ZAKŁAD OCHRONY I KSZTAŁTOWANIA
ŚRODOWISKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

PRZEDMIOT:

HYDROLOGIA

PROWADZĄCY:

dr inż. Bogdan Ozga-Zieliński

Dla:

Inżynieria Środowiska sem. III

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE:

9

TEMAT :

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
z niepełną informacją o przepływie

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach z niepełną
informacją o przepływie

HYDROLOGIA

Sytuacje położenia przekrojów obliczeniowych

Stacja wodowskazowa

Przekrój obliczeniowy

I

II

II

III

Hydrologia

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach z krótkim
ciągiem pomiarowym przepływów

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA

Metody przenoszenia informacji hydrologicznej

BRAK CIĄGÓW PRZEPŁYWÓW

w przekroju obliczeniowym na rzece kontrolowanej

Jedna stacja wodowskazowa powyżej lub

poniżej przekroju niekontrolowanego

Dwie stacje w

odowskazowe

Pomiary kontrolne

Brak pomiarów

kontrolnych

Dwie stacje wodowskazowe

powyżej lub poniżej przekroju

niekontrolowanego

Przekrój niekontrolowany

pomiędzy dwiema stacjami

wodowskazowymi

Modele statyczne

(regresja)

Ustalony współczynnik

przeliczeniowy

Identyfikowany współczynnik

przeliczeniowy

Modele statyczne

(regresja)

Charakterystyki

przepływu

Charakterystyki

przepływu

Charakterystyki

przepływu

Długie ciągi

przepływów

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA

Jedna stacja wodowskazowa poniżej lub powyżej przekroju

















w

w

o

A

A

Q

Q

0

1

2

1

2

ln

ln

ln

ln

w

w

w

w

A

A

Q

Q









parametr empiryczny, którego wartość jest ustalana dla określonego przepływu
charakterystycznego i określonego odcinka rzeki (ma charakter regionalny)



-

Dwie stacje wodowskazowe poniżej lub powyżej przekroju

Identyfikacja parametru empirycznego

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA

Przekrój obliczeniowy pomiędzy dwiema stacjami wodowskazowymi

)

(

1

1

2

1

2

1

0

w

w

w

w

w

w

o

A

A

A

A

Q

Q

Q

Q











WARUNEK: niewielkie przyrosty powierzchni zlewni pomiędzy przekrojami

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA

Zlewnie niekontrolowane

Przedział wielkości zlewni

[km

2

]

Liczba

rzek

Liczba

wodowskazów

< 50

50,1 – 100
100,1 – 500
500,1 – 1000
1000,1 – 5000
5000,1 – 10000

> 10000

2913
809
744
93
80
9
8

53
76
380
148
199
32
92

Suma

4656

980

*)

*)

Bez posterunków wodowskazowych na jeziorach i zbiornikach [Fal B., 1979]

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA

BRAK CIĄGÓW PRZEPŁYWÓW

w przekroju obliczeniowym na rzece niekontrolowanej

Ciągi przepływów z innej

stacji wodowskazowej

Model zlewni niekontrolowanej

i ciągi zmiennych wejścia

Charakterystyki opadu

i charakterystyki fizjograficzne

zlewni niekontrolowanej

Dobór zlewni podobnej

(transformacja statyczna)

Rekonstrukcja ciągów

przepływów

Zależności regionalne

Krótkookresowa

stacja pomiarowa

Pomiary

kontrolne

Wybór

zobiektywizowany

Mapy i wzory

regionalne

Bilans
wodny

Metoda

Gradex-ZN

KCP

Charakterystyki

przepływu

Charakterystyki

przepływu

Długie ciągi

przepływu

Charakterystyki

przepływu

SSQ

Q

max,p

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA

polega na znalezieniu zlewni kontrolowanej podobnej pod
względem

warunków

hydrologicznych

do

zlewni

niekontrolowanej.

W

przypadku

pełnego

podobieństwa

hydrologicznego, tzn. zgodności pod względem warunków
fizycznogeograficznych i meteorologicznych (klimatycznych),
charakterystyki przepływu przenoszone są proporcjonalnie do
powierzchni zlewni.

K

NK

A

K

A

NK

Metoda podobieństwa hydrologicznego

K

K

NK

NK

Q

A

A

Q

















Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA

Modele matematyczne zlewni niekontrolowanej

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE:

10

TEMAT :

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.

