HYDROLOGIA

Zajmuje się procesami i zjawiskami związanymi z wodą.

Podział hydr.wg. Kazimierza Dębskiego -dzieli badania hydr. Na działy,gałęzie(w zależności od środ.,którym się zajmuje h.),poziomy(ze wzg. Na metodykę badania)

DZIAŁY:

HYDROCHEMIA,HYDROBIOLOGIA,HYDROFIZYKA,H.KRĄŻENIA(krążenie wody w przyrodzie,cyrkulacja)

GAŁĘZIE(mówią o komponencie środ. Jakim się zajmują):

HYDROMETEOR.,POTAMOLOGIA(nauka o rzekach,ciekach),LIMNOLOGIA(o jeziorach,o zbiornikach wodnych),OCEANOLOGIA,AGROHYDROLOGIA(związana z rolnictwem,woda w glebie),PEDO dieli się na: HYDROGEOLOGIE(woda w głebi skorupy ziems.),GLACJOLOGIA(nauka o wodach w lodowcach wiecznych śniegach-lądolody,lodowce),KRIOLOGIA(nauka o wodzie-zjawiska),KRENOLOGIA(nauka o nowych źródłach-wypływach wody podziemnej),PALUPOLOGIA(nauka o bagnach-zawodnione tereny),GEOHYDROLOGIA

SIEĆ OBSERWACYJNA-sieć stacji:

1stacje obser.opadowe

2)stacje ob. Wodowskazowe

3)st.ob.hydrometryczne

4)st.ob.wód gruntowych

5)st.ob.temperatury wody

Wydawane są roczniki hydrologiczne-obejmują wyniki pomiarów hydrologicznych i hydrometeorologicznych w kolejnych latach.

PRZYCZYNY KRĄŻENIA WODY NA ZIEMII-cykl hydrologiczny

1)Energia cieplna słońca-efektem działania tego czynnika są zmiany stanów skupienia wody(zamarzanie,topnienie,parowanie,sublimacja,kondensacja,konwekcja),zmian gęstości wody w zbiornikach wodnych.

2)Siła grawitacji:

a)ruch wody w postaci opadów

b)spływanie wody po powierzchni

c)przyciąganie innych ciał niebieskich(widoczne tylko przy ogromnych zbiornikach-morzach i oceanach)

3)Inne siły przyciągania(innych ciał niebieskich)

4)Ciśnienie atmosferyczne.Ruch mas powietrza,przemieszcanie się wody w postaci chmur w różne miejsca troposfery.

5)Siły międzycząsteczkowe w gruncie-zjawisko podsiąkania wody w kapilarach glebowych,także ruch wody wbrew prawu ciężkości

6)Reakcje chem. I nuklearne

Łączenie wody z innymi związkami(wiązanie i uwalnianie)

7)Różne rodzaje procesów biologicznych w org.żywych

8)Działalność człowieka-regulacja rzeki,budowa koryt,prowadzenie sieci wodno-kanalizacyjnych.

CYKL HYDROLOGICZNY

Jest to obieg wody w przyrodzie.Jest uwarunkowany krążeniem wody w przyrodzie.Przebiega on w cyklu zamkniętym.

Cykl hydrologiczny składa się z 2 faz:

1)FAZA ATMOSFERYCZNA

2)FAZA KONTYNENTALNA

rys.

Cykl hydrol.dzielimy na:

1)obieg duży(globalny obieg wody)

2)obieg mały(lokalny obieg na danym obszarze)

rys

Cykl krążenia w ciągu roku to jeden cykl roczny -wymiana następuje wielokrotnie.37,5 razy wymiany wody w cyklu globalnym(ok.9-10 dni)

BILANS WODNY KULI ZIEMSKIEJ

Woda paruje i wraca w postaci opadu.W wyniku wybuchu wulkanów,na Ziemię dostają się wody juwenilne(to wodu, które nie były na pow.Ziemii,wydostały się z pewnych związków).Promieniowanie kosmiczne przez atmosferę:dostają się do atmosfery cząsteczki H2 i O2 tworząc H2O(poprzez łączenie się).Wody te stanowią niewielką ilość i można je pominąć.

ZASOBY WODNE HYDROSFERY

CZĘŚĆ HYDROSFERY,%,% WODY SŁODKIEJ:

-oceany,94,??

