014. Upoštevali smo plovila, ki so bila prisotna v Tržaškem zalivu okoli 8:30 ure. Seznam plovil prikazuje spodnja tabela. Št. Ime plovila Hitrost (kn) Lat (0S) Lon (0E) Dolžina plovila (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 USODIMARE ADRIATICA 1 CARLO ALBERTO LASTOVKA UN MARMARA SEA COQUETTE PAOLA IV KAPICA COUNTESS ANNA KURKSE METEORA 2.5 0.2 2.5 2.7 0.7 11.7 2.8 4.4 9.3 10.7 0.2 45.60228 45.68269 45.63468 45.56653 45.64127 45.5421 45.62376 45.3849 45.48957 45.41695 45.76117 13.44923 13.38528 13.54102 13.58091 13.74549 13.45862 13.25062 13.44259 13.36125 13.08729 13.16657 17 19 14 16 193 85 16 18 83 91 16 4.2 Spekter virov SL Podvodni hrup zaradi ladijskega prometa izvira predvsem iz kavitacij propelerja in strojnih vibracij ladje [19]. Vsaka ladja ima svoj značilen spekter podvodnega hrupa, vendar za potrebe modeliranja uporabljamo tipične spektre za posamezen tip ladje. Za naše potrebe smo uporabili empirični model, ki upošteva hitrost ladje in njeno dolžino. V literaturi [5], [10], [11] se največkrat uporablja model Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 33/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD RANDI (enačba 2.9). Ladje smo razdelili glede na njihovo velikost. Pri tem smo za vsak tip ladje upoštevali povprečno dolžino in hitrost kot je to prikazano v spodnji tabeli: Tip ladje L1 L2 L3 L4 L5 Dolžina ladje (m) Dolžina uporabljena v modelu (m) Hitrost ladje uporabljena v modelu (kts) Globina vira (m) 0-10 7.8 15.6 3 10-25 18.6 9.1 3 25-50 38.9 14.6 3 50-100 77.8 13.6 3 nad 100 155.6 15 3 Ravni vira (SL) v terčnem frekvenčnem spektru za posamezno vrsto ladij so prikazane na sliki 2.1. Pri tem smo upoštevali, da z enačbo 2.9 dobimo spektralno gostoto, ki jo moramo še integrirati. Razdelitev ladij v razrede je povzeta po članku ([10]), kjer je bila opravljena analiza na podlagi baze podatkov o ladijskem prometu na območju Kanade. Za ladje, ki so daljše od okoli 150 metrov se izkaže, da je njihova raven vira (SL) precej neodvisna od njihove dolžine in hitrosti, zato lahko vse ladje daljše od 100 m uvrstimo v zadnji razred, čeprav je njihov razpon lahko precej velik. Enačba 2.9 je manj primerna za manjša plovila z manjšimi propelerji, kjer bi pričakovali, da se spekter SL premakne proti višjim frekvencam, vendar v literaturi trenutno ne najdemo modela, ki bi ustrezno obravnaval spekter manjših plovil, saj je le ta precej odvisen od hitrosti. Prav tako smo v modelu predpostavili, da se za vse vrste plovil vir nahaja na globini 3 m. 4.3 Parametri okolja 4.3.1 Batimetrija Podatke o batimetriji smo pridobili preko podatkovne baze, ki je dostopna npr. preko spletne strani [20]. Podatki o globinah morja so podani v korakih po 30 stopinj, kar pomeni v ločljivosti približno 1 km x 1 km. Uporabljena batimetrija med zemljepisno širino 45 N in 46 N ter zemljepisno dolžino 13 E in 14 E je prikazana na sliki 4.1. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 34/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 4.1: Batimetrija na osnovi baze podatkov strm30 [20]. 4.3.2 Geoakustika Geoakustični parametri odločilno čilno ilno vplivajo na absorpcijo zvoka v morskem dnu. Do izraza pride predvsem v plitvih vih vodah kjer imata absorpcija in odboj zvoka od morskih tal prevladujoč prevladujo učinek na slabljenje zvoka [21].. Slabo poznavanje geoakustičnih geoakusti nih lastnostih oziroma sestave morskega dna je večkrat krat glavni vzrok negotovosti pri modeliranju razširjanja podvodnega hrupa hrupa v plitvih morjih in vodah. Akustični ni modeli lahko upoštevajo tudi sestavo razli različnih nih plasti morskega dna. Lastnosti morskih sedimentov, ki pomembno vplivajo na razširjanje zvoka so: • gostota sedimentov ρ, • transverzalna hitrost valovanja v sedimentu cT, • longitudinalna ngitudinalna hitrost valovanja v sedimentu cL, • atenuacija v dB/λ zvoka v longitudinalni AL oziroma transverzalni smeri AT. Ker podatki o sestavi morskega dna niso prosto