On this 6/30/21

Right at 30/06/21

Prof. dr hab. inż. Antoni T. Miler
Katedra Inżynierii Leśnej
Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu

Hydrologia

jest generalnie

nauką o wodzie. Wynika to z
etymologicznej budowy tego słowa:

hydor

– woda i

logos

– słowo.

Przedmiotem badań hydrologii

jest

hydrosfera

– przestrzeń na

Ziemi, w której występuje woda
(oceany,

morza,

rzeki,

jeziora,

lodowce, gleby, grunty – wierzchnia
warstwa litosfery, dolna warstwa
atmosfery).

Nazwa hydrologia pojawiła się w 2-giej

połowie XVII w., a dotyczyła początkowo
wód mineralnych i ich wykorzystania w
lecznictwie.

We współczesnym pojęciu nazwa ta

występuje dopiero w 2-giej połowie XIX w.
W tym czasie zaczynają powstawać
pierwsze służby hydrologiczne; w 1862
roku amerykański inż. Nathaniel Beardmore
opublikował

pierwszy

podręcznik

hydrologii.

Na ziemiach polskich powstały służby

hydrologiczne państw zaborczych (1874 r.
rosyjska, 1893 r. austriacka i 1902 r.
niemiecka).

Polska służba hydrologiczna (hydro-

graficzna) powstała w 1919 r. z inicjatywy
Gabriela Narutowicza – jej pierwszym
kierownikiem był Tadeusz Zubrzycki (1881-
1937). Odrębnie powstała i działała służba
meteorologiczna.

W 1945 r. powstał Państwowy Instytut

Hydrologiczno-Meteorologiczny

(PIHM),

przekształcony w 1973 r. w Instytut
Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW).

Do

najwybitniejszych

polskich

hydrologów

okresu

międzywojennego i powojennego należy
zaliczyć profesorów Kazimierza Dębskiego
(1895-1968) i Juliana Lambora (1901-
1973).

Ocena światowych zasobów wodnych

Źródło wody

Objętość
wody[mi

3

]

Objętość

wody

[km

3

]

Procent

wody

słodkiej

Procent
całkowitej
objętości  wody

Oceany,

morza,

zatoki

321,000,000

1,338,000,000

--

96.5

Pokrywa lodowa,
lodowce, wieczne
śniegi

5,773,000

24,064,000

68.7

1.74

Wody podziemne 5,614,000

23,400,000

--

1.7

    słodkie

2,526,000

10,530,000

30.1

0.76

    słone

3,088,000

12,870,000

--

0.94

Wilgoć w glebie

3,959

16,500

0.05

0.001

Wieczna
zmarzlina

71,970

300,000

0.86

0.022

Jeziora

42,320

176,400

--

0.013

    słodkie

21,830

91,000

0.26

0.007

    słone

20,490

85,400

--

0.006

Woda

w

atmosferze

3,095

12,900

0.04

0.001

Bagna

2,752

11,470

0.03

0.0008

Rzeki

509

2,120

0.006

0.0002

Woda w żywych
komórkach

269

1,120

0.003

0.0001

Razem

332,500,000

1,386,000,000

-

100

Źródło: Gleik, P. H., 1996: Water resources. W: Encyclopedia of Climate and Weather, ed.
S.H. Schneider, Press, Nowy , vol. 2, 817-823

Podstawowe elementy klimatu

- temperatura powietrza i opad

atmosferyczny

ulegają

naturalnym

zmianom w czasie –

wahania dobowe, sezonowe, roczne i wieloletnie,

wywołane głównie ruchem obrotowym Ziemi,

ruchem Ziemi wokół Słońca oraz wiekowymi

zmianami aktywności Słońca.

W ostatnich 200 latach temperatura i opady

dodatkowo ulegają także zmianom

antropogenicznym

, wynikającym ze wzrostu

zawartości w atmosferze pyłów (absorpcja

promieniowania słonecznego), jąder kondensacji

pary wodnej i gazów szklarniowych (efekt

cieplarniany atmosfery), czy też innych form

działalności człowieka (melioracje, silna urbanizacja

itd.).

Zmiany

klimatyczne

!

Zmiany

klimatyczne

!

Temat badań

Temat badań

Hydrochemia

Hydrochemia

Hydrobiologia

Hydrobiologia

Hydrofizyka

Hydrofizyka

Hydrologia krążenia

Hydrologia krążenia

Środowisk

o

Środowisk

o

Hydrometeorolo

gia

Hydrometeorolo

gia

Potamologia

(rzeki)

Potamologia

(rzeki)

Krenologia

(źródła)

Krenologia

(źródła)

Limnologia

Limnologia

Paludologia

(bagna)

Paludologia

(bagna)

Środowisko

cd.

