Hydrologia-nauka o wodzie, zajmuje się badaniem hydrosfery czyli przestrzeni na ziemi, w której znajduje się woda oraz zjawisk i procesów jakie w niej zachodzą odnosi się to zarówno do procesów zachodzących w przestrzeni powietrznej-atmosferze jak i do procesów na pow.ziemi i wewn.skorupy ziemskiej w litosferze. 1)Podział hydr. Ze wzg na środ. Wystep.wody oraz stosowaną metodykę badań: *Hydrometeorologia-nauka o wodzie w atmosf.; *Potamologia-nauka o wodach płynących w rzekach na powierzchni ziemi; *Limnologia-nauka o jeziorach i innych zbiornikach wodnych śródlądowych;* Oceanologia-nauka o wodach mórz i oceanów;* Agrohydrologia-nauka o wodzie w glebie; *Geohydrologia-hydrologia globalna, ujmująca ziemię jako całość; 2)podział ze wzg na tematykę: *Hydr właściwa zajmuje się zagadnieniami występowania i krążenia wody w hydrosferze ; *Hydrofizyka z hydromechaniką zajmuje się fizyczną stroną zjawisk wodnych; *Hydrobiologia nauka o zjawiskach życia w środowisku; *Hydrochemia nauka o chemicznych właściwościach i przemianach wody; 3)podział w zależności od metodyki badań: *Hydrometria obejmuje obserwacje i pomiary; *Hydrografia zajmuje się opisywaniem zjawisk poznanych w wyniku obserwacji; *Hydronomia obejmuje badania procesów zachodzących w hydrosferze; 4)ze wzg na stopień rozwoju naukowego: *Hydr ogólna nauka o hydrosferze zwykle w ujęciu poszczególnych obiektów hydrograficznych informująca o obiegu wody i materii stałej na globie ziemskim; *Hydr dynamiczna opisywanie zjawisk hydrologicznych i zachodzących między nimi zależności w funkcji czasu jest ona hydrologią procesów; *Hydr regionalna porównawcza jest nauką badającą procesy hydrologiczne kształtujące się pod wpływem klimatu i środowiska przyrodniczego w różnych strefach geogr oraz ich porównywaniem w skali regionów; *Hydr stosowana(inżynierska) jest działem hydr związanym bezpośrednio z praktycznym jej zastosowaniem do rozwiązywania inżynierskich zadań wolnogospodarczych włączając do nich również prognozy hydr. Zlewisko morza jest to obszar, zespół dorzeczy odprowadzających wody do jednego wspólnego morza. Dorzecze jest obszarem z którego wody spływają do jednego systemu rzecznego. Zlewnia jest obszarem którego całkowity odpływ wód powierzchniowych następuję naturalnymi ciekami do określonego przekroju cieku. Rząd cieku I rząd wszystkie cieki uchodzące do morza; II rząd dopływ do cieku rzędu I; III i IV tak samo jak w drugim itd. Powierzchnia zlewni rzut na płaszczyznę poziomą obszaru zamkniętego linią wododziałową przechodzącą do ujścia cieku lub przekroju zamykającego poprzez największe wzniesienia terenu. Granica zlewni miejsce geometryczne pkt o zerowym gradiencie energii. Ciek główny ma zawsze większą powierzchnię zlewni. Spadek zlewni to stosunek wysokości ∆H trójkąta równobocznego powierzchni pomiędzy profilem podłużnym cieku a układem współrzędnych do dł zlewni Lmax I=∆H/lmax; Lmax=L+l; F-=∆H*Lmax/2; ∆H=2F/Lmax. Gęstość sieci rzecznej to stosunek sumarycznej dł wszystkich cieków wraz ze suchymi dolinami L+l do powierzchni zlewni A. Średni spadek stoków to stosunek iloczynu sumy dł warstwic kj i różnicy wysokości między nimi ∆h do pow zlewni A Is=∆h∑kj/A [‰]. Wskaźniki praw Hortona Strahlera 1.Wskaźnik liczby cieków(bifurkacji) Rb=Ni/Ni+1=const i-rząd cieków; 2.Wsk średniej dł cieków Rl=Li+1/Li=const; 3.Wsk średniej pow zlewni Ra=Ai+1/Ai=const Metody analogii hyrd(podobieństwa) Stosowana w przypadku braku danych hydrometrycznych, danych krótkookresowych, danych niekompletnych; zlewnie muszą być podobne. 