Ciek wodny (czasami w nomenklaturze urzędowej wodociek) – ogólne określenie wszelkiego rodzaju wód powierzchniowych liniowych, płynących pod wpływem siły ciężkości, płynące stale lub w ciągu dłuższych okresów w wyżłobionych przez siebie łożyskach otwartych. Pojęcie cieku należy łączyć z płynącą wodą i korytem przez nią wyżłobionym.

Kształtowanie się cieku i doliny cieku
Wiele cieków ma swój początek w dawnych wiekach, które powstały w wyniku działania sił górotwórczych. Przez wiele epok geologicznych sieć wodna ulegała i ulega w dalszym ciągu przekształceniom, głównie w wyniku procesów erozyjnych i akumulacyjnych. Polegają one na wymywaniu, żłobieniu gleby, dna brzegów i przenoszeniu materiału (rumowiska) i akumulowaniu (gromadzeniu) go w niższych partiach cieku i doliny.

Ze względu na sposób niszczącego działania cieku wyróżniamy erozje:

• erozja wgłębna - pogłębianie koryta rzeki wskutek wynoszenia przez prąd materiału skalnego,

• erozja wsteczna - erozja wywołująca cofanie się źródeł i wodospadów. Powoduje ona rozcięcie działów wodnych i kaptaż rzeki (przeciągnięcie rzeki, zdobywanie przez rzekę lub potok górnej części dorzecza innego cieku położonego z przeciwnej strony działu wodnego),

• erozja boczna - podmywanie i podcinanie brzegów przez meandrującą rzekę,

• erozja powierzchniowa - zmywy w czasie ulewnych deszczów spłukujące ze zboczy materiał na dużych powierzchniach (przeciwieństwo erozji liniowej,

• erozja linijna (liniowa) - wypłukiwanie materiału skalnego przez strumienie wody płynącej stale lub okresowo (po ulewnych deszczach) wzdłuż podłużnych zagłębień terenowych o nachylonym dnie (erozja rzeczna, erozja wąwozowa),

Ze względu na wielkość oraz pochodzenie można wyróżnić cieki wodne:

• naturalne:

  • rzeka,

  • strumień,

  • struga,

  • potok,

  • ued;

• sztuczne:

  • kanał wodny,

  • rów wodny.

W Polsce wprowadzono podział na^[1]:

• cieki górskie o spadku powyżej 5‰

• cieki wyżynne o spadku 1–5‰

• cieki nizinne o spadku poniżej 0,5‰.

Cieki wodne mogą prowadzić wodę okresowo lub stale.W związku z tym wyróżnia się cieki:

• epizodyczne - woda spływa z nich powierzchniowo lub podpowierzchniowo, jedynie bezpośrednio po opadach lub roztopach;

• okresowe - zasilane mogą być ponadto wodami podziemnymi, pochodzącymi z tych samych opadów bądź roztopów. Wody te szybko się wyczerpują i przestają zasilać ciek;

• stałe - prowadzą wodę przez cały rok i tylko w wyjątkowych przypadkach mniejsze z nich mogą całkowicie wysychać. W zależności od swej wielkości noszą nazwy strug, strumieni, potoków i rzek.

Rok hydrologiczny - jednostka czasu używana w hydrologii przy obliczaniu bilansu wodnego danego obszaru. Podobnie jak rok kalendarzowy trwa 12 miesięcy. 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.

Dolina cieku
Obszar położony po obu stronach cieku, utworzony na skutek erozyjnego działania wody płynącej. Najniżej położona część doliny, znajdująca się stale lub okresowo pod wodą nazywana jest łożyskiem lub korytem cieku. Dolina cieku to obszar, z którego woda splywa bezposrednio do cieku, ale nie przez doplywy tego cieku.

Nurt rzeki - część masy wodnej w korycie rzeki płynąca z największą prędkością. Zwykle z powodu nierówności dna, linia nurtu nie znajduje się na środku rzeki, ale przemieszcza się od brzegu do brzegu. Prowadzi to do powstawania meandrów.

