EKSTREMALNE ZJAWISKA HYDROLOGICZNE (WEZBRANIA, POWODZIE, NIŻÓWKI).
WEZBRANIA
Wezbraniem - podniesienie stanu wody w rzece powstałe w wyniku wzmożonego zasilania lub wskutek piętrzenia wody. Wezbranie wywołane zwiększonym zasilaniem są częstsze i obejmują znacznie większe obszary. a także w wyniku nagromadzenia pni drzew lub nadmiernego rozwoju roślinności w korycie rzeki.
Ze względu na genezę (przyczynę wywołującą wezbranie) i czas występowania (półrocze zimowe i letnie) wezbrania dzielimy na:
- wezbrania opadowe nawalne, spowodowane gwałtownymi ulewami letnimi (głównie w górach),
- wezbrania opadowe rozlewne, spowodowane opadami ciągłymi,
- wezbrania roztopowe, wywołane gwałtownym topnieniem pokrywy śnieżnej,
- wezbrania zatorowe lodowe, spowodowane spiętrzeniem wody przez zator w czasie spływu lodów, towarzyszą zwykle roztopom,
- wezbrania zatorowe śryżowe, wywołane spiętrzeniem wody spowodowanym zatkaniem przekroju rzeki przez śryż i lód denny,
- wezbrania sztormowe, spowodowane sztormami utrudniającymi odpływ rzeczny do morza, występują przy silnych wiatrach wiejących od morza.
Wysokość i przebieg wezbrań opadowych zależą od:
- intensywności i wydajności opadów atmosferycznych,
- powierzchni objętej opadem w stosunku do całej zlewni,
- cech fizycznogeograficznych zlewni (jej kształtu, wydłużenia, zwartości, spadku, gęstości sieci rzecznej i jej układu, pokrycia),
- stanu retencyjnego zlewni,
- ukształtowania koryta rzeki (czy meandruje, czy ma wykształcone łożysko),
- rozłożenia ujść ważniejszych dopływów wzdłuż biegu recypienta.
Wysokość i przebieg wezbrań roztopowych zależą od:
- grubości pokrywy śnieżnej i zawartości wody w śniegu,
- intensywności topnienia śniegu,
- głębokości przemarznięcia gruntu,
- cech morfometrycznych zlewni.
Podstawą fali wezbraniowej może być:
- stan średniej rocznej wielkiej wody (SWW)- wyznacza on wezbranie wielkie, przekraczające stan pełnokorytowy, więc zalewające równinę zalewową, są to często wezbrania katastrofalne powodujące powodzie,
- stan niskiej wielkiej wody (NWW)- zbliżony do stanu pełnokorytowego (woda brzegowa), wyznacza wezbrania duże, mieszczące się w korycie ale podtapiające równinę zalewową,
- stan odpowiadający dolnej granicy strefy stanów wysokich- wyznacza wezbrania małe.
Falę wezbraniową charakteryzuje się podając całkowitą objętość fali (Vw), natężenie przepływu kulminacyjnego (Qmaks), w którym jest przepływ odpowiadający najwyższemu stanowi wody podczas danego wezbrania (stanowi szczytowemu wezbrania, szczytowi fali wezbrania, stanowi kulminacyjnemu) oraz czas trwania wezbrania (tw).
Wezbranie nie tworzy się jednocześnie na całej długości rzeki, najczęściej rozpoczyna się w górnej części dorzecza i narastając przemieszcza się w dół rzeki. Prędkość przemieszczania fali wezbraniowej zależy od spadku podłużnego rzeki i kształtu poprzecznego przekroju jej łożyska. W przekrojach zwartych prędkość przesuwania fali wezbraniowej jest zwykle większa niż w przekrojach, w których woda występuje z koryta.