dostopni, lahko lastnosti tal povzamemo iz literature, kot n.pr. v spodnji tabeli: Material ρ (kg/m3) cL (m/s) AL (dB/λ) cT (m/s) AT (dB/λ) Glina Mivka Pesek Sedimentne kamnine Tekočinski ekvivalent Skalni fragmenti Skala 1500 1700 1900 2189 2189 2500 2500 1500 1800 1650 2200 1096 2750 3820 0.2 1 0.8 0.1 0.65 0.75 0.75 1100 - 0.2 - Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 35/55 Strokovne podlage Blato glina Pesek z blatom Mešan sediment Pesek, blato Pesek in skale LFIZ-20140066/1- FD 1220 1340 2150 1270 2490 1583 1650 1870 1614 2042 1 0.94 0.9 1 0.93 - - Atenuacija zvoka se nanaša na delež zvoka, ki se absorbira v morskem sedimentu. Večje vrednosti atenuacije imajo mehki materiali, kjer se zvok absorbira, medtem, ko pri trših materialih (skala) dobimo več odbojev. Pri tem moramo poudariti, da je refleksijski koeficient odvisen tudi od vpadnega kota pod katerim zvočni valovi ali žarki vpadajo na mejno sredstvo. Pod večjim vpadnim kotom se zvok bolje absorbira. Zvok, ki potuje vzporedno s tlemi, pa se seveda ne absorbira. V našem primeru smo uporabili vrednosti ρ = 2042 kg/m3 in c1 = 1800 m/s, kar ustreza mešanici skale peska in blata. Morskega dna zaradi pomanjkanja realnih podatkov nismo razdelili na območja, ampak smo predpostavili homogeno sestavo tal. 4.3.3 Hidroakustika Podatke o temperaturi in slanosti morja smo prevzeli po podatkih z oceanografske boje Vida dostopne preko spleta [22]. Poleg podatkov temperaturi in slanosti morja dobimo podatke o temperaturi zraka, hitrosti vetra in razburkanosti morja, ki je podana z Beaufortovo skalo. Pri tem vrednost 0 Beaufortov pomeni, da je morska gladina popolnoma ravna (kot zrcalo) in vrednost 14 Beaufort pomeni, da so valovi visoki vsaj 14 metrov, morje se peni in, da je vidljivost slaba. Več o Beaufortovi skali najdemo na [24]. Iz razlik temperature na dnu in na površini, ter ob predpostavki enake slanosti lahko izračunamo hitrost zvoka z enačbo 2.6 ter predpostavimo njeno enakomerno porazdelitev po celotnem delu obravnavanega območja. 4.4 Model razširjanja hrupa Uporabimo preverjeni PE model, ki je bil uspešno uporabljen v številnih drugih raziskavah. (Erbe, Strive). Teoretična ozadja modela so bila predstavljena v prejšnjih poglavjih. Prav tako je to model izbora, ko obravnavamo razširjanje zvoka pri nizkih frekvencah, v plitvih okoljih, kjer se akustične lastnosti okolja spreminjajo z oddaljenostjo od akustičnega izvora (range dependent model). Uporabili smo RAMGeo algoritem implementiran v programskem okolju AcTUP, ki je odprtokodni program dostopen preko [24]. V AcTUP-u so med drugim implementirani vsi najpogosteje uporabljeni algoritmi za reševanje Helmholtzove enačbe (BELLHOP, RAM, KRAKEN, KRAKENC, SCOOTER, FIELDS), ki smo jih že opisali. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 36/55 Strokovne podlage 4.4.1 LFIZ-20140066/1- FD Parametri modela Izmed pomembnejših parametrov RAMGeo algoritma nastopajo število členov lenov v Padejevem razvoju, s čimer vplivamo na natančnost. nost. V našem primeru smo uporabili upora 6 členov lenov od maksimalno 10. V modelu nastopajo še naslednji parametri: • razburkanost morja: 0 Beaufortov na Beaufortovi skali • hitrost zvoka na globini 2 m = 1516 m/s • hitrost zvoka na globini 23 m = 1540 m/s • gostota vode na površini = 1024 kg/m3 • gostota vode na globini 23 m = 1024 m/s • hitrost longitudinalnih valov v sedimentu 1800 m/s • gostota sedimenta 2048 kg/m3 • absorpcija zvoka v sedimentu 0.5 kg/m3. 4.4.2 Smer širjenja hrupa Računska unska zahtevnost algoritma RAMGeo je prevelika, da bi za vsak vir hrupa lahko pr preverili razširjanje zvočnega nega valovanja v vseh smereh od vira hrupa. Zato smo izbrali princip, ki je bil izbran pri modeliranju ladijskega hrupa na območju obmo Severne Kolumbije v Kanadi [10], [10] kjer pogledamo propagacijo zvoka v nekaj izbranih tipičnih tipi smereh širjenja rjenja hrupa. V našem primeru smo izbrali 9 presekov, kot je to prikazano azano na sliki 4.2. 