1. Definicja prognozy.

Prognoza jest to przewidywanie przyszłych faktów, zjawisk, zdarzeń na podstawie uzasadnionych przesłanek ustalonych toku badań formułowanych jako wytyczne do dalszego postępowania przez specjalistów z danej dziedziny.

2. Podział prognoz z uwagi na rodzaj zjawiska:

1.prognozy meteorologiczne

2.prognozy hydrologiczne

3. Prognoza meteorologiczna (pogody)

Prognoza pogody - przewidywanie czasowych i przestrzennych zmian stanu atmosfery. Prognozy pogody można sklasyfikować w zależności od czasu prognozy, obszaru, i sposobu prognozy.

4. Prognozy hydrologiczne

a) stanów wód w rzekach - dotyczy tylko przekrojów kontrolowanych

b) przepływów (dopływów do zbiorników retencyjnych) - chodzi o gospodarkę wodną w zbiorniku[kiedy dotrze fala powodziowa, kulminacyjna - plus minus to co liczyliśmy w projekcie - aby jak najlepiej się na nią przygotować]

c) zjawisk ekstremalnych - czyli powodzie i susze; wyróżniamy susze:

- atmosferyczne - brak wody w atmosferze

- glebowe

• hydrologiczne - poniżej określonej granicy

5. Klasyfikacja prognoz

a)ze względu na czas

• prognoza "na teraz" (0-6 godzin)

• prognozy krótkoterminowe (0-5 dni)

• prognozy średnioterminowe (3-7dni)

• prognozy długoterminowe (powyżej 7 dni)

• prognozy międzysezonalne (zmiany pomiędzy sezonami)

• prognozy wewnątrzsezonalne (zmiany w czasie sezonu)

b)ze względu na obszar

• prognoza lokalna

• prognoza mezoskalowa

• prognoza regionalna

• prognoza globalna

c)ze względu na metodę

• wiedza lokalna (lub folklor)

• synoptyczne

• numeryczne

6. Metody prognoz hydrologicznych i meteorologicznych

1) metoda lokalna ( „stary góral” ) - np. zachowania zwierząt i takie tam rzeczy ale również brane są pod uwagę… przysłowia

2) synoptyczne - oparta jest na zgromadzonych danych początkowych z rozmaitych źródeł

3) numeryczne - modele oparte na metodach statystycznych lub bazujące na podstawowych zasadach fizyki

7. Obszar (zasięg) prognozy

prognozy lokalne - dla miejsca, jakiejś miejscowości

p. mezoskalowa - kilkaset km²

p. regionalna - kilka państw, jakiś większy region geograficzny

p. globalna - cała kula ziemska (czy coś w tym rodzaju)

9. Horyzont (czas) prognoz hydrologicznych (klasyfikacja WMO)

• krótkoterminowe - oparte na analizie procesu propagacji fali w korycie rzecznym; „oparte na tym co już jest w rzece”, czyli na wodzie która znajduje się w rzece bądź jakimś jej dopływie

• średnioterminowe - oparta na transformacji obserwowanego opadu w hydrogram odpływu w przekroju zamykającym zlewnie; widzimy opad na jakimś terenie i określamy jaki będzie odpływ na tym terenie

• długoterminowe - oparte na transformacji prognozowanego opadu w hydrograf odpływu w przekroju zamykającym zlewnie; tu opieramy się na prognozach a nie na tym co jest bądź co widzimy

10. Wyposażenie stacji meteorologicznej:

termohigrometr,

termometr,

termometr wielokanałowy,

barometr,

miernik prędkości i kierunku wiatru,

deszczomierz,

miernik promieniowania słonecznego,

zintegrowany czujnik drogowy,

miernik poziomu wody,

miernik wilgotności gleby ,

miernik stężenia gazów,

11.Obserwacje stanów wody i przepływów

Prognozy hydrologiczne dotyczą:

- stanów wody w rzekach

- przepływów (dopływów do zbiorników retencyjnych)

- zjawisk ekstremalnych (sztormy powodzie i susze)

- zjawisk lodowych na rzekach i jeziorach

Ważna prognozą jest prognoza dopływu wody do zbiorników retencyjnych. Jest ona ważna przy podejmowaniu decyzji o zrzutach wody przed falą kulminacyjna.

12. Zależność pomiędzy stanem wody i przepływem

H - stan wody - wzniesienie zwierciadła wody ponad zero wodowskazu w danym przekroju

T - napełnienie - wzniesienie zwierciadła wody w danym przekroju ponad poziom dna teoretycznego (Q = 0)

B - stan wody przy której przepływ jest równy zero (Q = 0)

Zapisać można: T = H-B kiedy zero wodowskazu znajduje się w obszarze Q = 0 bądź też

T = H+B gdy zero wodowskazu znajduje się powyżej dna teoretycznego

13. Definicja wezbrania i powodzi

Wezbranie jest to wzrost poziomu wody (w rzece jeziorze lub morzu) ponad przylegający do brzegu teren

Powódź jest to wezbranie powodujące zagrożenie życia ludzi oraz szkody społeczno-ekonomiczne i środowiskowe.

14/15. Rodzaje i przyczyny powodzi.

1. OPADOWE, można je podzielić na:

• gwałtowne, spowodowane przez deszcze nawalne, burzowe i termiczne, oraz przez deszcze frontalne,

• rozlewne, spowodowane przez deszcze frontalne zasilane orograficznymi.

2. ROZTOPOWE, występują podczas dodatnich temp., braku ujemnych temp. nocą i dodatkowym opadzie. Ich przyczynami jest gwałtowne topnienie śniegu i lodowców, zasilane silnymi deszczami i jednocześnie przy zmarzniętej powierzchni gruntu.