POWODZIE
Powódź – przejściowe zjawisko hydrologiczne polegające na wezbraniu wód rzecznych lub morskich w ciekach wodnych, zbiornikach lub na morzu powodujące po przekroczeniu przez wodę stanu brzegowego zatopienie znacznych obszarów lądu - dolin rzecznych, terenów nadbrzeżne lub depresyjnych, doprowadzające do wymiernych strat społecznych i materialnych. Jest jedną z najbardziej groźnych i niszczycielskich w skutkach klęsk żywiołowych. Walka z nią jest stale aktualnym problemem ogólnoświatowym. Poważny wpływ na występowanie powodzi ma istniejący układ rzek oraz występująca w poszczególnych okresach roku sytuacja hydrologiczno-meteorologiczna.
Powodzie w Polsce ze względu na proces powstawania, wezbrania można podzielić na typy:
- opadowe – których przyczyną są silne opady naturalne czyli o dużym natężeniu lub -rozlewne na dużym obszarze zlewnym.
- roztopowe – których przyczyną jest gwałtowne topnienie śniegu
- zimowe – których przyczyną jest nasilenie niektórych zjawisk lodowych
- sztormowe – których przyczyną są silne wiatry, sztormy występujące na zalewach i wybrzeżach.
Przyczyny wystąpienia powodzi mogą więc być wielorakie: intensywne opady deszczu, roztopy wiosenne, zatamowanie biegu rzeki przez zatory lodowe czy osuwiska, uszkodzenie obiektów hydrotechnicznych (np. przerwanie tamy), cofka, tsunami i in. Paradoksalnie, częstym i bardzo groźnym zjawiskiem na terenach suchych jest tzw. powódź błyskawiczna (z ang.: flash flood).
Wielkość powodzi określa się w 3-stopniowej skali:
- małe - o zasięgu lokalnym,
- średnie - o zasięgu regionalnym, nie mają wpływu na funkcjonowanie państwa,
- duże - o zasięgu krajowym, mają charakter klęski żywiołowej, zakłócają normalne funkcjonowanie państwa lub jego dużej części, istnieje wtedy konieczność pomocy międzynarodowej.
NIŻÓWKI
Niżówki to okres niskich stanów wody w korycie rzeki, spowodowany ograniczonym zasilaniem rzeki wynikającym z wyczerpywania się zasobów wodnych dorzecza. Na hydrogramie odpływu dowolnej rzeki są to okresy przepływów niskich, którym odpowiadają niskie stany wód. Na hydrogramie odpływu dowolnej rzeki są to zatem okresy przepływów niskich, którym odpowiadają niskie stany wód. Przyczynami wywołującymi niżówki są małe opady lub ich brak, a w zimie niska temperatura powietrza, w wyniku której jest słabe topnienie lodowców, utrzymywanie się pokrywy śnieżnej i zjawisk lodowych w rzekach.
Nie ma jednoznacznej definicji niżówki. Jedna nich brzmi: niżówką nazywamy taki stan wody w rzece, który znajduje się poniżej strefy stanów średnich i trwa co najmniej kilkanaście dni. Im bardziej obniża się stan wody w rzece poniżej dolnej granicy stanów średnich, tym niżówka jest głębsza. Wyróżnia się niżówki płytkie, które występują wówczas, gdy stany wody w rzece przez co najmniej kilkanaście dni wahają się między dolną granicą stanów średnich a średnim niskim stanem wody i niżówki głębokie, gdy stany wody znajdują się poniżej średnich niskich stanów.
Podstawowymi charakterystykami ilościowymi niżówki są:
- przepływ ekstremalny niżówki
- przepływ średni niżówki
- objętość niżówki (objętość niedoboru wody)
- czas trwania niżówki.
Przyczyną niskich stanów wody w rzekach polskich jest zmniejszone zasilanie wywołane długotrwałą suszą atmosferyczną w półroczu letnim (okresy bezdeszczowe, wysokie parowanie terenowe) i utrudniona infiltracją wody w zamarznięte podłoże w półroczu zimowym.
