POMIAR WIELKOŚCI OPADU

Polega na określeniu ilości wody, jaka spadła w określonym czasie w danym miejscy i wyznaczeni u teoretycznej warstwy jaką by ta woda utworzyła.

Dla każdej stacji opadowej podawane są następujące wartości: sumy miesięczne opadów, suma roczna, maksymalne wartości dobowe.

Kolejne roczne sumy opadów dla danej stacji wahają się wokół wartości średniej nazywanej opadem normalnym.

Wysokość opadu normalnego oblicza się jako średnią z sum rocznych opadów z okresu najmniej 30 lat. Na podstawie analizy opadu normalnego można zauważyć iż jego wartość rośnie wraz z wysokością położenia terenu. Zależność dla terenów nizinnych i podgórskich ma charakter liniowy, natomiast w terenach górskich- w wyższych partiach Tatr i Karkonoszy zaobserwowano zjawisko inwersji. Po przekroczeniu pewnej rzędnej ( w tatrach mniej więcej na wysokości Doliny Pięciu stawów opad już nie rośnie, ale nieco maleje.

Krzywe gradientowe opadu a) z punktem inwersji (północny skłon Karkonoszy), b) bez punktu inwersji (zlewnia rzeki)

POMIARY OPADÓW (deszczomierz Gustawa Hellmanna.)

Podstawowym przyrządem jest deszczomierz Gustawa Hellmanna. Deszczomierz wykonany jest z blachy stalowej, ocynkowanej i pomalowany na biało, ma wysokość 46 cm i powierzchnię wlotową w kształcie koła wynosząca 200 cm² . Składa się z podstawy, w której jest umieszczony zbiornik na wodę oraz odbiornika nakładanego na podstawę cylindra z lejkiem w dolnej części. Wchodzącym do zbiornika. Brzeg cylindra ma ostrą krawędź, aby na brzegu nie osadzała się woda ,a tym bardziej śnieg. Deszczomierz jest ustawiony w odpowiednim trzymadle, przytwierdzonym do słupka tak, alby jego powierzchnia recepcyjna znajdowała się na wysokości 1m nad pow. gruntu ( w terenie do wysokości 500 m n.p.m. ). Do kompletu należy odpowiednio wyskalowana menzurka oraz blaszana wkładka utrudniająca wywiewanie śniegu.

Pomiar opadu dokonywany jest na posterunkach meteorologicznych i opadowych raz dziennie o godz. 7 czasu zimowego i o 8 czasu letniego, na stacjach synoptycznych 4 razy dziennie o godz. 0, 6, 12, i 18 UTC tzn. o godz. 1, 7, 13, i 19 czasu zimowego i 2, 8, 14 i 20 czasu letniego.

TOTALIZATOR

W obszarach trudno dostępnych zwłaszcza w górach do pomiarów opadów stosuje się totalizatory, którymi pomiar opadu może być stosowany raz na miesiąc lub rzadziej (raz na rok). Totalizator składa się z cylindrycznego zbiornika, którego górna stożkowa część zakończona jest pierścieniem wyznaczającym pow. wlotową ( 200- 1000 cm²) a w dnie znajduje się otwór spustowy. Na zbiornik założona jest osłona przeciwwiatrowa (najczęściej typu Niphera), której krawędź znajduje się na wysokości pow. wlotowej.

OPIS DZIAŁANIA TOTALIZATORA:

Na początku okresu pomiarowego zbiornik zostaje częściowo napełniony niezamarzającym roztworem znanej objętości, który zmienia postać opadów stałych w ciekłą. Jego ilość nie powinna przekraczać 33% objętości zbiornika. Stosuje się wodny roztwór chlorku wapnia albo glikolu etylenowego lub metanolu. Śnieg który jest cięższy od roztworu opada na dno i miesza się z roztworem.

Powierzchnia roztworu jest zabezpieczona przed parowaniem warstwa odpowiedniego oleju lub innej substancji przez którą opad swobodnie przenika do roztworu. Pomiar jest wykonywany co m-c, sezon lub rok. Polega na określeniu objętości lub zważeniu spuszczonej ze zbiornika cieczy, przy znajomości ilości niezamarzającej cieczy, umieszczonej w cylindrze na początku okresu pomiarowego.

DESZCZOMIERZ JAMOWY

Jako przyrząd wzorcowy do pomiaru opadów ciekłych jest używany deszczomierz jamowy. Jest to standardowy deszczomierz np. Hellmanna ,ustawiony na dole o odpowiednich rozmiarach( Średnica 100-200) tak, aby pow. recepcyjna znalazła się na poziomie gruntu. Takie ustawienie ma za zadanie wyeliminowanie błędów wiatrowych, spowodowanych przez deformację strumieni wokół deszczomierza, a ruszt zmniejsza wpływ bryzgów z otoczenia. Stanowisko pomiarowe powinno być w terenie płaskim w promieniu 30 m, pokryte tylko trawą, a inne przyrządy pomiarowe powinny być w odległości co najmniej 4-krotnie przewyższającej ich wysokość. Deszczomierzem jamowym mierzy się wyłącznie opady ciekłe ponieważ pomiar śniegu byłby obarczony dużym błędem spowodowanym jego wywiewaniem i nawiewaniem.