3. SZTORMOWE, jest to zjawisko utrudniające odpływ z rzek do morza, do ich występowania przyczyniają się sytuacje baryczne sprzyjające powodzią.

4. ZIMOWE, , można je podzielić na:

• śryżowe, ich przyczyna jest gwałtowny spadek temp., w układzie wyraźnie antycyklonalnym, na dnie rzeki tworzą się grudki lodu, które odrywają się i płyną z woda, skupiają się one w bryły powodujące zatkanie przepływu w cieku i powódź,

• zatorowe, ich przyczyna jest utrudniony odpływ kry, powodujący zatory, na których następuje spiętrzenie wody w czasie spływu lodów, najczęściej w przekroju mostowym.

16. Zasięg i charakter powodzi

• Powodzie opadowe gwałtowne(Or) - lokalne, silne powodzie na potokach górskich i małych ciekach

• Powodzie opadowe gwałtowne(Of) - zwykłe powodzie o szerokim zasięgu

• Powodzie opadowe rozlewne (Or) - groźne powodzie długotrwałe z obszarów górskich

• Powodzie roztopowe (R) - szeroki zasięg terytorialny w warunkach sprzyjających (nizinne, górskie)

• Powodzie sztormowe(Sz) - wybrzeże morskie, Zalew Wiślany(Żuławy), Zalew Szczeciński

• Powodzie zimowe śryżowe (Zś) - lokalne powodzie w miejscach specjalnie predestynowanych jak Noteć Środkowa, Brda

• Powodzie zimowe zatorowe (Zz) - lokalne, groźne, na rzekach i potokach w miejscach o hamowanym spływie lodów

17. Okresy i regiony pojawiania się określonych typów powodzi

• Powodzie opadowe gwałtowne(Or) - potoki górskie i małe cieki, okres pojawienia się to V-IX, najczęściej VII-VIII

• Powodzie opadowe gwałtowne(Of) - powodzie o szerokim zasięgu, okres pojawienia się to IV-XI, najczęściej VI-IX

• Powodzie opadowe rozlewne (Or) - powodzie z obszarów górskich, okres pojawienia się to IV-XI, najczęściej VI-IX

• Powodzie roztopowe (R ) - szeroki zasięg terytorialny (nizinne, górskie), okres pojawienia się to XII-III, najczęściej III

• Powodzie sztormowe(Sz) - wybrzeże morskie, Zalew Wiślany(Żuławy), Zalew Szczeciński, okres pojawienia się to X-III, VII, III, najczęściej XII i I

• Powodzie zimowe śryżowe (Zś) - Noteć Środkowa, Brda, okres pojawiania się to XII-III, najczęściej XII i III

• Powodzie zimowe zatorowe (Zz) - na rzekach i potokach w miejscach o hamowanym spływie lodów, okresy pojawienia się powodzi to XII-III, najczęściej III

18. Charakterystyka powodzi lipcowej 1997 r.

• Liczba województw dotkniętych powodzią (na 48) - Dorzecze Wisły - 21

- Dorzecze Odry - 17

• Straty w [%] - Dorzecze Wisły - 24,8

• Dorzecze Odry - 75,2

• Straty [tys. zł] - Dorzecze Wisły - 1 909 127

- Dorzecze Odry - 5 788 437

• Uszkodzone wały [km] - Dorzecze Wisły - 22, 513

- Dorzecze Odry - 49,754

• Grunty orne [ha] - Dorzecze Wisły - 71 651,6

- Dorzecze Odry - 227 355,4

• Użytki zielone[ha] - Dorzecze Wisły - 72 281,6

- Dorzecze Odry - 149 344,4

• Uszkodzone budynki [sztuki] - Dorzecze Wisły - 22 513

- Dorzecze Odry - 49 734

• Straty na drogach krajowych i wojewódzkich- Dorzecze Wisły - 7 910,5

- Dorzecze Odry - 6 522,5

• Zniszczone i uszkodzone mosty [sztuki] - Dorzecze Wisły - 2 155

- Dorzecze Odry - 1 893

powódź 1997:

• Ofiary - 55osób

• Gminy - 500

• Grunty orne - 500 000ha

• Budynki - 47 500

• Zakłady - 9 000

• Łączne straty -12,5mld PLN

19.Ochrona przeciwpowodziowa.

Ochrona przeciwpowodziowa obejmuje ochronę czynną i bierną.

Ochrona czynna polega głównie na tworzeniu na drodze przepływu fali powodziowej systemu zbiorników retencyjnych, przechwytujących przepływy grożące powodzią.

Ochrona bierna polega na zabezpieczeniu obszarów zagrożonych powodzią przed jej skutkami. Składa się ona głównie na uregulowaniu zwartego koryta i ochronie terenów przyległych za pomocą wałów. Zaliczamy tu także kanały ulgi oraz poldery przepływowe, które spełniają podobną rolę.

