Hydrologia wykład 2008, Ewa Krogulec

Zalecana literatura - podręczniki:

1. A. Byczkowski - Hydrologia, tom I i tom II, wydawnictwo SGGW, Warszawa, 1996

2. A. Woś - Klimat Polski, PWN, 1999

3. E. Bajkiewicz-Grabowska, A. Magnuszewski, Z. Mikulski - Przewodnik do ćwiczeń z hydrologii ogólnej, PWN, Warszawa, 1987

4. E. Bajkiewicz-Grabowska, Z. Mikulski - Hydrologia ogólna, PWN, 1999

5. Słownik hydrogeologiczny, Wydawnictwa Geologiczne, 2002

6. Hydrologia stosowana, PWN, Warszawa, 2006; red naukowa A. Maciaszczyk

HYDROLOGIA jest nauką o wodzie. W najogólniejszym znaczeniu hydrologia zajmuje się badaniem hydrosfery oraz zjawisk i procesów jakie w niej zachodzą.

HYDROSFERA wodna powłoka Ziemi, przenika skorupę ziemską i atmosferę ziemską.

Ze względu na tematykę wyróżnia się cztery działy hydrologii:

• Hydrologia właściwa - zajmująca się zagadnieniem występowania i krążenia wody w atmosferze

• Hyrofizyka z hydromechaniką - zajmujące się fizyczną stroną zjawisk wodnych

• Hydrobiologia - traktująca o zjawiskach życia w środowisku wodnym

• Hydrochemia - nauka o chemicznych właściwościach i przemianach wody

Następujące gałęzie:

• Hydrometeorologia (nauka o wodzie w atmosferze)

• Potamologia (zajmująca się badaniem cieków)

• Limnologia (zajmująca się badaniem wód zbiorników śródlądowych)

• Oceanologia (zajmująca się badaniem zjawisk i procesów zachodzących w oceanie)

• Hydrogeologia

• Agrogeologia (woda w glebie)

• Glacjologia

• Geohydrologia (hydrologia globalna, Ziemia traktowana jako całość)

IMiGW

Służba hydrologiczna i jej organizacja

Systematyczne obserwacje i pomiary hydrologiczne w wielu krajach prowadzone są przez specjalnie do tego powołane służby zwane służbą hydrologiczną.

W Polsce funkcję tą pełni Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej, powstały w 1973 roku.

• Oddział morski Gdynia

• Oddział Kraków, z ośrodkiem głównym w Warszawie

• Oddział Katowice

• Oddział Wrocław

• Oddział Poznań

Publikacje:

• Roczniki hydrologiczne oddzielne dla dorzecza Odry oraz dorzecza Wisły, w których publikowane są wyniki pomiarów stanów wód powierzchniowych

• Roczniki wód podziemnych

• Wyniki pomiarów hydrometrycznych, zawierające wyniki pomiarów prędkości oraz natężenia przepływów oraz natężenia transportu unosin

• Opady atmosferyczne

• Roczniki meteorologiczne

PRAWO

• Prawo wodne z dnia 18 lipca 2001, Dz. U. 2001.115.1229 z dnia 11 października 2001 roku.

• Rozporządzenie Ministra Zdrowia z końca 2007 roku, w sprawie wymagań, jakim powinny podlegać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę pitną do spożycia

• Ustawa z dnia 4 lutego 1994 roku, Prawo Geologiczne i Górnicze, Dz. U. nr 27, poz.96 z późniejszymi zmianami

PSH

Służba hydrologiczna i jej organizacje

Głównym zadaniem państwowej służby hydrologicznej jest rozpoznanie, bilansowanie oraz ochrona wód podziemnych w celach ich racjonalnego wykorzystania przez gospodarkę i społeczeństwo.

Posterunek terenowy posterunki są miejscami prowadzenia pomiarów jednego bądź kilku elementów

Stacja zadaniem stacji jest nadzór nad posterunkami oraz wykonywanie pomiaru przepływu w przekrojach wodowskazowych na danym obszarze, jak również sporządzanie zestawień oraz wstępne badanie materiałów obserwacyjnych i pomiarów

Sieć - rozróżnia się sieć obserwacyjno pomiarową:

• Hydrologiczną ; posterunki

• Wodowskazowe

• Wód podziemnych

• Ewaporymetryczne

• Wydatności źródeł

• Morskie

• Meteorologiczną; posterunki

• Opadowe

• Meteorologiczne

• Fenologiczne

piezometr - służy do pomiaru poziomu wód podziemnych, w IMiGW posterunkami wód podziemnych są studnie kopalne

fenologia - nauka badająca zjawiska okresowości w życiu roślin i zwierząt, związanie z czynnikami klimatycznymi i zmiennością pór roku

Ramowa dyrektywa wodna - w Europie

Dyrektywa córka - wody podziemie

Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez czas dłuższy niż ten potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego. Ocenia się, że około 1338000000 km³ światowych zasobów wody znajduje się w oceanach. Stanowi to około 96% całkowitych zasobów; szacuje się również, że oceany zasilają procesy parowania w około 90%.

