Obieg wody w przyrodzie- procesy, przyczyny, schemat krążenia.
Stała wymiana wody między atmosferą, litosferą i hydrosferą.
• Wyraz związku pomiędzy wodami atmosferycznymi,
powierzchniowymi i podziemnymi.
• Jest to proces stały, który lokalnie może ulec przyspieszeniu
lub zwolnieniu. Czynnikiem zwalniającym jest retencja.
GŁÓWNE PRZYCZYNY KRĄŻENIA WODY
• energia cieplna Słońca
• siła ciężkości (przyciąganie ziemskie)
• ciśnienie atmosferyczne
• i inne ( w tym działalność człowieka)
Równanie bilansu Pecka. Bilans dla Polski uśredniony w %(opad też w mm/rok)
Ogólne równanie bilansu (Pencka):
P=H+S+∆∆∆R
gdzie:
P – opad, H – odpływ, S – straty, ∆R – różnica retencji
Równanie bilansu rozszerzone:
Pa+Pu+Hi+R1=Hp+Hg+Ep+Eg+T+G+He+R2
gdzie:
Pa – opad atmosferyczny
Pu
- opad utajniony
Hi – dopływ (import) wody spoza obszaru bilansowego
R1
- retencja na początku okresu bilansowego
Hp – spływ powierzchniowy
Hg – odpływ podziemny
Ep – parowanie z powierzchni wody
Eg
- parowanie z powierzchni gruntu
T – transpiracja
G – bezzwrotne zużycie wody przez gospodarkę
He – odpływ (eksport) wody poza obszar bilansowy
R2 – retencja na końcu okresu bilansowego
Źródła przychodu
Z opadów atmosferycznych- 186,2 km-97.3%
Z rzek płynących z zagranicy- 5,2km -2,7%
Razem
Ubytki
Straty (parowanie, transpiracja)- 133km- 70%
Odpływ wody: powierzchniowy Hp-25km-13%
Podziemny Hg- 32,7km-17%
Zlewnia powierzchniowa i podziemna. Dział wody, zasady jego wyznaczani. Przyrzecze i zlewnie cząstkowe. Niezgodność działów.
Podstawową jednostką hydrograficzną na powierzchni ziemi jest zlewnia, czyli obszar, z którego wody spływają do jednego wspólnego odbiornika. Wcześniejszy termin to dorzecze rozumiany jako obszar, z którego wody spływają do systemu jednej rzeki, aż do jej ujścia.
W zależności od formy odpływu wyróżniamy zlewnię
powierzchniową i podziemną.
Granicą zlewni (dorzecza) jest dział wodny.Oddziela on powierzchnie, po których spływ (odpływ) wody następuje do dwóch sąsiadujących ze sobą odbiorników.
Wyróżnia się następujące działy wodne:
dział kontynentalny – oddziela od siebie zlewiska mórz (np. zlewisko Morza Bałtyckiego od zlewiska Morza Północnego);
dział I rzędu – oddziela dorzecza rzek I rzędu, czyli rzek uchodzących bezpośrednio do morza (np. dorzecze Wisły od dorzecza Odry)
dział II rzędu – oddziela dorzecza dopływów rzek II rzędu (np. dorzecze Soły od dorzecza Skawy – dopływają do Wisły)
dział III rzędu – oddziela dorzecza dopływów rzek III rzędu (np. dorzecza Stryszawki i Skawicy – dopływają do Skawy)
Topograficzny dział wodny Jest granicą zlewni topograficznej, czyli powierzchniowej.
Wyznacza się go na podstawie rzeźby terenu przedstawionej na mapie poziomicowej (warstwicowej).Przebiega wzdłuż grzbietów najwyższych wzniesień, przecina wierzchołki i przełęcze. Biegnie zawsze prostopadle do poziomic. Zdarza się, że pojedyncza kulminacja terenu leży obok działu wodnego. Bifurkacja – nie można wyznaczyć działu
W obrębie dorzecza rzeki głównej można zaznaczyć zlewnie cząstkowe (elementarne). Są to zlewnie dopływów rzeki głównej. Pozostały obszar to przyrzecze. Jest on odwadniany bezpośrednio do rzeki głównej.
Podziemny dział wodny
Jest wyznaczony przez ukształtowanie zwierciadła wód podziemnych stanowi granice zlewni podziemnej. Hydroizohipsy – „warstwice” zwierciadła wód podziemnych
Wyznacza go układ warstw słabo przepuszczalnych i wodonośnych a wykreśla się go na podstawie mapy hydroizohips. Nie zawsze dział topograficzny pokrywa się z działem podziemnym.
Niezgodność działów: topograficznego i podziemnego
Przesunięcia działu podziemnego wywołane eksploatacją wody
Silne przekształcenia przebiegu działów wodnych na obszarach eksploatacji górniczej
Główne składowe bilansu- krótka charakterystyka i sposoby pomiaru.