20.Obiekty czynnej ochrony przeciwpowodziowej(obiekty, którymi możemy sterować w czasie powodzi):

-zbiorniki retencyjne-powstają poprzez zamknięcie doliny zaporą wodną;

-zbiorniki suche z zamknięciami-zatrzymują falę, gdy woda przekracza poziom wody brzegowej, w spuście dennym montujemy zasuwy;

-zbiorniki wyrównawcze-zatrzymuje wahania wody występujące przy uruchamianiu elektrowni wodnych przy zbiornikach);

-poldery z zamknięciami-to najczęściej starorzecza mające tendencje do meandrowania, zalewamy teren starorzecza, gdy woda niebezpiecznie zaczyna przekraczać wały.;

-jeziora z urządzeniami umożliwiającymi ich nadpiętrzenie-jeśli na odpływie jeziora zbudowany jaz to tworzymy rezerwę;

-kanały ulgi z zamknięciami- wokół miasta prowadzimy kanał, zamknięcia na wlocie do kanału, utrzymuje się pewną ilość wody żeby nie był suchy.;

21.Obiekty biernej ochrony przeciwpowodziowej:

-wały przeciwpowodziowe-wały są budowane na wody o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia, ale nie są to wartości stałe, więc stare wały nie są wystarczające;

-poldery nie sterowane(bez zamknięć)-woda sama się przelewa;

-kanały ulgi bez zamknięć

-rzeki uregulowane(regulacja rzek i potoków)-kosze siatkowo-kamienne, progi i opaski betonowe, narzut kamienny, stopnie regulacyjne, żłób betonowy, regulacja z zabudową biologiczną-płyty żelbetowe porośnięte florą. Renaturyzacja rzek i potoków-przywrócenie do stanu naturalnego;

-zagospodarowanie zlewni(lasy)-możemy zamieniać uprawy na rzecz pastwisk, użytków zielonych, bądź też zalesiać obszary niezalesione. Okazuje się, że wpływ lasu na zatrzymanie fali jest powodziowej jest nikły, podobne efekty są przy łące;

22. Znaczenie zbiorników retencyjnych w ochronie przeciwpowodziowej.

Zbiorniki retencyjne należą do obiektów czynnej ochrony przeciwpowodziowej - możemy nimi sterować w trakcie powodzi. Zbiorniki retencyjne chronią przed powodzią tereny leżące w dolinie rzeki poniżej zapory poprzez obniżenie maksymalnych przepływów. W zbiorniku zachowuje się pewną rezerwę powodziową, która czeka na przyjęcie fali powodziowej. Rezerwę powodziową tworzy się wiosną-zagrożenie powodzią z powodu roztopów, latem-powodzie letnie, opadowe. Aby ściąć falę powodziową obniża się normalny poziom piętrzenia zbiornika, w rezultacie zbiornik może przyjąć więcej wody, zbiornik redukuje kulminację fali powodziowej.

Najbardziej skutecznym sposobem walki z powodziami jest budowa zbiorników retencyjnych za pomocą przegród dolinowych. Pod osłoną przegrody (zapory) tworzymy pewną pojemność w celu zatrzymania dopływających fal powodziowych i w ten sposób zapobiegamy formowaniu się wezbrania powodziowego na cieku poniżej przegrody. Zatrzymaną wodę można wypuścić, gdy minie zagrożenie powodziowe lub w sprzyjających okolicznościach wykorzystać do celów gospodarczych w okresie późniejszym. Zbiorniki wyrównują przepływ w cieku, zmniejszają kulminację podczas wezbrań i łagodzą głębokość niżówek. Zadanie to mogą spełniać tym łatwiej, im większa jest ich pojemność w stosunku do zlewni zasilającej.

23.Rola i zadania suchych zbiorników przeciwpowodziowych.

Zbiorniki suche - zbiorniki przeciwpowodziowe. Budowle piętrzące, tworzące zbiorniki suche mają urządzenia upustowe bez zamknięć. Rzeka swobodnie przepływa przez czaszę zbiornika i urządzenia upustowe, do czasu gdy przepływ staje się większy od zdolności przepustowych stopnia. Większe dopływy są magazynowane w zbiorniku.(Zatrzymuje falę, gdy woda przekracza poziom wody brzegowej). Po przejściu fali powodziowej następuje stopniowe opróżnienie zbiornika.

Istnieją również suche zbiorniki retencyjne z zamknięciami - w spuście dennym montowana jest zasuwa, dzięki temu w zbiorniku część wody można zmagazynować na dłuższy czas, aby np. nawadniać nią pola.

24. Znaczenie polderów w ochronie przeciwpowodziowej dolin rzecznych

Poldery, obszary nadmorskie położone poniżej poziomu morza (depresja), zabezpieczone tamami i wałami przed zalaniem, wykorzystywane rolniczo. Początkowo gleba polderów jest mocno zasolona i konieczne są odpowiednie zabiegi agrotechniczne, aby uczynić ją przydatną w rolnictwie.

Utrzymanie polderów wiąże się z ciągłym odwadnianiem terenu przez system kanałów i pomp. Najbardziej znane są poldery w Holandii, istniejące tam już od średniowiecza, a obecnie wciąż unowocześniane (projekt Delta).

W Polsce poldery istnieją w ujściowych odcinkach Wisły (Żuławy) i Odry. W Japonii spotyka się tzw. poldery przemysłowe - są to również obszary odebrane morzu, ale poprzez konstrukcję sztucznych wysp, zwłaszcza w pobliżu dużych portów.

Poldery mają służyć do retencjonowania wody w razie powodzi.

Tereny polderu chroni przed zalaniem system tam i grobli. Polder przecinają liczne kanały

odprowadzające nadmiar wody.

Za niskimi lub wysokimi wałami zwykle dość blisko rzeki buduje się obwałowane obszary przeznaczone do zalania przy wysokiej wodzie, gdy istnieje ryzyko przelania się jej przez wały. Jest to II linia obrony. Wodę wpuszcza się przez śluzę wlotową, a wypuszcza przez wylotową. Gdy polder zlokalizowany jest w depresji w stosunku do rzeki wodę trzeba odpompowywać. Na polderach mogą znajdować się łąki, pastwiska, lasy, których zalanie nie wywoła znacznych strat gospodarczych.