Bagno - przejaw wody podziemnej na powierzchni

Zjawisko ciągłego przenikania się wody pomiędzy atmosferą, hydrosferą i litosferą nazywa się krążeniem wody w przyrodzie. Zachodzi on w sferze obejmującej troposferę i wierzchnią warstwę Skorupy Ziemskiej tj., od około 0,8 km litosfery do około 16 km atmosfery i stanowi zamknięty cykl obiegu wody tzw. cykl hydrologiczny.

Woda trafia na kontynenty, częściowo wyparowuje, a częściowo spływa po powierzchni dając spływ powierzchniowy w postaci rzek, część natomiast wsiąka do gruntu dając odpływ podziemny, ku różnym naturalnym odbiornikom wody: źródłom, bagnom, morzom. Część wody pobierają rośliny i podlega ona transpiracji do atmosfery. Część wód opadowych w postaci śniegu, lodu, lodowców jest zatrzymywana - retencjonowana i wyłączona z obiegu.

Infiltracja - wsiąkanie wody do gruntu

Faza kontynentalna dotyczy wód powierzchniowych; obieg mały nad kontynentem

Cykl hydrologiczny można wyrazić za pomocą równania bilansu wodnego, w którym składowe przedstawiają liczbowo poszczególne fazy obiegu wody. Bilans wody globu ziemskiego charakteryzuje równania pomiędzy opadem wód a parowaniem atmosferycznym.

Można je przedstawić w postaci:

P = E

Gdzie: P - całkowity opad atmosferyczny na obszarze lądów i oceanów, E - całkowite parowanie z powierzchni lądów i oceanów.

Równanie bilansu wodnego

Przyjmując, że retencja początkowa zlewni i opad atmosferyczny stanowią wejście zaś odpływ ze zlewni straty (głównie parowanie), retencja końcowa wyjście, możemy napisać główne równanie bilansu: wejście = wyjście

Wejście = Z + P

Wyjście = H +S + R

Gdzie: Z - retencja początkowa; P - opad atmosferyczny; H - odpływ ze zlewni; S - straty (głównie parowanie); R - retencja końcowa

Faza kontynentalna:

P_k - E_k - H_k = ΔR_k

Faza oceaniczna:

P_o - E_o + H_k = ΔR_o

Gdzie: P_k - całkowity opad atmosferyczny na obszarze lądów; E_k - całkowite parowanie na powierzchni lądów; H_k - całkowity odpływ z lądów do oceanów światowych; ΔR_k - zmiany retencji wód na lądach; P_o - całkowity opad atmosferyczny na obszarze oceanu; E_o - całkowite parowanie z powierzchni oceanu; ΔR_o - zmiany retencji wody w oceanie.

Czas wymiany

Rzeki są tym ogniwem kontynentalnym, w którym wymiana wody odbywa się bardzo szybko, od 12 dni do 25 dni. Wymiana wody w jeziorach jest wolniejsza, szacuje się ją na 3 lata. Największą aktywnością charakteryzuje się woda w atmosferze, wymienia się ona co 8 dni. Teoretycznie woda jako całość w atmosferze wymienia się przeciętni co 2800 lat.

Cieki naturalne

Liniowymi elementami hydrograficznymi są cieki. Jest to ogólne określenie powierzchniowych wód płynących w formie skoncentrowanej pod wpływem siły ciężkości korytem naturalnym - cieki naturalne, lub sztucznym - cieki sztuczne.

Potamologia - nauka zajmująca się ciekami

Elementy doliny rzecznej

Podstawowymi elementami każdej doliny są zbocza i jej dno. W dnie doliny rzecznej możemy wyróżnić koryto, tarasy zalewowe i tarasy nadzalewowe. Koryto najmniejsza część dna doliny, wyrzeźbiona przez rzeką, którą płynie woda przez większą część roku. Lambor wyróżnia także koryto małej wody, którym woda płynie stale. Taras zalewowy jest to część dna doliny, zalewana w czasie wysokich stanów wody. Koryto łącznie z obszarem nadzalewowym stanowi…….

Przekrój poprzeczny cieku można opisać podając następujące elementy:

• szerokość zwierciadła wody (B)

• powierzchnię przekroju poprzecznego (F)

• głębokość maksymalną koryta (h_max), przy danym napełnieniu tj. szerokości B

• obwód zwilżony (P), czyli długość obwodu przekroju poprzecznego, na której woda styka się z podłożem

Typy rzek:

• prostoliniowa - prostolinijna

• roztopowa

• meandrująca

• anastomozująca (roztopowa + meandrująca)

Sieć hydrograficzna, układ sieci rzecznej

To system stałych i okresowych cieków wodnych, jak również jezior i zbiorników wodnych na danym obszarze. Sieć rzeczna jej układ i gęstość zależą od warunków fizyczno - geograficznych obszaru. Średnia gęstość sieci rzecznej - jest to iloraz długości cieków różnego rzędu i powierzchni pola rozpatrywanego obszaru (dorzecza, zlewni):

D = L/A [m/km²]

Wskaźnik częstości cieków (Fu) jest to iloraz całkowitej liczby cieków różnego rzędu i powierzchni zlewni:

FU = N/P [1/km²]

SYSTEM HYDROGRAFICZNY

Zlewnia powierzchniowa - część powierzchni terenu zamknięta działem wodnym w dowolnym profilu, z którego wody spływają do jednego wspólnego odbiornika (rzeki, jeziora, bagna).

