UMK

Instytut ochrony środowiska

Ćwiczenie 5

Tytuł: Obliczanie przepływu wody rzeki Skarlanki na posterunku: tama Brodzka w dniu 14,05,2008 metodą Culmanna.

II rok ochrony środowiska

Grupa 1

Toruń 2011/2012

Skarlanka jest rzeką biorącą swój początek z mokradeł znajdujących się przy jeziorze Skarlińskim, kilka kilometrów na północny zachód od Nowego Miasta, na wysokości 97,5 m n.p.m. Obszar odwadniany przez Skarlankę jest częścią Pojezierza Brodnickiego. Jej długość wynosi 37,1 km, a spadek wyrównany rzeki 0,072‰. Powierzchnia całkowita zlewni wynosi 227,7 km². Skarlanka płynie licznymi rynnami subglacyjnymi i jest rzeką typowo pojezierną gdyż przepływa przez wiele jezior - Skarlińskie, Wielkie Partęczyny, Dębno, Robotno, Kurzyny, Strażym i Bachotek, odcinki jeziorne łącznie liczą 12 km. Uchodzi do Drwęcy na wysokości 70,7 m n.p.m. Jeden z jej najważniejszych dopływów stanowi rzeka Cichówka.

Tama Brodzka to wieś w gminie Brodnica, w powiecie brodnickim, w województwie kujawsko-pomorskim na drodze Olsztyn - Toruń, kiedyś ważny węzeł kolejowy - linie do Iławy, Działdowa i Brodnicy (obecnie linia do Iławy jest nieczynna). Nazwa wsi nawiązuje do jazu na rzece Skarlance.

Rozkład prędkości przepływu wody w przekroju poprzecznym determinuje takie procesy, jak intensywność mieszania, zdolność do przenoszenia rumowiska rzecznego, a także nasilenie erozji dna i brzegów.

Obliczenie przepływu rzeki metodą Culmanna składa się z kilku etapów. W etapie pierwszym wykreśla się poprzeczny profil koryta rzeki. Na tym profilu rozmieszcza się piony hydrometryczne, czyli miejsce w korycie rzeki, w których zostały dokonane na różnych głębokościach pomiary hydrologiczne. Następnym etapem jest wykreślenie tachoid, a więc krzywych rozkładu prędkości w pionie hydrometrycznym. Wykreśla się ją dla każdego pionu hydrometrycznego, aby przedstawić prędkość w profilu koryta. W tej metodzie tachoida służy do ustalenia głębokości, na których występują dowolne szybkości płynięcia wody. Trzecim etapem metody Culmanna jest wykreślenie izotach. Izotachy są to linie łączące punkty o jednakowej szybkości v. Następnie oblicza się powierzchnię między izotachami za pomocą planimetru lub kalki milimetrowej.

Mnożąc pola pomiędzy kolejnymi izotachami przez prędkość będącą średnią arytmetyczną prędkości ograniczających i sumując iloczyny otrzymujemy przepływ całkowity w danym przekroju.

gdzie:

Q - przepływ całkowity [m³/s, l/s],

Fi - powierzchnia pola ograniczona izotachami [m²],

Vśr i - średnia prędkość pomiędzy sąsiednimi izotachami [m/s].

Przepływy konwencjonalne są ustalane na różne potrzeby związane z wykorzystaniem i ochrona zasobów wodnych bądź ograniczeniem szkodliwego działania wód. Do najbardziej znanych można zaliczyć:

-najwyższy przepływ żeglowny: przepływ odpowiadający takiemu stanowi wody, poniżej którego żegluga nie powinna się odbywać, odpowiada mniej więcej przepływowi SXQ

-najniższy przepływ żeglowny: przepływ odpowiadający takiemu stanowi wody, poniżej którego żegluga nie powinna się odbywać, wartość tego przepływu ustalana jest ze względu na wymagane głębokości i szerokości zapewniające swobodny i bezpieczny ruch statków

-przepływ dozwolony: największy przepływ który nie powoduje szkód powodziowych

-przepływ dopuszczalny: zakłada się możliwość wystąpienia nieznacznych szkód powodziowych

-przepływ nienaruszalny: stanowi graniczna wartości przepływu rzecznego, poniżej której przepływy wody w rzekach nie powinny być zmniejszane na skutek działalności gospodarczej

-przepływ brzegotwórczy: kształtuje koryto rzeki, najsilniej wpływa na formowanie się koryta rzecznego

Tachoida- przedstawia rozkład prędkości wody wraz z głębokością rzeki, inaczej przebieg prędkości wody w pionie. Przebieg prędkości wody w pionie zależy od rzeźby dna, roślinności wodnej, zjawisk lodowych oraz wiatru.

Izotacha- krzywa jednakowych prędkości obrazujących układ prędkości wody w przekroju poprzecznym.

Tabela nr.1 Zestawienie danych o głębokości całkowitej, odległościach od brzegu lewego oraz numeru pionów pomiarowych. Rzeka Skarlana 14.05.2008, Profil Tama Brodzka.

α- 0,01501 β- 0,16123

Odległość od lewego brzegu	2,31	2,50	3,00	3,50	4,00	4,50	5,00	5,50	6,00	6,50	7,00	7,50	8,00	8,50	9,00	9,50	9,95
Głębokość całkowita (m)	0,0	0,13	0,25	0,50	0,70	0,81	0,95	0,97	0,91	1,01	0,97	0,83	0,84	0,80	0,63	0,35	0,0
Numer pionu				I			II			III			IV

Tabela nr.2 Liczba obrotów młynka i prędkość przepływu w miejscach pomiarów.

Numer pionu	Głębokość całkowita (m)	Głębokość pomiaru od dnia (m)	Odległość od lewego brzegu (m)	Liczba obrotów młyna	Czas (s)	Ilość obrotów na sekundę (n)	Prędkość V (m/s)
I	0,50	0,10 0,20 0,40	3,50	47 59 61	60 60 60	0,78 0,98 1,02	0,14 0,17 0,18
II	0,95	0,06 0,19 0,38 0,76 0,88	5,00	27 62 89 88 106	60 60 60 60 60	0,45 1,03 1,48 1,47 1,77	0,09 0,18 0,25 0,25 0,30
III	1,01	0,07 0,20 0,40 0,81 0,88	6,50	38 60 87 106 113	60 60 60 60 60	0,63 1,00 1,45 1,77 1,88	0,12 0,18 0,25 0,30 0,32
IV	0,84	0,07 0,17 0,34 0,67 0,75	8,00	75 75 73 104 98	60 60 60 60 60	1,25 1,25 1,22 1,73 1,63	0,22 0,22 0,21 0,29 0,28

Tabela nr 3. Średnia prędkość i przepływ cząstkowych rzeki Skarlanki na posterunku tamy Brodzkiej.

Numer pola	Powierzchnia [cm^2]	Powierzchnia [m^2]	Średnia prędkość [ῡ]		Przepływ cząstkowy [q]
P1	12,5	12,5	0,3		3,75
P2	123,80	123,80	0,25		30,95
P3	15,75	15,75	0,15		2,36
P4	2,75	2,75	0,05		0,14
Q=	37,2

Literatura:

- Bajkiewisz-Grabowska E., Mikulski Z., 1999, Hydrologia ogólna, PWN, Warszawa.

- Bajkiewisz-Grabowska E., Mikulski Z., 1993, Przewodnik do ćwiczeń z hydrologii ogólnej, PWN, Warszawa

---