Budowa polderów zabezpieczy cenne przyrodniczo tereny przed niekorzystnym dla nich zagospodarowaniem. Budowa polderów służy w takim przypadku jednocześnie ochronie przyrody i ochronie przeciwpowodziowej. Z przyrodniczego punktu widzenia lepszym rozwiązaniem jest, aby zalewanie polderu następowało przy każdym wezbraniu, (aby utrzymać wysoką wilgotność zawala), a nie jak dotychczas tylko przy dużych wezbraniach celem przechwycenia szczytu fali powodziowej. Sytuacja dodatkowo komplikuje się, gdy na skutek prac regulacyjnych rzeka wcięła się głębiej w dolinę i w rezultacie tego zalewy terenów dolinowych, w tym i polderów, występują znacznie rzadziej. Budowa polderów jest znacznie tańsza od budowy zbiorników zaporowych o podobnej retencji. W przeciwieństwie do zbiorników zaporowych ich powierzchnia może między zalewami być użytkowana gospodarczo - łąki, pastw iska, lasy.

Starorzecza, na ich terenie buduje się wał i w momencie wezbrania rzeki zalewane jest to starorzecze, po powodzi woda wraca do koryta.

25. Zasada działania kanałów ulgi

Mają za zadanie ochronę terenów zurbanizowanych w czasie powodzi. Są budowane oby ochronić np.: miasteczka lub osiedla mieszkalne położone nad rzeką w czasie wezbrania. Maja one zamknięcia, które w momencie wezbrania są otwierane i woda jest kierowana do takiego kanału obniżając jednocześnie poziom wody w korycie rzecznym. Po ustąpieniu fali powodziowej woda wraca do koryta a kanał zostaje zamknięty.

26.Wały przeciwpowodziowe - zasady projektowania

Wały tworzą obszar międzywala, którym woda może się przemieszczać.

Wał przeciwpowodziowy - sztuczne usypisko w kształcie pryzmy o przekroju poprzecznym trapezu. Wznoszone wzdłuż rzeki w pewnym oddaleniu od jej koryta, które otaczając tereny zalewowe wzdłuż rzeki (międzywale) tworzy większe koryto (a w praktyce czasami także pewien rezerwuar) dla przewidywanych wód powodziowych, przeciwdziałając jednocześnie rozlaniu się tych wód na chronione w ten sposób tereny sąsiednie (zobacz: polder). Zazwyczaj ma znaczną długość, odpowiednio do ukształtowania doliny i chronionych przed zalaniem terenów zagospodarowanych.

Wał może mieć różną konstrukcję, zależną od dostępnych materiałów oraz warunków lokalnych. Generalnie przyjmuje formę trapezoidalną z rdzeniem wykonanym z nieprzepuszczalnego materiału, np. gliny. Odpowiednia szerokość oraz właściwe zagęszczenie materiału stanowiącego pryzmę wokół rdzenia pozwalają mieć pewność, że wał wytrzyma napór wody przez przewidziany, zazwyczaj nie dłuższy niż kilka dni czas. Obłożenie darnią ma zapobiegać wymywaniu przez wodę. Jednocześnie poważnym zagrożeniem dla wałów są zwierzęta kopiące w wałach nory, bowiem może to prowadzić do utraty spoistości konstrukcji i jej rozmycia.

Wał nowy (lub rekonstruowany) wykonuje się w wykopie minimum 0,5 m poniżej poziomu terenu układając warstwami wcześniej wymieszaną mieszankę o odpowiedniej konsystencji na szczelnie łączonej odpowiedniej folii. Skarpy wału i koronę wału zabezpiecza się również odpowiednią folią. Korpus wału po wykonaniu jest zadarniowany na podsypce z gruntów rodzimych 0,3 m.

Można stwierdzić, iż popiół będący produktem ubocznym przy spalaniu węgla w elektrowniach posiada dobre własności mechaniczne, które mogą być porównywalne z właściwościami gruntów mineralnych, jakimi są pyły. Mieszanka popiołu z niewielką ilością cementu poprawia jeszcze te własności, a ponadto zastosowana w korpusie wału powoduje wystąpienia agregatów, tj. dużych zbrylonych kawałków, które usztywniają konstrukcję i nadają jej bardzo dobrą stateczność. Otulanie korpusu wału folią zabezpiecza go przed filtracją przez wał. Do wymienionych zalet należy dodać niskie koszty. Można tak zaproponować technologie wykonania wałów, że koszt wykonania wg. proponowanej metody będzie dużo niższy od wykonania wałów metodą tradycyjną z gruntów mineralnych.

27.Znaczenie regulacji rzek w ochronie przeciwpowodziowej:

Regulacja rzek i potoków

- regulacja koryt rzecznych

- kosze sitkowo kamienne ( zakłada się je np. żeby powódź nie zniszczyła dróg przy brzegach)

- progi i opaski betonowe (próg jest to obiekt poprzeczny niższy od 0,5m )

Zabudowa rzek i potoków górskich:

- narzut kamienny

- stopnie regulacyjne ( jeżeli obiekty poprzeczne są wyższe od 0,5m )

- żłób betonowy z wykładzina kamienną (np. Straconka) jest to najbardziej stosowany sposób regulacji, w wielu miejscowościach trzeba przepuścic wode przez tereny zurbanizowane, wówczas trzeba zwiększyc prędkośc i przy tym samym przepływie zmniejszamy napełnienie, wtedy trzeba budowac żłoby (np. obok ratusza). Jest to jedyny sposób regulacji, który pozwala na przeprowadzenie wody przez tereny zurbanizowane

- regulacje z zabudową biologiczną

Renaturyzacja rzek i potoków - przywrócenie do stanu naturalnego

Np. kanał w okolicach RFN - ogromnym nakładem środków ukryto kanał żeglugowy

Największym zagrożeniem dla miasta Bielsko Biała SA mosty, nie są one w stanie przepuścic wody miarodajnej o określonym przepływie

34. Związki wodowskazowe stanów i przepływów w prognozach krótkoterminowych.

Prognoza krótkoterminowa- prognoza oparta na zjawisku zachodzącym już w korycie rzeki.

