Wrocław, 28.05.2014r.

Politechnika Wrocławska

Wydział Inżynierii Środowiska

Kierunek Ochrona Środowiska

Ćwiczenie projektowe Nr 1

Z przedmiotu Hydrologia i ochrona wód

OPERAT HYDROLOGICZNY POTOKU

Wykonała:
Judyta Baczmaga
Rok II
Grupa śr 15¹⁵ – 16⁵⁵

Rok akademicki 2013/2014

Semestr letni

Wstęp

Zlewnia jest to cały obszar, z którego wody spływają do jednego cieku. Można wyróżnić dwa typy zlewni: zlewnie topograficzne oraz hydrogeologiczne. Dane w operacie wyznaczone na podstawie zlewni topograficznej.

Kudowski Potok – potok górski w Sudetach Środkowych, w Górach Stołowych, w woj. dolnośląskim. Źródła położone są w Górach Stołowych na obszarze Parku Narodowego Gór Stołowych na wysokości 730 m n.p.m. w lesie świerkowym na południowym stoku góry Skalniak (915 m n.p.m.)

Obliczenia:

1. Geometra zlewni:

• Powierzchnia zlewni topograficznej; km²
  

F = A = 7,27 km²

• Długość zlewni – najwieksza odległość w linii prostej między ujściem a punktem najbardziej oddalonym położonym na dziale wodnym; km

L = L_o = 4,10km

• Maksymalna długość zlewni – najdłuższa droga spływu wód powierzchniowych; km

L_max = L_m = 4,65km

$$B = \frac{F}{L_{\max}} = \ \frac{7,27}{4,65} = 1,56\text{km}$$

F – powierzchnia zlewni; km²
L_max – maksymalna długość zlewni; km

• Maksymalna szerokość zlewni; km

B_max = 2,37km

$$\alpha = \frac{2(F_{L} - F_{P})}{F} = \frac{2(2,37 - 4,9)}{7,27} = - 0,70$$

F_L – powierzchnia lewej części zlewni; km²
F_P – powierzchnia prawej części zlewni; km²
F – powierzchnia całkowita zlewni; km²

$$\delta = \frac{F}{L^{2}} = \frac{7,27}{{4,10}^{2}} = 0,43$$

• Wskaźnik wydłużenia zlewni

$$C_{w} = \frac{2}{L_{\max}}\sqrt{\frac{F}{\pi}} = 1,13\frac{\sqrt{F}}{L_{\max}} = 1,13\frac{\sqrt{7,27}}{4,65} = 0,66$$

L_max – długość maksymalna zlewni
F – powierzchnia całkowita zlewni

• Wskaźnik kolistości zlewni

$$C_{k} = \frac{F}{F_{k}} = \frac{4\pi F}{S^{2}} = \frac{4*3,14*7,27}{{12,25}^{2}} = 0,61$$

S – obwód zlewni; km
F – powierzchnia całkowita zlewni, km2

• Współczynnik rozwinięcia działu wodnego

$$\beta = k = \frac{S}{2\sqrt{\pi F}} = 0,28\frac{S}{\sqrt{F}} = 0,28\frac{12,25}{\sqrt{7,27}} = 1,27$$

$$C_{L} = \frac{\pi L_{\max}^{2}}{4F} = \frac{3,14*{4,65}^{2}}{4*7,27} = 2,33$$

1. Geometria cieku

• Długość cieku – od ujścia do źródła

- rozwinięcie cieku $\varphi = \frac{L_{c}}{l_{c}} = \frac{4,10}{3,55} = 1,15$
L_c – długość cieku; km
l_c – długoc cieku w linii prostej; km

$$C_{\varphi} = \frac{L_{c} - l_{c}}{l_{c}}*100\% = \frac{4,10 - 3,55}{3,55}*100\% = 15,5\%$$

L_d = ∑L_i = 10, 97km

1. Morfometria i rzeźba zlewni
   

• Rzeźba ternu
  - H_max, H_min – najwyższa i najniższa rzędna terenu na obszarze zlewni; m.n.p.m.

H_max = 915 m n.p.m.
H_dmax= 915 m n.p.m.

H_min = 443 m n.p.m.
H_dmin= 443 m n.p.m.

- Hdmax, Hdmin – najwyższa i najniższa rzędna terenu na dziale wód; m.n.p.m.