1.Metoda ekstrapolacji Qb=k*Qw(Ab/Aw)^n Qb przepływ w przekroju badanym Qw przep w przekr wodowskazowym Ab pow zlewni do przekroju badanego Aw pow zlewni do przekroju wodowskazowego n,k parametry równania 2. Metoda interpolacji Qb=Qg+∆Q=Qg+Qd-Qg/Ad-Ag *(Ab-Ag) Qb przepływ w przekroju badanym w m3/s, Qg przp w przek wodowskazowym górnym w m3/s, Qd –II- dolnym m3/s, Ab pow zlewni do przekroju badanego km2, Ag –II- wodowskazowego górnego, Ad –II- dolnego. 3.Metoda analogii oparta o związki przepływów wykorzystywane synchronicznie pomiary przepływów. Zasoby wodne ziemi woda słodka 3%, woda słona 97% ->inne 0,04%,wody podziemne 31,4%, pokrywa lodowcowa i lodowce 68,3% ->woda pomierzch 0,3% -> rzeki 2%, bagna 11%, jeziora 87%. Cykl hydrologiczny Inaczej zwany obiegiem wody w przyrodzie. Woda w hydrosferze znajduje się w ciągłym ruchu pod wpływem promieniowania słonecznego – nazywamy to cyklem hydrologicznym. -Gdy obejmuje on fazę lądową i wodną to mówimy że jest to duży cykl hydrologiczny lub duży obieg wody. Składa się on z podstawowych procesów zachodzących w przyrodzie przy przemianie fazowej masy wody. Woda paruje co nosi nazwę ewaporacji czyli parowania z powierzchni wody. Para wodna przemieszcza się do atmosfery, gdzie część w postaci chmur przenoszona jest nad lądy następnie tam kondensuje się i w tej postaci (ciekłej lub stałej) powraca na powierzchnie lądu lub wody. Zatrzymuje się na podłożu biotycznym – jest to tzw. intercepcja. po wypełnieniu tej intercepcji opad osiąga powierzchnie terenu i podlega infiltracji czyli przemieszcza się w głąb skorupy ziemskiej. Część tego opadu zostaje zatrzymana na powierzchni abiotycznej, jeziorach i zbiornikach wodnych nazywamy to retencją powierzchniową. Część opadu która nie wsiąknie w grunt odpłynie ciekami spowrotem do morza. Zatrzymana na powierzchni biotycznej i abiotycznej część wody paruje, jednak z powierzchni biotycznej następuje też transpiracja czyli metabolizm roślin. Oba te procesy nazywamy ewaporacją lub transpiracją łącznie. Mały cykl hydrologiczny – inaczej obieg wody w zlewni – składa się z tych samych procesów, ale jednostką w której zamyka się ten proces jest dorzecze lub zlewnia. Zasoby wodne ziemi Podzielone są one na 2 grupy : na słoną i słodka wodę. Największym rezerwuarem wód jest ocean światowy – 1 mld 338 mln km2 wody, ale w 100 % jest to woda słona. W morzach znajduje się 96,5 % wody z powierzchni ziemi. –woda jest w ciągłym ruchu za sprawą en słonecznej; -siła przyciągania ziemskiego; - siła przyciągania słńca i księżyca; -ciśnienie atmosf; - siły między cząsteczkowe w gruncie; -reakcje chem i procesy biologiczne; -działalność człowieka. Czas wymiany wody w poszczególnych częściach hydrosfery’ ocean światowy- 4000lat, wody podziemne w tym wody w strefie aktywnej wymiany- średnio od 300- 5000 lat, wody glebowe- 14 dni-1 rok, lodowce- 