Najprostszą metodą stosowaną w prognozach krótkoterminowych jest metoda wodowskazowa. Wykorzystują zależność pomiędzy przepływem położonym powyżej, a przepływem w przekroju położonym niżej.

35. Stany i przepływy korespondujące.

Przepływy korespondujące nie występują w tym samym czasie (łączymy max. z max., min. z min.) Wyznaczamy charakterystyczny punkt na hydrogramach

36. Ogólne zadanie optymalizacji musi mieć sprecyzowane kryterium i parametry , muszą należeć do parametrów dopuszczalnych.

k =

Suma kwadratów odchyleń hydr. obserwowanego i obliczonego .

chcemy odtworzyć hydrogram rzeczywisty.

Nie dysponujemy wszystkimi danymi , a mając model, który dobrze przedstawia rzeczywistość , możemy to odtworzyć.

Dla prognoz interesuje nas głównie jaki będzie największy przepływ i kiedy on się pojawi

( Hydr. może być zbliżony do obserwowanego , ale kulminacja może być mniejsza i wystąpić później)

k= 0,2(Q
)
+ 0,8(t
)

Możemy wprowadzić sumę wag i w zależności na czym bardziej nam zależy.

Funkcja kryterialna w modelu związana jest z celem

37. Znaczenie funkcji kryterialnej w zadaniu optymalizacji

Metoda optymalizacji ( Obliczamy parametry n i k),( Należy sformułować kryterium optymalności, musi być zachowana zgodność masy)

Jeżeli będziemy szukali parametrów n i k , takich żeby obliczenie tym modelem , hydrogram odpływu był zbliżony do jak najbardziej rzeczywistego( hydr. obserwowanego)

K(
i
)⇒ min n∈C
 kryterium optymalizacji

k∈R


Suma różnic pomiędzy przedziałami powinna być jak najmniejsza. Parametry musza należeć do parametrów dopuszczalnych.

38. Definicja hydrogramu jednostkowego

Hydrogram

Wykres obrazujący zmienność w czasie stanu wody lub przepływu, a także innych parametrów (np. zmiany stężenia roztworów). W literaturze polskiej pojęcie stosowane głównie w odniesieniu do przepływu wody.

Hydrogram jednostkowy

Hydrogram odpływu powierzchniowego wywołanego opadem efektywnym o jednostkowym czasie trwania.

40. Opad efektywny- stanowi tę część opadu całkowitego, która spływając po powierzchni zlewni transformowana jest w odpływ powierzchniowy. Opad efektywny pozostaje jako nadwyżka wody po wypełnieniu retencji początkowej zlewni (w postaci intercepcji i retencji powierzchniowej), przy uwzględnieniu procesu infiltracji, który zachodzi w ciągu całego czasu trwania opadu.

Opad efektywny jest podstawowym sygnałem wejściowym do modeli matematycznych typu „opad efektywny - odpływ powierzchniowy”.

Modele te umożliwiają wyznaczanie hydrogramów wezbrań typu deszczowego, m.in. również w zlewniach niekontrolowanych.

41. Metoda SCS obliczania opadu efektywnego

Metoda SCS to jedna z metod obliczania opadu efektywnego. Została ona opracowana przez Służbę Ochrony Gleb w USA. Metoda ta formułuje założenia wstępne pozwalające na określenie poszukiwanej wartości opadu efektywnego. Przyjmuje się, że wezbranie rozpoczyna się wówczas, gdy wysokość opadu przekroczy wysokość warstwy wody zatrzymanej w procesach intercepcji, retencji powierzchniowej i infiltracji przed rozpoczęciem odpływu powierzchniowego. Część opadu biorąca udział w tych procesach określana jest terminem straty początkowej.

W modelu SCS opad efektywny obliczamy ze wzoru:

	0	jeżeli		0
			jeżeli		>0

gdzie:

-wysokość średniego opadu całkowitego

- wysokość średniego opadu efektywnego

CN- średni parametr modelu

-parametr modelu dla powierzchni cząstkowej

A_k -powierzchnia cząstkowa

A -całkowita powierzchnia zlewni

S- maksymalna retencja zlewni

42. Sposób określenia parametru CN

W metodzie SCS uzależnia się opad efektywny od takich czynników jak:

-rodzaj gleb pokrywających obszar zlewni

-sposoby użytkowania terenu zlewni

-cechy obszarów zalesionych

-stan początkowy nawilżenia zlewni

Wszystkie te czynniki obejmuje łącznie bezwymiarowy parametr CN. Parametr ten przyjmuje wartości z przedziału 0-100.

Parametr CN oblicza się jako średnią ważoną dla każdej zlewni cząstkowej w zależności od rodzaju gleb i użytkowania powierzchni zlewni (opracowany jest na podstawie odpowiednich tabel).

gdzie:

-wartość parametru CN dla określonego rodzaju pokrycia terenu i gleb występujących na powierzchni zlewni

-powierzchnia cząstkowa w km²

A- powierzchnia całkowita zlewni w km²

43. Wpływ zagospodarowania zlewni i rodzaju gleb na opad efektywny

Zagospodarowanie zlewni oraz rodzaj gleb mają wpływ na opad efektywny poprzez parametr CN. Parametr CN oblicza się jako średnią ważoną dla każdej zlewni cząstkowej w zależności od rodzaju gleb i użytkowania powierzchni zlewni.