PLUWIOGRAF PŁYWAKOWY

Poza pomiarem sumarycznej wielkości opadów na wielu stacjach prowadzi się rejestrację ciągłą. Od wielu lat powszechnie do tego celu używany jest przyrządem, obecnie wycofywanym, jest pluwiograf pływakowy . Jest to przyrząd mechaniczny, w którym przechwytywany opad (pow. recepcyjna 200 cm² ) wpływa do komory pomiarowej o pojemności równoważnej opadowi o wysokości 10mm. Gromadząca się w zbiorniku podczas opadu woda wypycha pływak znajdujący się w komorze, a połączone pływakowe ramię zakończone piórkiem kreśli linię na bębnie poruszanym mechanizmem zegarowym. Do komory pomiarowej jest podłączony lewar, który samoczynnie opróżnia komorę po jej wypełnieniu. Wystąpienie opadu rejestruje linia ukośna (kąt jej nachylenia zależy od natężenia opadu) moment opróżnienie zbiornika-linia pionowa, a brak opadu- linia pozioma. Z pluwiogramu (odpowiednio wyskalowanego paska papierowego zakładanego na bęben) można odczytać sumę dobową opadu , godzinę początku i zakończania padu, czas jego trwania i natężenie)

Pluwiometr kroplowy- telemetryczny elektryczny przyrząd do pomiaru natężenia opadu. Opad przechwytywany jest przez standardowe kolektor spływa do urządzenia, który formuje krople o jednakowej objętości. Miarą natężenia opadu jest liczba kropel l zaliczana w jednostce czasu, metody zliczania kropel są różne: mechaniczne, elektryczne, fotoelektryczne. wyniki mogą być rejestrowane lub przekazywane do odległych odbiorników. Przyrząd daje nieosiągalną w innych przyrządach możliwość pomiaru natężenia opadu o bardzo krótkich odcinkach czasu (nawet 1 minuta). ``

Pluwiometr korytkowo-wywrotny- jest to telemetryczny, elektryczny przyrząd w którym opad jest wychwytywany przez kolektor jest dopasowany przez kroplomierz do ułożyskowanego korytka składającego się z dwóch identycznych komór pomiarowych. Po napełnieniu jednego z nich określone ilością opasu korytko zostaje przeważone, wywraca się aż do położenia krańcowego i wlewa odmierzoną porcję wody do lejka, podprowadza pod kroplomierz drugą komorę pomiarową. Kiedy druga komora zostanie wypełniona opadem, wywraca się- i cykl się powtarza, kolejne wywracanie się komór odbywa się automatycznie, a każde wywrócenie uruchamia eklektyczne urządzenie impulsowe lub, przestawia licznik mechaniczny o jedno miejsce. Pluwiometr ten jest nieczuły na opad o małym natężeniu w krótkim czasie.

Wykrywanie i lokalizacja opadów- meteorologiczna, zasada ich działania polega na pulsacyjnym wysyłaniu w przestrzeń impulsów fal radiowych. Podległość odbijającego się obiektu jest określony na podstawie pomiaru czasu od wysłania impulsów do powrotu odbitego sygnału. Kierunek w jakim znajduje się obiekt określa ukierunkowanie wiązki anteny. Obserwacje pomiarowe są zatem pomiarami bezpośrednimi, mierzone jest jedynie odbicie, które wymaga dalszej interpretacji. Radar pozwala najskuteczniej obserwować opad i chmury zbliżające się stadium opadowych. Sygnał powrotny bowiem zostaje odbity od do tych kropel wody lub kryształków lodu znajdujących się w chmurach

ĆW. 4

Opad normalny zależy od

- wzniesienia n. p. m.

- szerokości. geograficznej,

- odległości od mórz

- sąsiedztwa gór,

- także kierunku wiatru

ODPAD NORMALNY DLA POLSKI 600mm ( dla Wisły 604, Odry 583)

OBCIĄŻENIA BŁĘDAMI PRZEZ:

- zwilżenie zbiornika i części wew. - straty wody

-straty wody na parowania z deszczomierza

-omijanie deszczomierza przez zakłócenia pola wiatru

-rozprysk kropel deszczu na pierścieniu deszczomierza

-wywiewanie lub nawiewanie śniegu do cylindra

SKRORYGOWANIE WYS. OPADU

P=P^′+ P

P^′- wys. Opadu zmierzona za pomocą deszczomierza

P – poprawka opadu określona wzorem:

P=P_w+ P_E+P_V+ P_n

P_w - poprawka na zwilżenie ścian deszczomierza i wew.