Dorzecze - jest to obszar, z którego wody spływają do jednego systemu rzecznego.

W przypadku gdy zlewnia obejmuje cały system rzeczny, tj. system rzeki głównej i jej dopływów pojęcie zlewni jest równoznaczne z pojęciem dorzecza (dorzecze Wisły, dorzecze Odry).

Granice zlewni stanowią działy wodne. Jest to linia rozdzielająca kierunek odpływu wód do dwóch różnych systemów rzecznych. Rozróżnia się dział wód powierzchniowych (topograficznych) i dział wód podziemnych. Wyznaczanie granic poszczególnych zlewni na obszarze dorzecza jest nazywane podziałem dorzecza.

Zlewnia podziemna

Pod pojęciem zlewni podziemnej rozumiemy obszar, z którego wody podziemne odpływają do tego samego systemu drenażowego.

Zlewnie podziemne ograniczają działy wód podziemnych - linie wzdłuż, których następuje kumulacja zwierciadła wód podziemnych, i które rozdzielają dwa przeciwne kierunki spływu wód podziemnych.

Zlewnia powierzchniowa / zlewnia podziemna

W żadnym przypadku nie można utożsamiać zlewni podziemnych z powierzchniowymi; pod względem zajmowanej powierzchni często mają one wielkości zbliżone. Zlewnie (wododziały) powierzchniowe mogą się zmieniać jedynie w skali czasu geologicznego. Działy wód podziemnych mogą się przesuwać w zależności od stopnia nasycenia systemu wodą.

POMIARY STANÓW WODY

Stan wody - położenie zwierciadła wody w danym przekroju ponad przyjęty umownie poziom, zwany zerem wodowskazu. Jest to wielkość względna podawana w centymetrach (z dokładnością do 1 centymetra) i oznaczana literą H.

Wodowskaz - jest to wyskalowany przyrząd do mierzenia poziomu wody, osadzony w określonym profilu wodnym (często pojęciem tym określany jest profil wodowskazowy). Zwykle posiada odpowiednią podziałkę do odczytu stanu wody, tj. poziomu wody w odniesieniu do „zera wodowskazu”.

Rozróżnia się następujące typy wodowskazów:

• łatowe

• palowe

• pływakowe

• samopiszące - limnigrafy

• zdalnie piszące - telelimnigrafy

• maksymalne

• precyzyjne

Łata wodowskazowa - wyskalowana listwa używana do pomiaru stanów wody

Zero wodowskazu - umowny poziom usytuowania skali [0 cm] na łacie wodowskazowej, dowiązany geodezyjnie do państwowej sieci niwelacyjnej wyznaczony w metrach nad poziom morza w Kronsztad.

Profil wodowskazowy - profil, w którym dokonywane są obserwacje hydrologiczne i pomiary hydrometryczne.

Obserwacje stanów wód powierzchniowych dzielą się na:

• stałe

• terminowe

• zwyczajne

• nadzwyczajne

Rok hydrologiczny - ciągły dwunastomiesięczny okres, w Polsce od 1 listopada do 31 października, wprowadzony dla lepszego bilansu zasobów wodnych.

Wszystkie charakterystyki hydrologiczne obliczane są w latach hydrologicznych.

Stany charakterystyczne; rozróżnia się stany charakterystyczne:

• roczne

• wieloletnie

• woda normalna - średni stan z wielolecia

• średnia wielka woda

• średnia niska woda

• stany ekstremalne

• absolutne maksimum (WWW - wysoka wielka woda)

• absolutne minimum (NNW - najniższa niska woda)

Do stanów głównych I stopnia zalicza się:

• stan minimalny (NW)

• stan maksymalny (WW)

• stan przeciętny - średni (ŚW)

• stan zwyczajny - środkowy (ZW); tyle samo razy przekroczony co nie osiągnięty

Hydrograf stanów wody

Krzywe hydrograficzne:

1. krzywa przebiegu stanu wód

H = f(t) jest to krzywa przedstawiająca przebieg (wahania) się stanów wód rzeki w czasie, w określonym przekroju hydrometrycznym (wodowskazowym)

2. krzywa częstości stanów wody

częstość stanów wody liczba wystąpień określonego stanu w określonym okresie (miesiąca, roku, itp.).

3. krzywa czasów trwania stanów wody

czas trwania danych stanów wody (liczba dni w czasie branego okresu przy obserwacjach terminowych stałych) wraz ze stanami wyższymi lub stanami niższymi.

