Hydrologia

dla studentów geologii, specjalizacja: Hydrogeologia i ochrona środowiska wodnego (HOW)

Ćwiczenie 3. 16 punktów

Obejmuje zakres ćwiczenia nr 5,6,7,8,9,10,11,12,13 i 17 „Przewodnika do ćwiczeń z hydrologii ogólnej”

1. Określić parametry fizycznogeograficzne zlewni, wymienione poniżej. W tym celu należy wykorzystać podkład wykonany w ćwiczeniu 1. oraz dane z ćwiczenia nr 2.

charakterystyki położenia zlewni

φ - szerokość geograficzna punktu: kąt zawarty między prostą łączącą środek kuli ziemskiej z, leżącym na jej powierzchni wybranym punktem charakterystycznym zlewni a płaszczyzną równika,

λ - długość geograficzna punktu: kąt dwuścienny zawarty pomiędzy płaszczyzną południka zerowego (Greenwich) a płaszczyzną południka przechodzącego przez, leżący na powierzchni Ziemi wybrany punkt charakterystyczny zlewni¹.

charakterystyki geometryczne zlewni

L - długość zlewni: długość doliny rzeki głównej od ujścia do najbardziej oddalonego punktu na dziale wodnym (zwykle w przedłużeniu punktu źródłowego), [km],

L_m (l_d) - długość maksymalna zlewni lub długość doliny rzeki głównej liczona wzdłuż

długość rzeczywista doliny: jej głównego nurtu od ujścia do najbardziej oddalonego punktu na dziale wodnym (zwykle na przedłużeniu punktu źródłowego), [km],

A (A_m) - powierzchnia zlewni (dorzecza): wielkość obszaru ograniczonego topograficznym działem wodnym czyli suma wszystkich zlewni cząstkowych i przyrzeczy rzeki głównej (obliczona w ćwiczeniu 2. w tabeli 5); jest to tak zwana powierzchnia rzutowana na płaszczyznę jaką jest mapa, co jest dostatecznie dokładne w przypadku zlewni nizinnych, [km²],

A_r - powierzchnia rzeczywista zlewni: powierzchnia zlewni z uwzględnieniem nachylenia powierzchni: A_m/cosα [km²]

o - obwód zlewni: długość działu wodnego, długość linii krzywej mierzona po dziale wodnym od ujścia rzeki głównej zgodnie z ruchem wskazówek zegara do ujścia, [km],

B_śr - średnia szerokość zlewni: A/L_m [km],

B_m - maksymalna szerokość zlewni: największa prostopadła do L [km],

C_w - wskaźnik wydłużenia: (2/L_m)√A/π, lub 1,13√A/L_m, [bezw.],

C_k - wskaźnik kolistości: 4πA/o², [bezw.],

C_f - wskaźnik formy: B_śr/L_m, [bezw.],

C_z - wskaźnik zwartości: o/2√πA, [bezw.],

C_l - wskaźnik lemniskaty: πL_m²/4A, [bezw.].

charakterystyki morfometryczne zlewni

H_max - wysokość maksymalna w zlewni: najwyższa rzędna punktu w zlewni, [m n.p.m.],

Hd_max - wysokość maksymalna działu wód: najwyższa rzędna punktu na dziale wodnym, [m n.p.m.],

H_min - wysokość minimalna w zlewni: najniższa rzędna punktu w zlewni, [m n.p.m.],

Hd_min - wysokość minimalna działu wód: najniższa rzędna punktu na dziale wodnym, [m n.p.m.],

H_med - wysokość środkowa w zlewni: mediana rzędnych punktów; wysokość powyżej i poniżej której znajduje się połowa powierzchni zlewni, wyznaczana z krzywej hipsograficznej, [m n.p.m.],

H_śr - wysokość średnia zlewni: (H_max­-H_min)/2, lub wzorem Reitza: 0,434[(H_max­-H_min)/log(H_max­-H_min)] lub wyznaczana z krzywej hipsograficznej, [m n.p.m.],

H_uj - wysokość ujścia: rzędna ujścia rzeki głównej, [m n.p.m.],

H_źr - wysokość źródła: rzędna wypływu rzeki głównej, [m n.p.m.],

ΔH - deniwelacja zlewni: H_max-H_min, [m n.p.m.],

ΔHd - deniwelacja działu wodnego: Hd_max-Hd_min, [m n.p.m.],

J_śr - średni spadek (nachylenie) zlewni: 100d/A _i=1Σⁿl_i, [%]gdzie:

l_i - długość i-tej poziomicy: mierzona na mapie np. kroczkiem, [km],

n - liczba poziomic: na mapie: ilość poziomic o różnych wartościach mieszczących się w obrębie zlewni,

d - cięcie poziomicowe: z mapy, [km],

Jw_śr - nachylenie zlewni wydłużonych: ΔH/L_m, [m/km], nazywany też: spadkiem doliny rzecznej,