44. Matematyczny model opad-odpływ Snydera

Parametry hydrogramu jednostkowego w modelu Syndera zależą od parametrów fizjograficznych zlewni. Model Syndera zakłada, że każdy hydrogram jednostkowy to trójkąt.

Czas kulminacji hydrogramu jednostkowego obliczamy ze wzoru:

gdzie:

- t_p - czas kulminacji w h,

- t_L- czas opóźnienia w h,

- t_D - standardowy czas trwania opadu czas w h

Czas opóźnienia obliczamy ze wzoru:

gdzie:

- C_t - parametr metody (1,4 ÷1,7),

- L - długość zlewni w km

- L_c - odległość od środka ciężkości zlewni do przekroju zamykającego w km

Standardowy czas trwania opadu efektywnego obliczamy ze wzoru:

Przepływ kulminacyjny Q_p obliczamy ze wzoru:

gdzie:

- C_p - parametr metody (0,15 ÷ 0,19),

- A - powierzchnia zlewni w km²

Czas trwania hydrogramu jednostkowego wynosi:

Jeżeli czas trwania opadu efektywnego tR≠tD to należy obliczyć zmodyfikowany czas wystąpienia kulminacji. Obliczamy go ze wzoru:

gdzie:

Zmodyfikowaną wielkość kulminacji obliczamy ze wzoru:

Zmodyfikowany czas trwania hydrografu jednostkowego obliczamy ze wzoru:

Objętość hydrogramu jednostkowego można obliczyć korzystając ze wzorów:

V_a = 1000*A

gdzie:

- A - powierzchnia zlewni w km²

Różnica pomiędzy objętością V_a i V_Q nie może być większa niż 5%.

Współrzędne środka ciężkości obliczamy ze wzorów:

gdzie:

- A_i,, A_k- cząstkowa powierzchnia w km²,

- x_i, y_i - odległości od początku układu współrzędnych do środka pola elementarnego w km,

A - powierzchnia zlewni w km²

Czas trwania hydrogramu jednostkowego na poziomie 50% Q_p i 75% Q_p można obliczyć korzystając ze wzorów:

gdzie:

- A - powierzchnia zlewni w km²,

- Q_pR - zmodyfikowana wielkość kulminacji w m³s^-1

46. Struktura modelu Nasha

W modelu Nasha zależność między retencją i odpływem jest liniowa. Kształt przelewu zwany jest proporcjonalnym.

w(t) = kQ(t)

Gdzie: w(t) - wysokość retencji

Q(t) - odpływ powierzchniowy

k - stała retencji

47. Matematyczny model transformacji fali CONVEX.

Model CONVEX bazuje na założeniu, ze odpływ w przekroju wyjściowym koryta O_t+Δt w chwili t+Δt jest zależny od dopływu w przekroju wejściowym I_t i odpływu O_t w chwili t.

Zakładamy również, że koryto ma kształt prostokątny. Wejściem do tego modelu jest skonstruowany hydrogram całkowity, można go stosować na niekontrolowanych odcinkach cieku.

Model ten opisuje równanie rekurencyjne:

⇒

c - parametr modelu, wagowy [0 ≤ c ≤ 1] ( określa czy przepływ bardziej zleży od odpływu czy dopływu)

Zgodnie z twierdzeniem Talesa:

⇒

porównując:

48. Metody estymacji parametrów modelu CONVEX.

W modelu tym mamy trzy parametry:

c - parametr modelu, wagowy (uzależniony od k i Δt)

k - parametr modelu (stałej retencji),

Δt - czas przesunięcia (Δt nie jest przedziałem stałym, im bliżej kulminacji przedział ten zagęszcza się)

Interpretacją fizyczną stałej retencji jest równanie:

Parametr c określa się ze wzoru:

gdzie:

L - długość odcinka cieku pomiędzy przekrojami [m],

u - prędkość przepływu, jest to prędkość średnia dla I i II przekrojami [m/s].

Parametr Δt określamy natomiast na podstawie parametrów c i k z zależności:

Objętość przepływu obliczamy używając wzoru Chezy-Manninga, po przekształceniu wyliczamy z niego prędkość
(za Q podstawiamy odpowiednio I_t i O_t) . Z uzyskanych prędkości (dla wejścia i wyjścia) wyznaczamy prędkość średnią u. Następnie podstawiamy kolejno otrzymywane wartości do wzorów.

Aby określić powierzchnie przekroju koryta niezbędną do wyznaczenia prędkości, określamy napełnienie w korycie metodą Newtona (stosując kolejne iteracje).

Do modelu CONVEX (dodatkowo)

Z analizy procesu transformacji fali wynika:

jeżeli:

Klin retencji - dodatkowa warstwa wody przy wezbraniu (na wejściu poziom wody będzie się podnosił następnie wyrówna się z poziomem wody na wyjściu, na końcu poziom obniży się; na wyjściu sytuacja będzie odwrotna)

Przejście fali przez odcinek koryta char. zmianę wartości retencji. Char. jest spłaszczenie i przesuniecie fali (jeżeli do odc. nie dochodzą dopływy). Efektem przejścia fali przez taki odc. cieku jest obniżenie kulminacji i opóźnienie jej w czasie.

