CHARAKTERYSTYKA HYDROLOGICZNA RZEKI ŁOSOSINA W PRZEKROJU WODOWSKAZOWYM PIEKIEŁKO 1974

Michał Słota

III IŚ

Gr. 3

1.Opis hydrograficzny zlewni rzeki Łososiny

Łososina - rzeka w południowej Polsce, lewy dopływ Dunajca (na wysokości Jeziora Czchowskiego). Źródła w masywie Mogielicy i pod Jasieniem. W górnym biegu nazywana Łososinką; przepływa przez Półrzeczki, Jurków, Dobrą, Tymbark, Łososinę Górną, Młynne, Laskową, Ujanowice i Łososinę Dolną. Ważniejsze dopływy: potok Słopniczanka, potok Sowlina, potok Stańkowa. Rzeka Łososina płynie płaska dolina o szerokości kilkuset metrów z wyjątkiem odcinka przełomu pomiędzy Młynnem a Laskową . Rzeka nie jest obwałowana, z zabudowa w niektórych miejscach znajduje się na terenach zalewowych. Droga biegnąca dnem doliny przybliża się do koryta rzeki. Miedzy Młynnem a ujściem rzeki zagrożone zalaniem w przypadku wystąpienia powodzi z prawdopodobieństwem pojawienia się raz na 100 lat jest 140 budynków, 310 ha gruntów ornych i ponad 170 ha użytków zielonych.,dlatego we wsi Młynne jest plan budowy zapory wodnej.

Występujace gatunki ryb to m.in.kleń,pstrąg potokowy,jelec i strzebla potokowa, a w dolnym odcinku (w okolicach miejscowości Laskowa,Młynne,Krosna) także lipień.

2. Opracowanie krzywej konsumcyjnej

Krzywa natężenia przepływu (konsumcyjna) jest graficznym obrazem związku między natężeniem przepływu a stanem wody.

Kształt krzywej przepływu koryta naturalnego zależy od kształtu przekroju poprzecznego, spadku zwierciadła wody, ukształtowania koryta rzeki na określonym odcinku poniżej przekroju wodowskazowego. Na wykresie krzywej można wyróżnić kilka punktów szczególnych: punkt denny, punkty załomu, punkty brzegowe, punkt graniczny łożyska.

Punkty pomiarowe naniesione na wykres w układzie osi współrzędnych prostokątnych H0Q nie leżą dokładnie na krzywej, lecz układają się z pewnym rozrzutem. Do wyznaczania krzywej wyrównującej punkty pomiarowe służą metody analityczne i graficzne.

Wyznaczanie poprawki punktu dennego B- metoda Głuszkowa.

Na krzywej obiera się dwa punkty leżące w pobliżu skrajnych punktów pomiarowych o współrzędnych (H_1,Q₁) i (H₂,Q₂).Oblicza się średnią geometryczną przepływów Q₁ i Q₂, równą

, a następnie z wyrównanej odręcznie krzywej określa się odpowiadający jej stan wody H₃. Otrzymuje się w ten sposób trzeci punkt na krzywej o współrzędnych (H₃,Q₃). Wartość stałej B określa się ze wzoru :