Związki wodowskazowe

Hydrografy wskazują duże cechy podobieństwa, jeśli dotyczą tej samej rzeki lub rzek sąsiadujących. Stany można ze sobą porównywać, mówimy wówczas o korespondencji stanów wody.

Związki dwóch wodowskazów:

• w wyniku analizy hydrografów stanów wody z danego okresu wybrany zostaje zbiór stanów korespondujących

• zbiór ten nanosi się na układ osi współrzędnych prostokątnych w postaci zbioru punktów; gdzie H_a = x, H_b = y

• wykres taki nazywamy diagramem korelacyjnym

Liniowy związek wodowskazów wyraża się równaniem: y = ax + b

Gdzie: y - stany na wodowskazie dolnym (cm); x - stany na wodowskazie górnym (cm); a,b - parametry związku.

• Stopień zależności liniowej pomiędzy x i y charakteryzuje specjalna miara zwana współczynnikiem korelacji r

• Kwadrat współczynnika korelacji (r²) wskazuje w jakim procencie zmienna y zależy od zmiennej x, a w jakim procencie przypada na czynniki uboczne

Zastosowanie związków wodowskazowych w praktyce:

• Korekta stenów wody odczytywanych przez obserwatora

• Uzupełnienie brakujących stanów wody

• Kontrola zmian zachodzących w korycie rzeki

• Opracowanie programów hydrologicznych

Stan ostrzegawczy - układa się poniżej stanu alarmowego, a po jego przekroczeniu ogłasza się pogotowie powodziowe.

Wielkość różnicy pomiędzy stanem ostrzegawczym a alarmowym zależy od charakteru rzeki i przeciętnej szybkości przyboru wody.

Stan alarmowy - jest to taki stan napełnienia koryta, przy którym woda zaczyna zagrażać obszarom zagospodarowanym i budowlom wodnym.

Osiągnięcie stanu alarmowego jest podstawą do ogłoszenia alarmu powodziowego.

Susza

Można wyróżnić trzy główne typy suszy:

• Susza atmosferyczna - zależy od wysokości opadów

• Susza hydrologiczna - zależy od poziomu wody w rzekach i zbiornikach

• Susza rolnicza - zależy od dostępności wody dla upraw

Czasem wyróżnia się czwarty typ suszy - susze hydrogeologiczną (jest ona związana z niskimi stanami wód i wysychaniem wód podziemnych).

Susza hydrologiczna jest związana z wpływem okresów z niedoborem opadów na poziom wody w rzekach i zbiornikach retencyjnych oraz warstwach wodonośnych. Susze hydrologiczne występują zwykle krótko po suszach atmosferycznych. Najpierw notowany jest spadek opadów i dopiero po jakimś czasie spada poziom wody w rzekach i jeziorach.

Niżówka (jedna z umownych definicji) - niżówką nazywamy taki poziom wody w rzece, który znajduje się poniżej strefy opadów średnich i trwa co najmniej kilkanaście dni.

Im bardziej obniża się poziom wody w rzece poniżej dolnej granicy stanów średnich, tym niżówka jest głębsza.

Fazy rozwoju niżówki:

Rozpoczyna ją susza atmosferyczna (I), czyli niedostatek opadów. Brak opadów może uruchomić mechanizm podsuszy (II) wówczas gdy temu okresowi towarzyszą wysokie temperatury powietrza, wzrasta parowanie. Pod wpływem suszy atmosferycznej rozwija się susza glebowa (III). Wyczerpują się zasoby wody wolnej występujące w gruncie. Dalszy brak opadów wywołuje suszę hydrologiczną (IV). Zmniejsza się wielkość odpływu podziemnego do rzek, następuje obniżanie się zwierciadła wód podziemnych (V) - susza hydrogeologiczna.

Niedobór opadów w Polsce 1982 - 1992

Natężenie przepływu (przepływ) - ilość wody przepływająca przez przekrój poprzeczny koryta otwartego w jednostce czasu.

Metody mierzenia przepływu:

• Metody bezpośrednie

• Metoda objętościowa - mierzy się objętość wody, jaka gromadzi się w zbiorniku

Q = V/t

• Metody hydrauliczne; np: przelew, spust denny, zwężka Venturiego

• Metoda rozcieńczonego składnika (częściowo pośrednie)

Q1 * k1 = Q*k0 + pk - wzór bilansowy

Gdzie: Q1 - przepływ w rzece poniżej poziomu dozowanego składnika; Q - przepływ w rzece; p - wydatek roztworu wskaźnika; k1 - stężenie wskaźnika w rzece mieszanej z roztworem wskaźnika; k0 - stężenie wskaźnika w rzece powyżej przekroju dozowanego wskaźnika; k - stężenie dozowanego roztworu wskaźnika.

• Metody pośrednie - polegają na pomiarze elementów, od których przepływ jest uzależniony. Najczęściej tymi elementami są:

• Prędkość przepływu (V)

• Powierzchnia przekroju poprzecznego (A)

Młynek hydrometryczny - służy od dokładnych pomiarów prędkości od 0,025 m/s do 10 m/s.

