DUŻY OBIEG: faza atmosferyczna-parowanie z pow. mórz i oceanów, przemieszczanie pary wodnej z masami powietrza nad kontynenty, kondensacja pary wodnej wywołuje opady deszczu, śniegu, początek fazy kontynentalnej-woda wsiąka w głąb litosfery oraz spływa po pow. na tereny położone niżej, tworzenie cieków wodnych, strumieni i rzek, spływają one do jezior mórz i oceanów

MAŁY OBIEG: równoległy do dużego, lokalna wymiana wody między atmosferą a wodami powierzchniowymi, woda paruje z mórz i oceanów, ulega kondensacji i wraca w postaci opadów na ziemie, 2 obiegi: kontynentalny i oceaniczny

STAN WODY: wzniesienie zwierciadła wody w cieku ponad pewnym poziomem odniesienia tzw. zero wodowskazu, określa napełnienie koryta w sposób względny, mierzony za pomocą wodowskazów, miejsce prowadzenia pomiarów to posterunek wodowskazowy

PROFIL WODOWSKAZOWY: punkt na rzece, gdzie zainstalowany jest wodowskaz

WARUNKI DO LOKALIZACJI PROFILU:

1. koryto rzeki zwarte i jednolite, ma mieścić cały przepływ rzeki, lokalizowane w zwężeniach dolin rzecznych-tam gdzie woda nie rozlewa się na dużej szerokości, płynie jednym korytem, nie dzieli się na wiele ramion

2.zwierciadło wody swobodne, nie może znajdować się pod wpływem spiętrzeń lub depresji

3.dno rzeki stabilne-nie ulega zmianom tj. erozji i akumulacji, ma nie być podatne na zarastanie roślinnością

4. muszą istnieć warunki techniczne do zamontowania wodowskazu

5.zlokalizowany w pobliżu miejsca zamieszkania obserwatora i łatwo dostępny przy każdym stanie wody

WODOWSKAZ ŁATOWY: budowa-łata wodowskazowa(drewno) i podziałka(60-100, aluminium, plastik), istotny element: poziom zera podziałki wodowskazowej

IZBICA: specjalna konstrukcja zainstalowana w celu ochrony wodowskazu przed krą usytuowanego w profilu niezabudowanym

LIMNIGRAFY: pływakowe, ciśnieniowe, elektroniczne, wodowskazy samopiszące,

umożliwiają obserwacje w sposób ciągły,

2 elementy: urządzenie pomiarowe-przenosi zmiany położenia zwierciadła wody na urządzenie rejestrujące oraz urządzenie rejestrujące-typ analogowy lub cyfrowy

ANALOGOWE URZĄDZENIE REJESTRUJĄCE: przebieg stanu wody zapisany za pomocą wykresu-limnigramu, wahania pływaka przekazywane na pręt pionowy, na którym jest pisak dotykający do bębna mechanizmu rejestrującego, na który nawinięty jest pasek papieru z podziałką

CYFROWE URZĄDZENIA: rejestruje zapisy w postaci cyfrowej na taśmie papierowej, ruchy pływaka przenoszone mechanicznie do urządzenia kodującego

PODZIAŁ OBSERWACJI:

1. Terminowe- wykonywane przez obserwatorów w z góry określonych terminach, rodzaje: zwyczajne- raz na dobę, 7:00 i nadzwyczajne-w okresie wezbrań,

mają na celu uchwycenie jego przebiegu, kulminacji, na rzekach górskich co 2-3 godz, prowadzone od stanu alarmowego-stan wody brzegowej, wystąpienie w brzegów na teren zalewowy rzeki

2. Ciągłe- zainstalowane limnigrafy, mareografy, obserwator tylko nadzoruje pracę urządzenia, pełny obrót bębna limnigrafu-tydzień

FORMY ZJAWSIK LODOWYCH:

• śryż,

• lepa,

• częściowe zlodzenie,

• pokrywa lodowa,

• ruszanie lodu,

• kra,

• zator

POMIARY ZUPEŁNE: obejmują pomiar prędkości rzeki w wielu punktach przekroju poprzecznego rozmieszczonego na pionach hydrometrycznych,

cel: uzyskanie rozkładu prędkości,

natężenie płynącej wody: V * F = Q

Lokalizacja pionów zależy od konfiguracji dna, a ilość od szerokości koryta

• najczęściej przy brzegach cieku w linii nurtu, gdzie prędkość jest na tyle duża, aby mogła być zmierzona przyrządem,

• w miejscach wyraźnych zmian prędkości,

• w punktach załamania dna,

• w nurcie cieku(miejsce o największej głębokości

Liczba punktów pomiarowych zależy od głębokości pionu i warunków przepływu

POMIARY POWIERZCHNIOWE: polegają na pomiarze prędkości w punktach rozmieszczonych na pionach hydrometrycznych w pobliżu zwierciadła wody,

na ich podstawie nie można określić rozkładu prędkości, więc wykonywane tylko w przypadku, gdy wykonanie pomiaru jest utrudnione lub niemożliwe, przypadki takie jak :

• pochód śryżu lub kry,

• konieczność wykonania pomiaru w krótkim czasie, np. gdy zapada zmierzch,

• szybka zmiana stanów wody,

• przy szybkim podnoszeniu się lub opadaniu stanów wody, wywołanymi przyczynami naturalnymi ( wezbranie) lub sztucznymi (wypuszczenie wody ze zbiornika),

• duża prędkość przepływu wody-niezbędny specjalny sprzęt pomiarowy

POMIARY SKRÓCONE: pomiar tylko w wybranych punktach pionu hydrometrycznego,

cel: zmniejszenie liczby pkt pomiarowych i skrócenie czasu pomiarowego.