49. Struktura modelu Muskingum

Składa się on z 2 równań:

-równania ciągłości

-równanie retencji
]

Gdzie:

S(t) - wysokość retencji w mm

I(t) - dopływ w przekroju głównym w m³/s

O(t) - odpływ w przekroju dolnym w m³/s

x,k - parametry modelu (x-parametr wagowy)

Jest to model konceptualny. Na podstawie pochodnej równania retencji do równania ciągłości otrzymujemy równanie rekurencji, z którego odczytamy wartość hydrogramu odpływu w chwili j+1

O_j+1=O_j+C₁(Ij-Oj) + C₂(I_j+1-Ij)

C1 i C2 określa się z osobnych wzorów

Nazwa modelu wzięła się od rzeki „na której” pierwszy raz został on użyty w tej postaci.

50. Strefy zagrożenia powodziowego:

KRYTERIA:

-przepływ miarodajny, którym zwykle jest przepływ maksymalny roczny o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia Q_maxp%,

- charakterystyki dynamicznych przepływów jak : głębokość h i prędkość wody v.

51. Rodz. stref zagrożenia powodziowego:

• STREFA A1 (zasięg określony przez Q_max1%) - określona zasięgiem obszaru zalewowego, który odpowiada przepływowi maksymalnemu rocznemu Q_maxp=1%, o prawdopodobieństwie przewyższenia p=1%. W zlewniach górskich i podgórskich strefę tę wyznaczają obszary intensywnego spływu powierzchniowego.

• STREFA A0 - jest to (na ogół zewnętrzna) cześć strefy A1 o najniższym poziomie zagrożenia, jej zasięg określa głębokość wody nie przekraczająca h=0,5m, a prędkość przepływu jest w tym obszarze niewielka. Strefa ta nie obejmuje intensywnego spływu powierzchniowego, gdzie przy głębokościach wody nie przekraczających h=0,5m występują znaczne prędkości przepływu.

• STREFA A10 (zasięg określony przez Q_{max 10%}) - jest ona częścią strefy A1 o najniższym poziomie zagrożenia powodziowego, wyznacza zasięg powodzi odpowiadający wielkiej wodzie o prawdopodobieństwie przewyższenia p=10% (Q_maxp=10%)

• STREFA ASW - strefa średniego i wysokiego ryzyka powodzi występująca pomiędzy granicami stref A0 oraz A10. Wzależności od lokalnych warunków i potrzeb można różnicować poziom zagrożenia powodziowego w tej strefie przyjmując charakterystyki dynamiczne przepływu, do których należy głębokość wody na terenach zalewowych h i średnią prędkość v przepływu w tym regionie.

53. Zakres studium ochrony przeciwpowodziowej

Ochronę przed powodzią oraz suszą prowadzi się zgodnie z planami ochrony przeciwpowodziowej oraz przeciwdziałania skutkom suszy na obszarze kraju, a także planami ochrony przeciwpowodziowej regionu wodnego.

Dla potrzeb planowania ochrony przed powodzią dyrektor regionalnego zarządu gospodarki wodnej sporządza studium ochrony przeciwpowodziowej, ustalające granice zasięgu wód powodziowych o określonym prawdopodobieństwie występowania oraz kierunki ochrony przed powodzią, w którym, w zależności od sposobu zagospodarowania terenu oraz ukształtowania tarasów zalewowych, terenów depresyjnych i bezodpływowych, dokonuje podziału obszarów na:

1. obszary wymagające ochrony przed zalaniem z uwagi na ich zagospodarowanie, wartość

gospodarczą lub kulturową,

2. obszary służące przepuszczeniu wód powodziowych, zwane obszarami

bezpośredniego zagrożenia powodzią,

3. obszary potencjalnego zagrożenia powodzią.

Dyrektor regionalnego zarządu gospodarki wodnej przesyła projekt studium do zaopiniowania właściwym radom gminy, radom powiatu i sejmikom wojewódzkim; termin zgłaszania uwag upływa po 30 dniach od dnia przesłania projektu, a brak opinii w tym terminie uznaje się za akceptację przesłanego projektu.

54. Prawne aspekty ochrony ludzi i mienia przed powodzią

W celu zapewnienia prawidłowego gospodarowania wodami, w tym w szczególności ochrony zasobów wodnych oraz ochrony ludzi i mienia przed powodzią, uzgodnienia z właściwym dyrektorem regionalnego zarządu gospodarki wodnej wymaga:

1. Studium uwarunkowań i kierunków zagospodarowania przestrzennego gminy oraz strategia rozwoju województwa w zakresie zagospodarowania obszarów narażonych na niebezpieczeństwo powodzi,

2. Miejscowy plan zagospodarowania przestrzennego i plan zagospodarowania przestrzennego województwa w zakresie zagospodarowania stref ochronnych ujęć wody, obszarów ochronnych zbiorników wód śródlądowych i obszarów narażonych na niebezpieczeństwo powodzi,

3. Decyzja o ustaleniu lokalizacji inwestycji celu publicznego oraz decyzja o warunkach zabudowy - dla przedsięwzięć wymagających uzyskania pozwolenia wodnoprawnego, do wydania którego organem właściwym jest wojewoda.

Ochronę ludzi i mienia przed powodzią oraz suszą realizuje się w szczególności przez:

1. Zachowanie i tworzenie wszelkich systemów retencji wód, budowę i rozbudowę zbiorników retencyjnych, suchych zbiorników przeciwpowodziowych oraz polderów przeciwpowodziowych,

2. Racjonalne retencjonowanie wód oraz użytkowanie budowli przeciwpowodziowych, a także sterowanie przepływami wód,

3. Funkcjonowanie systemu ostrzegania przed niebezpiecznymi zjawiskami zachodzącymi w atmosferze oraz hydrosferze,

4. Kształtowanie zagospodarowania przestrzennego dolin rzecznych lub terenów zalewowych, budowanie oraz utrzymywanie wałów przeciwpowodziowych, a także kanałów ulgi.