Linia nurtu – linia ciągła łącząca miejsca o największej głębokości w korycie rzeki i przeważnie największej prędkości przepływu. Zwykle z powodu nierówności dna, linia nurtu nie znajduje się na środku rzeki, ale przemieszcza się od brzegu do brzegu. Prowadzi to do powstawania meandrów.

Dział wód (dział wodny, rzadziej wododział) - umowna linia rozgraniczająca sąsiednie zlewnie lub dorzecza; dla wód powierzchniowych wyznacza się go na podstawie analizy ukształtowania terenu, a dla wód podziemnych w drodze rozpoznania wysokości zalegania zwierciadła wód podziemnych i układu utworów geologicznych^[1].

Istnieje hierarchia działów wód:

• kontynentalny - oddziela zlewiska mórz i oceanów,

• I rzędu - oddziela dorzecza rzek głównych,

• II rzędu - oddziela dorzecza dopływów tych rzek głównych,

• III rzędu - oddziela dorzecza dopływów tych dopływów i tak dalej...

Stosunkowo łatwo wyznaczyć jest dział wód na obszarach pofałdowanych, w górach i na wyżynach, gdzie prowadzi się go wzdłuż linii grzbietu wypukłości terenu, przez jego szczyt oraz przez przełęcze pomiędzy nim a sąsiednimi szczytami. Natomiast na terenach nizinnych jego dokładne wyznaczenie jest o wiele trudniejsze. Zdarza się nawet, że cieki wodne rozdzielają się, a ich wody spływają do dorzeczy dwóch rzek, mamy wówczas do czynienia z bifurkacją wód rzecznych. Tak jest np. z Casiquiare w Ameryce Południowej oraz Obrą w Polsce. Bifurkacja tej ostatniej ma jednak charakter sztuczny - rzeka jest bowiem dopływem Warty, ale przez kanał część wody płynie do Obrzycy.

Zlewisko - obszar lądowy, z którego wszystkie wody powierzchniowe i podziemne spływają do jednego morza, oceanu bądź też innego zbiornika wodnego. Inaczej: zbiór dorzeczy.

Dorzecze - zlewnia danej rzeki, czyli cały obszar, z którego wody powierzchniowe spływają do systemu określonej rzeki. Granicą dorzecza jest dział wodny, a jego punktem zamykającym - ujście do recypienta.

Terytorium Polski należy do dorzeczy:

• Wisły

• Odry

• Niemna

• Łaby

• Dniestru

• Dunaju

oraz mniejszych rzek wpadających do Bałtyku, takich jak Pregoła, Wkra (Uecker / Ucker), Parsęta i inne.

Zlewnia - jest to całość obszaru, z którego wody spływają do danej rzeki (jeziora, bagna itp.) lub jej fragmentu. Zlewnia dotyczy zarówno wód powierzchniowych, jak i podziemnych. Zlewnia jest (może być) częścią dorzecza danej rzeki.

Zlewnia wyraźnie wpływa na naturalną retencję wód, sposób zasilenia rzek i jezior oraz ich bilansu wody. Zlewnia decyduje też w dużym stopniu o morfologii koryt rzek i potoków. Charakter jej też ma znaczenie w formowaniu się naturalnego składu chemicznego wód, pojawianiu się zawiesiny, tworzeniu osadów dennych. W kształtowaniu się właściwości wód na terenie zlewni biorą udział nie tylko jej naturalne elementy składowe (podłoże i szata roślinna), lecz również zewnętrzne czynniki - klimat i działalność człowieka. Gdy zlewnia obejmuje cały system rzeczny to znaczy system składający się z rzeki głównej i jej dopływów, wówczas pojęcie zlewni jest równoznaczne z pojęciem dorzecza, które jest obszarem z którego wody spływają z jednego systemu rzecznego. Rozróżniamy zlewnię bezpośrednią, z której wody spływają bezpośrednio lub za pośrednictwem małych cieków oraz pośrednia tzn. obszar niekontaktujący się z danym zbiornikiem bezpośrednio, z którego wody są doprowadzane do tego zbiornika za pośrednictwem większego cieku (lub cieków).

