1. Podaj i omów równanie ogólne bilansu wodnego Ziemi dla lądów i oceanów oraz równanie dla zlewni.

Bilans wodny – za pomocą równania bilansu wodnego można wyrazić cykl hydrologiczny. Składowe bilansu wodnego przedstawiają liczbowo poszczególne fazy obiegu wody. Bilans wodny globu ziemskiego charakteryzuje równowaga między parowaniem wód a opadem atmosferycznym. Przedstawić go można w postaci P=E, gdzie:

P – całkowity opad atmosferyczny na obszary lądów i oceanów, E – całkowite parowanie z powierzchni lądów i oceanów.

Każdą fazę cyklu hydrologicznego można opisać własnym bilansem wodnym. Równanie bilansu wodnego lądowej fazy można wyrazić w postaci:

P_k − E_k − H_k = R_k

Gdzie: P_k – całkowity opad atm. na obszary lądów, E_k – całkowite parowanie z pow. lądów, H_k - całkowity odpływ z lądów do oceanu światowego, Δ R_k – zmiany retencji wody na lądach.

Równanie bilansu wodnego dla fazy oceanicznej można wyrazić w postaci:

P_o − E_o + H_k = R_o

Gdzie: H_k – całkowity opad atm. na pow. oceanów, H_k – parowanie z pow. oceanu, H_k – całkowity dopływ wód z kontynentów, H_k – zmiany retencji wody w oceanie.

Faza lądowa obiegu wody cechuje się przewagą opadu atmosferycznego nad parowaniem; nadwyżkę stanowi odpływ z kontynentów do mórz. Faza oceaniczna cyklu hydrologicznego charakteryzuje się przewagą parowania nad opadem; powstały niedobór jest uzupełniany dopływem z lądów.

Powyższe wzory dotyczą bilansowania cyklów hydrologicznych. Gdy mamy do czynienia z obliczaniem zlewni stosujemy inne metody. Najprostszą postać równania bilansu wodnego zlewni wyraża równanie Pencka-Oppokowa.

P = H + E + R

Gdzie: P – opady; H – odpływ (podziemny, powierzchniowy); E – parowanie; ΔR – zmiana retencji (retencja powierzchniowa, podziemna).

Składniki bilansu wodnego można określić mm warstwy wody lub w jednostkach objętości (mln m³, km³).

2. Kiedy rozpoczyna się rok hydrologiczny? Wyjaśnij symbole WW, NNW, ŚrW, NW.

Rok hydrologiczny w Polsce rozpoczyna się jednak 1 listopada, a kończy 31 października. Związane jest to z retencją opadów w postaci śniegu i lodu w początkowym okresie roku hydrologicznego, co później uwidocznia się podczas wiosennych roztopów. W ten sposób nie występuje sytuacja, gdy opady z poprzedniego roku hydrologicznego mają wpływ na poziom wód w późniejszym okresie kolejnego roku hydrologicznego. Rok hydrologiczny rozpoczyna się w Polsce 1 listopada poprzedniego roku kalendarzowego. Np. rok hydrologiczny 2009 rozpoczyna się 1 listopada 2008 roku.

ŚrW - średni stan wielolecia( średnia arytmetyczna stanów średnich rocznych z pewnego ciągu lat. Bywa nazywana normalną wodą ZW)

WW - średnia wielka woda( średnia arytmetyczna z maksimów rocznych z wielolecia)

NNW - najniższa niska woda( najniższy stan jaki kiedykolwiek zanotowano)

NW - średnia najniższa woda( średnia arytmetyczna z minimalnych stanów rocznych)

3. Podaj wzór i narysuj krzywe gradientowe opadów dla terenów górskich i nizinnych. Zaznacz optimum opadowe.

4. Narysuj krzywa sumowa odpływu, podaj jej twierdzenie, co można z niej odczytać?

Krzywa sumowa odpływu (krzywa całkowa), jest to krzywa, której rzędna każdego punktu wskazuje, jaka sumaryczna ilość wody przepłynęła przez dany profil od początku do czasu kreślonego odciętą tego punktu. Podstawą wykreślania krzywej sumowej są codzienne przepływy. Kolejne miesiąc dzieli się na dekady i dla każdej dekady oblicza średni przepływ Q_śr(średnia arytmetyczna z odpowiedniej ilości dni dekady).Odpływy dekadowe V_śr otrzymuje się mnożąc wielkość przepływu Q_śr przez ilość sekund w dekadzie (Q_śr * 864000). Następnie sumuje się średnie odpływy w kolejnych przedziałach dekadowych, otrzymując rzędne krzywej sumowej. Z krzywej sumowej można odczytać pojemność zbiornika retencyjnego.