Stosuje się:

1.pomiary jednopunktowe- głębokość 0,4h(licząc od dna)prędkość tutaj jest zbliżona do prędkości średniej w pionie

2. pomiary dwupunktowe- głębokość 0,2 i 0,8h(licząc od dna) V_śr=0,5 ( V_0,2h – V_0,8h)

PODZIAŁ POMIARÓW PRĘDKOŚCI:

1.bezpośrednie-dostajemy informacje dotyczące wielkości mierzonej wartości, gotowy wynik, dokładniejsze od pośrednich ,

podział: punktowe- pomiar prędkości w ściśle określonym punktach przekroju, umieszczonych na pionie, przyrządy młynek hydrometryczny, tachometr, dynamometr

odcinkowe-pomiar prędkości na odcinku między dwoma przekrojami

2. pomiary pośrednie-mierzone są parametry hydrauliczne cieku, od których prędkość zależy (powierzchnia przekroju poprzecznego, spadek zwierciadła wody, głębokość średnia)

MŁYNEK HYDROMETRYCZNY: przyrząd do pomiarów punktowych, stosowane w korytach otwartych jak i w przewodach zamkniętych.

Pomiar polega na rejestracji liczby obrotów osadzonego na osi wirnika, poruszanego przez płynącą wodę, określa się prędkość obrotów wirnika (n), która zależy od prędkości przepływu wody

V= alfa + beta * n, gdzie

alfa i beta to stałe młynka charakterystyczna dla danego typu,

n- prędkość obrotowa liczona ze wzoru : n= m * r / t, gdzie

m-liczba obrotów skrzydełek młynka, po których uruchomiony zostaje sygnał(dźwiękowy lub świetlny),

r- liczba zarejestrowanych sygnałów,

t- czas pomiędzy 1 a ostatnim zarejestrowanym sygnałem,

rodzaje: kieszonkowe, uniwersalne, ciężkie, specjalne, laboratoryjne, magnetyczne, fotoelektryczne

POMIAR ODCINKOWY: polega na pomiarze czasu t potrzebnego na przebycie określonej drogi L, prędkość obliczana ze wzoru:

v= L/t [m/s],

pomiarem mogą być objęte prędkości w całym korycie rzeki(pomiary zupełne) lub jedynie prędkości powierzchniowe(pomiary powierzchniowe)

METODY POMIARÓW ODCINKOWYCH ZUPEŁNYCH:

1.przepona Andersona-płyta stalowa zamykająca światło cieku, zawieszona na osi wózka poruszającego się po szynach wzdłuż kanału o regularnym profilu poprzecznym i podłużnym, na przeponę działa napór hydrometryczny wody, powodując ruch wózka, pomiar wykonywany na odcinku 30-50m

2. metoda fala wskaźnika- elektrolit(roztwór soli) lub wodny roztwór izotopu promieniotwórczego

3. metoda chronofotograficzna- polega na fotografowaniu torów zakreślanych przez cząstki materiału nie tonące w płynącej wodzie(drobne opiłki żelaza)

4. pływaki całkujące(integratory)- powinien nieznacznie wystawać na powierzchni wody, aby wiatr nie zniekształcał wyników pomiaru, odcinek do pomiaru musi być prosty o równoległych strugach wody i długości tak dobranej aby czas trwania pomiaru nie był krótszy od 20s.

Pływak wpuszczamy w odległości 5-10 m powyżej przekroju początkowego, aby prędkość pływaka wyrównywała się z prędkością płynącej wody, pomiary mało dokładne

NATĘŻENIE PRZEPŁYWU: ilość wody przepływającej przez przekrój poprzeczny (hydrometryczny) koryta otwartego lub przewodu zamkniętego w jednostce czasu (Q) jednostka m³/s

METODY POMIAROWE:

1. Bezpośrednie (jednoparametrowe)-pomiar jednej zmiennej funkcji opisującej przepływ np. wysokość strumienia wody przelewającej się przez przelew, rozróżniamy tutaj takie metody: objętościowe (podstawionego naczynia), hydrauliczne przy wykorzystaniu przelewu pomiarowego oraz metodę rozcieńczania lub porcji wskaźnika, w tym metodę chemiczną, kalorymetryczną luz izotopową

2. Pośrednie (wieloparametrowe)- pomiar kilku zmiennych mających wpływ na wielkość przepływu (prędkość średnia, powierzchnia przekroju poprzecznego, spadek zwierciadła wody)

METODA OBJĘTOŚCIOWA: pomiar objętości wody (V) jak gromadzi się w zbiorniku w określonym czasie,

wzór: Q = V/t [dm³/s],

dokładna przy założeniu, że jest stosowana w warunkach, gdzie istnieje możliwość całościowego uchwycenia strumienia przepływającej wody, pomiar powtórzyć 3-krotnie, a wynik uśrednić,

nie można określać przepływów chwilowych, najdokładniejsza metoda pomiaru

METODA HYDRAULICZNA: bazuje na schemacie zwężenia przekroju poprzecznego strumienia płynącej wody, przy zastosowaniu pomiarowego,

Rodzaje przelewów:

• prostokątne - ze ścianką piętrzącą się na całek szerokości koryta(p. Bazina) lub z wyciętym prostokątnym otworem w środkowej części ścianki (p. Ponceleta),

• trapezowe

• trójkątne(Thomsona)

Pomiar natężenia przepływu sprowadza się do pomiaru wysokości warstwy wody na wysokości(h), ze względu na krzywiznę wody mierzymy w odległości 3-4m od przelewu, równanie opisujące wydatek danego typu przelewu Q = f(h)

METODA ROZCIEŃCZENIA WSKAŹNIKA: określanie stężenia lub rozcieńczenia roztworu wodnego, przyjętego wskaźnika w wodzie cieku,

wprowadza się roztwór wodny wskaźnika o znanym stężeniu k, który wskutek burzliwości ruchu wody w cieku ulega wymieszaniu w całej masie płynącej wody, w przekroju wykrywania(detekcji) mierzy się rozcieńczenie, im większy przepływ cieku, tym większe obserwujemy rozcieńczenie, w sposób ciągły dozujemy roztwór barwnika ze stałym wydatkiem(p=constans).

Natężenie przepływu Q obliczamy z 2 równań bilansowych:

Q₁ = Q+p

Q₁+k₁­ = Q * k₀ + p * k, gdzie:

Q₁-przepływ w rzece poniżej przekroju dozowania roztworu wskaźnika [m³/s],

Q- przepływ wody w rzece[m³/s],

p- wydatek roztworu wskaźnika[m³/s],

k₁­-stężenie wskaźnika w wodzie rzeki zmieszanej z roztworem wskaźnika [g/m³],

k₀-stężenie wskaźnika w wodzie rzeki powyżej przekroju dozowania [g/m³],

k- stężenie dozowanego roztworu wskaźnika [g/m³].