• Deniwelacja terenu; m

H = H_max − H_min =  915 − 443 = 472m

• Deniwelacja działu wodnego; m

H_d = H_dmax − H_dmin = 915 − 443 = 472m

• Średnia wysokość zlewni; m n.p.m.

$$H_{sr} = H_{z} = \frac{H_{\max} + H_{\min}}{2} = \frac{915 + 443}{2} = 679\ m\ n.m.p.$$

$$I = \frac{H_{\max} - H_{\min}}{\sqrt{F}}*100\% = \frac{915 - 443}{\sqrt{727000}}*100\% = 55,36\%$$

• Średnie nachylenie zlewni

100 % nachylenia – 45 spadku

55,36 % - x

x =  α_sr = 25

$$R_{g} = \frac{{H}_{d}}{S} = \frac{472}{12,25} = 38,53\frac{m}{\text{km}}$$

$$I_{p} = \frac{H}{\sqrt{F}} = \frac{472}{\sqrt{7,27}} = 175,05\frac{m}{\text{km}}$$

• Średnia długość stoków zlewni

$$l_{s} = \frac{1}{1,8G_{s}}$$

Gs – gęstość sieci rzecznej

$$G_{s} = \frac{\sum L_{i}}{F} = \frac{10,97}{7,27} = 1,51$$

$$l_{s} = \frac{1}{1,8G_{s}} = \frac{1}{1,8*1,51} = 0,37\text{km}$$

• Wskaźnik rzeźby Strahlera

$$C_{f} = \frac{H}{L_{\max}} = \frac{472}{4,65} = 101,5\frac{m}{\text{km}}$$

1. Morfometria i rzeźba cieku
   

$$I_{c} = \frac{H_{zr} - H_{\text{uj}}}{l_{c}}*100\% = \frac{730 - 443}{3550}*100\% = 8,09\%$$

• Umowny wskaźnik spadku cieku

$$I_{r} = \frac{H_{zr} - H_{\text{uj}}}{L_{c}} = \frac{730 - 443}{4,10} = 70,0\frac{m}{\text{km}}$$

1. Sieć hydrologiczna
   

• Współczynnik alimentacji koryt

$$S_{w} = \frac{1}{G_{s}} = \frac{1}{1,51} = 0,66\frac{\text{km}^{2}}{\text{km}}$$

• Wskaźnik krętości rzeki

$$k_{r} = \frac{L_{c}}{L_{d}} = \frac{4,10}{10,97} = 0,37$$

$$W_{\text{rb}} = \frac{L_{c} - L_{d}}{L_{d}}*100\% = \frac{4,10 - 10,97}{10,97}*100\% = 62,63\%$$

1. Pokrycie i użytkowanie terenu
   

• Udział powierzchni leśnej

$$\lambda = \frac{F_{z}}{F}*100\% = \frac{7,14}{7,27}*100\% = 98,21\%$$

F_z – zalesienie powierzchni zlewni; km²

1. Średni opad zlewni

	średnia wysokość opadu P	powierzchnia wieloboków F	P*F
A1	610	1,13	689,3
A2	605	1,4	847
A3	620	1,86	1153,2
A4	595	1,25	743,75
A5	590	1,62	955,8
suma	3020	7,26	4389,05

$$P_{sr} = \frac{\sum P_{i}F_{1}}{F} = \frac{4389,05}{7,27} = 604\text{mm}$$

P_śr – średni opad zlewni
P_i – średnia wysokość opadu w poszczególnych stacjach; mm
F_i – powierzchnia pól wieloboków; km²
F – suma wszystkich pól powierzchni; km²

1. Spływ powierzchniowy
   

$$Q_{s} = 0,03171*C_{s}*P*A = 0,03171*0,55*0,604*7,27 = 0,076\frac{m^{3}}{s}$$

Cs – współczynnik odpływu
P – opad normalny roczny
A – powierzchnia dorzecza

• Współczynnik odpływu wg Kajetanowicza

α_g = 0, 095 * W_s^0, 2 * Ψ^0, 084

W_s = 0, 5 * (W_z+W_u) = 0, 5 * (730+443) = 586, 5 m n.p.m.

Wz – wysokość źródeł; m n.p.m.
Wu – wysokość ujścia; m n.p.m.

Ψ – średnie nachylenie zboczy; ‰

$$\Psi = \frac{W_{z} - W_{u}}{\sqrt{F}} = \frac{730 - 443}{\sqrt{7,27}} = 106,44$$

α_g = 0, 095 * 586, 5^0, 2 * 106, 44^0, 084 = 0, 503

$$Q_{2} = 0,7*v*Q_{s} = 0,7*0,8*0,076 = 0,043\frac{m^{3}}{s}$$

• Woda średnia niska

$$Q_{1} = 0,4*v*Q_{s} = 0,4*0,8*0,076 = 0,024\frac{m^{3}}{s}\backslash n$$

• Woda najniższa

$$Q_{0} = \ 0,2*v*Q_{s} = 0,2*0,8*0,076 = 0,012\frac{m^{3}}{s}$$

• Wielka woda katastrofalna

$$Q_{4} = C_{w}*m*P*A = 0,055*25,0*0,604*7,27 = 6,04\frac{m^{3}}{s}$$

C_w – współczynnik zależny od charakteru dorzecza
m – współczynnik zależny od wielkości dorzecza
P – opad normalny roczny
A – powierzchnia dorzecza

Bibliografia:

• Prezentacja multimedialna, mgr inż. Maria Niesobska,

• pl.wikipedia.org