4.2 Slika 4.2: V modelu je bilo upoštevano 9 presekov na podlagi katerih smo določili dolo ili slabljenje zvoka kot funkcije oddaljenosti in globine. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 37/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Propagacijske izgube TL smo modelirali pri frekvencah 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz in 4000 Hz. Vzdolž vsakega preseka dobimo odvisnost funkcije TL od oddaljenosti in globine TL=TL(r,z). ). Njhova porazdelitev v horizontalni ravnini je odvisna od frekvence in števila števi vertikalnih nihanj. V splošnem bi lahko gledali funkcijo TL parametrično no kot funkcijo razdalje s parametrom z, v našem primeru pa se odločimo, imo, da pri vsaki oddaljenosti od vira r vzamemo minimalno vrednost TL. S tem dobimo konzervativno oceno za razširjanje razširj hrupa v odvisnosti od razdalje. Na sliki 4.3 so prikazane porazdelitve funkcije TL vzdolž preseka št 1 za frekvence 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz in 2000 Hz. Funkcija se spreminja z globino z in oddaljenostjo r. Slabljenje zvoka je določeno na na osnovi PE modela. Črna krivulja označuje uje globino morskega dna. Iz diagramov vidimo, da se nizkofrekvenčni nizkofrekven ni zvok širi tudi v sediment, medtem, ko se visokofrekven visokofrekvenčni zvok v sedimentu absorbira. 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 38/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD 1000 Hz 2000 Hzz Slika 4.3: Slabljenje zvoka (TL) kot funkcija globina in razdalje na osnovi PE modela. Črna krivulja označuje ozna globino morskega dna. Iz zgornjih slik vidimo, da se nizkofrekvenčni nizkofrekvenčni zvok širi tudi v sediment, medtem, ko se visokofrekvenčni visokofrekven zvok v sedimentuu absorbira. Z opisanim postopkom določimo čimo TL kot funkcijo r za vsako posamezno frekvenco in za vsak presek posebej. Na ta način in dobimo množico funkcij TL pri posameznih frekvencah. Pri tem lahko ugotovimo, da se posamezne krivulje med seboj ne razlikujejo razliku značilno. ilno. Pri vsaki frekvenci smo potem določili mediano TL(r)) in dobili krivulje TL(r)) za posamezno frekvenco. Vsaki izmed krivulj lahko priredimo krivuljo oblike: ( T) )*(, T = = log + ( (4.1) kjer sta a1 in a2 koeficienta, ki jih dobimo na podlagi prilagajanja krivulji z metodo najmanjših kvadratov. Družine funkcij TL(r), ), pri frekvencah 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz in in 1000 Hz so prikazane na sliki 4.4.. Iz diagramov je razvidno, da je razširjanje nizkofrekvenčnega nizkofrekven nega hrupa (63 Hz, 125 Hz) v pli plitvem kanalu približno cilindrično no (koeficient a1 je približno 10), medtem ko se razširjanje visokofrekvenčnega nega zvoka nahaja nekje med sferi sferičnim in cilindričnim nim režimom razširjanja. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 39/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD 63 Hz 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz Slika 4.4: TL kot funkcija razdalje na globini najmanjše atenuacije zvoka na osnovi PE modela. Pri vsaki frekvenci smo dodali še koeficienta a1 in a2 dobljena na osnovi prilagajanja družini krivulj z metodo najmanjših kvadratov. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 40/55 Strokovne podlage 4.4.3 LFIZ-20140066/1- FD Določanje anje parov vir sprejemnik Pri določanju ravni zvočnega nega tlaka v imisijski to točki (točki, ki, kjer se nahaja sprejemnik) je potrebno upoštevati, ali sta mesti kjer se nahaja vir in sprejemnik direktno povezni preko morja, ali pa se med njima nahaja zvočna na bariera (npr. kopno). Če najkrajša pot med dvema točkama kama poteka preko kopnega potem smo prevzeli, da vir ne povzroča povzro hrupa v tej točki. ki. Pri tem se moramo zavedati, da smo s tem zanemarili uklon valovanja. Prav tako nismo upoštevali odbojev zvočnega zvo nega valovanja od obale. 