Ostatecznie: Q = p * (k- k₁)/( k₁- k₀)

Jeżeli natężenie wskaźnika jest nieznaczne to wtedy k₀ = 0 i wówczas: Q = p* (k-k₁)/ k₁

METODA RACHUNKOWA HARLACHERA polega na obliczeniu objętości przepływu na podstawie wyników punktowych pomiarów prędkości, nie wymaga rysowania tachoid. Po wykreśleniu przekroju poprzecznego z zaznaczeniem pionów hydrometrycznych, w których dokonano punktowego pomiaru prędkości przepływu, należy obliczyć pola przekroju wydzielone tymi pionami F0, F1, F2, ... Fn oraz prędkości średnie w pionach w oparciu o tachoidy. Przeciętne wartości prędkości średnich dla pól zawartych między pionami można obliczyć jako średnie arytmetyczne prędkości średnich w pionach ograniczających dane pole.

METODA WYKREŚLNAHARLACHERApolega na wykorzystaniu tachoid przedstawiających rozkłady

prędkości w poszczególnych pionach. Prędkości średnie dla danego pionu pomnożone przez

głębokości wody w poszczególnych pionach (vśrh) odkłada się w dół od zwierciadła wody,

przyjmując taką skalę, by wykres iloczynów mieścił się w obrębie rozpatrywanego przekroju.

METODA CULMANNApolega na wykreśleniu izotach czyli linii jednakowych prędkości.

Wykreśla się je na podstawie tachoid.Mnożąc pola pomiędzy kolejnymi izotachami przez prędkość będącą średnią arytmetyczną prędkości ograniczających i sumując iloczyny otrzymujemy przepływ całkowity w danym przekroju.

Q= ∑ (F_i V_śri), gdzie:

Q – przepływ całkowity [m3/s, l/s],

Fi – powierzchnia pola ograniczona izotachami [m2],

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

KRZYWA KONSUMCYJNA (KRZYWA PRZEPŁYWU)

Q = f (H)

graficzny obraz związku między natężeniem przepływu a stanem wody, który jest miara napełnienia koryta. Nazwa wywodzi się z tradycji austriackiego Centralnego Biura Hydrograficznego. Obejmuje cały obszar zmienności stanów wody w danym przekroju wodowskazu.

KSZTAŁT KRZYWEJ: koryta naturalne- rozszerzają się wraz ze wzrostem napełnienia, funkcja ma kształt wypukły ku górze, rzeki górskie- przekrój zwęża się ku górze, w przekrojach naturalnych w miarę wzrostu stanów wody powierzchnia przekroju poprzecznego wzrasta szybciej niż liniowo, w korytach rozszerzających się ku górze funkcja rośnie wraz ze wzrostem stanów wody. Kształt krzywej zależy od kształtu przekroju poprzecznego i spadku zwierciadła wody.

PUNKTY SZCZEGÓLNE:

punkt denny- stan wody, przy którym przepływ Q jest równy zeru,

punkt załomu- wyznaczony przez przecięcie się skarpy brzegowej z rzędną koryta niskiej wody, jeśli przekrój jest regularny brak punktu załomu,

punkt brzegowy- znajduje się na poziomie stanu brzegowego tj. stanu wody odpowiadającego położeniu krawędzi brzegu koryta, stan ten wyznacza się na podstawie analizy przekrojów poprzecznych, jeżeli brzeg lewy i prawy nie leżą na tej samej wysokości to wyznacza się 2 takie punkty, gdy punkty brzegowe w przekroju podłużnym mają różne wysokości to przyjmuje się przeciętny stan brzegowy na odcinku rzeki w rejonie wodowskazu, punkty te występują w przekrojach złożony, a w przekrojach zwartych jest ich brak,

punkt graniczny łożyska cieku- odpowiada najwyższemu stanowi obserwowanemu w danym profilu wodowskazowym w okresie obserwacji.

KRZYWA ZUPEŁNA- obejmuje obszar zmienności stanów wody od zera przepływu aż do najwyższego obserwowanego stanu wody.

KRZYWA ODCINKOWA- jest prowadzona tylko w jednej strefie lub też obejmuje niecały przedział zmienności stanów wody.

METODY WYZNACZANIA KRZYWEJ:

1) graficzna- polega na odręcznym wyrównaniu punktów pomiarowych naniesionych na wykres w skali logarytmicznej- w tej skali punkty układają się wzdłuż linii prostej,

2)analityczna- matematyczne wyrównanie punktów pomiarowych metodą najmniejszych kwadratów

-równanie Bubendey’a-

Q=a+bH+cH², gdzie: a, b i c – parametry równania

jest to równanie paraboli drugiego stopnia o osi symetrii równoległej do osi przepływów, parametry a, b i c oblicza się analitycznie metodą najmniejszych kwadratów, równaniem tym można posługiwać się tylko w strefie stanów objętej pomiarami przepływu,

-Głuszkowa-odcięcie punktu dennego krzywej przepływu, czyli odczyt na wodowskazie przy którym Q=0, opiera się na odręcznie wyrównanej krzywej przepływu,

-równanie Harlachera-

Q=α (H+_ β)ⁿgdzie: α, n- parametry równania, β- stan na wodowskazie dla którego Q=0

równanie paraboli n-tego stopnia równanie krzywej, której wierzchołek pokrywa się z punktem dennym krzywej.

EKSTRAPOLACJA KRZYWEJ PRZEPŁYWU: jest to konieczność przedłużania krzywej przepływu poza strefę objętą pomiarami, pomiary wykonywane są najczęściej w strefie stanów średnich lub górnej strefy stanów niskich, natomiast brak pomiarów jest w strefie stanów wysokich i stanów najniższych gdyż ich liczba jest bardzo mała.