5. Podaj w punktach kolejne działania wykonywane podczas pomiaru przepływu za pomocą młynka hydrometrycznego.

1. Przed przystąpieniem do pomiaru należy wyznaczyć liczbę i położenie punktów pomiarowych w każdym pionie hydrometrycznym.

2. Pomiar rozpoczyna się po opuszczeniu młynka na zadaną głębokość. W chwili usłyszenia pierwszego sygnału dźwiękowego (startowego) należy rozpocząć pomiar czasu. Dokładność pomiaru czasu powinna wynosić przynajmniej 0,2s.

3. Pomiar  w każdym punkcie pionu hydrometrycznego powinien trwać przynajmniej 2 minuty (do wystąpienia przynajmniej 3-4 sygnałów dźwiękowych).
4. Pomiar czasu można zakończyć tylko równocześnie z sygnałem dzwonka, np. przy 3, 4, 5. itd. sygnale.

5. Otrzymane dane na temat punktowych pomiarów prędkości wody w poszczególnych pionach hydrometrycznych posłużą do wykreślenia tachoid - krzywych obrazujących rozkład prędkości przepływu wody w pionach hydrometrycznych.

6. Po wyznaczeniu tachoid dla każdego pionu hydrometrycznego można przejść do obliczania natężenia przepływu, korzystając z wybranej metody obliczeniowej. Błąd pomiaru zależy w głównej mierze od stosowanych w młynkach mechanizmów obrotowych i śrub łopatkowych lub wirników.

6. Opisz klasyfikacje wód podziemnych według Altowskiego- Szwieca.

Nazwę określającą typ wody tworzy się biorąc pod uwagę :

- jony >20±3% mval w stosunku do sumy anionów lub kationów

- nazwę wody rozpoczyna od jonu o max zawartości, niezależnie czy to kation czy anion

- jeśli głównym jonem od którego zaczynamy nazwę jest np. anion, to w nazwie wody wymieniamy kolejno wg zawartości aniony, a potem kationy

np. woda wodorowęglanowo wapniowo magnezowa (HCO₃ – Ca – Mg);

Cl – 30%, SO4 – 60%, HCO3 – 4%, Na – 14%, Mg – 28%, Ca – 58%:

woda siarczanowo-chlorkowo-wapniowo-magnezowa (SO4-Cl-Ca-Mg).

7. Co nazywamy wezbraniem- podaj rodzaje i typy genetyczne wezbrań?

Wezbranie (wyżówka) – wysoki stan wody w rzece, wywołany zwiększonym zasileniem koryta podczas opadów lub roztopów, spiętrzeniem wody spowodowanym zatorem lodowym lub podwyższeniem bazy drenażu w ujściowym odcinku rzeki podczas sztormu. W polskiej terminologii geograficznej wezbrania przynoszące szkody materialne i społeczne nazywa się powodziami. Przebieg wezbrań może być krótkotrwały o znacznej intensywności narastania kulminacji lub długotrwałe o dużej objętości. Typy wezbrań (powodzi) w Polsce

- półrocza letniego:

*opadowo-nawalne – na skutek krótkotrwałego, ulewnego opadu, mają charakter lokalny,

*opadowo-rozlewne – na skutek kilkudniowych, ulewnych opadów, wywołują falę o wysokiej kulminacji i znacznej prędkości przemieszczania, zajmują rozległe obszary, przykładem tego typu wezbrania jest powódź z 1997 roku

-półrocza zimowego:

*roztopowe – na skutek nagłego stopnienia grubej pokrywy śnieżnej, wywołują gwałtowny przyrost fal o znacznej objętości oraz długi czas trwania

*zatorowe – na skutek zatamowania odpływu wody przez pokrywę lodową, występują lokalnie często przy ujściach rzek, czynnikami sprzyjającymi są: nieregularne koryto z licznymi kępami, przewężeniami i zakolami, **śryżowo-zatorowe – występują podczas formowania się pokrywy lodowej, na skutek blokowania odpływu przez śryż

**lodowo-zatorowe – występują podczas rozpadu pokrywy lodowej, na skutek blokowania odpływu przez kry lodowe,

*sztormowe – w czasie silnych wiatrów od strony morza wpychających wodę morską w doliny rzeczne.