• Mały młynek hydrometryczny C2 służy do przeprowadzania pomiarów wody przy najmniejszych głębokościach

• Średni młynek hydrometryczny C20 służy do przeprowadzania pomiarów wody w rzekach, potokach lub kanałach ściekowych

• Nautilus jest przeznaczony do pomiaru przepływu o bardzo małych prędkościach od 0 m/s do 2,5 m/s

Rodzaj cieku wodnego	Najodpowiedniejsza metoda
Rzeki	Metody pośrednie oparte na pomiarach przekroju i prędkości
Potoki górskie	Metoda rozcieńczonego wskaźnika, pomiary za pomocą przelewu pomiarowego
Kanały większe	Metody pomiarowe jak w rzekach, koryta zwężka
Kanały mniejsze	Metody pomiarowe jak w rzekach, koryta zwężka
Źródła, odpływ z pomp	Metoda objętościowa i przelewy pomiarowe

Miary odpływu (przelewu)

• Podstawową miarą odpływu jest natężenie przepływu Q [m³/s]

• Odpływ V - jest to ilość wody która odpływa przez przekrój poprzeczny koryta cieku z określonej zlewni w ciągu określonego czasu, np: miesiąca lub roku. Jednostką odpływu są m³ lub większe

• Odpływ obliczamy jako iloczyn średniego w danym czasie natężenia przepływu Q i liczby sekund w danym czasie czyli t, czyli Q = V*t.

Objętość odpływu oblicz się z zależności V = 864000d

• Odpływ jednostkowy q (moduł), jest to ilość wody odpływającej z jednostki powierzchni zlewni w ciągu 1 s. Jednostką tej miary jest l/s*km² (litr na sekundę z kilometra kwadratowego)

Q = 1000Q/A

• Warstwa odpływu H, jest to stosunek objętości H i opadu P wyznaczony jako liczba niemianowana lub w %, informuje jaka część wody opadowej odpływa z danego obszaru

α = H / P

Wykres natężenia przepływu wody w cieku przedstawia hydrogram (przepływu) odpływu.

Hydrogram odpływu uformowany przez pojedynczy opad deszczu ma kształt niesymetrycznej krzywej o następujących charakterystykach:

• Krzywa wznoszenia

• Krzywa kumulacji

• Krzywa opadania

• Krzywa wysychania - jest to część krzywej charakteryzująca się powolnym zmniejszaniem przepływu w cieku

Odpływ podziemny - ilość wody, która odpływa z danego obszaru i zasila drogą podziemną rzeki, zbiorniki, morza.

W hydrogramie odpływu można wydzielić okresy o zdecydowanej dominacji podziemnego zasilania rzeki oraz okresy z przewagą spływu powierzchniowego.

Podział odpływu na powierzchniowy i podziemny - przyjmuje się, że przepływ w rzece pochodzenia podziemnego występują podczas długotrwałych okresów bezdeszczowych oraz w okresie występowania ujemnych temperatur powietrza.

Trzy schematy:

1. W czasie wezbrania odpływ podziemny rośnie nieznacznie wzdłuż linii prostej łączącej punkty, które na hydrogramie odpowiadają przejściu z fazy odpływu podziemnego w fazę powierzchniową i odwrotnie.

2. Odpływ podziemny w czasie wezbrania rośnie proporcjonalnie do wielkości wezbrań i czasu jego trwania, a jego kumulacja występuje nie później niż w maksimum wezbrania.

3. w okresie wezbrania odpływ podziemny maleje w wyniku wzrostu poziomi wody w rzece lub może wcale nie występować.

Hydroizohipsa - linia łącząca punkty o jednakowej wysokości położenia zwierciadła wody poziemnej.

Wezbrania

Wezbraniem - nazywamy podniesienie poziomu wody w rzece powstałe na skutek wzmożonego zasilania lub wskutek piętrzenia wody.

Ze względu na genezę wezbrania dzielimy na:

• opadowe nawalne, spowodowane gwałtownymi opadami letnimi

• opadowe rozlewne, spowodowane opadami ciągłymi

• roztopowe, spowodowane gwałtownym topnieniem pokrywy śnieżnej

• zatorowe lodowe, spowodowane spiętrzeniem wody przez zatory w czasie spływu

• zatorowe śryżowe, wywołane spiętrzeniem wody przez śryż i lód denny

• sztormowe, spowodowane sztormami utrudniającymi odpływ rzeczny do morza

Krzywa przepływu (konsumcyjna)

W hydrologii stosuje się metodę polegającą na określeniu przepływów na podstawie wyników poziomu stanów wody ze związku statystycznego jaki istnieje miedzy zmierzonymi jednocześnie

wartościami przepływu i stanu wody .

Ogólna postać równania związku powinna być przyjmowana jako:

Q = f(H, i, F, m, -x)

gdzie: i — spadek zwierciadła wody [%] [-]; F — powierzchnia przekroju poprzecznego [m]; m — współczynnik szorstkości koryta; X — obwód zwilżony [m].