EKSTRAPOLACJA KRZYWEJ W STREFIE STANÓW WYSOKICH:

analityczna- polega na obliczaniu wartości przepływów w całym obszarze zmienności stanów wody, aż do stanów najwyższych,

graficzna- polega na graficznym przedłużeniu krzywej na wykresie w podziałce logarytmicznej, która przybiera postać prostoliniową na całym obszarze zmienności stanów wody.

EKSTRAPOLACJA KRZYWEJ W STREFIE STANÓW NISKICH:

analityczna- opiera się na równaniu Harlachera, którego jednym z parametrów jest stała B, na podstawie równania można obliczyć przypływy przy najniższych obserwowanych stanach,

graficzna- jest stosowana do poziomu najniższej niskiej wody NNW, wykreślone krzywe przepływu mają często w tej strefie kierunek niewłaściwy, a styczne do krzywej przy poziomie NNW są nierzadko równoległe do osi pionowej.

ZMIANY KRZYWEJ: związek pomiędzy stanem wody a przepływem, nie ma cech trwałości, spowodowane to może być zmianami kształtu przekroju poprzecznego cieku, poziomu odniesienia stanów wody (poziomu zera podziałki wodowskazowej) oraz uproszczeniami związku polegającymi na przyjęciu zależności przepływu od jednej zmiennej tj. stanu wody.

ZMIANY TRWAŁE- wynikają ze zmian przekroju poprzecznego rzeki lub poziomu określenia stanów wody np.:

-zmiany poziomu zera wodowskazu– powoduje zmianę stanów wody o wartość ΔH, będąca miarą przesunięcia wykresu krzywej w stosunku do dawnego położenia w kierunku do osi pionowej. Jeżeli poziom zera obniża się a tak jest najczęściej to nowa krzywa układa się ponad starą,

-zmiany kształtu przekroju wodowskazowego wskutek przeniesienia posterunku w inne miejsce na tej samej rzece, zmiany kształtu przekroju poprzecznego rzeki- spowodowane przez regulację lub obwałowanie, regulacja rzek powoduje, że kształt przekroju poprzecznego ulega większym lub mniejszym zmianą, co pociąga za sobą zmiany krzywej przepływu,

-obwałowanie rzeki- polega na ograniczeniu przekroju wodowskazowego w strefie stanów wysokich, powoduje zmiany w przebiegu krzywej przepływu w tej strefie zaczynając od poziomu wału, krzywa biegnie w tym wypadku bardziej stromo niż przed obwałowaniem.

NIETRWAŁE: mają charakter czasowy i po ich ustąpieniu krzywa wraca do swej pierwotnej postaci, wynikają z uproszczenia związku stan-przepływ przez uzależnienie przepływu jedynie od stanu wody, na przepływ ma wpływ spadek zwierciadła wody, który powodują czynniki takie jak spiętrzenie lub depresja zwierciadła wody w rzece oraz zmiany spadku podczas wezbrań.

KRZYWA PODSTAWOWA: danemu stanu H odpowiada największa wartość przepływu Q, odnosi się do warunków przepływu swobodnego.

HISTEREZA KRZYWEJ: polega na tym że w fazie przyboru i opadania przy tym samym stanie wody przepływ nie jest jednakowy, wpływ na to ma zmiana spadku zwierciadła wody w okresie wezbrania, spadek ma wpływ na prędkość płynącej wody a ta z kolei wpływa na wielkość natężenia przepływu.

ZMIANY SEZONOWE: są wynikiem działania czynników występujących corocznie w określonej porze roku: zarastanie koryt rzecznych w okresie letnim, zjawiska zimowe w okresie zimowym. Roślinność i zjawiska lodowe powodują zmniejszenie pow. Przekroju czynnego koryta oraz wzrost oporów ruchu płynącej wody a tym samym zmniejszenie jej prędkości. Konsekwencją tego jest spiętrzenie stanów wody w przekroju a zatem tej samej wartości przepływu odpowiada stan wody wyższy niż przy przepływie swobodnym.

WSPÓŁCZYNNIK REDUKCJI ZIMOWEJ

Kz = Qz/Qo

stosunek przepływu w okresie wystąpienia zjawiska zlodzenia Qz do przepływu odczytanego z podstawowej krzywej Qo przy stanie Ho. Jego wartości wahają się w przedziale 0-1 i zależą od fazy zjawiska.

ANTROPOPRESJA- ingerencja człowieka w naturalne procesy rządzące obiegiem wody, często przyczyniająca się do braku lub nadmiaru wody na danym obszarze i w danym czasie.

OPAD ATMOSFERYCZNY: czynniki, które najmocniej oddziałują na ten element bilansu wodnego są:

-gospodarka leśna – wylesienia stanowią najbardziej wyrazisty i powszechny przejaw działalności gospodarczej człowieka, aktualny wskaźnik lesistości w PL wynosi 30%, kurczenie się powierzchni zalesionych przyczynia się do zmian albeda, szorstkości powierzchni i ilości dostarczanej do atmosfery wilgoci w postaci pary wodnej pochodzącej z parowania. Drzewa wpływają na wilgotność gleby, decydują o dostępności wody do transpiracji, temperaturze powietrza.

-gospodarka rolna- rolnicze użytkowanie powierzchni prowadzi do wielkoskalowych przekształceń w szacie roślinnej, w efekcie zmienia się wraz z nią transpiracja i albedo oraz wilgotność gleby pod wpływem stosowanych nawodnień. Rolnictwo jest największym konsumentem wody w skali globalnej.

Transpiracja- dostarcza do atmosfery znaczne ilości wody, co jednak nie należy łączyć z rozwojem chmur i występowaniem opadów, przeciwdziała temu zużycie znacznej ilości ciepła utajonego podczas parowania.

Zdolność do transpiracji:

-najmniejsza: proso, jęczmień, żyto

- przeciętna: buraki, wyka, słonecznik

- największa: trawy, koniczyna czerwona, lucerna

O wielkości transpiracji decydują zabiegi agrotechniczne, w tym melioracje odwadniające (drenaż) i nawadniające oraz intensywność gospodarowania.