P_E - poprawka na parowanie wody

P_V - pop. Areodynamicza ze strugami do deszczomierza

P_n- pop. Na nabryzgiwanie wodyi błędami odczytu

P_ni P_E mają niewielkie udziały w ogólnej ilości strat opadów, natomiast duze znaczenie mają błędy spowodowane przez wiatr (Pv). Ilośc opadu omijająca deszczomierz zależy od prędkości wiatru i od wielkości kropel deszczu (struktury opadowej) Stwierdzono, że im krople deszczu są większe tym błąd pomiaru mniejszy i odwrotnie. Wartośc poprawek P dla opadów stałych są znacznie większe niż dla opadów ciekłych z uwagi na wiwiewanie śniegu z deszczomierza.

ŚREDNIE I MAKSYMALNE NATĘŻENIE DESZCZU

Do określenia ilości wody jaka spadła podczas deszczu na pewnien obszar (np. zlewni rzecznej) potrzebna jest znajomość średniego natężenia deszczu na tym obszarze, ponieważ nie w każdym jego punkcie spada jednakowa ilość wody. Badając rozkład opadu na pewnym obszarze, obserwuje się centrum, w którym natężenie opadu jest największe: na zewnątrz (od niego natężenie maleje ku krańcom obszaru, na który schodzi do zera według paraboloidy obrotowej.

Do oceny sredniego natężenia deszczu na obszarze potrzebna jest znajomośc typowego rozkładu natężęna. Mający wyznaczony na podstawiedanych pluwiograficznych rozkład natężenia deszczu można wyznaczyć metodą graficzną średnią wartość natężęnia opadu na rozpatrywanym obszarze a następnie stosunek średniego do maxymalnego w centrum danego obszaru.

ψ =I_s / I_max z tego natężnie średnie deszczu

I_s=   I_max*ψ

Pomianowski ustalił wzory do W-wy i Lwowa uzależniające Ψ od natężenia opadu w centrum obszaru I_max i od powierzchni objętej deszczem A:

ψ = f(I_max ; A)

Najczęściej używany w Polsce (do dziś) wzór Spechta w postaci:

$\mathbf{\psi =}\mathbf{I}_{\mathbf{s}}\mathbf{\ /}\mathbf{\text{\ I}}_{\mathbf{\max}}\mathbf{\ \ 12}\sqrt{\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{A}}}$

Lambor podaje Amerykański wzór Hortona:

ψ=e^−kAn k, n – parametry klimatologiczne

A – pole obszaru objętego deszczem [mile²]

OBSZAROWY ZASIĘG DESZCZU

Każdy deszcz obejmuje pewien obszar, który zwiększa się wtedy, gdy natężenie deszczu maleje. Między natężeniem deszczu a pow. zadeszczonego obszaru zachodzi związek podobny do tego jak między natężeniem opadu a czasem jego trwania. Wg Różańskiego największa pow. objęta deszczem o danym natężeniu jest równa:

A=5(5-I)³

A - pole pow objętej deszczem [km²]

I - średnie natężenie deszczu [mm/min]

Ze wzoru wynika, że max możliwe natężenie wynosi I ≤ 5mm/min, w przeciwnym razie A jest ujemne. Przekształcając otrzymujemy:

I= 5 - $\sqrt[\mathbf{3}]{\mathbf{0,2\ A}}$

ROZKŁAD NATĘŻENIA OPADU W CZASIE

Zmienność czasowa natężenie opadu oprócz czasu trwania i sumy opadu, ma zasadniczy wpływ na wilkośc wezbrań wywołanych deszczami. Ogólnie biorąc można wyróżnić następujące typy rozkładu opadu w czasie jego trwania t:

1. Opad o stałym natężeniu tzw. opad blokowy ( rys.1)

2. Opad o zmiennym natężeniu w czasie z max natężeniem

1. Na początku

2. Na środku

3. Na koncu zdarzenia

Przyjmując do obliczeń opad o stałym natężeniu (opad blokowy), uzyskuje się zazwyczaj mniejsze wartości przepływu kulminacyjnego niż przy innych rozkładach

Wg zaleceń DVWK (1984) jako rozkład natężenia opadu miarodajnego należy przyjmować deszcz z max natężeniem w środku czasu trwania opadu czyli ROZKŁAD C – w pierwszym okresie wynoszącym 0,3 t spada ok. 20% całkowitej sumy, w następny okresie 0,2 t spada 50% opadu , a w pozostałym czasie 30% całkowitej sumy opadu.

Wykresy sumowania opadów dla różnych typów rozkładów w czasie

A – opad o stałym natężeniu

B – opad z max intensywnością na początku

C – opad z max intensywnością w środku zjawiska

D – opad z max intensywnością na końcu zdarzenia