4.4.4 en zvočnega zvo tlaka na mestu imisije Slabljenje zvoka in raven Slabljenje zvoka izračunamo unamo za vse zveznice med virom hrupa (plovilom) in imisijskimi to točkami, ki ne potekajo preko kopnega. Raven zvočnega zvo tlaka v posamezni točki smo izračunali čunali kot: Z [) Z* = Z*(> , T) − )*(, T) − )*: (, T) − )*(, T, ), Z, (4.2) pri tem je raven vira SL določena čena z ena enačbo 2.9, TL je slabljenje zvoka podano z enačbo ena 4.1, ki je bila pridobljena na osnovi PE modela, TLa pa je frekvenčno no odvisna izguba zvočne intenzitete zaradi absorpcije, ki jo izračunamo unamo z empiri empirično enačbo 2.4,, avtorjev Francois in Garrison [13]. V enačbi nastopajo še r0 referenčna na razdalja enaka 1 m, f je frekvenca valovanja, T je temperatura, S je slanost in z je globina. Dodatno smo upoštevali še lastnosti lastnosti valovanja v plitvem morju in upoštevali t.i. cut off frekvenco oziroma minimalno frekvenco, ki se lahko še propagira v kanalu globine H. Minimalna frekvenca je podana z enačbo 2.7. 2.7 Karte podvodnega hrupa za točkast čkast vir hrupa, hrupa, ki vstopa v Slovensko morje pri frekvencah 63, 125, 250, 500, 1000 in 2000 Hz so prikazane na slikah 5.1 do 5.6. kast vir za hrup s srednjo frekvenco 63 Hz. Nizkofrekvenčni Nizkofrekvenčni hrup se širi na dolge Slika 5.1: Karta hrupa za točkast Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 41/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD razdalje in pomembno vpliva vpli na raven ambientnega hrupa. kast vir za hrup s srednjo frekvenco 125 Hz. Zaradi reliefa severnega dela Jadrana se Slika 5.2: Karta hrupa za točkast zvok s srednjo frekvenco 125 Hz zelo dobro propagira. kast vir za hrup hrup s srednjo frekvenco 250 Hz. Pri zvoku srednjih in višjih frekvenc, Slika 5.3: Karta hrupa za točkast do izraza pride absorpcija zvoka. Srednje in nizkofrekvenčni nizkofrekven ni zvok se zato ne more propagirati na daljše razdalje. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 42/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 5.4: Karta hrupa za točkast to vir za hrup s srednjo frekvenco 500 00 Hz. Slika 5.5: Karta hrupa za točkast to kast vir za hrup s srednjo frekvenco 1000 Hz. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 43/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 5.6: Karta hrupa za točkast to kast vir za hrup s srednjo frekvenco 2000 Hz. Karte podvodnega hrupa zaradi ladijskega prometa oziroma za razmere, ki so veljale dne dn 28.11.2014 ob 11.00 uri pri frekvencah 63, 125, 250, 500, 1000 in 2000 Hz so prikazane na slikah 5.7 do 5.12. Plovila, ki smo jih upoštevali v modelu so podana v poglavju 4.1. Slika 5.7: Karta hrupa pri srednji frekvenci 63 Hz zaradi ladijskega prometa prometa dne 28.11.2014 ob 8.30 uri. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 44/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 5.8: Karta hrupa pri srednji frekvenci 125 Hz zaradi ladijskega prometa dne 28.11.2014 ob 8.30 uri. Slika 5.9: Karta hrupa pri srednji frekvenci 250 Hz zaradi ladijskega prometa dne 28.11.2014 ob 8.30 uri. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 45/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 5.10: Karta hrupa pri srednji frekvenci 500 Hz zaradi ladijskega prometa dne 28.11.2014 ob 8.30 uri. Slika 5.11: Karta hrupa pri srednji frekvenci 1000 Hz zaradi ladijskega prometa dne 28.11.2014 ob 8.30 uri. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 46/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 5.12: Karta hrupa pri srednji dnji frekvenci 2000 Hz zaradi ladijskega prometa dne 28.11.2014 ob 8.30 uri. 4.5 Ekvivalentna raven hrupa zaradi ladijskega prometa S pomočjo jo podatkov o ladijskem prometu (AIS) lahko prikažemo tudi ekvivalentne (energijsko povprečene) ravni hrupa v času,, ko se ladja nahaja v severnem delu Jadrana. Kot primer smo vzeli ladjo Antheia, ki se je v našem morju nahajala 7.12.2014. Ravni hrupa v vsaki sprejemni točki to smo povprečili, ili, tako, da smo upoštevali efektivni čas as v katerem se je ladja nahajala v dolo določeni točki, kar pove naslednja enačba: * = Z* + 10 log L ¡¡ L6 (4.3) kjer sta Teff čas, as, ko se ladja nahaja na dolo določeni koordinati, T0 je celoten čas as v katerem smo ladji sledili (T0=24 ur). Porazdelitev hrupa prikazujemo za frekvence 63 Hz, 125 Hz in 1000 Hz so prikazane na slikah 5.13, 5.14 in 5.15. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 47/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 5.13: Karta hrupa pri srednji frekvenci 63 Hz zaradi plovbe ladje Antheia dne 7.12.2014 v severnem Jadranu. Karta prikazuje porazdelitev ekvivalentne ravni hrupa tekom 24 ur, kolikor časa smo spremljali ladjo. Slika 5.14: Karta hrupa pri srednji frekvenci 125 Hz zaradi plovbe ladje Antheia dne 7.12.2014 v severnem Jadranu. Karta prikazuje porazdelitev ekvivalentne ravni hrupa tekom 24 ur, kolikor časa smo spremljali ladjo. Hrup s srednjoo frekvenco 125 Hz se širi na dolge razdalje in pomembno vpliva na raven hrupa v Jadranu. Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 48/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Slika 5.15: Karta hrupa pri srednji frekvenci 1000 Hz zaradi plovbe ladje Antheia dne 7.12.2014 v severnem Jadranu. Karta prikazuje porazdelitev ekvivalentne ravni rav hrupa tekom 24 ur, kolikor časa smo spremljali ladjo. Visokofrekvenčni ni hrupa se hitro zmanjšuje z oddaljenostjo od ladijskega koridorja. 5. Zaključek V tem poglavju smo obravnavali fizikalne modele, ki obravnavajo razširjanje zvoka v vodnem mediju. Glede na lastnosti posameznih algoritmov in pregled obstoječe obstoje e literature na področ področju modeliranja smo kot najprimernejši model izbrali model PE oziroma parabolično paraboli no obliko Helmholtzove enačbe. ena Model PE je primeren pri opisovanju razširjanja nizkofrekvenčnega nizkofrekven hrupaa v plitvih morjih do globine 200 m. Uporabo modela smo prikazali na primeru ladijskega hrupa v severnem delu Jadrana. V prihodnosti je potrebno model tudi preizkusiti v praksi in modelne izračune izra une primerjati z rezultati kontinuiranih meritev podvodnega hrupa. 6. Literatura [1] eur-lex.europa.eu (Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). [2] Tasker M.L. Van der Graaf A.J. Ainslie A M.A Andersson M.H. Andre M. Borsani J.F. Brensing K. Castellote M. Cronin D. Dalen J. Folegot T. Leaper R. Pajala J. Redman P. Robinson S.P. S. Sigray P. Sutton G. Thomsen F. Werner S. Wittekind D. Young J.V. Dekeling, R.P.A., Monitoring Guidance for Underwater Noise in European Seas - Executive Summary. 2nd Report of the Technical Subgroup on Underwater Noise (TSG Noise).. TSG Noise (2013). [3] Tasker M.L. Van der Graaf A.J. Ainslie M.A Andersson M.H. Andree M. Borsani J.F. Brensing K. Castellote M. Cronin D. Dalen J. Folegot T. Leaper R. Pajala J. Redman P. Robinson S.P. Sigray P. Sutton G. Thomsen F. Werner S. Wittekind D. Young J.V. Dekeling, R.P.A., Monitoring Guidance for Dokument je dovoljeno no reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 49/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Underwater Noise in European Seas - Part II: Monitoring Guidance Specications. 2nd Report of the Technical Subgroup on Underwater Noise (TSG Noise). TSG Noise (2013). [4] Tasker M.L. Van der Graaf A.J. Ainslie M.A Andersson M.H. Andre M. Borsani J.F. Brensing K. Castellote M. Cronin D. Dalen J. Folegot T. Leaper R. Pajala J. Redman P. Robinson S.P. Sigray P. Sutton G. Thomsen F. Werner S. Wittekind D. Young J.V. Dekeling, R.P.A., Monitoring Guidance for Underwater Noise in European Seas – Part III: Background Information and annexes. 