Zależność te można upraszczać w warunkach przepływu swobodnego w korytach jednorodnych do zależności Q = f(H)

• Punkt denny - wyznacza stan wody, przy którym przepływ wody Q jest równy zeru, często nosi nazwę stałej B.

• Punkty załomu - wyznaczony jest przez przecięcie się skarpy brzegowej z rzędna koryta niskiej wody.

• Punkt brzegowy - znajduje się na poziomie stanu brzegowego, tj. stanu wody odpowiadającego położeniu krawędzi brzegu koryta.

• Punkt graniczmy koryta - opowiada najwyższemu stanowi obserwowanemu w danym profilu wodowskazowym w okresie obserwacji WWW.

Związek stanów wody i przepływów wyznaczany przez krzywą przepływu nie ma cech trwałych. Punkty pomiarowe w dłuższym okresie czasu układają się na krzywej z mniejszym lub większym rozrzutem. Rozrzut punktów może być spowodowany kilkoma przyczynami:

• zmianami kształtu poprzecznego koryta

• poziomu odniesienia stanów wody

• uproszczeniem związku (Q zależy tylko od H)

Krzywa konsumcyjna wyznaczona poza okresem zarastania i zlodowaceń nosi nazwę krzywej podstawowej. Krzywa obejmująca całą strefę zmienności przepływów od punktu dennego - zerowego do przepływu najwyższego znanego, to krzywa zupełna.

Opad

Opadem atmosferycznym określa się wodę, która jako produkt kondensacji pary wodnej dochodzi do powierzchni Ziemi w postaci płynnej lub stałej.

Do opadów płynnych zaliczamy: deszcz, mżawkę. Do opadów stałych: śnieg, krupę, grad, deszcz lodowy, szron, okiść i szadź.

Opad skuteczny (efektywny) - opad, którego wystąpienie powoduje spływ powierzchniowy w zlewni (wzrost stanu wody w rzekach).

Czynnik kształtowania opadów atmosferycznych

Naturalne

• stałe:

• położenie geograficzne

• wzniesienie nad poziom morza

• odległość id mórz i oceanów

• warunki orograficzne

• zmienne:

• sytuacja baryczna (przebieg frontów atmosferycznych)

Antropogeniczne

• dostarczanie jąder kondensacji

• zmiany ukształtowaniu terenu

METODY OBLICZANIA ŚREDNIEGO OPADU ZLEWNI:

• Metoda izohiet - wyznacza się izohiety, linie łączące punkty o jednakowej wysokości opadów. Na plan badanej zlewni nanosimy stacje opadowe i pomierzone na nich wysokości opadów. Izohiety wykreśla się poprzez interpolację między wartościami opadów (podobnie jak w geodezji), w nawiązaniu do rzeźby terenu. Interpretacja izohiet nie jest jednoznaczna, więc w tym sensie metoda jest subiektywna.

• Metoda wieloboków równego zadeszczenia - poszczególne stacje łączy się między sobą pokrywając plan zlewni siatką wieloboków, dla których położona wewnątrz stacja jest reprezentatywna. Metoda ta jest stosowana w zlewniach nizinnych, mało zróżnicowanych pod względem topograficznym.

• Metoda hipsometryczna - jest metodą graficzną wykorzystującą wykres krzywej gradientowej opadów oraz krzywej hipsometrycznej. Metoda hipsometryczna ma zastosowanie głównie w małych zlewniach górskich, uwzględnia bowiem zależności wysokości opadu od wzniesienia punktu pomiarowego nad poziom morza oraz konfigurację badanego terenu.

• Metoda siatki geograficznej - podstawą tej metody są trapezy utworzone ma mapie przez siatkę południków i równoleżników. Zwykle przyjmuje się trapezy wielkości arkusza mapy w skali 1:100000. Dla poszczególnych arkuszy obliczany jest opad średni, będący średnią arytmetyczną wysokości opadów………..

• Metoda regionów opadowych - jest modyfikacją metody siatki geograficznej. Obszar dzieli się jednak przyjmując za jednostkę powierzchni region opadowy, tj. obszar, na którym panują zbliżone warunki opadowe. Autorzy metody podzielili obszar Polski na 256 regionów opadowych.

Zmienność sum opadów rocznych przyjęła Kaczorowska (1962) jako podstawę podziału na okresy charakterystyczna pod względem uwilgotnienia. Ustalenie tego podziału jest korzystne z punktu widzenia potrzeb hydrologicznych:

Charakterystyka opadu	% opadu normalnego
skrajnie suchy	poniżej 50 %
bardzo suchy	50% - 74%
suchy	75% - 89%
przeciętny	90% - 110%
wilgotny	111% - 125%
bardzo wilgotny	126% - 150%
skrajnie wilgotny	powyżej 150%

Roczne sumy opadów w Polsce 500 - 700 mm

Najbardziej suchy rok z wielolecia 1881 - 1980 to 1951r

Opad 802 mm czyli 127% średniej wieloletniej

Najniższy zanotowany opad - Wrocław 1953r - 318 mm

Najwyższy zanotowany opad - Zakopane 1913r - 1564 mm

Retencja

Retencją nazywamy zjawisko czasowego zatrzymania wody w zlewni rzecznej. Całkowita ilość wody, która znajduje się w określonym czasie w granicach zlewni lub dorzecza nazywamy stanem retencyjnym. Stan retencji zlewni wyraża się w jednostkach objętości m³ lub analogicznie do wysokości warstwy opadu lub odpływu.