-wody podziemne(w tym aktywne w obiegu hydr.);4,1(0,27);14

-lodowce i lądolody;1,6;85

-jeziora;0,02;0,6

-w glebie;0,006;0,3

-w atmosferze;0,001;0,05

w rzekach 0,0001;0,04

10dniowy obieg wody to cykl lokalny.Cykl globalny to 1000 lat.

BILANS WODNY-

Zrównoważenie przybytków i ubytków wody w określonej przestrzeni i w określonym czasie(równowaga między parowaniem a opadem,który wraca).

BILANS OGÓLNY-może być:oddzielny dla atm.,dla kontynentów,dla oceanów,dla poszczególnych zlewni.

Zapisane w postaci równania:Po lewej przybytki,po prawej ubytki

Ogólne równanie bilansu:

P(opad)=E(parowanie)

Bilans wodny dla lądów:

P_L=E_M+H_L

E_M=P_L-H_L

Bilans wodny mórz i oceanów:

E_M=P_M+H_L

Wzory te mogą być stosowane tylko w wieloleciu.Nie dotyczą one rozwiązania np.w ciągu roku

Dla bilansu wodnego 1-rocznego:

R₁(retencja)+P=E+H+R₂

R₁ może być różne od R₂

Bilans wodny krótkookresowy:

P=E+H+
R

BILANS WODNY W POLSCE

Będzoie opisywany poprzez:

P_L=H_+E.Może się różnić w różnych sytuacjach.

Opracowany przez IMGW.Wzięto pod uwagę 89 lat(od 1901r obserwowano,opublikowano w 1990)

P=629mm

H_=175mm

E=454mm

Obserwuje się tendencje do zmniejszania się ilości opadu na terenie Polski

W górach i w pasmie nadmorskim jest dużo opadów.Bilans wodny w Polsce obniża się.

Stepowanie klimatu-długie okresy suszy,a potem „pora deszczowa”.

Zmiany w bilansie wodnym:

Duża ingerencja człowieka w stosunki wodne:

-regulacja

-pobieranie wody dla celów domowych(przemysłowych),zmniejsza się odpływ.Ważne by H_ było zachowane i prawidłowo wykorzystane.

WSPÓLCZYNNIK JAKOŚCI WODY K,ODPŁYWOWEJ(PŁYNĄCEJ W RZEKACH)

K=

Lata 60 k=18,8

Lata 90 k=6,6,teraz jest stagnacja.

ODPŁYW(Drogi rodzaje i fazy)

Odpływ(H)-jest to przemieszczanie się cząstek wody pod wpływem siły ciężkości poza granice określonego obszaru.Odpływ powstaje z płynnych opadów atmosferycznych lub stopnienia pokrywy śnieżnej(lodowej).

3 drogi odpływu:

-woda może się przemieszczać po powierzchni terenu(koryta cieków)

-pod pow.terenu po warstwach słabo przepuszczalnych

-podziemnie.

3 rodzaje odpływu:

-powierzchniowy

-podpowierzchniowy

-podziemny.

Pierwszą fazą jest odpływ podziemny,nadstępny jest podpowierzchniowy.

3 etapy w odpływie podziemnym:

a)infiltracja(jest to wchłanianie wody przez grunt).-faza wsiąkania(jest związana ze strefą nasyconą powietrzem)

-faza przesiąkania(strefa nawodniona).Początkowa faza jest zawsze wolniejsza,woda musi pokonać pewne opory.

Zdolność infiltracyjna gruntu f_p-max ilość wody,którą grunt może wchłonąć w danych warunkach.

b)filtracja.

To drugi etap odpływu podziemnego,rozpoczyna się wtedy gdy woda osiąga horyzont wodonośny.Rys)

c)drenowanie przez cieki-pobieranie wody z horyzontu przez cieki.

k-współ.filtracji(przesiąkania)-infiltracji

k=
h/T rys

ODPŁYW POWIERZCHNIOWY(spływ pow.)-ruch wody po pow.terenu pod wpływem grawitacji.