2nd Report of the Technical Subgroup on Underwater Noise (TSG Noise). TSG Noise (2013). [5] H.S. Dol G. Blacquiere C. Marasini M.A. Ainslie, C.A.F. de Jong, Assessment of natural and anthropogenic sound sources and acoustic propagation in the North Sea. TNO (2009). [6] Thomas Folegot, Gerry Sutton, Mark Jessopp in Dominique Clorenec, Mapping the spatiotemporal distribution of underwater noise in Irish Waters. EPA (2007-2013). [7] https://biasproject.wordpress.com (Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). [8] https://www.bfn.de/fileadmin/MDB/documents/themen/ (Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). [9] S.P. Robinson, Lepper, P. A. in R.A. Hazelwood, Good Practice Guide for Underwater Noise Measurement. National Measurement Office, Marine Scotland, The Crown Estate (2014). [10] C. Erbe in A. MacGillivrayd in R. Williams, Journal of the Acoustical Society of America 5 (2012). [11] C. Erbe, A. Duncan in M. Koessler, Report for WWF Cananda 45 (2012). [12] P. C. Etter, Advances in Acoustics and Vibration 2012 (2012). [13] Francois R. E. in Garrison G. R., Journal of the Acoustical Society of America 72 (1982). [14] A.J. Duncan in A.M. Maggi, Proceedings of acoustics 2006 1 (2006). [15] H. Medwin, Journal of the Acoustical Society of America 58 (1975). [16] American National Standards Institute, Methods for measurement of impulse noise (ANSI S12.71986). New York: Acoustical Society of America (1986). [17] F.B. Jensen, Numerical Models in Underwater Acoustics. NATO Science Series (1984). [18] https://www.marinetraffic.com/ (Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). [19] D. Ross, Mechanics of Underwater Noise. New York: Pergamon Press (1975). [20] http://topex.ucsd.edu/WWW_html/srtm30_plus.html (Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). [21] R.J. Ulrick, Principles of Underwater Sound 3rd Edition. McGraw-Hill, New York (1996). [22] http://buoy.mbss.org Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). [23] http://www.unc.edu/˜rowlett/units/scales/beaufort.html (Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). [24] https://cmst.curtin.edu.au/products/actoolbox.cfm (Na spletu; dostopano 08. 12. 2014). Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 50/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD DEL IV - POROČILO O UDELEŽBI NA SESTANKU 7TH MEETING TECHNICAL GROUP UNDERWATER NOISE V okviru projektne naloge za izdelavo Strokovne podlage za vzpostavitev sistema nadzora nad podvodnim hrupom v skladu z Direktivo o morski strategiji (Direktiva 2008/56/ES) je predvideno sodelovanje s tujimi strokovnjaki v regiji, na nivoju EU in izven, ki vključuje tudi organizacijo sestanka tehnične skupine za podvodni hrup TG Noise v Ljubljani. Skladno z mejnikom št. 3 naloge smo pripravili poročilo o organizaciji in udeležbi na sestanku. Naslov sestanka: − 7th Meeting Technical Group Underwater Noise 23rd - 24th October, Ljubljana, SLOVENIA Termin sestanka: − 23 - 24 Oktober 2014 Lokacija sestanka: − BEST WESTERN PREMIER HOTEL SLON, Slovenska cesta 34, 1000 Ljubljana, Slovenia Organizator sestanka: − ZVD d.o.o., Chengdujska cesta 25, 1260 Ljubljana – Polje − Inštitut za vode Republike Slovenije, Hajdrihova 28 c, 1000 Ljubljana Organizacija sestanka je obsegala: − zagotovitev in rezervacijo ustreznega prostora za izvedbo sestanka, − komunikacijo s predstavniki in člani TG noise − pripravo praktičnih napotkov glede izvedbe sestanka, lokacije sestanka, možnosti namestitve v Ljubljani, − organizacijo skupnega kosila − organizacijo skupne večerje − organizacijo in zagotovitev pogostitve med odmori − zagotovitev internetne povezave − zagotovitev opreme za predstavitve (projektor, računalnik) − zagotovitev priklopa na električno omrežje Sestanek je potekal pod vodstvom stalnih predstavnikov v skupini TG noise: − Rene Dekeling (Nizozemska, Ministrstvo za infrastrukturo in prostor) Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 51/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD − Mark Tasker (Velika Britanija, JNCC) − Maria Ferreira (Nizozemska, Coastal & Marine Union (EUCC)) Vsebina sestanka in dnevni red 1. Prihod gostov dne 23.10.2014 ob 8:30 do 9.00. 