8000 lat, jeziora- 3-7 lat. Opad atmosf produkt kondensacji pary wodnej spadający z chmur na pow ziemi wyrażony w l/m2 lub w mm mierzone deszczomierzem. Pluwiograf do pomiarów ciągłych. Schemta cyklu hydr opad-> intercepcja-> opad netto-> infiltracja strefa areacji i strefa saturacji (grunt)->ewapotranspiracja od stredy areacji->odpływ podpowirzech, od saturacji->odpływ gruntowy->odpływ całkowity od opadu netto-> opad efektywny->odpływ pomierzch->odpływ całk. Ewapotranspiracja parowanie i transpiracja łącznie. Intercepcja proces zatrzymywania opadu na pow biotycznej. Ilość zatrzymanej wody zależy od rodzaju pokrycia, gęstości pokrycia, pory roku, stopnia wegetacji. Il zatrzymanej wody na pokryciu zależy od: wilgotności, prędkości wiatru, temp. Infiltracja proces wchłaniania wody przez grunt gdzie woda doprowadzana jest poprzez grunt do poziomu horyzontu wodonośnego czyli poprzez strefę nawietrzną do strefy nasyconej. Intensywność zależy od przepuszczalności utworów powierzchniowych i intensywności zasilania. Filtracja rozpoczyna się w momencie gdy woda opadowa infiltrująca w grunt osiąga horyzont wodonośny. Woda zaczyna płynąć zgodnie ze spadkiem zwierciadła wody podziemnej. Parowanie terenowe il wody przenikającej do stmosf w wyniku procesów fiz, fizjologicznych, chem, technologicznych. Wielkość parowania terenowego określana jest w mm warstwy wody wyparowanej z danej powierz w jednostce czasu. Parowanie potencjalne max il pary wodnej którą może wchłonąć powietrze atmosf nad określonym obszarem ziemi. Transpiracja wydzielanie pary wodnej przez rośliny głównie przez aparaty szparkowe. Bilans wodny- podst P=q+S+∆R; ∆r=Rk-Rp P wysokośc opadu mm, q wys odpływu mm, S wys strat mm, ∆R różnica retencji mm, Rk retencja na końcu okresu bilansowania mm, Rp retencja na początku okresu bilansowania mm; -poszerzony Pa+Pp+Z+Rp=qr+qg+E+T+G+Rk Pa wys opadu atmsf mm, Pp wys opadu poziomego mm, Z dopływ wody z zewn obszar, Rp retencja na początku okresu bilansowania, qp wys odpływu powierz, qg wys odpływu podziemnego, E parowanie, T transpiracja, G zużycie wody przez gosp, Rk retencja na końcu okrsu bilansowania. Cieki naturalne to strugi, strumienie, potoki, rzeki oraz inne wody płynące w sposób ciągły lub okresowy korytami naturalnymi. Rzeka to ciek naturalny powstały z połączenia potoków i strumieni zasilany spływem powierzchniowym i podziemnym z powierz zlewni mający ukształtowane koryto i płynący pod działaniem siły grawitacyjnej. Potoki górskie to wszystkie cieki naturalne o długości ≤15km wypływające na rzędnej położonej na wys większej lub równej 500mn.p.m o spadku podłużnym na odcinku pierwszych 2km co najmniej 1%. Stan wody H to wzniesienie zwierciadła wody ponad poziom zera wodowskazu. Napełnienie jest to wzniesienie zwierciadła wody ponad rzędną dna teoretycznego. Głębokość jest to wzniesienie zwierciadła wody ponad rzędną dna rzeczywistego przekroju poprzecznym koryta. Wodowskaz jest to wyskalowany przyrząd do mierzenia poziomu wody osadzony w określonym profilu wodowskazowym . Łata wodowskazowa wyskalowana listwa używana do poziomu stanu wody w korycie cieku zbiorniku jeziorze itp. Zero wodowskazu umowny poziom usytuowania początku