R = V_ret / A gdzie: V_ret - objętość wody retencjonowanej [m³]; A - powierzchnia zlewni [km²]

W zależności od sposobu i miejsca zatrzymania wody rozróżnia się retencję:

• Powierzchniową: śniegową, lodowcową terenu, koryt i dolin rzecznych, jeziorną, zbiornikową

• Podziemną: związaną, wolną

Retencyjny zbiornik, jezioro zaporowe, sztuczne jezioro, akwen utworzony przez człowieka, sztuczny obiekt wodny - powstały w skutek przegrodzenia doliny rzecznej zaporą lub przez podpiętrzenie jeziorne.

Podstawowe funkcje zbiorników retencyjnych:

• Gromadzenie wód na potrzeby ludności i przemysłu

• Wykorzystanie energii wodnej (hydroelektrownia)

• Ochrona przed powodziami lub utrzymaniem żeglowności rzek

• Wykorzystanie w celach irygacyjnych

• Rozwój turystyki, rekreacji i sportu

W Polsce istnieje 98 (1994r) zbiorników retencyjnych o pojemności powyżej 1 hm³, z czego blisko połowa uruchomiona została przed II wojną światową. Największe: Soliński, Wrocławski, Jeziorsko, Rożnowski, Goczałkowicki, Dobczycki, Czorsztyński, Otmuchowski, Nyski, Turawski, Żywiecki, Koronowski, Rybnicki. Zbiornik Mylof został utworzony w roku 1848 i obejmuje powierzchnię 645,6 ha, stanowiącą poszerzone koryto rzeki Brdy.

Parowanie

Parowanie jest to proces fizyczny podczas, którego ciecz zmienia swój stan skupienia przechodząc w fazę gazową. Pod pojęciem parowania należy rozumieć nie tylko proces zmiany stanu skupienia, lecz transport pary wodnej z powierzchni parującej oraz ………….

…… - ilość pary wodnej odprowadzonej do atmosfery w wyniku parowania z wolnej powierzchni wody lub ze zwilżonej powierzchni w istniejących warunkach meteorologicznych, w temperaturze niższej od temperatury wrzenia.

Transpiracja roślin - ilość pary wodnej odparowanej przez aparaty szparkowe roślin i łodyg w istniejących warunkach meteorologicznych, przy aktualnym stanie uwilgotnienia gleby.

Ewapotranspiracja - ilość pary wodnej odprowadzonej do atmosfery w skutek parowania z gleby i transpiracji roślin, przy aktualnym stanie uwilgotnienia gleby (obejmuje również parowanie wody opadowej zatrzymanej na roślinach w wyniku intercepcji). Proces ewapotranspiracji (ET) reprezentuje sumę parowania z gleby i ilość wody wykorzystywaną przez rośliny czyli parowanie (ewaporacja - E) i transpiracje (T). Proces ten ma znaczenie, jeśli warstwa gleby ma kilka centymetrów i pokryta jest w znacznym stopniu roślinnością.

Sublimacja z lodu i śniegu - proces, w którym woda przechodzi bezpośrednio ze stanu stałego (lód, śnieg) w stan gazowy.

Parowanie terenowe - obejmuje wszystkie rodzaje parowania występujące na danym obszarze, a więc parowanie z wód płynących i stojących, parowanie lub sublimację z pokrywy śnieżnej lub lodowcowej, parowanie z wody opadowej zatrzymanej na roślinach i innych powierzchniach w wyniku intercepcji, parowanie z gleby, transpirację z różnego rodzaju roślinności oraz straty wody na parowanie w procesach gospodarczych.

Parowanie potencjalne - maksymalna ilość wody, która mogłaby być odprowadzona do atmosfery postaci pary wodnej w danych warunkach meteorologicznych ze stale zwilżonej powierzchni roślinnej, glebowej, itp. mającej identyczne charakterystyki fizyczne oraz podłoże jak rozpatrywany obszar.

Jednostką parowania (wszystkie formy) jest najczęściej mm wyparowanej warstwy wody na jednostkę czasu.

Role parowania terenowego w lądowej fazie cyklu hydrologicznego można określić jako stopniowy ubytek wody w zlewni, a główne wilgoci glebowej, znacznie przekraczającej o …….