Powodzie półrocza letniego występują najczęściej w górach, a półrocza zimowego − na nizinach.

8. Wymień poznane miary odpływu- podaj definicje i jednostki, w których są wyrażane.

Zjawisko polegające na przemieszczaniu się wody na powierzchni terenu lub w gruncie ku miejscom niżej położonym nazywamy odpływem lub przepływem (stanowi składową bilansu wodnego). Miary odpływu:

9. Co to jest stała koncentracji i jakich parametrów cieku dotyczy?

Ze względu na podłoże tworzące koryta rzek, głębokości ich są monotonicznie zmienne a zmiany te następują według reguły wartości stałej koncentracji: ŋ= I * b/h

gdzie: ŋ– stała koncentracji, I – spadek podłużny rzeki [‰], b – szerokość rzeki [m], h – głębokość rzeki [m].

W powyższej zależności poza znanymi wielkościami jakimi są parametry geometryczne przekroju koryta rzeki tj. poza jego szerokością i głębokością występuje również wielkość, którą jest spadek rzeki. Wynika on z faktu wzdłużnego nachylenia dna koryta rzeki w stosunku do płaszczyzny poziomej oraz nachylenia płaszczyzny powierzchni wody przy różnych jej stanach. Stany wody w rzekach rozumiane jako położenie jej powierzchni w stosunku do zerowej wartości wodowskazu, mają z reguły charakter lokalny. Zmiany stanów występują jako skutek miejscowych opadów lub przemieszczania się fali spływu powstałej w wyniku gwałtownego spływu powierzchniowego.

10. Wyjaśnij pojęcia tachoida, izohieta, izotacha.

Tachoida - krzywa zależności prędkości przepływu od głębokości. Tachoida umożliwia z kolei wyznaczenie średniej prędkości przepływu.

Izohieta – izolinia łącząca punkty na mapie klimatycznej o takich samych wartościach sum opadów frontalnych (np. miesięcznych albo rocznych).

Izotacha - to izolinia (linia obrazująca stałą wartość) łącząca punkty o takiej samej wartości prędkości w danej chwili.

11. Podaj jakie dane są niezbędne przy wyznaczaniu współczynnika filtracji za pomocą wzorów. Jaki wpływ ma temperatura?

Należy uznać skład granulometryczny, posiadać wykres uziarnienia i wartość porowatości gruntu. Uzyskuje się tą metodą wartości orientacyjne.

Współczynnik filtracji k – wyraża zdolność gruntu do przepuszczania wody, przy istnieniu różnicy ciśnień. Jednostkami współczynnika filtracji są: [m/d], [cm/s], [m/h]. Zgodnie z liniowym prawem Darcy’ego wyraża zależność pomiędzy spadkiem hydraulicznym, a prędkością wody.

Q = k * J * F

Q- ilość wody przepływająca w jednostce czasu, m³/s

k – współczynnik filtracji, m/s,

J – spadek hydrauliczny wyrażony różnicą wysokości słupów wody lub różnicą ciśnień na drodze,

F – powierzchnia przekroju prowadzącego wodę m²

Po końcowym przekształceniu: k= V/J

V – prędkość przepływu cieczy

Temperatura ma znaczący wpływ na wyznaczenie współczynnika filtracji ponieważ wraz ze wzrostem temp cieczy zmniejsza się lepkość i zwiększa prędkość przepływu.

12. Stan wody, definicja, sposoby odczytu, dokładność.

Stan wody (H) - wzniesienie zwierciadła wody ponad pewnym poziomem, punktem odniesienia, nazywanym rzędną zera wodowskazu. Są podstawą charakterystyki hydrologicznej rzeki i ich ustroju. Mierzy się za pomocą wodowskazów. Miejsce prowadzenia pomiarów nazywamy posterunkiem wodowskazowym. Punkt na rzece, w którym zainstalowano wodowskaz, nosi nazwę profilu wodowskazowego.

Odczyt: Łata wodowskazowa zamocowana na ceowniku lub

przymocowana do przyczółka budowli, reper geodezyjny,

znak wielkiej wody. 1 kreska to 2 cm(całe to E to 10cm).

Przyrządy do pomiarów stanów wód:

1. Łata wodowskazowa- wyskalowana odpowiednio deska.