skali 0cm na łacie wodowisk dowiązany geodezyjnie do państwowej sieci niwelacyjnej i wyrażony w m n.p.m.. Pomiar stanu wody są podst charakt hydrologiczną rzeki. Stany wody mierzy się za pomocą wodowskazów. Miesjce prowadzenia pomiarów nazywa się posterunkiem wodowskazowym, natomiast pkt na rzece w których zainstalowany jest wodowskaz nosi nazwę profilu wodowskazowego. Pomiary terminowe wykonywane w określonej chwili czasu standardowo 6:00(Polska 7:00). Profile wodowskazowe powinien być tak zlokalizowany aby możliwe było właściwe funkcjonowanie posterunku. Lokalizacja winna spełniać następujące warunki: *koryto rzeki w profilu wodowskazowym powinno być zwarte, jednolite i mieścić cały przepływ rzeki; * zwierciadło wody w profilu wodowskazowym powinno być swobodne; * dno rzeki nie powinno ulegać zmianom jak również nie powinno zarastać roślinnością rzeczną;*profil musi być tak dobrany aby istniały w nim dogodne warunki tech do założenia wodowskazu oraz by można można by było zapewnić dobrą ochronę wodowskazu przed uszkodzeniami; *wodowskaz musi być łatwo dostępny dla obserwatora przy każdym stanie wody odczytanie zaś podziałki wodowskazowej możliwe o każdej porze. Stan alarmowy- taki stan napełnienia koryta przy którym woda zaczyna zagrażać obszarom zagospodarowanym i budowla wodnym. Osiagnięcie stanu alarmowego jest podstawą alarmu powodziowego wysokość takiego stanu ustalany jest przez właściwy urząd administracji wodnej w porozumieniu lokalnym centrum zarzadzania kryzysowego instytutem meteorologi i gospodarki wodnej.zwykle stan ten lezy w pobliżu wody lub nieco poniżej zwyczajnej wielkiej wody. Limnigraf – urzadzenia umorzliwiajace ciagło rejestrację stanu i zmian poziomu wody umieszczony jest w budce limnigraficznej odtwarza na wykresie przebieg dobowy tygodniowy miesięczny a nawet roczny stan wody. Składa się z pływaka na tasmie lub lince z przeciw waga napędzającego koło pomiarowe a za jego pośrednictwem elementy kreślące hydrogram.pływak limnigrafu umieszczony jest w studni limnigraficznej połaczone z korytem rzeki. Młynek hydrometryczny – przyrząd służący do pomiaru prędkości wody. Ruch przepływającej wody powoduje obrót wirnika (śruby) młynka, obroty te są zliczane w określonym czasie. Prędkość wody określa się z równania: V=α+β*n α , β – współczynniki określone w czasie tarowania (kalibracji) młynka w kanale hydrometrycznym n – liczba obrotów młynka w jednostce czasu [obroty / sek . Przyczyny zmian krzywej przepływu: - zmienne warunki przepływu w korycie i dolinie - zarastanie koryt - zjawiska lodowe (pokrywa lodowa, kra, śryż); - erozja denna i brzegowa - akumulacja rumowiska w korycie cieku Na podstawie stanów wody i aktualnej krzywej przepływu możemy okrełśić krzywą codziennych przepływów Ruch równomierny w korytach otwartych. Pomiar natężenia przepływu Pomiary bezpośrednie- metoda znacznikowa; - metoda wykorzystująca przelewy i koryta pomiarowe; - metoda wolumetryczna (podstawionego naczynia) Q=V/tsr (najdokładniejsza); Pomiary pośrednie - metoda pływakowa; - metoda z wykorzystaniem młynka hydrometrycznego - metoda oparta o pomiary przekroju poprzecznego i spadku zwierciadła wody. Metoda znacznikowa Jest ona bardzo