W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić wezbranie
bądź niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz
jednoznacznie je zinterpretować.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.

W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić wezbranie
bądź niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz
jednoznacznie je zinterpretować.

Wynika to z podstawowego faktu, że wezbrania i niżówki są pojęciami
służącymi do zinterpretowania sytuacji występującej w rzece w
odniesieniu do ilości przepływającej wody.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.

W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić wezbranie
bądź niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz
jednoznacznie je zinterpretować.

Wynika to z podstawowego faktu, że wezbrania i niżówki są pojęciami
służącymi do zinterpretowania sytuacji występującej w rzece w
odniesieniu do ilości przepływającej wody.

Są to więc pojęcia czysto umowne i nie mają genetycznie uzasadnionej
jednoznacznej definicji.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Próby genetycznej definicji niżówek i wezbrań

Próby definiowania niżówek jako okresów, w których rzeka jest zasilana
wodami gruntowymi, a wezbrań jako okresów zasilania spływem
powierzchniowym, należy uznać za nieuzasadnione i nieprawdziwe...
[Maria Ozga-Zielińska]

niżówk
a?

Q

min

Q

t

wezbranie?

Niejednoznaczność określania niżówek i wezbrań

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Próby genetycznej definicji niżówek i wezbrań

Przykład: modelowanie matematyczne procesu odpływu ze zlewni

Swobodne i wymuszone odpowiedzi
podsystemów zlewni

y

w,g

y

w,p

y

w,p

y

s,g

y

s,g

y

s,p

Q

t

y

w,p

y

s,p

y

w,g

y

s,g

- odpowiedź wymuszona
powierzchniowa

- odpowiedź swobodna
powierzchniowa
- odpowiedź wymuszona
gruntowa
- odpowiedź swobodna
gruntowa

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczne definicje niżówek i wezbrań

Niżówka jest to okres, w którym przepływy są
równe lub
niższe od przyjętego przepływu granicznego
niżówki

n

g

Q

t

Q

,

)

( 

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczne definicje niżówek i wezbrań

Niżówka jest to okres, w którym przepływy są
równe lub
niższe od przyjętego przepływu granicznego
niżówki

n

g

Q

t

Q

,

)

( 

Wezbranie jest to okres, w którym przepływy
są równe lub
wyższe od przyjętego przepływu granicznego
wezbrania

w

g

Q

t

Q

,

)

( 

0

50

100

150

200

250

300

n

g

Q

,

w

g

Q

,

Nida Brzegi 1997

t

Q

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczne definicje niżówek i wezbrań

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość największa roczna z przepływów
minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

WNQ

NQ

Q

i

H

n

g

,...,

2

,

1

)

max(

1

,







Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość największa roczna z przepływów
minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów minimalnych
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

WNQ

NQ

Q

i

H

n

g

,...,

2

,

1

)

max(

1

,







SNQ

NQ

N

Q

N

i

i

H

n

g







1

,

1

2

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość największa roczna z przepływów
minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów minimalnych
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (3)
Wartość środkowa z przepływów minimalnych
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji (mediana)

ZNQ

Q

Q

H

n

g





%

50

min,

,

3

N

i

WNQ

NQ

Q

i

H

n

g

,...,

2

,

1

)

max(

1

,







SNQ

NQ

N

Q

N

i

i

H

n

g







1

,

1

2

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium gospodarcze (1)
Okres w którym występują braki wody dla
zaspokojenia
potrzeb jej użytkowników

Q

n

- przepływ nienaruszalny,

Q

u,j

- zapotrzebowanie j-tego użytkownika wody,

k - liczba użytkowników.









k

j

j

u

n

G

n

g

Q

Q

Q

1

,

,

1

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium gospodarcze (1)
Okres w którym występują braki wody dla
zaspokojenia
potrzeb jej użytkowników

Q

n

- przepływ nienaruszalny,

Q

u,j

- zapotrzebowanie j-tego użytkownika wody,

k - liczba użytkowników.









k

j

j

u

n

G

n

g

Q

Q

Q

1

,

,

1

Kryterium gospodarcze (2)
Wymagania żeglugi śródlądowej - minimalny
przepływ
żeglowny