Niżówka rozwija się w kilku fazach. Rozpoczyna ją susza atmosferyczna, czyli niedostatek opadów. Brak opadów może uruchomi mechanizm posuchy wówczas, gdy temu bezdeszczowemu okresowi towarzyszy wysoka temperatura powietrza zwiększająca parowanie. Istotne jest także, czy okres suszy atmosferycznej wypada w zwykłej porze zasilania wód podziemnych wodami opadowymi. Pod wpływem suszy atmosferycznej rozwija się susza glebowa; wyczerpują się zasoby wody wolnej występującej w gruncie, maleją zasoby wilgoci glebowej, rozpoczyna się wysychanie gleby. Rozwój tej fazy suszy może być hamowany przez każdy opad uzupełniający zapasy wilgoci glebowej. Dalszy brak opadu wywołuje suszę hydrologiczną. Susza glebowa sprawia, że wody gruntowe zostają pozbawione zwykłej alimentacji opadowej. Brak w strefie aeracji wody wolnej i ciągły odpływ podziemny do rzek sprawiają, że zwierciadło wód gruntowych obniża się, maleje też odpływ podziemny do rzek, w konsekwencji obniżają się stany wody w rzece. Każdy opad o przeciętnej intensywności zużywa się na uzupełnienie wilgoci glebowej i parowanie terenowe. Opady o dużej intensywności dają spływ powierzchniowy, gdyż przesuszona gleba nie pozwala na wystarczająco szybkie ich wsiąkanie. W wyniku tego zasoby wody gruntowej ciągle maleją, zaczynają wysychać źródła i małe cieki, w rzekach pojawiają się głębokie niżówki. Jeśli ilość wody zasilającej rzekę spada do zera, rzeka przestaje prowadzić wodę.
W polskich rzekach przepływy niżówkowe występują w obu okresach: letnim i zimowym. W lecie są to niżówki, w których niżówkowe są zarówno przepływy, jak i odpowiadające im stany wody. W okresie zimowym są to niżówki, w których niżówkowe bywają tylko przepływy, natomiast stany wody mogą być podniesione przez spiętrzenia wywołane zjawiskami lodowymi.
3. Ekstremalne zjawiska hydrologiczne
a)Wezbranie
- podniesienie stanu wody w rzece na skutek wzmożonego zasilania lub piętrzenia wody,
- powstają w wyniku: długotrwałych opadów deszczu, gwałtownych roztopów, zatoru lodowego, zatoru śryżowego, nagromadzenia pni drzew lub nadmiernego rozwoju roślinności w korycie rzeki,
- piętrzenie wody w ujściowych odcinkach rzek może być spowodowane sztormami,
- w przypadku wezbrań spowodowanych długotrwałymi opadami lub roztopami wysoki stany wody są wynikiem zwiększonego odpływu wody,
- w przypadku wezbrań spowodowanych piętrzeniem wody w korycie wysokie stany wody nie wynikają ze zwiększonego odpływu,
- granicę stanowi średni wysoki stan wody SWW,
- stan wody nie jest funkcją natężenia przepływu,
- wezbranie najczęściej zaczyna się w górnej części dorzecza i narastając przemieszcza się w dół.
Podział wezbrań ze względu na przyczynę je wywołującą i czas występowania:
- wezbrania opadowe nawalne, spowodowane gwałtownymi ulewami letnimi (głównie w górach),
- wezbrania opadowe rozlewne, spowodowane opadami ciągłymi,
- wezbrania roztopowe, wywołane gwałtownym topnieniem pokrywy śnieżnej,
- wezbrania zatorowe lodowe, spowodowane spiętrzeniem wody przez zator w czasie spływu lodów, towarzyszą zwykle roztopom,
- wezbrania zatorowe śryżowe, wywołane spiętrzeniem wody spowodowanym zatkaniem przekroju rzeki przez ryż i lód denny,
- wezbrania sztormowe, spowodowane sztormami utrudniającymi odpływ rzeczny do morza, występują przy silnych wiatrach wiejących od morza.
Wysokość i przebieg wezbrań opadowych zależą od:
- intensywności i wydajności opadów atmosferycznych,
- powierzchni objętej opadem w stosunku do całej zlewni,
- cech fizycznogeograficznych zlewni,
- stanu retencyjnego zlewni,
- ukształtowania koryta rzeki,
- rozłożenia ujść ważniejszych dopływów wzdłuż biegu recypienta.