Opad:
Opad pionowy – deszcz, mżawka (opad ciekły); śnieg, grad (opady stałe).
Opad poziomy – mgła; rosa, szron, sadź, gołoledź (osady atmosferyczne)
Urządzenia pomiarowe to deszczomierze czyli pluwiometry
STRATY czyli EWAPOTRANSPIRACJA
Standardowe pomiary parowania w Polsce prowadzi się od 1981 roku.
Parowanie z powierzchni wody jest mierzone na 8-miu posterunkach
ewaporometrycznych, zlokalizowanych na stacjach meteorologicznych,
za pomocą basenu ewaporometrycznego o powierzchni 20 m2 i
głębokości 2.0 m. Najwyższe sumy parowania występują w centralnej i wschodniej
części kraju, reprezentowanej przez posterunki w Sandomierzu i
Włodawie oraz w Płocku. Najniższe wartości parowania występują
na posterunku w Kłodzku. PAROWANIE Z POWIERZCHNI GRUNTU – LIZYMETRY Datalogger rejestruje m.in.: wysokość opadu [mm], wysokość odciekającej
wody [mm], wagę kolumny lizymetru [kg]; za pomocą 3 czujników:
wartości siły ssącej, wilgotności oraz temperatury wewnątrz gruntu
izotymy – linie równego parowania
Spływ powierzchniowy
Spływ powierzchniowy (opad skuteczny) w zależności od stopnia pokrycia terenu roślinnością
INFILTRACJA – miara dla odpływu podziemnego w obszarach
Zasilania
Retencja
INTERCEPCJA
Pojęcia infiltracji efektywnej. Czynniki wpływające na wielkość infiltracji.
INFILTRACJA – miara dla odpływu podziemnego w obszarach Zasilania
Infiltracja – proces wsiąkanie wody pochodzącej z opadów atmosferycznych, z cieków i zbiorników powierzchniowych oraz z kondensacji pary wodnej z powierzchni terenu do strefy aeracji, a następnie (po oddaniu części tych wód do atmosfery- ewapotranspiracja przesączanie do strefy saturacji (infiltracja efektywna). Infiltracja może być równie wywołana sztucznie. Wielkość infiltracji jest wyrażana w dm3/s*km2 lub w mm/rok.
Infiltracja efektywna - część wód pochodzących z opadów atmosferycznych, która po pomniejszeniu objętości związanej ze spływem powierzchniowym, ewapotranspiracją oraz procesem wiązania siłami molekularnymi z ziarnami gruntu w strefie aeracji, przedostaje
się do strefy saturacji i zasila wody podziemne.
Wskaźnik infiltracji – wi
- stosunek ilości infiltrującej wody docierającej do strefy saturacji (infiltracja efektywna – Ie) do wysokości średnich rocznych opadów atmosferycznych - P na określonym obszarze.
wi = Ie/P [-]
Czynniki wpływające na wielkość infiltracji
Czynniki klimatyczne
• Wysokość opadów atmosferycznych [mm/rok]
• Rozkład opadów w czasie – intensywność opadu
• Temperatura i wilgotność powietrza
Właściwości gruntu i terenu
• Przepuszczalność ośrodka gruntowego
• Nachylenie powierzchni terenu (teren płaski – brak spływu powierzchniowego)
• Pokrycie szatą roślinną (gęsta szata zmniejsza odpływ powierzchniowy)
• Zagospodarowanie terenu:
- osiedlowo-przemysłowe – zmniejszenie infiltracji
- rolnicze – zwiększenie infiltracji
- leśne – zatrzymanie spływu powierzchniowego, ale duża transpiracja
• Przemarzanie gruntu - zmniejszenie przepuszczalności –zanik infiltracji
• Stopień nasycenia wodą porów ośrodka gruntowego
• Działalność człowieka
Strefa aeracji, saturacji. Zwierciadło wód podziemnych.
Strefa aeracji- strefa gdzie pustki skalne wypełniają powietrze i woda.
Inaczej warstwa nienasycona.
Strefa saturacji- strefa występowania skał, w których wolne
przestrzenie (pory, szczeliny, próŜnie krasowe) wypełnione są całkowicie
wodą. Inaczej warstwa nasycona lub wodonośna.
Granicę między strefą aeracji, a saturacji nazywamy zwierciadłem
wody.
Podział wód podziemnych. Podział skał ze względu na przepuszczalność i charakter pustek skalnych
Skały przepuszczalne to takie, w których odbywać się może przepływ wody.
Występuje w nich woda wolna. Wolne przestrzenie wypełnione wodą to:
- pory - skały takie jak piaski, żwiry, piaskowce itp.
- szczeliny – skały zwięzłe takie jak: piaskowce, skały krystaliczne (np.
granity, gnejsy, bazalty itp.)