Zlewisko - obszar, z którego wszystkie wody powierzchniowe spływają do jednego punktu na rzece. W szczególnym przypadku, kiedy punkt zamykający znajduje się w miejscu ujścia danej rzeki do recypienta, obszar ograniczony działem wodnym wyznaczonym w ten sposób nazywa się dorzeczem.

Warunkiem ruchu jednostajnego jest stałość przekroju poprzecznego na rozpatrywanej długości koryta, jednak przekroje te mogą przybierać bardzo różne kształty np. półkola, prostokąta czy najczęściej spotykanego trapezu.

Dla charakterystyki geometrycznej przekroju trapezowego potrzebne są następujące dane (por. rys. 36.): szerokość w dnie kanału b, nachylenie skarp m = ctg ϕ (jest kątem nachylenia skarpy do poziomu) i głębokość napełnienia kanału h. Parametry te pozwalają obliczyć pole przekroju poprzecznego A, obwód zwilżony i promie hydrauliczny R_h zgodnie z następującymi zależnościami:

(68

Przepływ cieku wodnego – ilość wody, przepływającej przez poprzeczny przekrój koryta cieku wodnego (np. koryta rzeki) w jednostce czasu. Jest podawany w m³/s lub l/s. Przepływ cieku bywa określany synonimicznie mianem natężenia przepływu.

Pomiar natężenia przepływu [edytuj]

Metody bezpośrednie

Do metod bezpośrednich pomiaru natężenia przepływu należą: metoda wolumetryczna, metoda chemiczna (konduktometryczna), metoda przelewów cechowanych.

Metoda wolumetryczna

Zwana też metodą podstawionego naczynia lub objętościową, służy do pomiaru natężenia przepływu w małych ciekach oraz wydajności niewielkich źródeł. Polega ona na bezpośrednim pomiarze ilości przepływającej wody za pomocą naczynia o znanej pojemności. Jest metodą dokładną, przy założeniu, że stosuje się ją w warunkach, gdzie istnieje możliwość całościowego uchwycenia strumienia przepływającej wody. Nadaje się do pomiaru natężenia przepływu nie większego niż 10 dm³/s. Pomiar należy powtórzyć co najmniej trzykrotnie, a wynik uśrednić. Natężenie przepływu oblicza się według wzoru:

gdzie:

Q – natężenie przepływu [dm³/s]

V – objętość wody w podstawionego naczynia [dm³]

t – średni czas napełnienia naczynia [s]

Metoda chemiczna (konduktometryczna)

Metoda przelewów cechowanych

Odpływ, termin hydrologiczny o kilku znaczeniach:

1) odpływ jednostkowy - ilość wody (mierzona w l/ s), która odpływa średnio z 1 km² dorzecza rzeki, np. dla Wisły odpływ jednostkowy jest równy 5,3 l/ s/ km², dla Brahmaputry - 24, a dla Nilu - 0,55.

2) odpływ podziemny - woda z opadów atmosferycznych, która wsiąka w grunt i stamtąd przedostaje się do zbiorników wód podziemnych, by następnie zasilić źródła, rzeki, itp.

3) odpływ powierzchniowy - woda z opadów atmosferycznych, która nie mogąc wsiąknąć w grunt (wskutek jego nasycenia wodą podczas opadu) spływa po jego powierzchni bezpośrednio do rzek, erodując przy tym podłoże, co powoduje, że zawiera duże ilości materiału skalnego.

4) odpływ rzeki - ilość wody (mierzona w l, m³ lub km³) odpływająca przez przekrój poprzeczny koryta rzeki u jej ujścia w ciągu roku, największy odpływ roczny ma Amazonka, 3800 km³/rok, dla porównania Wisła - 30 km³/rok.

Pływy syzygijne

Pływy kwadraturowe

5) odpływ wód morskich - okresowe obniżanie się poziomu wód morskich, związane ze wspólnym ruchem obrotowym Księżyca i Ziemi.