Wysokość i przebieg wezbrań roztopowych zależą od:
- grubości pokrywy śnieżnej i zawartości wody w śniegu,
- intensywności topnienia śniegu,
- głębokości przymarznięcia gruntu,
- cech morfometrycznych zlewni.
Podstawą fali wezbraniowej może być:
- stan średniej rocznej wielkiej wody (SWW), oznacza on wezbranie wielkie, przekraczające stan pełnokorytowy, więc zalewający równinę zalewową, są to często wezbrania katastrofalne powodujące powódź,
- stan niskiej wielkiej wody (NWW), zbliżony do stanu pełnokorytowego, wyznacza wezbrania duże, mieszczące się w korycie, ale podtapiające równinę zalewową,
- stan odpowiadający dolnej granicy strefy stanów wysokich, wyznacza wezbrania małe.
Falę wezbraniową charakteryzuje:
- całkowita objętość fali (Vw),
- natężenie przepływu kulminacyjnego (Qmaks.), który jest przepływ odpowiadający najwyższemu stanowi wody podczas danego wezbrania,
- czas trwania wezbrania (tw).
Prędkość przemieszczania się fali zależy od:
- spadku podłużnego rzeki,
- kształtu poprzecznego przekroju łożyska.
b)Powódź
- pojęcie ekonomiczne,
- wezbranie powodujące starty i szkody materialne,
- nie każde wezbranie jest powodzią,
- każda powódź jest spowodowana wezbraniem.
c)Niżówki
- okres niskich stanów wody w korycie rzeki, spowodowany ograniczonym zasilaniem rzeki wynikającym z wyczerpania się zasobów wodnych dorzecza,
- granicę niżówki stanowi średni niski stan wody SNW, oblicza się go z wielolecia, co 10 lat,
- przyczynami niżówki są: małe opady lub ich brak, w zimie natomiast niska temperatura powietrza, w wyniku której jest słabe topnienie lodowców, utrzymywanie się pokrywy śnieżnej i zjawisk lodowych w rzekach.
Rodzaje niżówki:
a)niżówka płytka, która występuje, gdy stany wody w rzece przez co najmniej kilkanaście dni wahają się między dolną granicą stanów średnich a średnim niskim stanem wody,
b)niżówka głęboka, gdy stany wody znajdują się poniżej średnich niskich stanów.
Podstawowa charakterystyka ilościowa niżówki:
- przepływ ekstremalny niżówki (Qmin.n),
- przepływ średni niżówki (Qśr..n),
- objętość niżówki (objętość niedoboru wody Vn),
- czas trwania niżówki (tn).
Fazy niżówki:
a)susza atmosferyczna, czyli niedostatek opadów. Brak opadów może uruchomić mechanizm posuchy, wówczas, gdy temu bezdeszczowemu okresowi towarzyszy wysoka temperatura powietrz zwiększająca parowanie.
b)susza glebowa, rozwija się pod wpływem suszy atmosferycznej. Wyczerpują się zasoby wody wolnej w gruncie, maleją zasoby wilgoci glebowej, rozpoczyna się wysychanie gleb. Rozwój tej suszy może być zahamowany przez każdy opad uzupełniający zapasy wilgoci glebowej.
c)susza hydrologiczna, wywołana dalszym brakiem opadów. Wody gruntowe zostają pozbawione zwykłej alimentacji opadowej. Brak wody w strefie aeracji wody wolnej i ciągły odpływ podziemny do rzek sprawiają, że zwierciadło wód gruntowych obniża się, malej też odpływ podziemny do rzek, co powoduje obniżenie się stanu wody w rzece. Każdy opad o przeciętnej intensywności zużywa się na uzupełniania wilgoci glebowej i parowanie terenowe. Opady o dużej intensywności dają spływ powierzchniowy, gdyż przesuszona gleba nie pozwala na wystarczająco szybkie wsiąkanie. W wyniku tego zasoby wody gruntowej ciągle maleją, zaczynają wysychać źródła i małe cieki, w rzekach pojawiają się głębokie niżówki. Jeśli ilość wody zasilającej rzekę spada do zera, rzeka przestaje prowadzić wodę.