ż

G

n

g

Q

Q

min,

,

2



Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość najmniejsza roczna z przepływów
maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

NWQ

WQ

Q

i

H

w

g

,...,

2

,

1

)

min(

1

,







Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość najmniejsza roczna z przepływów
maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów maksymalnych
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

NWQ

WQ

Q

i

H

w

g

,...,

2

,

1

)

min(

1

,







SWQ

WQ

N

Q

N

i

i

H

w

g







1

,

1

2

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość najmniejsza roczna z przepływów
maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów maksymalnych
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (3)
Wartość środkowa z przepływów maksymalnych
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji (mediana)

N

i

NWQ

WQ

Q

i

H

w

g

,...,

2

,

1

)

min(

1

,







SWQ

WQ

N

Q

N

i

i

H

w

g







1

,

1

2

ZWQ

Q

Q

H

w

g





%

50

max,

,

3

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium gospodarcze (1)
Najpowszechniejszą działalnością gospodarczą w
odniesieniu

do

wezbrań

jest

ochrona

przeciwpowodziowa. Z tego punktu widzenia
przepływem granicznym wezbrania jest przepływ
dozwolony, tzn. najwyższa wartość przepływu nie
powodująca jeszcze szkód powodziowych

doz

,

1

Q

Q

G

w

g



Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium gospodarcze (1)
Najpowszechniejszą działalnością gospodarczą w
odniesieniu

do

wezbrań

jest

ochrona

przeciwpowodziowa. Z tego punktu widzenia
przepływem granicznym wezbrania jest przepływ
dozwolony, tzn. najwyższa wartość przepływu nie
powodująca jeszcze szkód powodziowych

Kryterium gospodarcze (2)
Wymagania żeglugi śródlądowej - maksymalny
przepływ
żeglowny

doz

,

1

Q

Q

G

w

g



ż

G

w

g

Q

Q

max,

,

2



Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

V

n

Q

Q

g,n

t

t

n

Q

min,n

Q

śr,n

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

Q

Q

1

t

t

1

Q

2

Q

i

t

2

t

i



Q Q

g,n

•

•

•

•

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

Q

t

t

1

t

2

t

i



t

Q

g,n

t

n

Q

1

Q

2

Q

i

Q

n

• • • •

• • • •

 





dt

t

Q

Q

V

n

t

t







1

n

g,

n

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

Q

t

t

1

t

2

t

i



t

Q

g,n

t

n

Q

V,2

Q

V,i

• • • •

• • • •











n

i

i

i

V

Q

t

V

1

,

n

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe wezbrań

Q

t

Q

g,w

t

w

Q

max,w

Q

śr,w

V

w

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe wezbrań

Q

t

Q

g,w

= Q

1

t

i

Q

2

Q

i

t

1

t

2

Q

•

•

•

•

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe wezbrań

Q

t

Q

g,w

t

1

Q

1

Q

i

t

i

t

n

t

2

Q

n

Q

2

• • • •

• • • •



t











n

i

i

i

w

Q

t

V

1

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki jakościowe niżówek i wezbrań

Są to wybrane cechy fizyczne, chemiczne lub biologiczne
wody w okresie trwania niżówki lub wezbrania. Należą do
nich, w zależności od potrzeb wykonywanego
opracowania:

- mętność,
- barwa,
- twardość,
- odczyn pH,
- BZT,
- CHZT,
- tlen rozpuszczony,
- inne.

Ponadto w okresie niżówek istotną charakterystyką jest
temperatura wody, a w okresie wezbrań intensywność
transportu rumowiska.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczna analiza niżówek i wezbrań

Zjawisko ekstremalne opisane k charakterystykami może
być traktowane jako k-wymiarowa zmienna losowa (X

1

, X

2

,

..., X

k

). Własności losowe tej zmiennej opisuje

wielowymiarowy rozkład prawdopodobieństwa

Zmienna losowa (X

1

, X

2

, ..., X

k

) ma na ogół bardzo

skomplikowaną postać rozkładu wielowymiarowego, a w
praktyce potrafimy się posługiwać prawie wyłącznie
wielowymiarowym rozkładem normalnym.















k

x

k

k

x

k

k

dx

dx

x

x

f

x

X

x

X

P

...

)

,...,

(

...

)

,...,

(

1

1

1

1

1

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