Tradycyjny podział klasyfikuje rzeki od ujścia do morza (numeracja rzymska), system Hortona i Strahlera – od źródeł (numeracja arabska).

Tradycyjna klasyfikacja numeryczna Zgodnie z tradycyjnym podziałem numerycznym dorzeczy za rzekę na całym odcinku I rzędu uznaje się taką, która bezpośrednio uchodzi do morza (np. Wisła, Odra, Słupia, Łupawa, Niemen). Dopływy bezpośrednie do rzeki I rzędu uznaje się za rzeki II rzędu (np. Dunajec). Dopływy zasilające rzeki n-rzędu mają rząd większy o jeden (n+1).

• zobacz też: rzeka III rzędu, rzeka IV rzędu

System Hortona i Strahlera Wraz z upowszechnieniem teorii river continuum, coraz większe uznanie zdobywają systemy klasyfikacji rzek Hortona (1945) lub Strahlera (1952). Horton (1945) rozwinął hierarchiczny system klasyfikacji sieci rzecznej, zmodyfikowany następnie przez Strahlera (1952, 1964). Obecnie jest on powszechnie stosowany.

W tych systemach rzeki 1. rzędu (numeracja arabska) to odcinki początkowe wszystkich rzek nie mających jakichkolwiek stałych dopływów (najmniejsze, stale płynące cieki). Rząd cieku wzrasta do 2. poniżej połączenia cieków 1. rzędu. Połączenie dwóch cieków n-rzędu tworzy ciek rzędu n+1. W dalszym biegu rzeki rzędowość zwiesza się o jednostkę, gdy nastąpi połączenie rzek tego samego, lecz nie niższego rzędu. Przykładowo Bug ma w tej klasyfikacji 7. rząd a Narew w dolnym biegu jest rzeką 6. rzędu.

Wraz ze wzrostem rzędowości cieku maleje zazwyczaj spadek koryta i liczba dopływów, wzrasta natomiast ich długość i wielkość średniego przepływu.

Horton sformułował dwa prawa związane z rzędowością cieków. Jedno opisuje dodatnią korelację pomiędzy rzędem cieku a logarytmem jego długości, drugie opisuje ujemną korelację między rzędem cieku a logarytmem liczby cieków danego rzędu.

Zwykle liczba cieków rzędu n–1 jest od trzech do czterech razy większa niż liczba cieków rzędu n, a każdy ciek niższego rzędu jest w przybliżeniu o połowę krótszy i odwadnia nieco więcej niż jedną piątą obszaru odwadnianego przez ciek wyższego (o jeden) rzędu.

Nowsze modyfikacje (klasyfikacja Hughersa i Omernika) Hierarchiczny system klasyfikacji sieci rzecznej wykorzystywany jest w koncepcji ciągłości rzeki (river continuum) oraz przez ekologów wód płynących. Jednakże w praktyce hierarchiczny system klasyfikacji wód płynących ma wiele wad, podkreślanych przez niektórych uczonych. Cieki pierwszego rzędu są trudne do zidentyfikowania z powodu niejednolitej dokładności map (zalecana jest skala map 1:24 000 lub 1:25 000) oraz różnic pomiędzy latami wilgotnymi i suchymi (w latach suchych niektóre najmniejsze cieki mogą wyschnąć). Ponadto podejście to pomija przyłączenie cieków n-tego rzędu do cieków rzędu n+1. Późniejsza klasyfikacja Strahlera (1952) uwzględnia dopływ cieków pierwszego rzędu do ramion sieci odwadniającej wyższego rzędu, ale ma inne wady. Jako alternatywę Hughers i Omernik (1983) zaproponowali wykorzystanie powierzchni zlewni i natężenia przepływu do oszacowania średniego rocznego odpływu. Wykazali, że powierzchnia zlewni lepiej koreluje ze średnim rocznym odpływem rzecznym niż rząd cieku, a podejście takie umożliwia późniejsze analizy hydrologiczne. Nie wymaga też użycia tak dokładnych map topograficznych, a potrzebne dane zazwyczaj można zaczerpnąć z lokalnych lub państwowych zestawień statystycznych