Do obliczeń przyjęto Q₁ = 0,3 i Q₂ = 3,4

=
= 1,011

H₁ = 91; H₂ = 119; H₃ =103

=
= 55

=
= -55

3.Wykres codziennych stanów

Przebieg stanów wody w ciągu roku może być przedstawiony graficznie w postaci wykresów przebiegu codziennych stanów wody, zwanych hydrogramami stanów wody. Wykresy te wykonywane w układzie osi współrzędnych prostokątnych przedstawiają zmienność stanów wody w przedziale czasu. Na wykresach tych wyraźnie zaznaczają się okresy , w których rzeka prowadzi duże ilości wody pochodzącej z zasilania deszczowego lub z roztopów wiosennych. Okresy te noszą nazwę okresów wezbraniowych, samo zaś zjawisko przyboru wody nazywane jest wezbraniem. Linia wykresu stanów wody w okresie wezbrań przybiera charakterystyczny kształt, zwany falą wezbraniową, odznaczający się szybkim wzrostem, a powolniejszym opadaniem. Podobnie wyraźnie zauważa się na wykresach okresy ubogie w wodę, w których rzeka zasilana jest jedynie przez wody podziemne, zwane niżówkami. Hydrogramy codziennych stanów wody obrazują charakter rzeki, czyli jej reżim hydrologiczny. Różne typy rzek odznaczają się rozmaitym przebiegiem stanów wody w ciągu roku. Rzeki górskie wykazują dużą nieregularność stanów. Na hydrogramie zaznacza się w ciągu roku szereg krótkotrwałych fal wezbraniowych, poprzedzielanych krótkimi okresami występowania stanów niskich. Przyczyną tego jest szybki spływ wód opadowych i roztopowych, spowodowany małą zdolnością zatrzymywania wody na obszarze dorzecza. Tę zdolność zatrzymywania wody nazywa się zdolnością retencyjną. Inny charakter przebiegu stanów wody wykazują rzeki nizinne. Duża retencja na obszarze dorzecza powoduje, że wyraźnie zaznacza się jedynie wezbranie wiosenne, wywołane roztopami. Jest ono bardziej rozciągnięte w czasie, a przybór i opadanie są wolniejsze niż na rzekach górskich. Wezbrania wywołane deszczami letnimi i jesiennymi nie są zazwyczaj tak wysokie. Odnosi się to do dużych i średnich rzek nizinnych. Małe rzeki nizinne, podobnie jak rzeki górskie, charakteryzują się krótkotrwałymi wezbraniami, ale wezbrania te nie występują tu tak często. Przez większą część roku przeważają na tych rzekach stany niskie. Jeszcze bardziej wyrównany charakter przebiegu stanów wody wykazują hydrogramy rzek płynących na obszarze pojezierzy. Stany wody są tu w mniejszym lub mniejszym stopniu wyrównywane przez oddziaływanie zbiorników wodnych, jakimi są jeziora. Podobnie wyrównany charakter ma przebieg stanów wody w rzekach przymorskich wskutek większego wyrównania opadów, jakie występuje w klimacie morskim.

Hydrogramy stanów wody z poszczególnych lat są graficzną charakterystyką przebiegu zjawisk hydrologicznych, jakie występowały w danym okresie. Z hydrogramu można określić, kiedy i w jakiej liczbie występowały w danym roku wezbrania oraz jaka była ich wysokość i przebieg. Podobne informacje można uzyskać o okresach niskich stanów wody w rzece, czyli o okresach niżówkowych.

4.Wykres częstości przepływów

Zbiory statystyczne przepływów można przedstawić za pomocą wykresów rozkładu liczebności zwanych - zależnie od sposobu przedstawienia - wykresami częstości lub częstotliwości. Konstrukcja tych wykresów jest taka sama jak dla stanów wody. Wartości liczbowe częstości przepływów wyznacza się w podobny sposób jak w przypadku stanów wody. Różnica polega jedynie na tym, że dla przepływów przyjmuje się przedziały klasowe Δx o różnej wielkości. Przepływy charakteryzują się bowiem dużą amplitudą, znacznie większą niż stany wody. Wymagałoby to tworzenia dużej liczby przedziałów klasowych, natomiast ograniczanie liczby przedziałów w drodze powiększania ich szerokości wpływałoby ujemnie na dokładność wyznaczania przepływów okresowych.