-pustki krasowe – skały rozpuszczalne, głównie wapienie
Skały słaboprzepuszczalne to takie, które zawierają drobne cząsteczki ilaste np. gliny
lub iły. Przez te skały przepływ wody jest bardzo utrudniony lub praktycznie
niemożliwy. Większość wody to woda związana.
Pojęcia: obszar zasilania, przepływu i drenażu.
Wody artezyjskie i wody zawieszone.
Wody artezyjskie wody podziemne występujące pod ciśnieniem hydrostatycznym, zdolne do samoczynnego wypływu na powierzchnię ze studni. Odpowiednie warunki do wytworzenia ciśnienia hydrostatycznego występują najczęściej na obszarach o nieckowatym układzie warstw skalnych. Od wód gruntowych odróżnia je istnienie warstwy nieprzepuszczalnej w stropie. Dzięki tej izolacji są mniej zanieczyszczone. Wody artezyjskie najczęściej występują w niecce artezyjskiej w warstwach wodonośnych pod skałami nieprzepuszczalnymi. Występowanie wód artezyjskich może być niekiedy związane także z uskokami i systemem szczelin skalnych.Odwiert w nadległych warstwach skalnych powoduje podniesienie słupa wody ponad powierzchnię ziemi (wypływ na powierzchnię, np. studnia artezyjska), natomiast w przypadku naturalnego znalezienia możliwości wypływu powstaje źródło artezyjskie (źródło wstępujące). Wody o niższym ciśnieniu hydrostatycznym, w przypadku których słup wody w odwiercie nie sięga powierzchni ziemi to wody subartezyjskie.
Wody zawieszone – wody tworzące w strefie aeracji lokalne zbiorowisko nad stropem soczewki utworów nieprzepuszczalnych, którego zasoby zmieniają się pod wpływem opadów i parowania. Dzieli się na: wody wolne i kapilarne. Woda kapilarna - jest to woda występująca w drobnych porach, szczelinach i naczyniach włoskowatych produktów niezależnie od siły grawitacji, gdyż silniejsze od niej są siły napięcia powierzchniowego. Woda ta podlega zjawiskom kapilarnym.Wody kapilarne występują w strefie aeracji w porach i szczelinach o wymiarach kapilarnych. Poruszają się pod wpływem sił spójności i przylegania tworząc na granicy strefy saturacji i strefy aeracji strefę wzniosu kapilarnego. Wody kapilarne podlegają sile ciężkości, przekazują ciśnienie, mają zdolność rozpuszczania, zamarzają w temperaturze nieco niższej od 0 °C. Wyróżnia się: wodę kapilarną właściwą - nieoderwaną od wody wolnej w strefie saturacji i wody kapilarne zawieszone - tworzące soczewki w strefie aeracji.
Definicja źrodla.
Źródło – samoczynny, naturalny i skoncentrowany (punktowy, skupiony) wypływ wody podziemnej na powierzchnię.
Jeżeli wypływ jest nieskoncentrowany (powierzchniowy, rozproszony) to wtedy określa się go jako: wysięk, wyciek lub młaka.
Młaka – powierzchniowy, rozlewny wypływ, zatorfiony lub zabagniony, dający na ogół odpływ. Powszechne w górach i u podnóża skarp w dolinach rzek.
Wyciek – bardzo słaby wypływ z odsłoniętej warstwy wodonośnej lub zwietrzeliny skalnej, dający na zewnątrz widoczny odpływ. Występują na ogół na zboczach dolin lub bezpośrednio w korytach rzek.
Wysięk – miejsce słabego sączenia wód podziemnych, bez widocznego odpływu na zewnątrz.
Źródlisko – nagromadzenie źródeł
Podział źródeł ze względu na kryteria: rodzaj ośrodka hydrogeologicznego, siłę motoryczną wypływu, kryterium hydrobiologiczne i temperaturę
wg rodzaju ośrodka hydrogeologicznego, który jest drenowany przez źródło (rodzaj przewodów odprowadzających wodę):
•źródła warstwowe – w ośrodku porowatym
•źródła szczelinowe - ośrodku szczelinowym
•źródła dyslokacyjne (uskokowe) – w przypadku uskoków i dyslokacji przecinających utwory słabo przepuszczalne
•źródła krasowe i szczelinowo-krasowe – w ośrodku krasowym
wg siły motorycznej wypływu:
•źródła descenzyjne (zstępujące, grawitacyjne, spływowe) – jeśli wypływ wody jest powodowany przez siłę ciężkości
•źródła ascenzyjne (wstępujące, podpływowe) – do których dopływa woda pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego. Powstają w miejscach, gdzie powierzchnia terenu przecina zwierciadło piezometryczne.