3 typy tworzenia się spływu powierzchniowego:

a)spływ ponadinfiltracyjny-występuje gdy natężenie opadu lub tajania śniegu przewyższa natężenie przesiąkania(infiltracji)

b)s.przedinfiltracyjny-zachodzi wtedy gdy deszcz spada na bardzo przesuszoną glebę.

c)s.związany z podwyższonym zwierciadłem wody gruntowej-związany z podwyższonym horyzontem wodonośnym.

Spływ rozproszony obejmuje 3 spływy:-przezwyciężenie retencji glebowej-spływ laminarny(krótkotrwały)-przechodzi w spływ turbulentny(nieskoordynowany)

Odpływ korytami cieków stałych

Ciek stały-stale płynie woda.Jest sumą odpływów:powierzchniowego i podziemnego.

OPADY(i ich parametry hydrologiczne)

-wys.npm

-kierunek wiatrów

-odległość od morza.

Gradient opadowy(hipsometryczny opadu)-zależność wys.opadu od wys.npm.Im teren wyżej położony tym opad jest wyższy lecz do pewnego poziomu,potem wys.opadu maleje.

P=a*h+P₀

Opad normalny-średnia arytmetyczna opadów obliczona z dłuższego okresu czasu(30-40 lat ciągłych obserwacji)

Opad średni z wielolecia-krótszy niż z 30-40 lat.

Opad normalny dla Polski:P_n=600mm

Dorzecze Odry<600mm

Dorzecze Wisły>600mm

ZMIENNOŚĆ OPADU

Wspól.nieregularności opadu

K=P_max/P_min

Polska-klimat przejściowy z ukierunkowaniem na morski,k należy 2-3.Istotny jest rozkład opadów w ciągu roku-żeby można było prognozować odpływ roczny

Liczba procentowa(p)-rozkładu opadów w ciągu roku-podaje jaki % opadów rocznych spadł w danym miesiącu

P=(P_M/P_V)*100%

Opad stały

Współ.zasnieżenia

K_śń=P_śn/P_n

P_śn-suma opadów stałych rocznych

P_n-opad normalny,roczny

Dla Polski K_śn wynosi od 0,1 do 0,3 dla całego kraju.1/3 to opady stałe.

Natężenie opadu i klasyfikacja deszczów:

Wydajność opadów-(P)tj.zwykły opad[mm]

Natężenie opadu I_p=P/t(przyporządkowanie wydajności do czasu)

Klasyfikacja deszczu wg p. Chomicza(dotyczy wydajności opadu).

P może być zapisana za pomocą pewnej funkcji o zmiennej czasowej

n=

=

k-liczba w skali Chomicza

Hellman-natężenie opadu

I=P/t-wzór empiryczny

Bardzo wielu hydrologów chciało określić I wieloma skomplikowanymi metodami

I=[a/(t+b)ⁿ]+c

Uproszczenie Hellmana(ogólny wzór)

I=a+(b/
)

P=(a,b)[mm/mm]

t-czas trwania opadu

a,b,n,c-współ.regionalne

Obszarowy zasięg deszczu

Jak się liczy ilość opadu na dany teren który spadnie.

3 szczególne przypadki:

1)Obszar oddziaływania deszczu zwiększa się gdy jego natężenie maleje.Wzór na obszar objęty deszczem

A=5*(5-I)³

A-obszar

I-nat.deszczu

2)natężenie stałe przez cały czas trwania opadów(wykres)

3)opad o zmiennym natężeniu:

a)o malejącym nat.(wykres)

b)narastającym nat(wykres)

c)o max w środku(wykr.)

PRZEPŁYWY W KORYTACH CIEKÓW

Obszar zasilający cieku(obszar alimentacyjny)-cały obszar,z którego woda zasila tą konkretną zlewnię.

2 rodzaje zlewni:

-powierzchniowa

-podziemna.

Dorzecze-zlewnia dla dużego cieku(rzeki lub całego systemu rzek).Dorzezcze jest ograniczone linią działu wodnego.

Zlewisko-odbiornik dorzecza,wszystkie rzeki wpływają do zlewiska np.M.Bałtyckie.

Największym dorzeczem na świecie jest Amazonka,Kongo,Zair,na 48 miejscu Wisła(200000km²

Dział wodny-linia na pow.Ziemi.która jest granicą.

Dział wodny topograficzny związany ze spływem powierzchniowym.