Jd_śr - średni spadek działu wodnego (wskaź- ΔHd/P

nik urzeźbienia działu wodnego):

α - średnie nachylenie zlewni: stoczystość czyli uśrednione nachylenie powierzchni stoków w obrębie zlewni. Istnieje wiele metod obliczania tego parametru (Dobija, Dynowska 1973), najprostszą jest metoda zaproponowana przez W. Stephan i J. Stachy (1963): α_g=tg α_g= H_max - H_med/√0,5A, α_d=tg α_d=H_med-H_min/√0,5A, α= α_g+ α_d/2. [º],

C_F - wskaźnik rzeźby Strahlera: H_max-H_min/L_m, [bezw.], może być utożsamiany ze średnim nachyleniem zlewni.

charakterystyki sieci hydrograficznej

l, (l_r) - długość (rzeczywista) rzeki lub cieku: odległość liczona wzdłuż głównego nurtu od ujścia do źródeł (z wyjątkiem Odry i Wisły), [km]

p_r - odległość w linii prostej od źródeł do ujścia, [km]

r_r - rozwinięcie rzeki: l_r/p_r, [bezw.],

e_r - wskaźnik rozwinięcia rzeki: [(l_r-p_r)/p_r]100 [%],

k_r - krętość rzeki: l_r/l_d, [bezw.]

e_b - rozwinięcie biegu rzeki: [(l_r-l_d)/l_d]100 [%],

Jl - spadek rzeki (cieku): H_żr-H_uj/l·100 (1000), [%] ([‰]),

n - liczba punktów źródłowych: ilość punktów dających początek ciekom naturalnym lub sztucznym, stale płynącym. [bezw.],

- liczba cieków różnego rzędu: obliczona na podstawie klasyfikacji sieci rzecznej według Strahlera, [bezw.],

N_i - liczba cieków rzędu i-tego: jw.

- długość cieków różnego rzędu: pomierzona na mapie na podstawie klasyfikacji sieci rzecznej według Strahlera, [km],

L_i - długość cieków rzędu i-tego: jw.

M - najwyższy rząd cieków w zlewni: na podstawie klasyfikacji sieci rzecznej według Strahlera, [bezw.],

D - średnia gęstość sieci rzecznej:
/A, [km/km²],

R_b - wskaźnik bifurkacji: wskaźnik liczby cieków:
, [bezw.],

R_L - wskaźnik długości cieków:
, [bezw.],

A_i - powierzchnia zlewni rzędu i-tego: suma powierzchni zlewni cząstkowych i przyrzeczy cieków i-tego rzędu, [km²],

R_A - wskaźnik powierzchni zlewni:
, [bezw.],

F_u - wskaźnik częstości cieków:
/A, [km^-2],

T_u - wskaźnik struktury sieci rzecznej: tekstura sieci cieków:
/P, [km^-1],

S_w - współczynnik alimentacji koryt: 1/D, [km^-1],

Fj - powierzchnia jezior w zlewni: sumaryczna powierzchnia jezior i innych zbiorników wodnych w zlewni, [km²],

W_j - jeziorność zlewni: (Fj/A)100, [%],

Fb - powierzchnia bagien w zlewni: sumaryczna powierzchnia bagien i mokradeł w zlewni, [km²],

W_b - wskaźnik zabagnienia zlewni: (Fb/A)100, [%].

charakterystyki pokrycia i użytkowania terenu

Fl - powierzchnia lasów w zlewni: sumaryczna powierzchnia lasów i zadrzewień w zlewni, [km²],

Λ - stopień lesistości: (Fl/A)100, [%],

Fl₁ - powierzchnia pod krzywą rozwinięcia lesistości, [km²],

F_p - pole prostokąta o podstawie równej wielkości zlewni i zalesieniu równym 100%, [km²],

Λ₁ - wskaźnik rozwinięcia lesistości: (Fl₁/F_p)100, [%],

Fo - powierzchnia gruntów ornych w zlewni: sumaryczna powierzchnia gruntów ornych w zlewni, [km²],