Środowisko

cd.

Oceanologia

Oceanologia

Agrohydrolog

ia

Agrohydrolog

ia

Hydrogeologi

a

Hydrogeologi

a

Glacjologia

(lodowce)

Glacjologia

(lodowce)

Geohydrologia

(woda Ziemi)

Geohydrologia

(woda Ziemi)

Metodyka

Metodyka

Hydrometria

(pomiary)

Hydrometria

(pomiary)

Hydrografia

(synteza wyników

pomiarów)

Hydrografia

(synteza wyników

pomiarów)

Hydronomia

(tworzenie teorii)

Hydronomia

(tworzenie teorii)

Zastosowania

Zastosowania

Poznawcze – modelowanie procesów

Poznawcze – modelowanie procesów

Utylitarne

– zależności regionalne

Utylitarne

– zależności regionalne

Podział hydrologii wg wybranych

kryteriów

Bilans
wodny

Równanie bilansu wodnego, równanie Pencka-

Oppokowa, ma bardzo prostą postać:

(dla wielolecia)

(dla „krótszego” okresu)

gdzie:

P – opad (śnieżny, deszczowy),

H – odpływ (powierzchniowy,

podpowierzchniowy,

gruntowy),

E – parowanie (ewaporacja, transpiracja),



R – zmiana retencji (powierzchniowej –

wody stojące, cieki; gruntowej – strefy aeracji i
saturacji, intercepcja, zwilżanie, inna – np. ściółki w
lasach).

(Dla układów zamkniętych – zlewni)

E

H

P





E

H

P





R

E

H

P









R

E

H

P









Wartość R określa charakter okresu

bilansowego (np. roku hydrologicznego 1.11-31.10),
gdy:

okres (rok)

mokry

okres (rok)

średni

okres (rok)

suchy

Wartości składowych występujących w

równaniu bilansu wodnego stanowią podstawę
oceny stosunków wodnych w danej zlewni.
Wskazują też na możliwość (zasadność) działań
zaradczych poprzez melioracje wodne czy też agro-
lub fitomelioracje.

0



R

0



R

0



R

0



R

0



R

0



R

Ekosystem leśny na tle innych
ekosystemów

Analityczny (zazwyczaj uproszczony) obieg

wody rozpatrywany może by

ć

na obszarach

fizjograficznie i ekologicznie jednorodnych, jak
np. ekosystemy lądowe.
Wówczas dzielimy hydrologię według tych
ekosystemów:
- ekosystem bagienny – hydrologia terenów

podmokłych,

- ekosystem łąkowy – hydrologia użytków
zielonych,
- ekosystem pól ornych – hydrologia rolnicza,
czyli agrohydrologia,
- ekosystem lasów – hydrologia leśna,
- ekosystem pustyń miejskich – hydrologia
miejska.

Ekosystem leśny na tle innych
ekosystemów

Analityczny (zazwyczaj uproszczony) obieg

wody rozpatrywany może by

ć

na obszarach

fizjograficznie i ekologicznie jednorodnych, jak
np. ekosystemy lądowe.
Wówczas dzielimy hydrologię według tych
ekosystemów:
- ekosystem bagienny – hydrologia terenów

podmokłych,

- ekosystem łąkowy – hydrologia użytków
zielonych,
- ekosystem pól ornych – hydrologia rolnicza,
czyli agrohydrologia,

- ekosystem lasów – hydrologia leśna,

- ekosystem pustyń miejskich – hydrologia
miejska.

Las i woda

Warunkiem koniecznym trwałości lasu

jest stały przyrost biomasy. Ilość

biomasy jest proporcjonalna do ilości

wytranspirowanej wody.

Stąd wniosek, iż trwałość lasu zależy od

właściwych stosunków wodnych. (Na

parowanie transpiracyjne roślinność lasu

zużywa 99% pobranej wody, a tylko 1% na

budowę tkanek.)

Las i woda

Warunkiem koniecznym trwałości lasu

jest stały przyrost biomasy. Ilość

biomasy jest proporcjonalna do ilości

wytranspirowanej wody.

Stąd wniosek, iż

trwałoś

ć

lasu zależy od

właściwych stosunków wodnych

. (Na

parowanie transpiracyjne roślinność lasu

zużywa 99% pobranej wody, a tylko 1% na

budowę tkanek.)