2. Pozdravni govor s strani organizatorja (23.10.2014) Pozdravni govor je imela dr. Monika Peterlin, IzVRS, ki je izpostavila pomen organizacije sestanka za države z območje Severnega Jadrana (Slovenija, Italija, Hrvaška), ki se do sedaj niso redno udeleževale sestankov TG noise, prav tako pa povezovanja teh držav znotraj regije še ni bilo. TG noise Zaradi bližine so se tokrat sestanka udeležile tudi predstavniki vseh omenjenih držav, kot je razvidno iz seznama udeležencev v tabeli 1: Tabela 1: seznam udeležencev TG noise 23.-24.10.2014 Ljubljana Participation list of Members of the TG Noise: Name Surname Organization René Dekeling Ministry of Infrastructure and the Environment, The Hague, The Netherlands Mark Tasker Joint Nature Conservation Committee, Aberdeen, United Kingdom Michael Ainslie TNO, The Hague, The Netherlands Mathias Andersson Swedish Defence Research Agency, Stockholm, Sweden Michel André Universitat Politècnica de Catalunya, Barcelona, Spain Fabrizio Borsani Centre for Environment, Fisheries & Aquaculture Science, United Kingdom Jukka Pajala Finnish Environment Institute, Helsinki, Finland Stephen Robinson National Physical Laboratory, Teddington, United Kingdom Predrag Vukadin Brodarski Institut, Croatia John Young International Association of Oil and Gas Producers, London, United Kingdom Tetrienne Box Joint Nature Conservation Committee, Aberdeen, United Kingdom Tilen Genov MORIGENOS Dolphin Research & Conservation in Slovenia Ferdinand Dezelak Institute for Occupational Safety, Slovenia Luka Curovic Institute for Occupational Safety, Slovenia Monika Peterlin Institute for Water of the Republic of Slovenia Marta Picculin PhD Independent Scholar, Italy Barbara Breznik Ministry of Environment, Slovenia Albert Willemsen International Council of Marine Industry Associations (ICOMIA) Lydia Martin-Roumegas EC DG Environment Nikolina Rako Gospić PhD Science Director Blue World Institute, Croatia Antonio Codarin Regional Agency for Environmental Protection of Friuli Venezia Giulia Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 52/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD Thomas Folegot Quiet Oceans, Plouzane, France Frank Thomsen Central Dredging Association, CEDA John Dalen Institute for Marine Research, Bergen, Norway Andreas Müller Müller-BBM GmbH, Germany Maria Ferreira Coastal & Marine Union (EUCC), The Netherlands 3. Predstavitev predstavnice TG noise v EC (23.10.2014) Skupini TG noise se je predstavila Lydia Martin-Roumegas, ki je novoimenovana predstavnica EC za TG noise. 4. Predstavitev urnika in ciljev sestanka (23.10.2014) Urnik in cilje sestanka je predstavil Rene Dekeling. Med cilji sestanka je bilo izpostavljeno: − da je potrebno dokončati poročilo o delovanju skupine, ki se bo predstavilo vrhovni skupini t.i. (MARINE DIRECTORS), ki skrbi za implementacijo Direktive. − Potrebno je podati predloge o morebitnih novih indikatorjih (poleg indikatorjev 11.1 in 11.2), ki bi lahko ključno prispevali k določanju GES (good environmental status of marine waters). Pri tem so pomembni le indikatorji, ki pomembno in dokazano vplivajo na podvodni ekosistem. Ob tem je potrebno paziti na razsežnost vpliva posameznih aktivnosti, ki vnašajo energijo v morje (aktivnosti naj imajo large scale učinek). − M. Tusker je izpostavil cross-cutting issues oziroma problem velike količine indikatorjev GESa, ki pa se med seboj lahko prepletajo. Na to temo bo organiziran seminar v Copenhagenu. − Izpostavljen je bil problem pri pridobivanju registra aktivnosti, kjer se uporabljajo impulzni viri hrupa. Večina držav tega registra ni objavila. 5. Predstavitev projektov na področju Adriatika (23.10.2014) Meritve hrupa na področju Hrvaške sta predstavila Predrag Vukadin (Institut za brodarstvo) in Nikolina Rako Gospić (Blue world institute). Hrvaška bo opravljala meritve hrupa na 4 lokacijah. Meritve ambientnega hrupa v Italijanskem delu severnega Jadrana je predstavil Antonio Codarin. Meritve izvaja 3 leta na 13 lokacijah. Meritve se opravljajo enkrat mesečno in trajajo 15 minut. Povprečna širokospektralna ekvivalentna raven hrupa znaša 121 dB. Višje ravni hrupa so bile izmerjene ob plovnih poteh in na območju, kjer je povišan promet komercialnih plovil. M. Picculin je predstavila vpliv podvodnega hrupa na podvodne živali. 