Ο - stopień pokrycia gruntami ornymi: (Fo/A)100, [%],

Fo₁ - powierzchnia pod krzywą rozwinięcia gruntów ornych, [km²],

F_o - pole prostokąta o podstawie równej wielkości zlewni i pokryciu gruntami ornymi równym 100%, [km²],

Ο₁ - wskaźnik rozwinięcia gruntów ornych: (Fo₁/F_o)100, [%],

Fz - powierzchnia łąk i pastwisk w zlewni: sumaryczna powierzchnia łąk i pastwisk w zlewni, [km²],

Ψ - stopień pokrycia łąkami i pastwiskami: (Fz/A)100, [%],

Fz₁ - powierzchnia pod krzywą rozwinięcia łąk i pastwisk, [km²],

F_z - pole prostokąta o podstawie równej wielkości zlewni i pokryciu łąkami i pastwiskami równym 100%, [km²],

Ψ₁ - wskaźnik rozwinięcia łąk i pastwisk: (Fz₁/F_z)100, [%],

Fu - powierzchnia zabudowy w zlewni: sumaryczna powierzchnia obszarów zurbanizowanych, zabudowanych w zlewni, [km²],

Ζ - stopień zurbanizowania: (Fu/A)100, [%],

Fu₁ - powierzchnia pod krzywą rozwinięcia obszarów zurbanizowanych i zabudowanych, [km²],

F_u - pole prostokąta o podstawie równej wielkości zlewni i pokryciu obszarami zurbanizowanymi i zabudowanymi równym 100%, [km²],

Ζ₁ - wskaźnik rozwinięcia zurbanizowania: (Fu₁/F_u)100, [%].

charakterystyki litologii podłoża

γ - współczynnik spływu powierzchniowego: część wody opadowej, która podlega spływowi powierzchniowemu, [bezw.], por. tab. III.2. (Soczyńska red. 1997),

N - wskaźnik nieprzepuszczalności gleb: parametr charakteryzujący nieprzepuszczalność gleby, [%], por. tab. 1.2.4. (Pociask-Karteczka red. 2003),

p - porowatość gleby: parametr wyznaczany doświadczalnie: stosunek całkowitej objętości porów w próbce gleby do objętości tej próbki, [%] lub [bezw.],

θ - aktualna wilgotność glebowa: zawartość wody w glebie, w danej chwili parametr wyznaczany doświadczalnie: stosunek całkowitej objętości wody w próbce gleby do objętości tej próbki, [%] lub [bezw.],

θ₀ - higroskopijna wilgotność gleby: wilgotność gleby przy której nie następuje już przepływ fazy ciekłej (poziom wody higroskopijnej), [%] lub [bezw.],

θ_s - maksymalna wilgotność glebowa: maksymalna zawartość wody w glebie (stan saturacji), [%] lub [bezw.],

m_aer. - miąższość strefy aeracji: głębokość do wody gruntowej: odległość, liczona pionowo od powierzchni terenu do najwyższego zwierciadła wody gruntowej,

K_s - współczynnik filtracji gleby: parametr wyznaczany doświadczalnie, [m/s],

pF - siła ssąca gleby: siła utrzymująca wodę w glebie, parametr ten to: logarytm z wysokości słupa wody [cm] odpowiadającego ciśnieniu z jakim woda jest wiązana w glebie; wyznaczany doświadczalnie, por. rys. X.6. (Soczyńska red. 1997),

K(θ) - współczynnik przewodności hydra- K_s[(θ-θ₀)/(θ_s-θ₀)]^m, gdzie m=3,0÷3,5

ulicznej gleby: (Kowalik 1973, Kowalik, Zaradny 1974),

charakterystyki struktury hydrogeologicznej (strefy nasycenia)

Parametry poniższe są wyznaczane empirycznie w badaniach laboratoryjnych lub polowych:

k_p - współczynnik przepuszczalności: objętość płynu o jednostkowej lepkości dynamicznej, który w jednostce czasu, pod wpływem jednostkowego gradientu potencjału ciśnienia przepływa przez jednostkowy przekrój ortogonalny do kierunku przepływu, [D], por. tab. 1.2.2. (Pociask-Karteczka red. 2003),

k - współczynnik filtracji: prędkość filtracji przy spadku hydraulicznym równym jedności, przy założeniu, że przepływ wody podlega liniowemu prawu filtracji Darcy'ego, [m/s], [m/d],

μ - współczynnik odsączalności: objętość wody odsączonej ze skały do objętości tej skały, [%] lub [bezw.].

punkty charakterystyczne dla zlewni podane są w ćwiczeniu 1.

---