HYDROLOGIA,
METEOROLOGIA
I KLIMATOLOGIA
Cz. II  HYDROLOGIA
W 1 - Definicje
M. Nawalany
Etymologia słowa  hydrologia
hżdM
r (Ż���) - 'woda'
lógos (�ł��) - 'mowa; słowo;
wypowiedz
; wiadomość;
opowieść; księga; rachunek; myśl;
opinia; dowód; wartość; stosunek'
logia - 'zbiór; kolekcja'
 Panta rhei   Wszystko płynie
(Heraklit z Efezu : 540  480 p.n.e.)
 Natura jest ciągłym ruchem
materialnych i niepodzielnych
cząstek (atomów), których połączenie
daje w efekcie różnorodne ciała
(Demokryt z Abdery : 460  370 p.n.e.)
HYDROLOGIA jest nauką o wodach
występujących w przyrodzie.
" Przedmiotem badań hydrologii jest krążenie wody w
przyrodzie z uwzględnieniem jej właściwości fizycznych
i chemicznych
" Krążenie wody w przyrodzie (tj. rozkład przestrzenny
i dynamika czasowa zasobów i strumieni wody) podlega
w skali globu a także lokalnie :
czynnikom naturalnym  cz. kosmicznemu
cz. geologicznemu
cz. meteorologicznemu
cz. biologicznemu
czynnikowi antropogenicznemu
" Podstawę empiryczną hydrologii stanowi
hydrometria
" Hydrologia jest gałęzią geofizyki
" Przyjęto traktować hydrologię jako
naukę o wodach lądowych  badaniem
wód morskich zajmuje się oceanologia
Hydrologia dzieli się na:
" hydrometeorologię -
naukę zajmującą się m.in. opadami
i osadami atmosferycznymi
" potamologię - hydrologię wód płynących
" limnologię - hydrologię wód stojących
" geohydrologię/hydrogeologię - naukę
o wodach podziemnych
" glacjologię - naukę o lodowcach i śniegu
POTAMOLOGIA - nauka o rzekach,
(powierzchniowych lądowych wodach
płynących)
Badania potamologiczne dotyczą:
" sposobu zasilania rzek w wodę
" dynamiki wahań poziomu i przepływu wody
" zmian temperatury wody
" zjawisk towarzyszących zlodzeniu rzek
" ruchu rumowiska rzecznego
" składu chemicznego wody
" życia biologicznego w rzekach
" klasyfikacji rzek
" topologii sieci rzecznej
LIMNOLOGIA -
nauka o zbiornikach wód śródlądowych (z.w.ś.)
Badania limnologiczne dotyczą:
" własności fizycznych, chemicznych oraz termiki
środowiska wodnego z.w.ś.; ich przestrzennego
rozkładu i ewolucji w czasie
" procesów zasilania i hydrodynamiki przepływu wód
w jeziorach i zbiornikach wodnych
" wzajemnego oddziaływania z.w.ś. z systemem
atmosferycznym i środowiskiem wód podziemnych
" życia biologicznego w jeziorach i zbiornikach
wodnych
" związków pomiędzy procesami biologicznymi a
hydrodynamiką przepływu wód oraz dynamiką zmian
ich składu chemicznego i temperatury w z.w.ś.
GEOHYDROLOGIA/HYDROGEOLOGIA 
nauka o wodach podziemnych i środowisku
skalnym w którym występują (dział geologii)
Badania geohydrologiczne dotyczą:
" zjawisk i procesów związanych z występowaniem
wody w skałach skorupy ziemskiej
" własności fizycznych, chemicznych oraz termiki wód
podziemnych z uwzględnieniem ich przestrzennego
rozkładu i ewolucji/przemian w czasie
" procesów zasilania i dynamiki wód podziemnych
" wzajemnego oddziaływaniem wód podziemnych z
systemem atmosferycznym i wodami
powierzchniowymi (rzekami, jeziorami i zbiornikami)
Badania hydrogeologiczne dotyczą ponadto:
" metodyki poszukiwań wód podziemnych
" szacowania zasobów wód podziemnych
" ustalania sposobów ich wykorzystania
" projektowania ujęć wód podziemnych
" monitorowania i ochrony zasobów wód
podziemnych
Cząsteczka wody (1)
" H2O  najprostszy trwały związek wodoru z tlenem
(88,81% masy  tlen, 11,19% masy - wodór)
" 36 odmian izotopowych wody (3 izotopy wodoru: H,
D, T oraz 6 izotopów tlenu: O14  O19)
Tab.1 Względna częstość występowania ważniejszych
odmian izotopowych
H216O 100 000
H218O 204
H217O 37
D216O 5
Cząsteczka wody (2)
" H2O  prosta cząstka wody; cząstka dipolowa (tj. ładunek
dodatni i ujemny są rozsunięte), odległość H-O
wynosi 0,96 � , odległość H-H wynosi 1,54 �,
kąt rozwarcia H-O-H wynosi 105�
" H4O2 , H8O4, ...  asocjacje cząsteczek wody
" Liczba koordynacyjna (liczba najbliższych sąsiadów)
w krysztale lodu  4;
układ elementarnej komórki lodu  heksagonalny
" Konsekwencje dla anomalnej rozszerzalności wody!