Albedo- zróżnicowanie uprawianych roślin pociąga za sobą zróżnicowanie albeda powierzchni, którą pokrywają, sprzyja to powstawaniu znacznych gradientów termicznych, wywołujących wzmożoną cyrkulację powietrza. Wielkie obszary zajęte pod uprawę roślin odznaczają się cechami termiczno-radiacyjnymi, co może powodować tworzenie się prądów konwekcyjnych, powodujących pionową rozbudowę chmur.

Tereny nawadniane­- położone na obszarach o suchym klimacie mogą generować występowanie opadów.

-obszary zurbanizowane- mają one znaczący a zarazem największy wpływ na kształtowanie się opadów, sprzyjają temu:

• wzrost koncentracji jąder kondensacji w powietrzu

• wzrost szorstkości podłoża, co wraz z wiatrem sprzyja powstawaniu konwergencji mas powietrza

• powstawanie lokalnej wyspy ciepła, powodującej zmiany w zasięgu wysokościowym warstwy granicznej i wytwarzającej konwergencję i konwekcję mas powietrza

Straty wody na parowanie ograniczają tereny zurbanizowane, ze względu na dużą ilość tzw. powierzchni uszczelnionej, która odprowadza wody opadowe do kanalizacji.

Odpływ- wpływ antropopresji na ten element bilansu wodnego, przejawia się w zmianach jego wielkości oraz jego dynamiki. Zmiany ilości odpływającej wody w różnych przedziałach czasowych wpływają na wielkość zasobów dyspozycyjnych. Oddziaływanie różnych form użytkowania zlewni wykazują że ilość wody z niej dopływająca zależy od wielkości opadu i parowania.

Parowanie terenowe (ewaporacja)- jest procesem wpływającym na stosunki pomiędzy ilością wody retencjonowanej na danym obszarze a ilością wody z niego odpływającej. Na terenie PL 2/3 wody opadowej ulega ewaporacji.

RETENCJA- zdolność do czasowego zatrzymywania wody na danym terenie:

-retencja naturalna (torfowisk, bagien, lasów, gleb, gruntów, koryt i dolin rzecznych, śniegu i naturalnych zbiorników wodnych)

- retencja sztuczna w tym sterowana (zbiorniki, podpiętrzone jeziora) i niesterowana (suche zbiorniki, żwirownie, glinianki, jazy, zastawki, stawy rybne)

ZMIANY:

-zamierzone – zwiększają retencje

-niezamierzone- zmniejszają retencje

Człowiek ingeruje w przekształcenie szaty roślinnej na danym terenie, formą poprawy zdolności retencyjnych danej zlewni mogą być budowane w niej zbiorniki retencyjne.

DRENAŻ I NAWODNIENIE: zalicza się je do kategorii tzw. melioracji szczegółowych, których celem jest regulacja stosunków wodno-powietrznych w glebie.

ZMIANA UŻYTKOWANIA ZLEWNI- na zasoby wodne szczególnie negatywny wpływ posiada zmniejszenie się powierzchni lasów w zlewni na rzecz innych form jej zagospodarowania przestrzennego. Lasy posiadają duże zdolności retencyjne, zwłaszcza leśna ściółka i mchy. Gleba leśna z uwagi na obecne w niej korzenie drzew jest bardziej podatna na proces infiltracji wód opadowych, a więc ogranicza spływ powierzchniowy (zmniejsza) na rzecz spływu podziemnego (zwiększa)

WEZBRANIE- zjawisko typowo hydrologiczne, jest to każdorazowe wyraźne podniesienie się stanów wody w cieku spowodowane zwiększonym zasilaniem (opady, roztopy) lub utrudnionym swobodnym odpływem (zator, wiatr wiejący w przeciwnym kierunku od wody).

POWÓDŹ- zjawisko hydrologiczne i społeczno-gospodarcze, wg. Ciepielowskiego jest to wezbranie wody podczas którego po przekroczeniu stanu brzegowego (lub korony wałów) zalewa ona przyległą dolinę lub tereny depresyjne powodując szkody oraz straty finansowe i pozaekonomiczne (społeczne, moralne), nie jest to zjawisko zatopienia wodą opadową lub roztopową obszarów bez odpływowych nie posiadających sprawnie działającego systemu odwadniającego.

STANY:

ostrzegawczy- stan, który zwraca uwagę na zagrożenie powodziowe i zmusza do częstszego odczytywania stanów na posterunku wodowskazowym, najczęściej to stany gdy jest o 10cm niższy od poziomu wody brzegowej, podstawa do ogłoszenia pogotowia przeciw powodziowego,

alarmowy- to przekroczenie poziomu wody brzegowej o kilka cm i oznacza groźbę powodzi, odczyty stanów wody co 1-2 godziny, sygnał do zarządzenia alarmu powodziowego i uruchomienie całodobowych dyżurów.

PRZEPŁYW:

dozowlony Qdoz- największy przepływ w rzece, który nie powoduje szkód i powodzi, kryteria: mapy z podawaną zabudową terenu i hipsometrią, dane hydrologiczne np. zwyczajna wielka woda z wielolecia,

dopuszczalny Qdop- większy od dozwolonego, woda powoduje niewielkie szkody o charakterze lokalnym, kryteria: określany na podstawie map, przypływ maksymalny roczny, prawdopodobieństwo wystąpienia 30-40%.

PODZIAŁ POWODZI:

1. geneza:

- sztormowe (S)

- opadowe (O) np.: Nawalne (On)

Frontalne (Of)

Rozlewne (Or)

- roztopowe (R)

- zimowe (Z) np.: Zatorowe (Zz)

Śryżowe (Zś)

Lodowe (Zl)

1. zasięg:

-lokalne

-regionalne

-krajowe

3) wielkość:

-zwyczajne

-wielkie

-katastrofalne

RORZAJ:

• sztormowe (S)- w czasie sztormu, wiatry wiejące od morza do lądu, Zalew Wiślany i Szczeciński, na dolnych odcinkach rzek, które uchodzą do morza,

• opadowe z deszczów nawalnych (On)- deszcze nawalne, charakter lokalny, PL południowa (Karpaty, Sudety, Roztocze, G. Świętokrzyskie),

• opadowe z deszczów frontowych (Of) lub rozlewnych (Or)- deszcze frontalne, rozlewne, duży zasięg terytorialny, nizina Węgierska,

• roztopowe (R)- na koniec półrocza zimowego, topniejąca pokrywa śnieżna, śr i pn PL,

• zimowe (Z)- na rzekach w czasie zimy z zjawiskami lodowymi (śryż, kra), środkowe i dolne odcinki Odry i Wisły, okolice Wiszogrodu, Płocka i Włocławka.