Czynniki oddziaływujące na parowanie z powierzchni zlewni:

• temperatura powierzchni tarującej

• wzniesienie terenu

• ukształtowanie terenu

• rodzaj roślinności oraz okres wegetacji

• stan gruntu

Czynniki klimatyczne:

• opad atmosferyczny

• temperatura

• kierunek wiatru

• nasłonecznienie

Czynniki rządzące parowaniem jako procesem fizycznym:

• dopływ energii cieplnej uzyskanej z promieniowania słonecznego

• temperatura powietrza

• nie.... wilgoci powietrza

• wiatr

• temperatura wody i jej otoczenia

• wielkość i kształt zbiornika wody

• jakość wody

Czynniki wpływające na wielość ET

• Pogoda, jest to generalnie najważniejszy czynnik wpływający na wielkość ET, wyższa temperatura, mniejsza wilgotność, małe zachmurzenie i mocny wiatr zwiększają proces ET. Wielkość ET zmienia się dlatego nawet w ciągu dnia.

• Rodzaj upraw

• Pokrycie terenu roślinnością

• Etap rozwoju roślin

• Rodzaj i wilgotność gleby

• Zdolność gleby do pochłaniania wody

Polska: minimalna wartość ET - październik, maksymalna wartość ET - czerwiec

Wartość ET - rejon Wrocławia, w okresie letnim 316 - 458 mm (dotyczy upraw buraków)

Średnia roczna wartość ET: 300 - 800 mm/rok

Metody wyznaczania ewapotranspiracji i parowania:

• Metody określenia w punkcie

• Lizymetr - przyrząd do pomiaru wielkości parowania z powierzchni gleby, tj. ilość wody, która wyparowała z niej w określonym czasie (również w wyniku transpiracji z roślin).

• Metody określania obszarowego

Hydrogeologia - jest nauką o wodach podziemnych i o procesach wzajemnego oddziaływania hydrosfery podziemnej, litosfery, atmosfery, biosfery oraz działalności człowieka.

Hydrogeologia będąca nauką o wodach podziemnych z założenia musi zajmować się nie tylko wodą występująca w tym środowisku, ale także samym środowiskiem geologicznym. Przedmiotem zainteresowań hydrogeologa są w równym stopniu wody podziemne jak i ośrodek skalny, w którym one występują. Łącznie tworzą one środowisko hydrogeologiczne, w obrębie, którego można rozpatrywać trzy elementy:

1. Ośrodek skalny, który określać będziemy nazwą ośrodka hydrogeologicznego

2. Warunki hydrodynamiczne przepływu wód podziemnych

3. Właściwości fizykochemiczne wód

Wyróżniamy następujące rodzaje przestrzeni hydrogeologicznych:

• porową, którą tworzą pustki występujące między ziarnami mineralnymi, czyli właściwie pory międzyziarnowe

• szczelinową, którą tworzą szczeliny

• tawernową, którą tworzą kawerny najczęściej pochodzenia krasowego

Wyróżniamy:

1. Warstwy wodonośne o zwierciadle swobodnym (nienaporowe)

2. Warstwy wodonośne o zwierciadle napiętym (naporowe)

W warstwie wodonośnej można wyróżnić strop, spąg oraz określić jej miąższość.

Pojęcie skał wodonośnych stosujemy do utworów charakteryzujących się dobrą przepuszczalnością hydrauliczną, dużą zdolnością magazynowania wód podziemnych i ich oddawania. Przy opisie warunków hydrologicznych używa się również następujących pojęć:

• zbiornik wód podziemnych - skała wypełniona wodą

• GZWP - główny zbiornik wód podziemnych

• zbiornik artezyjski

Warstwa leży w centralnej części jednostki zwanej Niecką Mazowiecką, struktury wypełnione osadami z okresu paleogenu, neogenu oraz czwartorzędu

• piętro wodonośne - jednostka hydrostratygraficzna, poziom lub zespół poziomów wodonośnych należących do określonej stratygraficznie jednostki, epoki ( np.: piętro kredowe, piętro trzeciorzędowe)

• poziom wodonośny - warstwa wodonośna w obrębie utworów warstwowanych lub strefa wodonośna w obrębie utworów szczelinowych lub tawernowych

• kompleks wodonośny - zespół poziomów wodonośnych, warstw, stref wodonośnych związanych z jakąś wspólną cechą np.: litologiczną, stratygraficzną, strukturalną, chemiczną itp.

• Użytkowy poziom wód poziemnych - zbiornik wód podziemnych (warstwa wodonośna, poziom wodonośny) spełniający określone kryteria ilościowe i jakościowe, z którego w sposób trwały można pobierać wodę wysokiej jakości

• Główny użytkowy poziom wód podziemnych - pierwszy od powierzchni terenu poziom wodonośny o znaczeniu regionalnym, spełniający określone kryteria ilościowe i jakościowe

Porowatość to cecha utworów skalnych wynikająca z obecności w nich pustek i porów. Współczynnik porowatości n, czyli stosunek objętości porów w skale do objętości skały

gdzie: V - objętość skały [m³]; V_p - objętość porów [m³]

Porowatość efektywna - porowatość pustek, w których przepływa woda podziemna

Świstawka - przyrząd do pomiary głębokości wód podziemnych; przy zetknięciu przyrządu z lustrem wody pojawia się sygnał akustyczny

---