Lp.	Przedziały stanów wody	Miesiące												Częstość obserwacji	Czas trwania stanów wody
				XI	XII	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII		IX	X		Ze stanami niższymi	Ze stanami wyższymi
1	90-99					19	25					20		64	64	365
2	100-109	4		9	13	12	4	17	1	6	26	10	3	105	169	301
3	110-119	16	22	17	12		1	9	15	10	2		4	108	277	196
4	120-129	6	9	1	3			3	6	6	1		12	47	324	88
5	130-139	3		1				1	4	5			4	18	342	41
6	140-149	1							1	2	1		2	7	349	23
7	150-159												6	6	355	16
8	160-169			1				1	1	1	1			5	360	10
9	170-179								1	1				2	362	5
10	180-189														362	3
11	190-199														362	3
12	200-209			1										1	363	3
13	210-219														363	2
14	220-229			1					1					2	365	2
15	Suma	30	31	31	28	31	30	31	30	31	31	30	31	365

5. Wykres sum czasów trwania przepływów.

W praktyce bardzo często potrzebna jest znajomość liczby wystąpień stanów wody o wartościach wyższych lub równych pewnemu stanowi granicznemu, zwanemu stanem okresowym, lub o wartościach niższych od tego stanu. Ma się wówczas odczynienia z wykresem sum czasów trwania przepływów. Sumowane częstości określono w tabeli do pkt 4 .Sumując częstości od przedziałów o wyższych wartościach stanów do przedziałów o wartościach niższych, otrzymuje się czasy trwania wraz ze stanami wyższymi, a przy odwrotnym kierunku sumowania - czasy trwania wraz ze stanami niższymi. Na podstawie wyników sumowania wykonano wykres sum czasów trwania przepływów wraz ze stanami : wyższym i niższym.

6. Krzywa sumowa odpływu (krzywa S).

Krzywa sumowa odpływu jest to krzywa, której rzędna każdego punktu wskazuje, jaka sumaryczna ilość wody przepłynęła przez dany przekrój od początku rozpatrywanego okresu (np. roku) do czasu określonego odciętą tego punktu.

KONSTRUOWANIE KRZYWEJ SUMOWEJ

Podstawą wykreślania krzywej S 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.

Nanosząc na wykres objętości odpływu V sumowane od początku okresu, otrzymuje się obraz narastania odpływu w rozpatrywanym okresie. Gdyby przyrosty odpływu były równomierne, wykres sumowania byłby linią prostą, ponieważ przebieg przepływów rzecznych jest zróżnicowany, wykres jest krzywą stale wznoszącą się z licznymi punktami przegięcia. Wykres taki nosi nazwę krzywej sumowej ( całkowej) odpływu.

Odpływ całkowity w rozpatrywanym okresie (rok) wyrażony jest w skali rysunku przez rzędną końcową. Łącząc punkt końcowy z początkiem układu współrzędnych, otrzymuje się prostą sumowania przepływu średniego. Prosta ta jest sieczną krzywej sumowej. Przepływ średni w rozpatrywanym okresie jest równy:

gdzie:

V - objętość odpływu [m³],

t - czas [s],

α - kąt nachylenia prostej sumowania odpływu do dodatniego kierunku osi t,

s - skala tangensa kąta α.

Skalę określa się jako stosunek wartości jednostki skali osi pionowej (skala objętości odpływu V) do wartości jednostki skali na osi poziomej (czasu t).

Właściwości krzywej sumowej:

• zawsze rośnie lub co najwyżej ma przyrost zerowy,

• rzędna punktu końcowego wskazuje całkowity odpływ w badanym okresie,

• rzędna dowolnego punktu wskazuje całkowity odpływ jaki nastąpił od początku sumowania do chwili określonej przez odciętą tego punktu,

• nachylenie prostej łączącej początek i koniec wykresu odpowiada średniemu przepływowi w tym okresie,

• nachylenie siecznej między dwoma punktami oznacza przepływ średni w czasie określonym przez te punkty,

• nachylenie stycznej do krzywej S w dowolnym punkcie wyznacza przepływ chwilowy w czasie danym przez odciętą tego punktu.