dokładna, można ją stosować na wiele sposobów np. za pomocą fotometru, konduktometru itp. Równanie Harlachera (1883) Q – przepływ w m3 / s; H – stan wody w cm; B – położenie zera wodowskazu w cm; a, n – parametry równania; Stan wody H związany jest z napełnieniem T następującą zależnością: T=H-B. Met wykorzystujące przelewy i koryta pomiarowe wymaga zainstalowania w przekroju pomiarowym przelewu, którego kształt jest zależny od amplitudy zmian przepływu. Przepływ obliczamy ze wzorów mierząc wysokość warstwy przelewającej się wody h w odległości co najmniej 3h od przelewu z uwagi na krzywiznę zwierciadła wody nad przelewem. : Przelew Ponceleta Q=2/3μbh^2/3 √2gh Q przepływ m3/s, b szerokość przelewającej się wody m, h wys warstwy wody m, g odległość od dna do dolnej krawędzie przelewu m, μ współczynnik wydatku przelewu.; Przelew Thomsona Q=1,4h^2/3 gdy L=90°; Koryto Parshala Q=0,372b(Hg/0,305)^1,75b0,026. Przepływy : wysokie WWQ przepływ najwyższy z najniższych, SWQ sredni z najwyższych, ZWQ zwyczajny z najwyższych, NWQ najniższy z najwyższych; niskie WNQ przepływ najwyższy niski, SNQ średni niski, ZNQ zwyczajny niski NNQ najniższy niski; średnie WSQ najwyższy średni, SSQ średni roczny, ZSQ zwyczajny średni, NSQ najniższy średni; zwyczajne WZQ przepływ najwyższy zwyczajny, SZQ średni zwyczajny, ZZQ zwyczajny roczny, NZQ najniższy zwyczajny. Rumowisko rzeczne wszystkie produkty mechanicznej bądź chem działalności wody znajdującej się w korytach rzek; rodzaje: toczone jest to rumosz skalny czyli głazy i kawałki skał przetaczane po dnie rzeki lub tylko przesuwane podczas wielkich wezbrań; wleczone rumowisko wleczone po dnie rzeki czyli takie które w czasie ruchu nie traci kontaktu z dnem są to żwiry, piaski; unoszone transportowane w masie wody stanowi je najdrobniejsza frakcja mineralna i te cząstki organiczne których ciężąr właściwy jest większy od ciężaru właściwego wody; zawieszone jest to przeważnie materiał pochodzenia organicznego którego ciężar właściwy jest mniejszy od ciężaru właściwego wody; roztwory rumowisko rozpuszczone czyli związki chemiczne wyługowane ze skał przez wodę. Klasyfikacja w zależności od sposobu poruszania się -wleczone: pisaki średnie, grube, żwiry, kamienie; -unoszone: iły, pyły, piaski drobne; -zawieszone. Ruch rumowiska wleczonego jest zjawiskiem okresowym. Rumowisko unoszone jest obecnie cały czas w wodzie niektóre cząstki nie osiadają nawet w wodzie stojącej. Czynniki wpływające na il rumowiska rzecznego erozja wodna postepująca poza ciekiem , erozja dna i brzegów cieku, ruchy masywne zlewni jako osuwiska i spełzywanie, budowa dróg,osiedli lotnisk i innych duzych obiektów związanych z przewożeniem i plantowaniem gruntu, roboty regulacyjne w cieku, zanieczyszczenia wodami zrzutowymi różnego typu. Erozja deszczowa spłukiwanie luźnej wierzchniej warstwy terenu przez wody deszczowe; Rzeczna przenoszenie cząstek przez nurt rzeki bądź falowanie wody *erozja wgłębna polega na wcinaniu się rzeki w koryto rzeczne poprzez niszczenie go przez rzekę materiał skalny *erozja wsteczna. Intensywność erozji rzecznej zależy od prędkości przepływu wody, rodzaju ruchu wody, odporności podłoża, spadku i przebiegu koryta