Dział wodny hydrogeologiczny:

a)

Skała lita(trwała),woda spływa tak że H=działowi wody topogr.,bardzo niewiele wody infiltruje.

b)

Mało spływa po powierzchni,większość wody wnika w głąb.

c)

Prawie cała woda spływa do A,ciek B-zasilany wodą spływu powierzchniowego.

Dział wodny na niż.jest b.trudny do wyznaczenia.

PARAMETRY ZLEWNI CIEKÓW(dorzeczy rzek)

1)powierzchnia w km² A

2)długość zlewni L(wzdłuż rozwinięcia koryta cieku)

3)Średnia szer.zlewni B=A/L(iloraz pow.zlewni i dł.tej zlewni).

Prędkość spływu powierzchniowego jest odwrotnie proporcjonalna do średniej szer.zlewni.

Wskaźnik zawartości zlewni(wydłużenia zlewni)-mówi jak się będzie zachowywała woda spływająca w stosunku do kształtu zlewni(koryta).Im bardziej wydłużony kształt tym mniejsze zagroż.powodziowe:

K_Z=0,28*(U/
)

U-obwód zlewni

A-pow.zlewni

Im K_Z mniejszy tym wezbranie większe.

MORFOLOGIA CIEKU

Sposób płynięcia rzeki-płynięcie zakolami.Rzeka posiada 2 brzegi: wklęsły i wypukły.

Koryto cieku-ta częśc doliny cieku która jest wypełniona wodą

Linia nurtu-punkty na pow.cieku leżące bezpośrednio nad miejscami o najw.prędkości przepływu.Nurt pojawia się tam gdzie jest największa głębokość w korycie.

Meandry-coraz bardziej wypukłe i wklęsłe brzegi.

Spadek poprzeczny(większy przy zakolu rzeki)-przy wklęsłym brzegu rzeki

I_p=v²/(R*g)

Im rzeka(ciek)bardziej nizinny tym jego koryto jest szersze.B-szer.rzeki I t-gł.rzeki są ze sobą związane.Szer.rzeki o wiele szybciej rośnie niż jej gł.

G=B/t(stosunek charakt.dla danego cieku)

Kilometrowaniecieku-mieszanie dł.cieku od ujścia ku źródłowiu,nie odzwierciedla rzeczywistej dł.rzeki.

Spadek podłużny cieku-jest to sp.podł.zwierciadła wody w cieku(wyraża się w różnicy wys.między dwoma profilami)

I=
h/l(rys)

Sp.podł.zw.wody w cieku wyraża się w %₀

I=
h/l=1m/1000=1%₀.

Stała koncentracji

=i*g=const

Dla Wisły =17(Kraków);17,5(Gdańsk)

6-7 dla rzek nizinnych.

POTAMOLOGIA-zajmuje się wszystkimi zjawiskami fiz.związanymi z przepływem wody w ciekach.

Ciek-wszystkie wody płynące stale lub w ciągu dłuższego okresu czasu.Uformowany korytem naturalnym lub sztucznym.

PODZIAŁ RZEK

1)nizinne-posiadają wyrównane przepływy(prowadzą stale jednakową ilość wody).Wezbrania są mniej gwałtowne ale za to długotrwałe

2)górskie-przepływy zróżnicowane,wezbrania są gwałtowne ale krótkotrwałe,duże wahania wody.

3)rz.mieszane-połączenie cech 1 i 2 np.Wisła

POTOKI-rzeki górskie o b.dużym spadku,niewielkiej szer.koryta.

POMIAR WODY W CIEKU

Przepływ-pewna ilość wody płynącej w cieku.

Stany wody w cieku W-wzniesienie zwierciadła wody ponad przyjęty umownie poziom zwany zerem wodowskazu.

Czyli stan wody jest wielkością względną,podawany jest w cm..Zero wodow.jest dowiązane do reperó.Przyrządami do odczytu stanu wód są wodowskazy:

-łata wodowskazowa(najbardziej podstawowa)

-system wodowskazów korespondujących(przy rzece szerszej)

-wodowskazy ukośne(odczyt raz na dobę o godz.7.00)

-wodowskazy max(przy pomocy farby zmywalnej)

-samopiszący wodowskaz

---