Dla łatwiejszego wyznaczania pochylenia prostej odpowiadającej określonemu przepływowi chwilowemu, sporządzamy rysunek pomocniczy zwany układem promienistym lub skalą kątową przepływów. Stanowi ją pęk prostych. wychodzących z początku układu współrzędnych, których nachylenie odpowiada określonej wartości natężenia przepływów. Konstruujemy ją rysując odcinek odpowiadający 100 dniom i na końcu tego odcinka odnosząc w przyjętej skali odpływy jakie w tym czasie zaistniałyby gdyby przepływ wynosił np.: 5, 10, 20, 50 itd. m³/s. Tak więc dla:

Łącząc początek odcinka z poszczególnymi punktami określającymi odpływ, otrzymamy proste o nachyleniu odpowiadającym założonym przepływom sekundowym.

Krzywa sumowa odpływu jest szeroko wykorzystywana w projektowaniu obiektów hydrotechnicznych. a szczególnie zbiorników retencyjnych wyrównujących odpływy.

Ciek płynący w sposób naturalny, prowadzi różne ilości wody, zależnie od aktualnego zasilania. Dla gospodarki najkorzystniej byłoby, gdyby w rzece ilość wody stale odpowiadała przepływowi średniemu. Tak więc w okresach posusznych należałoby dodawać wodę do cieku, natomiast w czasie zwiększonych przepływów (powodzie) zatrzymywać ją. Taką rolę spełnia zbiornik retencyjny. Pojemność zbiornika retencyjnego można znakomicie określić na krzywej sumowej, tu bowiem widać wyraźnie okresy nadmiarów i niedoborów przepływu w stosunku do wartości średniej z wielolecia. Największa różnica pomiędzy sumarycznym odpływem (niedoborem wody w cieku), a dopływem (nadmiarem wody), występująca w rozpatrywanym okresie, stanowi potrzebną pojemność zbiornika retencyjnego.

Na podstawie sporządzonej krzywej sumowej dla rzeki Łososiny w przekroju wodowskazowym Piekiełko określono pojemność zbiornika retencyjnego. Wynosi ona V=77,71248 [10⁶ m³].

Lp.	Miesiąc	Dekady	Qśr dekady[m^3/s]	Vśr dekady[10^6m^3]	∑Vśr [10^6m^3]
1	XI	10	0,97	0,83808	0,83808
				10	1,112	0,960768	1,798848
				10	1,865	1,61136	3,410208
		2	XII	10	0,72	0,62208	4,032288
				10	0,7	0,6048	4,637088
				11	1,251818	1,189728	5,826816
		3	I	10	0,75	0,648	6,474816
				10	4,679	4,042656	10,51747
				11	6,062727	5,762016	16,27949
		4	II	10	1,62	1,39968	17,67917
				10	2,958	2,555712	20,23488
				8	1,68	1,161216	21,3961
		5	III	10	0,805	0,69552	22,09162
				10	1,002	0,865728	22,95734
				11	1,205455	1,145664	24,10301
		6	IV	10	0,805	0,69552	24,79853
				10	0,55	0,4752	25,27373
				10	1,083	0,935712	26,20944
		7	V	10	1,913	1,652832	27,86227
				10	1,938	1,674432	29,5367
				11	3,746364	3,560544	33,09725
		8	VI	10	5,176	4,472064	37,56931
				10	10,002	8,641728	46,21104
				10	2,789	2,409696	48,62074
		9	VII	10	2,134	1,843776	50,46451
				10	3,261	2,817504	53,28202
				11	6,153636	5,848416	59,13043
		10	VIII	10	1,673	1,445472	60,5759
				10	3,725	3,2184	63,7943
				11	1,115455	1,060128	64,85443
		11	IX	10	0,414	0,357696	65,21213
				10	0,38	0,32832	65,54045
				10	0,56	0,48384	66,02429
		12	X	10	4,602	3,976128	70,00042
				10	4,611	3,983904	73,98432
				11	3,922727	3,72816	77,71248

1

---