WEZBRANIA LOKALNE-pojedyncze zlewnie niewielkich rzek lub kilka sąsiadujących ze sobą, np. On, Z.

WEZBRANIA REGIONALNE- większe obszary regionów hydrograficznych, jednorodne pod względem fizjograficznym np. Of, R, S. KRAJOWE- kilka regionów fizjograficznych np. Or- Podkarpacie, Sudety, R- niż PL.

OCENA WIELKOŚCI POWODZI: charakter hydrologiczny (przepływ kulminacji, objętość fali) społeczno-ekonomiczny.

OCHRONA PRZECIW POWODZOWA: zasadniczy cel: minimalizacja społecznych, gospodarczych i ekonomicznych kosztów powodzi,

czynna: profilaktyka, przeciwdziałać tworzeniu się wezbrań wywołujących powódź i zmniejszeniu przepływu kulminacyjnego, działania agrotechniczne i hydrotechniczne

bierna: doraźna, ograniczenie terenów zalewowych: budowa wałów, kanałów ulgi, regulacja koryt rzecznych.

Ostateczna forma ochrony biernej - ewakuacja ludności, realizowana zgodnie z wcześniej opracowanym planem ewakuacyjnym.

ŹRÓDŁA ZANIECZYSZCZENIA WÓD:

1. obszarowe-dostarczają zanieczyszczeń do wód na dużym obszarze, do źródeł powierzchniowych zaliczamy: obszary intensywnego rolnictwa, zanieczyszczone opady atmosferyczne, wysypiska i składowiska odpadów, obszary zurbanizowane. Źródła te długo były niedostrzegane, ponieważ:

1.rozproszenie zanieczyszczeń tych jest na dużym obszarze, ich przenikanie do wód staje się mało widoczne, rozproszenie ma wpływ na duże zróżnicowanie substancji zanieczyszczających przenoszonych do wód różnymi drogami( powierzchniową lub podziemną) i w różnej postaci(zawiesin, roztworów)

2. stężenie zanieczyszczeń pochodzących z tych źródeł są na niskim poziomie, ale w miarę upływy czasu obserwuje się stopniową kumulację zanieczyszczeń co w konsekwencji prowadzi do degradacji jakości wody, źródło obszarowe jest najgroźniejsze dla jakości wód powierzchniowych i podziemnych, gdyż jest najtrudniejsze do monitorowania

OBSZARY INTENSYWNEGO ROLNICTWA: najpoważniejsza ingerencja w środowisko naturalne, prowadzi do zwiększonego tempa mineralizacji próchnicy, część związków trafia do wód w wyniku erozji wietrznej lub wodnej, powoduje to nadmierne użyźnienie czyli eutrofizację.

CO WPŁYWA NA INTENSYWNOŚĆ WYNOSZENIA RESZTEK NAWOZOWYCH:

• rodzaj gleby, zdolność sorpcyjna i retencyjna (gleby lekkie-wysoka, gleby zwięzłe-niższa)

• opad atmosferyczny, ilość i natężenie, sumy opadów > 900mm przyspieszają procesy wymywania

• rodzaj uprawianych roślin i związanych z nimi potrzeb pokarmowych( wpływ hamujący, zanieczyszczenia b. dobrze wyłapują łąki zielone i pastwiska)

• poziom nawożenia i przestrzegane terminy agrotechniczne

• stosowane metody upraw

• najlepiej wynoszone AZOTANY

• najmniej wynoszone FOSFORANY

Aby ograniczyć przedostawanie się azotanów do wód uchwalono 12.12.1991 roku „Dyrektywę azotanową”

Jest to podstawowy dokument Unii Europejskiej w sprawie ochrony wód przed zanieczyszczeniami powodowanymi przez azotany pochodzące ze źródeł związanych z rolnictwem.

Zgodnie z ustanowioną dyrektywą o jakości wody pitnej, stężenie azotanów w takiej wodzie nie może przekraczać 50 mg NO3− lub 11,3 mg N–NO3 w 1 dm3.

Dyrektywa azotanowa precyzuje pod adresem krajów członkowskich Unii Europejskiej następujące wymagania:

• monitorowanie zawartości azotanów w wodach gruntowych i otwartych

• ustanowienie dobrowolnych kodeksów dobrej praktyki rolniczej

• wyznaczenie stref szczególnej wrażliwości na skażenie wód azotanami

• sprecyzowanie obligatoryjnych zabiegów agrotechnicznych w strefach szczególnej wrażliwości

1. punktowe–dostarczają zanieczyszczeń do wód w jednym punkcie, czyli w sposób skoncentrowany, łatwiejsze do wykrywania i monitorowania

Zaliczamy do nich:

• zrzuty ścieków z osiedli, zakładów przemysłowych - różnią się między sobą ilością oraz koncentracją zawartych w nich zanieczyszczeń, czyli ładunkiem zanieczyszczeń. Stopień degradacji wód odbiornika ścieków zależy w dużej mierze od jego wielkości-natężenia przepływu.