55. Ochrona terenów o szczególnym znaczeniu społecznym, gospodarczym lub kulturowym

Tereny o szczególnym znaczeniu społecznym, gospodarczym lub kulturowym powinny być chronione przed zalaniem wodami o prawdopodobieństwie występowania co najmniej raz na 200 lat.

56. Obszary bezpośredniego zagrożenia powodzią obejmują:

Art.82.1.

1) tereny między linią brzegu a wałem przeciwpowodziowym lub naturalnym wysokim

brzegiem, w który wbudowano trasę wału przeciwpowodziowego, a także wyspy i

przymuliska,

2) obszar pasa nadbrzeżnego w rozumieniu ustawy o obszarach morskich Rzeczypospolitej Polskiej i administracji morskiej,

3) strefę przepływów wezbrań powodziowych określoną w planie zagospodarowania

Przestrzennego

57. Zakazy na obszarach bezpośredniego zagrożenia powodzią:

Art.82.2

wykonywania robót oraz czynności, które mogą utrudnić ochronę przed powodzią, w szczególności:

1) wykonywania urządzeń wodnych oraz wznoszenia innych obiektów budowlanych,

2) sadzenia drzew lub krzewów, z wyjątkiem plantacji wiklinowych na potrzeby regulacji

wód oraz roślinności stanowiącej element zabudowy biologicznej dolin rzecznych lub

służącej do wzmacniania brzegów, obwałowań lub odsypisk,

3) zmiany ukształtowania terenu, składowania materiałów oraz wykonywania innych

robót, z wyjątkiem robót związanych z regulacją lub utrzymywaniem wód oraz brzegu

morskiego, a także utrzymywaniem lub odbudową, rozbudową lub przebudową wałów przeciwpowodziowych wraz z ich infrastrukturą.

Art.82.3. Jeżeli nie utrudni to ochrony przed powodzią, dyrektor regionalnego zarządu

gospodarki wodnej może, w drodze decyzji, na obszarach, o których mowa w ust. 1:

1) zwolnić od zakazów określonych w ust. 2,

2) wskazać sposób uprawy i zagospodarowania gruntów oraz rodzaje upraw wynikające z wymagań ochrony przed powodzią,

3) nakazać usunięcie drzew lub krzewów.

Art.82.4. Organem właściwym do wydania decyzji, o których mowa w ust. 3, dotyczących obszaru pasa nadbrzeżnego, jest dyrektor właściwego urzędu morskiego.

58. Obszary potencjalnego zagrożenia powodzią

obejmują tereny narażone na zalanie w przypadku:

Art83.1.

1) przelania się wód przez koronę wału przeciwpowodziowego,

2) zniszczenia lub uszkodzenia wałów przeciwpowodziowych,

3) zniszczenia lub uszkodzenia budowli piętrzących albo budowli ochronnych pasa

technicznego.

59. Zakazy na obszarach potencjalnego zagrożenia powodzią:

Art. 83.2.

Na obszarach, potencjalnego zagrożenia powodzią, dyrektor regionalnego zarządu gospodarki wodnej może, w drodze aktu prawa miejscowego, wprowadzić zakazy, o których mowa w art. 40 ust. 1 pkt 3, o ile jest to uzasadnione potrzebą ochrony wód, lub zakazy, o których mowa w art. 82 ust. 2, o ile jest to uzasadnione względami bezpieczeństwa ludzi i mienia.

• art. 40 ust. 1 pkt 3 mówi: Zabrania się: lokalizowania na obszarach bezpośredniego zagrożenia powodzią inwestycji zaliczanych do przedsięwzięć mogących znacząco oddziaływać na środowisko, gromadzenia ścieków, odchodów

zwierzęcych, środków chemicznych, a także innych materiałów, które mogą zanieczyścić wody, prowadzenia odzysku lub unieszkodliwiania odpadów, w tym w szczególności ich składowania, lub

• art. 82 ust. 2 mówi: patrz zakazy na obszarach bezpośredniego zagrożenia powodzią

60. Zakazy związane z zachowaniem szczelności i stabilności wałów przeciwpowodziowych

Art.85.1.:

1) przejeżdżania przez wały oraz wzdłuż korony wałów pojazdami, konno lub

przepędzania zwierząt, z wyjątkiem miejsc do tego przeznaczonych,

2) uprawy gruntu, sadzenia drzew lub krzewów na wałach oraz w odległości mniejszej niż 3 m od stopy wału po stronie odpowietrznej,

3) rozkopywania wałów, wbijania słupów, ustawiania znaków przez nieupoważnione

osoby,

4) wykonywania obiektów budowlanych, kopania studni, sadzawek, dołów oraz rowów w odległości mniejszej niż 50 m od stopy wału po stronie odpowietrznej,

5) uszkadzania darniny lub innych umocnień skarp i korony wałów.

Art.85.2. Zakazów, o których mowa w ust. 1, nie stosuje się do robót związanych z

utrzymywaniem, odbudową, rozbudową lub przebudową wałów przeciwpowodziowych.

Art.85.3. Marszałek województwa może, w drodze decyzji, zwolnić od niektórych zakazów określonych w ust. 1.

Art.85.4. Starosta może, w drodze decyzji, nakazać usunięcie drzew lub krzewów z wałów przeciwpowodziowych oraz terenów, o których mowa w ust. 1 pkt 2.

---