2. Wodowskaz schodkowy- ukośnie ułożony na skarpie wału.

3. Wodowskaz maksymalny- wskazuje maksymalny stan wody w ciągu doby, używany jest w rzekach górskich, nie trzeba stać przy nim cały dzień aby odczytać max, jest obmalowany zmywalną farbą i wtedy zaznacza się najwyższy stan.

4. Wodowskaz maksymalny z pływakiem sprężonym zatrzymującym się na max wysokości stanu wody.

5. Limnigraf- rejestrator, zasada naczyń połączonych, na brzegu budka połączona z ciekiem zasadą naczyń połączonych, w studni pływak połączony z urządzeniem dokonującym pomiaru i przy każdym podniesieniu czy opadnięciu wody rejestruje zmiany na wykresie.

Stany wody odczytuje się o jednej porze o 7 rano. Jest to tzw. czas normalny.

13. Podział nauk hydrologicznych.

Hydrologia – nauka o wodzie ; hydros- woda ; logos- nauka , badanie hydrosfery , czyli przestrzeni na ziemi (oceany, morza ,rzeki ,jeziora ,lodowce i wieczne śniegi). Procesy zachodzące w przestrzeni powietrznej – atmosferze, jak i na powierzchni Ziemi i wewnątrz skorupy ziemskiej – litosferze. Hydrologia dzieli się wg kryteriów:

-w zależności od metodyki badań wyróżnia się:

a)hydrometria – obejmująca obserwacje i pomiary

b)hydrografia – opisywanie zjawisk poznanych w wyniku obserwacji i pomiarów

c)hydronomia – obejmująca badania procesów zachodzących w hydrosferze , wnioski warunki środowiska w którym występuje woda,

-wyróżnia się 8 gałęzi hydrologii:

a)hydrometeorologia – nauka o wodzie w atmosferze

b)potamologia – nauka o wodach płynących w rzekach na powierzchni ziemi

c)limnologia – zajmująca się badaniem wód zbiorników śródlądowych: warunków fizycznych, chemicznych, biologicznych i ekologicznych; sedymentacją osadów, falowaniem, prądami, ustrojem lodowym oraz termicznym.

d)oceanologia – nauka o wodzie mórz i oceanów

e)agrohydrologia (hydropedologia)– woda w obrębie gleby

f)geohydrologia – hydrologia globalna , ujmująca ziemię jako całość

g)hydrogeologia – zajmująca się wodami podziemnymi ( w strefie saturacji )

h)glacjologia – której przedmiotem są wody w lodowcach

i)paludologia – nauka o bagnach

j)krenologia – nauka o źródłach

-ze wg na  tematykę wyróżnia się 4działy hydrologii:

a)hydrologia właściwa zajmująca się zagadnieniami występowania i krążenia wody w hydrosferze

b)hydrofizyka z hydromechaniką – zajmująca się fizyczną stroną zjawisk wodnych

c)hydrobiologia – traktująca o zjawiskach życia w środowisku wodnym

d)hydrochemia – nauka o chemicznych właściwościach i przemianach

14. Schemat strefy aeracji i saturacji, miąższość warstwy wodonośnej. Jakie rodzaje wód występują w konkretnych strefach?

(1 – utwory przepuszczalne; 2 – utwory nieprzepuszczalne; m- miąższość warstwy wodonośnej)

Wody w strefie saturacji: przypowierzchniowe , gruntowe, wgłębne i głębinowe, swobodne, naporowe.

Wody w strefie aeracji: higroskopijne, błonkowate, kapilarne, wsiąkowe, zawieszone.

15. Rodzaje rumowiska rzecznego (materiały nanoszone przez rzekę).

Rumowisko rzeczne – materiał stały i rozpuszczony transportowany przez rzekę. Ze względu na sposób transportu rumowisko dzieli się na:

toczyny – głazy i odłamki skalne przetaczane po dnie lub przesuwane podczas dużych wezbrań,

wleczyny – otoczaki, żwiry, piaski wleczone po dnie, które w czasie ruchu nie tracą kontaktu z dnem,

unosiny – transportowane w masie wody najdrobniejsze cząstki mineralne i organiczne, których ciężar właściwy jest większy od ciężaru właściwego wody,

zawiesiny – zwykle jest to materiał organiczny o ciężarze właściwym mniejszym od wody,

roztwory – związki chemiczne wyługowane ze skał przez wodę.