Przepisy: rozporządzenie MŚ z dnia 14 lipca 2006 roku

-ilość ścieków wprowadzanych do odbiornika <10% jego przepływu miarodajnego=przepływ niski średni-SNQ,

-skład oczyszczonych ścieków lub minimalny % redukcji zależy od wielkości oczyszczalni mierzonej równoważną liczbą mieszkańców RLM i rodzaju odbiornika (wody powierzchniowe płynące)

• wycieki z różnego rodzaju rurociągów i zbiorników – trudne do identyfikacji i opanowania, jest to wynik awarii a nie zamierzonych działań, ładunek zanieczyszczeń przeważnie bardzo duży, są niebezpieczne, wycieki zauważane z dużym opóźnieniem, dotyczy to substancji ropopochodnych

1. liniowe – dostarczają zanieczyszczeń w pewnej linii

Zaliczamy do nich:

• szlaki komunikacyjne-na drogach emisja gazów i pyłów, środki chemiczne do zwalczani chwastów

• rzeki i kanały żeglowne-drogi szybkiego przemieszczania się zanieczyszczeń, oddziaływanie wód na tereny przyległe zależy od och związku hydraulicznego(spadku) z wodami podziemnymi na tych terenach. Gdy spadek terenu jest skierowany w stronę cieku (niskie stany) to nie ma możliwości przemieszczania się zanieczyszczeń, ale gdy spadek jest skierowany jest w kierunku odwrotnym, wtedy stan wód w cieku jest wyższy niż poziom wód podziemnych w dolinie

SAMOOCZYSZCZANIE WÓD: wody mają zdolność do samooczyszczania a zanieczyszczenie to się stan permanentny. Proces samooczyszczania:

1. biochemiczny rozkład materii organicznej przy współudziale mikroorganizmów

2.sedymentacja zanieczyszczeń(zawiesiny)

3.adsorpcja zanieczyszczeń

4.rozcieńczenie

Główny proces: biochemiczny rozkład materii organicznej, występują odpowiednie mikroorganizmy w wodzie oraz jest dostęp do tlenu, jest też zależny od temperatury. Są to podstawowe wymogi, aby został zainicjowany proces samooczyszczania

Warunki tlenowe: intensywne rozmnażanie bakterii, ilość produktów rozpadu niewielka

Warunki beztlenowe: słabe tempo rozmnażania bakterii, a ilość produktów rozpadu duża

Bakterie tlenowe-aktywność do momentu, gdy nasycenie wody tlenem nie spadnie poniżej 20%, co oznacza, że jego stężenie 2,0 mg O₂/dm³, rozmnażanie bakterii trwa do momentu całkowitego zużycia substancji odżywczych zawartych w wodzie, potem w komórkach. Brak tych substancji powoduje obumieranie bakterii-woda wtedy zostaje oczyszczonaoczyszczanie beztlenowe

W PROCESIE SAMOOCZYSZCZANIA SIĘ WODY BIORĄ UDZIAŁ:

-bakterie

-glony- producenci tlenu rozpuszczalnego w wodzie (fotosynteza)

- pierwotniaki – regulują liczebność i strukturę zespołów bakterii (gł. tlenowych) a także pełnią rolę padlinożerców, uwalniają mineralne formy azotu i fosforu, co sprzyja rozwojowi glonów co powoduje wzrost fotosyntezy

-roślinność hydrofitowa- dostarcza tlen do rizosfery, zatrzymuje zanieczyszczenia na powierzchni łodyg i liści

STREFA OLIGOSAPROWÓW- woda czysta

STREFA POLISAPROWA- woda najbardziej zanieczyszczona, powstaje w momencie zrzutu ścieków do odbiornika, rozkład materii na drodze tlenowej a potem beztlenowej, produkty rozpadu: CO₂, alkohole, kwasy organiczne

STREFA α- MEZOSAPROBOWA- woda średnio zanieczyszczona, pojawiają się ryby co oznacza, że pojawia się strefa βS

STREFA β-MEZASAPROBOWA- woda o średnim ale niższym niż w strefie α- mezosaprobowej poziomie zanieczyszczeń

SEDYMENTACJA ZANIECZYSZCZEŃ- typowo fizyczny proces, zawiesiny łatwo opadające (średnica większa od 0,1 mikrometra), cząstki osadzają się na dnie cieków lub zbiorników. Sprzyjają mu małe prędkości przepływu wody. Sedymentacja powoduje, że woda zostaje odciążona od części niesionego przez nią ładunku zanieczyszczeń, który zostaje zdeponowany na dnie cieku. Jego unieszkodliwienie ma miejsce wówczas gdy zwarte w nim cząsteczki organiczne zaczną podlegać przeróbce bakteryjnej (mineralizacji). Odłożony na dnie cieku osad w określonych warunkach i np. przejściu fali wezbraniowej może być źródłem ponownego (zwanego wtórnym) zanieczyszczeniu płynącej nad nim wody- odładowanie zdeponowanego ładunku.

ADSORPCJA- proces w którym zanieczyszczenia zawarte w wodzie zatrzymywane są na granicy faz, w tym przypadku fazy ciekłej i stałej, proces ma charakter labilny, jest odwracalny, zdolność adsorpcji zależy od rodzaju substancji zanieczyszczającej. Efektem adsorpcji jest tworząca się na dnie, brzegach oraz częściach zanurzonych w wodzie roślin, konstrukcji budowlanych.

Jest możliwa gdzie jest strefa spokojnego wolnego przepływu wody. Może dojść do desorpcji- zjawisko odładowania zanieczyszczeń.

ROZCIEŃCZANIE- najprostszy proces, który może przynieść poprawę jakości wód. W naturze rozcieńczenie zanieczyszczeń w odbiorniku ścieków gwarantują czyste wody jego dopływów. Dobrze natlenione wody rozcieńczające wspomagają proces samooczyszczenia, ponieważ powodują rozcieńczenie produktów metabolizmu mikroorganizmów.

KRZYWA TLENOWA- pokazuje zmiany zawartości tlenu rozpuszczalnego w wodzie odbiornika w funkcji czasy trwania tego procesu, przebiega przez 3 punkty:

- p. wyjściowy (wlotu zanieczyszczeń)

- p. krytyczny

- p. przegięcia

Na podstawie analizy przebiegu tej krzywej można ocenić czy oczyszczalnia stanowi skuteczną barierę chroniącą wody odbiornika przed zanieczyszczeniem.