Cząsteczka wody (3)
Tab.2 Temperatury topnienia i wrzenia związków
pierwiastków VI grupy
Związek Masa Temp. Temp.
cząsteczkowa Topnienia Wrzenia
(�C) (�C)
NH3 17 -77,8 -33,5
H2O 18 0,0 +100,0
H2S 34 -85,6 -60,4
H2Se 81 -60,4 -41,5
H2Te 128,6 -51,0 -1,8
Podstawowe własności wody (1)
Masa cząsteczkowa 18,0153
Gęstość kg/m3 (20�C) 998,2
Temperatura topnienia, �C 0,0
Temperatura wrzenia, �C +100,00
Temperatura maks. gęstości, �C +3,98
Ciepło topnienia J/g 333,75
Ciepło parowania, J/g 2260
Ciepło właściwe, J/(g K) 4,19
Napięcie powierzchniowe, mN/m (20�C) 72,75
Lepkość dynamiczna, mN s/m2 1,000
Przewodność elektrolityczna, S/m 5�10-6
Podstawowe własności wody (2)
Gęstość wody (a)  anomalna rozszerzalność wody
" Gęstość wody w przedziale (0� C - 3,98� C) wzrasta
" Gęstość wody w przedziale (3,98� C - 100� C) maleje
Temperatura, �C Gęstość, kg/m3
0 999,87
3,98 1000,00
5 999,99
10 999,73
15 999,13
" Gęstość lodu o 10% mniejsza niż gęstość wody
w temp. 0� C  wynosi 916,80 kg/m3
Podstawowe własności wody (3)
Gęstość wody (b) - konsekwencje
" Lód wypływa na powierzchnię zbiorników
wodnych
" Woda o największym ciężarze właściwym
(temp. 3,98� C)  tonie i znajduje się na dnie
zbiornika wodnego
" Woda osiąga gęstość lodu dopiero w temp. +70� C
Podstawowe własności wody (4)
Ciepło właściwe wody
" Wśród wszystkich substancji chemicznych woda
odznacza się jedną z największych wartości ciepła
właściwego  4186 J/(kg K)
" Oznacza to dużą pojemność cieplną wody,
a w konsekwencji dużą bezwładność (łagodność)
zbiorników wodnych na temperaturowe
wymuszenia zewnętrzne
" Duża wartość ciepła topnienia/krzepnięcia lodu
powoduje, że woda pod lodem jest dobrze izolowana
termicznie
Podstawowe własności wody (5)
Napięcie powierzchniowe (n.p.)
" Def. Napięcie powierzchniowe jest to praca, jaką należy
wykonać w celu zwiększenia powierzchni cieczy
o jednostkę powierzchni (Nm/m2).
" Woda ma największe n.p. z wszystkich cieczy
" Napięcie powierzchniowe wody zmniejsza się wraz
ze wzrostem temperatury
" Wartość n.p. wody zmniejsza się wraz ze wzrostem
zawartości w niej subst. humusowych i rozpuszczalników
organicznych, detergentów itp. �! woda o zmniejszonym
�!
�!
�!
n.p. jest szkodliwa dla organizmów żywych
Podstawowe własności wody (6)
Rozpuszczalność
W wodzie rozpuszczają się ciała stałe, ciecze i gazy
" Każda substancja rozpuszcza się w wodzie
w określonym stopniu (zależnym od: rodzaju
substancji, temperatury i ciśnienia)
" Woda jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem
ze względu na swoją budowę dipolową
" Woda w naturze nigdy nie wystepuje w postaci
 czystej  zawsze jest roztworem (jonów)
różnych substancji
Program wykładu
1. Hydrologia - definicje. Hydrologia i jej usytuowanie
względem innych dziedzin nauki. Globalny cykl
hydrologiczny. Woda w środowisku przyrodniczym
Ziemi. Własności fizyko-chemiczne wody.
2. Obiekty i procesy lądowej fazy cyklu hydrologicznego 
jeziora: pomiar i dynamika procesów.
3. Obiekty i procesy lądowej fazy cyklu hydrologicznego 
rzeki: skala, pomiar i dynamika procesów.
4. Obiekty i procesy lądowej fazy cyklu hydrologicznego 
wody podziemne: skala, pomiar i dynamika procesów.
Program wykładu c.d.
5. Zlewnia rzeczna i zlewnia wód podziemnych. Rozkład
przestrzenny i dynamika procesów hydrologicznych
w skali zlewni. Interakcja wód powierzchniowych
i podziemnych.
6. Zasoby wodne zlewni. Czynnik antropogeniczny.
Jakość zasobów wodnych. Bilans wodny zlewni.
7. Monitoring, wykorzystanie i ochrona zasobów wodnych.
8. Podstawowe pojęcia gospodarki wodnej.