•źródła syfonowe (lewarowe)
wg właściwości fizykochemicznych:
- temperatura (t śr= średnia temperatura roczna powietrza)
•źródła zimne (chłodne) t<t śr
•źródła zwykłe t≈t śr
•cieplice t>t śr
•termy t>20°C
wg kryterium hydrobiologicznego
•reokreny – o szybkim przepływie wody wypływającej strumieniem, odsłaniającej piaszczysto-żwirowe dno wskutek porywania z sobą drobniejszych frakcji
•helokreny (źródła bagienne) – o odpływie utrudnionym przez warstwę osadów organicznych nasączonych wodą, tworzących podmokłe, zarośnięte bagnisko
•limnokreny – wypływające w basenach, których dno pokrywa piasek lub muł, a otoczenie może być porośnięte roślinnością zielną lub zabagnione
Rzeki a wody podziemne. Typowe czasy przepływu wód podziemnych od obszaru zasilania do obszaru drenażu.
Wody podziemne dopływają do rzek. Rzeki takie nazywają się drenującymi. Jeżeli długo nie ma opadu to nie ma spływu powierzchniowego i rzekami płyną tylko wody podziemne. Podobna sytuacja może zdarzyć się zimą. Przy długotrwałych mrozach też nie ma spływu powierzchniowego. W naturalnych warunkach rzadko zdarza się sytuacja odwrotna, gdy rzeka oddaje wodę do warstwy wodonośnej. Taką rzekę nazywamy infiltrującą
Regionalizacja hydrogeologiczna polski wg Kleczkowskiego: prowincje, główne jednostki.
Prowincja hydrogeologiczna górsko-wyżynna:
•Masywy M:
o MK – Masyw karpacki
• (W) – część wewnętrzna
• (Z) – część zewnętrzna z nałożonymi zbiornikami
dolinnymi czwartorzędowymi
o MS – Masyw sudecki z nieckami śródgórskimi permsko-kredowymi
(zewnętrzną-NZ i wewnętrzną-NW)
o MSt – Masyw świętokrzyski
• (P) – część paleozoiczna
• (M) – część mezozoiczna
o MKu – Masyw kujawski
•Niecki kredowe
o NB-K – bełchatowsko-konińska
o NL – lubelska
o N₤ - łódzka
o NM – miechowska
o NR – radomska
o NO – opolska
•Monoklina krakowsko-śląska – MoK-S
• J – część jurajska
• T – część triasów
Prowincja hydrogeologiczna nizinna:
•Pasma zbiorników czwartorzędowych:
o Pn – pasmo nadmorski
o Pp – pasmo pojezierne
o Pr – pasmo równinne
o Ppk – pasmo przedkarpackie
o Pps – pasmo przedsudeckie
•Subniecki:
o SNG – gdańska kredowa
o SNP – poznańska, trzeciorzędowa
o SNWa – warszawska trzeciorzędowa
•Subzbiorniki (większe):
o SZPo – podlasie, jurajski
o SZP – pomorze, trzeciorzędowo-jurajski
1
– Powierzchnia jednostek połoŜonych pod jednostkami głównymi
Typowe struktury wodonośne w Q.
Gdzie występują wody mineralne i lecznicze w Polsce.
Główne typy źródeł mineralnych.
Pory roku w jeziorze w Polsce- ustrój termiczny jezior.
Ustrój termiczny rzek i jezior zaleŜy od:
• temperatury powietrza
• temperatury wody zasilającej
• wykształcenia dna
• osłonięcia brzegów
• dopływu ścieków
W rocznym przebiegu temperatury wyróŜniamy dwa okresy:
• wolnej powierzchni wody
• pokrywy lodowej
Stratyfikacja termiczna wody:
•prosta (normalna, tzw. anotermia)
•odwrócona (katotermia)
•wyrównana (wymieszanie)
Główne typy troficzne jezior i ich charakterystyka.
Jeziora różnią się produktywnością biologiczną czyli tempem procesu
wytwarzania materii organicznej. Zależy ona od różnych czynników m.in.
morfometrii jezior.
Podział mokradeł stałych.
przez cały rok głębokość do zwierciadła wody
gruntowej <0,5m
Mokradła stałe ze względu na sposób zasilania dzieli się na:
•torfowiska wysokie (tzw. mszary) – bagna ombrogeniczne o ubogim kładzie florystycznym. Występują w górach.
•torfowiska przejściowe – występują w obwodzie torfowisk wysokich i w dolinach rzecznych. Zasilane głównie opadem atmosferycznym, przy słabym udziale przepływu wody.
•torfowiska niskie – zasilane głównie wodami gruntowymi i wodami rzecznymi. Powstają na ogół w rozległych dolinach nizinnych. Wody gruntowe są zasobniejsze w składniki mineralne niż wody opadowe, stąd bogaty skład florystyczny.