CZYNNIKI:

-rodzaj odbiornika ścieków (jego wielkość mierzona natężeniem przepływu)

- prędkość i rodzaj ruchu wody w odbiorniku

- temperatura wody

- warunki meteorologiczne: ciśnienie powietrza, nasłonecznienie, siła i prędkość wiatru

STREFA WYCZERPANIA- rozpoczyna się w odbiorniku zaraz poniżej wlotu ścieków, tempo zużycia tlenu rozpuszczalnego przez obecne w wodzie mikroorganizmy (tlenowe) jest bardzo wysokie, brak skorupiaków, ryb, glonów

STREFA ROZKŁADU- zawartość tlenu rozpuszczalnego w wodzie spada do minimalnych stężeń, nawet do O, mikroorganizmy beztlenowe rozkładają materie organiczną, produkuję siarkowodór

STREFA POPRAWY- rozpoczyna się gdy ilość tlenu pobieranego przez wodę odbiornika z powietrza atmosferycznego, jest większa od ilości tlenu zużytego przez mikroorganizmy.

STREFA WODY CZYSTEJ

WSPÓŁCZYNNIK SAMOOCZYSZCZANIA

f= Op/Oz, stosunek ilości tlenu pobranego przez wodę odbiornika w ciągu doby (Op) do ilości tlenu zużytego w tym samym czasie przez mikroorganizmy tlenowe w procesie mineralizacji związków organicznych zawartych w tej wodzie (Oz), zależy od temp. wody.

OCHRONA WÓD PRZED ZANIECZYSZCZENIEM: zespół działań zapobiegających pogarszaniu się ich jakości przez ograniczenie dostawy zanieczyszczeń. Powinno obejmować różne sfery działalności człowieka i uwzględniać rozliczne powiązania jakie zachodzą pomiędzy nim, a środowiskiem naturalnym, powinny obejmować całą zlewnie- charakter kompleksowy

OCHRONA BIERNA - polega na przestrzeganiu zakazów, obejmujące szereg różnych działań, które negatywnie odbiłyby się na jakości wód np.:

- ustanawianie stref ochronnych wokół wód, są to obszary o ściśle ustalonych granicach na których obowiązują zakazy, nakazy i ograniczenia w zakresie ochrony wód

• SOB- strefa ochrony bezpośredniej

• SOP- strefa ochrony pośredniej

- regulacje prawne, ustawowo zakazujące wprowadzenia do wód określonych substancji

OCHRONA CZYNNA - ochrona ta wymaga środków technicznych. Polega na:

• likwidacji ognisk zagrożenia,

• uzdatnianiu lub oczyszczaniu wody w gruncie,

• na różnorakich zabezpieczeniach izolujących potencjalne lub rzeczywiste ogniska zanieczyszczeń.

BILANS WODNY: [m ³ /km³] zestawienie przychodów i ubytków(strat) wody na określonej powierzchni i w określonym czasie.

W każdym punkcie Ziemi istnieje stan równowagi pomiędzy ilością opadów atmosferycznych a ilością wody, która z tego samego miejsca odpływa i paruje. Na tej równowadze opiera się pojęcie bilansu wodnego, który opisuje bieg wody na danym obszarze. Dotyczy ściśle określonego obszaru(zlewni, dorzecza) oraz określonego przedziału czasowego(miesiąc, półrocze, rok, wielolecie).

Wielkości bilansowe to tzw. wskaźniki. Uzyskujemy je dzieląc objętość wody np. pochodzącej z opadów przez powierzchnię obszaru bilansowania. Ich zaletą jest możliwość porównania między sobą składników bilansu w przypadku zlewni o różnych powierzchniach.

Bilans wodny w postaci równania Z + P = H + S + R, gdzie

Z - zapas wody zmagazynowanej na obszarze zlewni na początku okresu bilansowania tzw. retencja początkowa [mm]

P – opad atmosferyczny w postaci stałej i płynnej [mm]

H – odpływ grawitacyjny lub sztuczny ciekami powierzchniowymi przez obszar bilansowania [mm]

S – straty bilansowe lub woda opuszczająca obszar bilansowania w inny sposób [mm]

R – zapas wody pozostający na obszarze bilansowania na okres następny tzw. retencja końcowa [mm].

Porządkując R – Z = delta R

P = H + S +- delta R, gdzie

Delta R – przyrost(zmiana) retencji w okresie bilansowania [mm] w przypadku gdy:

Delta R = 0 bilans zrównoważony

Delta R > 0 nadwyżkowy bilans

Delta R < 0 deficytowy bilans

Występują także straty bilansowe, na które składają się parowanie terenowe (E) oraz niekontrolowane ubytki wody w postaci odpływu podziemnego poza granicę zlewni (A), zatem:

S = E + A

RODZAJE BILANSU WODNEGO:

1. naturalny-opisuje naturalne warunki obiegu wody w zlewni, wynikający z warunków klimatycznych, fizjograficznych i zwykłego korzystania z wody przez zamieszkałą ją ludność, przedmiot zainteresowania hydrologów. Rodzaje:

• surowy

• Szczegółowy

• perspektywiczny

2.sztuczny-opisuje warunki obiegu wody w zlewni wynikające ze sterowania nimi w sposób zamierzony przez człowieka lub niezamierzony, przedmiot zainteresowania specjalistów z zakresu gospodarki wodnej. Inaczej są to bilanse wodno-gospodarcze.

BILANS SUROWY: zestawienie opadów (P) po stronie przychodów i odpływu (H) po stronie strat

P = H + D, gdzie

D – deficyt odpływu (różnica między opadem a odpływem), są tu straty bilansowe (S) jak i zmiany retencji (deltaR) w okresie bilansowania. Im okres dłuższy tym D bardziej bliskie S.

BILANS SZCZEGÓŁOWY: sporządzany dla miesięcy, półroczy lat lub wieloleci

P = H + E +- delta R

Wyróżniamy:

• Bilans normalny(wypośrodkowany)- uśrednione wartości składników równania z wyjątkiem retencji

P = H + E (bez delta R), nad tymi literkami są kreseczki

• Bilans okresowy- uśrednione wartości

P = H + E +- bez delta R, nad tymi literkami są kreseczki

BILANS PERSPEKTYWICZNY: warunki jakie prawdopodobnie będą miały miejsce w mniej lub bardziej odległej perspektywie czasu. Składniki równania tego bilansu są prognozowane na podstawie obserwowanych tendencji ich zmian. Równanie bilansu dla jednego roku ma postać jak równanie bilansu wodnego szczegółowego-normalnego.