16. Co można odczytać z mapy głównych zbiorników wód podziemnych?

Celem mapy jest syntetyczne odwzorowanie warunków hydrogeologicznych, wskazanie głównego poziomu wodonośnego, podanie jego zasobności i dynamiki wód oraz ich jakości i zagrożeń. Dostarcza informacji o zwykłych wodach podziemnych w zakresie niezbędnym do podejmowania decyzji na szczeblu administracji regionalnej i samorządów terytorialnych oraz programowania badań hydrogeologicznych i działań obejmujących zagospodarowanie przestrzenne. Skala mapy 1:500000. Treść mapy stanowią: granice GZWP oraz obszary wymagające ochrony. Na terenie Polski wytypowano 180 GZWP a spośród nich wyodrębniono 53 zbiorniki najzasobniejsze.

17. Co oznaczają skróty ONO i OWO?

ONO - obszary najwyżej ochrony.  Za obszary wymagające najwyższej ochrony uznano te, w których czas przenikania potencjalnego zanieczyszczenia z powierzchni jest mniejszy od 25 lat.

OWO - obszary wysokiej ochrony. Za obszary wysokiej ochrony uznano te, w których wynosi on od 25 do 100 lat. 

18. Chemizm wody (twardość węglowa i niewęglanowa, mineralizacja, sucha pozostałość S, wzór Kurłowa).

Twardość węglanowa (przemijająca)- zanika w wyniku gotowania wody, wywołana przez kwaśne węglany, węglany lub wodorotlenki magnezu i wapnia. Suma Ca i Mg.

Twardość niewęglanowa (trwała)- wywołana przez siarczany, chlorki, rzadziej fosforany azotany i krzemiany magnezu i wapnia.

Sucha pozostałość S-masa osadu, powstająca po odparowaniu 1dm^3 wody i zagęszczonego w temperaturze 105C.

Mineralizacja wody (M) - suma substancji mineralnych rozpuszczonych w wodzie (obliczona na podstawie bilansu analizy wody) mval/dm³ lub mg/dm³.

Substancje mineralne rozpuszczone w wodach można podzielić na:

- składniki główne (makroskładniki, jony główne), obejmujące:

*aniony: chlorki (Cl^-), siarczany (SO₄^2-), wodorowęglany (HCO ₃^-) i węglany (CO ₃ ^2-); 
        kationy: sód (Na⁺) , magnez (Mg²⁺), wapń (Ca^2 +).

- składniki podrzędne (drugorzędne):

*aniony: azotany (NO₃^- ), azotyny (NO₂^-), krzemiany (HSiO₃^-);
        kationy: jon amonowy (NH₄⁺ ), potas (K⁺), żelazo (Fe^2 +, Fe³⁺).

- mikroelementy (mikroskładniki).

Wzór Kurłowa - jeżeli chcemy analizę chemiczną wody zapisać w skrócony sposób możemy skorzystać ze wzoru Kurłowa: S_pGM$\frac{\text{aniony}}{\text{kationy}}\ \text{TQ}$

Najczęściej stosowany w postaci: M$\frac{\text{aniony}}{\text{kationy}}\ T$

19. Woda 10-letnia, 20, 200, 100, kiedy ta woda może się pokazać, co ile lat?

Woda 10 letnia jest to woda (przepływ maksymalny), która może pojawić sie w ciągu roku z prawdopodobieństwem 10%. Nie znaczy to jednak że pojawi się raz na 10 lat (może przez 10 lat nie pojawić sie w ogóle, a przez następne 10 - 2 razy). Reszta analogicznie woda 20 letnia - 5%, woda 100 letnia - 1%, woda 200 letnia - 0,5%.

.Definicje:

Głębokość wody (T) - wzniesienie zwierciadła wody ponad dnem w danym punkcie przekroju hydrometrycznego.

Stany charakterystyczne - stany skrajne, przeciętne oraz trwające przez określony czas. Stany charakterystyczne dzieli się na główne i okresowe. Wyróżnia się jeszcze stany umowne i konwencjonalne.

Hydroizohipsy - linie krzywe na mapie hydrogeologicznej łączące punkty o tej samej wysokości zwierciadła wody podziemnej względem przyjętego poziomu odniesienia, zwykle poziomu morza. Hydroizohipsy przypominają nieco poziomice, jednostką są metry n.p.m.

Hydroizobaty - linie łączące na mapie punkty zwierciadła wody podziemnej występujące na jednakowych głębokościach od powierzchni terenu.

Spadek hydrauliczny - stosunek spadku wysokości hydraulicznej  do odległości  na jakiej spadek ten nastąpił. Jest to wielkość bezwymiarowa (niemianowana).