Kluczową rolę wody w lesie
dostrzegano od dawna. Przykładowo
wśród uchwał I Polskiego Naukowego
Zjazdu Leśniczego (1933) można
znaleźć i takie

„… przy opracowywaniu ogólnych
planów z zakresu gospodarstwa
wodnego kraju, oraz planów
regulacji poszczególnych rzek i
dzikich potoków, konieczne jest
zasięganie fachowej opinji
leśników polskich”.

Lapidarnie ujmując las stanowi swoisty
(niesterowalny) zbiornik retencyjny.

Wynikające

stąd

stabilizacyjne

oddziaływanie na odpływ ze zlewni jest
powszechnie cytowane w literaturze. Nie jest
natomiast jednoznaczne czy lasy zwiększają
czy

zmniejszają

odpływ

ze

zlewni.

Zwiększona bowiem transpiracja z terenów
leśnych

kompensowana

jest

przez

zwiększone

opady

atmosferyczne

implikowane przez mikroklimat tychże
kompleksów leśnych.

Lapidarnie ujmując

las stanowi swoisty

(niesterowalny) zbiornik retencyjny

.

Wynikające

stąd

stabilizacyjne

oddziaływanie na odpływ ze zlewni jest
powszechnie cytowane w literaturze. Nie jest
natomiast jednoznaczne czy lasy zwiększają
czy

zmniejszają

odpływ

ze

zlewni.

Zwiększona bowiem transpiracja z terenów
leśnych

kompensowana

jest

przez

zwiększone

opady

atmosferyczne

implikowane przez mikroklimat tychże
kompleksów leśnych.

Wartości

bezwzględne

składowych

bilansu (opadu, parowania, odpływu)
zależą

oczywiście

od

regionu

geograficznego. Można jednak wskazać
na pewne prawidłowości, przykładowo:

suma opadu w lesie jest o

około 10% większa niż na polu,
parowanie w lesie i na polu jest
podobne, suma odpływu nie
wykazuje związku z zalesieniem,
las

„spłaszcza”

i

„wydłuża”

wezbrania

.

Lasy

(kompleksy

leśne)

są

podstawowym filarem tzw. małej retencji

.

Ten rodzaj retencji niejednokrotnie

zawęża się tylko do roli małych zbiorników
wodnych. Należy wskazać, iż mała retencja
to wszystko to co przyczynia się do
wydłużenia drogi i czasu obiegu wody w
zlewni. Zatem powoduje poprawę stosunków
wodnych (ograniczenie odpływów), poprawę
jakości

wód

(dłuższy

czas

na

samooczyszczanie się wód) oraz regulację
transportu

rumowiska.

Przykładowo

intercepcja dla gatunków liściastych może
dochodzić do 20%, a dla gatunków iglastych
aż

do

40%

rocznych

sum

opadów

atmosferycznych.

Metody

badań

w

hydrologii

leśnej

Metody badań w hydrologii leśnej

obejmują w zasadzie dwa zagadnienia:

-kształtowania się bilansu wodnego
zbiorowisk leśnych

- odpływu wody z lasu

Zagadnienia te rozpatrywane są zazwyczaj
oddzielnie, w zależności od spojrzenia na
stosunki wodne zbiorowisk leśnych: „z
pozycji wewnątrz lasu” (na poziomie
ekosystemu leśnego) i „z pozycji na
zewnątrz lasu” (las traktowany tylko jako
kategoria użytkowania terenu).

Metody

badań

w

hydrologii

leśnej

Metody badań w hydrologii leśnej

obejmują w zasadzie dwa zagadnienia:

-kształtowania się bilansu wodnego
zbiorowisk leśnych

- odpływu wody z lasu

Zagadnienia te rozpatrywane są zazwyczaj
oddzielnie, w zależności od spojrzenia na
stosunki wodne zbiorowisk leśnych: „

z

pozycji wewnątrz lasu

” (na poziomie

ekosystemu leśnego) i „

z pozycji na

zewnątrz lasu

” (las traktowany tylko jako

kategoria użytkowania terenu).

W naukach leśnych stosunki wodne w
lesie rozpatrywane są głównie jako
czynnik siedliskotwórczy, określający
warunki produkcji biomasy.

W

opracowaniach

hydrologicznych las rozpatrywany jest
jako pokrycie zlewni, jako całość dająca
się opisać charakterystykami fizyczno-
geograficznymi.

Kolejne fazy abstrakcji
(zrozumienia)

Dziękuję za uwagę

Dziękuję za uwagę