6. Predstavitev in zaključki projekta ''Noise Propagation and Impact' (23.10.2014) F. Borsani (CEFAS) je predstavil rezultate delavnice na temo vpliva in razširjanja podvodnega hrupa. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 53/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD 7. Standardizacija (23.10.2014) Na področju podvodnega hrupa (meritev, modeliranja, mapiranja in monitoringa) trenutno ni veljavnih standardov, zato imajo države članice precej problemov pri implementaciji monitoringa podvodnega hrupa. M. Ainsle je predstavil časovni termin v katerem se bo predvidoma pripravil ustrezen ISO standard. Priprava standarda naj bi potekala med leti 2015 in 2021, kar je tudi časovnica, ki se bo predlagala odgovornim za implementacijo Direktive. Člani skupine so predlagali naj se za osnovo vzame dokument, ki ga je pripravila skupina v okviru projekta BIAS. 8. Vpeljava novih indikatorjev za določanje GESa TG noise je obravnavala vpeljavo dodatnih indikatorjev, ki se tičejo vnosa energije v morsko okolje. Pri tem so bili izpostavljeni elektromagnena polja, vnos toplote in svetlobe v morje. Noben izmed dodatnih kriterijev ni bil ovržen. Pomembnost indikatorja se določi na osnovi razsežnosti problema in dokazov o škodljivih učinkih. Nekateri člani skupine (Borsani, Thomsen) so dobili nalogo, da bodo preiskali kako so elektromagnetna polja in svetloba prisotni v razpoložljivi literaturi. 9. Pregled vprašalnika, ki je bil poslan državam članicam (24.10.2014) Državam EU je bil poslan vprašalnik glede implementacije morske direktive, ki zadeva vnos energije (predvsem hrupa) v morsko okolje. Meritve in ocenjevanje hrupa se izvaja na regionalnem nivoju predvsem v severnih državah, medtem ko na Mediteranu tega povezovanja ni oziroma je okrnjeno. Države imajo probleme pri oblikovanju registra virov impulznega hrupa. Težave izvirajo iz nerazumevanja indikatorja za impulzni hrup. Pričakuje se predvsem register v katerem so popisani viri po končani aktivnosti. Izvajanje meritev ali ocenjevanje vpliva ni potrebno. Slovenija je izpostavila problem merilne negotovosti in negotovosti pri modeliranju hrupa, čemur se bo potrebno v nadaljevanju bolj posvetiti. 10. Bodoče aktivnosti V letu 2015 bo v Hamburgu organizirana delavnica na temo ambientnega hrupa. Konferenca o meritvah hrupa in vpliva na organizme bo organizirana v Barceloni. Ocena uspešnosti in pridobljena znanja Slovenija se je kot organizator srečanja glede na komentarje udeležencev dobro odrezala pri organizaciji sestanka. Udeleženci so bili zadovoljni z izvedbo, presenetila jih je številčna udeležba. ZVD d.o.o. je pridobil nova poznanstva in se seznanil s stroko na področju podvodnega hrupa. S predstavniki Italije, Hrvaške in Španije bodo potekala dogovarjanja o med-regijskem povezovanju in skupni prijavi na nekatere projekte npr. Life. Predstavniki skupine so tudi pozdravili in se strinajali z namestitvijo merilne opreme za kontinuirane meritve hrupa na svetilnik pred Debelim rtičem, katerega Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 54/55 Strokovne podlage LFIZ-20140066/1- FD postavitev načrtujemo v novembru 2015. Seznanili smo se kako potekajo meritve v sosednjih državah. Države severnega dela EU so glede implementacije Morske direktive pred južnim delom Evrope. Slovenija in ostale države južnega dela Evrope so izpostavile problem razumevanja izvajanja monitoringa podvodnega hrupa na nivoju državnih inštitucij in predlagala, da se preiskave podvodnega okolja vnesejo v pravne rede EU. Predstavniki TG noise se pri tem ne čutijo kompetentne in odgovorne za vpeljavo monitoringa v zakonodajo, so pa predlagali, da je to delo predstavnice ES za TG noise. Dokument je dovoljeno reproducirati samo v celoti za potrebe Inštituta za vode RS Str. 55/55
© Copyright 2024