Gospodarka wodna - wykłady

18.02.2004

1. Pojęcia podstawowe :

1. gospodarka wodna - jest to celowe oddziaływanie człowieka na zasoby i potrzeby wodne dla zaspokojenia potrzeb ludności. Oddziaływanie to dokonuje się w procesach produkcji, podziału, wymiany i konsumpcji wody przy jednoczesnym zachowaniu wymagań ochrony środowiska.

2. zasoby wodne - są to wody opadowe, powierzchniowe ( rzeki i kanały ), oraz wody w glebie i wody podziemne.

3. użytkownikami wody są odbiorcy, którzy korzystają z wód nie zmniejszając jej zasobów ( np. transport wodny i energetyka wodna )

4. konsumenci wody są to odbiorcy zużywający wodę w celach konsumpcyjnych lub przemysłowych powodujący jej bezzwrotne zużycie ( np. rolnictwo, gospodarka komunalna i przemysł )
   

2. Zadania i cele gospodarki wodnej :

1. Cele gospodarki wodnej :
   - zaspokojenie potrzeb wodnych ilości i jakości dla różnych użytkowników i konsumentów
   - ochrona zasobów wodnych przed zanieczyszczeniem
   - ochrona przed ujemnymi skutkami nadmiaru lub deficytu wody
   - ochrona przed niszczącym działaniem wody
   - ochrona przed zbyt wysokim lub zbyt niskim położeniem zwierciadła wody
   - dążenie do zachowania i rozwoju ekosystemu
   - dążenie do zachowania różnorodności krajobrazowej i biologicznej
   - zapewnienie wypoczynku oraz możliwości uprawiania sportów wodnych

2. Zadania gospodarki wodnej :
   Zadania bieżące i perspektywiczne powinny być wykonywane w sposób zapewniający zachowanie równowagi zasobów wodnych.
   

3. Polityka zrównoważonego rozwoju a gospodarka wodna :

Zrównoważony rozwój to podporządkowanie potrzeb społeczeństwa oraz państwa możliwością jakie daje środowisko. Najważniejszymi zasobami środowiska są zasoby wodne.
Polityka w zakresie gospodarki wodnej powinna uwzględniać :

• decentralizację zarządzania zasobami wodnymi

• wzmocnienie elementów ekonomicznych w celu zmniejszenia poboru wody i ograniczenie strat ( stosowanie opłat za odprowadzenie ścieków )

• stałe zwiększanie ilości magazynowanej wody

• tworzenie zlewni chronionej

• zwiększenie wymagań dotyczących dopuszczalnych koncentracji zanieczyszczeń w odprowadzonych ściekach

• ograniczenie poboru wód podziemnych

• poprawa ochrony ludności i majątków przed powodzią

• wykorzystanie transportu i energetyki rzek
  
  

Do zadań polityki należy również :

1. budowa i odbudowa małej retencji

2. zwiększenie lesistości szczególnie na działanie wód i górnym biegu rzeki

3. przeciwdziałanie obniżania poziomu wód gruntowych

4. przeciwdziałanie ujemnym skutkom wadliwie wykonywanych melioracji

4. Zarys historyczny gospodarki wodnej :

Systemy gospodarki wodnej w Starożytności:

1. System gospodarki wodnej podziemnej:
   - system perski - ( na obecnej nizinie irańskiej ), na terenie tym opad roczny wynosi 120mm, parowanie 2200mm. System ten polegał na magazynowaniu wód w naturalnych zbiornikach podziemnych oraz na rozprowadzaniu wody kanałami podziemnymi i jej wydobywaniu na powierzchni w miejscach rozbioru.
   System ten był ujęty w ramach prawa, władca Persji Dariusz I (501 - 485 p.n.e.) wydał prawo na mocy którego zwalniał od płacenia podatków w przeciągu 5-ciu pokoleń tych użytkowników którzy prowadzili system nawodnień na swoich działkach.

2. System gospodarki wodnej powierzchniowej:
   - system asyryjski - obecnie na terenie Iraku, polegał na magazynowaniu wód powierzchniowych w wielkich zbiornikach wodnych i rozprowadzeniu tych wód do obszarów deficytowych ok. 1740 roku p.n.e. , opracowano kompleksowy plan gospodarki wodnej w dolinie Tygrysu i Eufratu; plan ten obejmował :

1. budowę sztucznego zbiornika pod Babilonem o V_c=800mln m³

2. regulację Eufratu i Tygrysu na przepływy wód wielkich pod kątem ochrony przeciwpowodziowej

3. budowę systemu kanałów nawadniających

4. budowę 27 zapór z instalacją kół wodnych do produkowania energii mechanicznej ( kuźni, młynów, zbrojowni itp.)

- system egipski - obecnie na terenie Egiptu, polegał na regulacji przepływów powodziowych Nilu za pomocą wielkich zbiorników wodnych i nawadnianiu doliny systemem zabudowy. Około 3000 lat temu zbudowano pierwszy zbiornik na nilu i wały przeciwpowodziowe. 2000 lat temu zbudowano także na Nilu jezioro Moeris o powierzchni 300km² i V_c=4km³.
Egipcjanie stosowali system zalewowy na powierzchni 400-1500hagłębokość zalewu 1-2m i czas trwania zalewu od 40 do 60 dni. W czasach rzymskich system ten obejmował 2,5mln ha (większy niż powierzchnia województwa Wielkopolskiego)

1898-1902 - Anglicy zbudowali zbiornik o V_c=2km³ co okazało się, że aktualnie jest on za mały.
1952 - Egipcjanie rozpoczęli budowę zapory zbiornika Assnańskiego a zakończyli w 1970 przy budowie pomagali Rosjanie (o wysokości H=100m i długości zapory L=6000m, V_c=2km³, długość zbiornika l=500km, znajduje się tam elektrownia o mocy M=2800MW). W przekroju zapory Assuanu, odpływy Nilu w ciągu roku wynoszą:

1. rok suchy => 41km³

2. rok mokry => 151km³

3. rok średni => 85km³

25.02.2004

Uwagi do zbiornika w Asuanie:

Nie uwzględniono wpływu namułu naniesionego przez Nil. Muł spełniał funkcję lepiszcza. Osadzał się na terenach zalewowych. Lepił cząstki piasku, gdy go zabrakło nastąpiła erozja wietrzna, wywiewało glebę, muł spełniał funkcje nawozowe, osadzał się w zbiorniku. Budowali cegły, domy. Trzeba było wzmacniać dodatkowo brzegi przed erozją. W przypadku Nilu zmieniono wahania zwierciadła wody( 8 m wynosiły).

Po wybudowaniu zbiornika wahania 2 m. Przy niskich przepływach cały system kanałów wysychał, teraz nie. Parowanie ze swobodnej powierzchni zwierciadła wody nie określili jej.

System rzymski

Polegał na doprowadzeniu do miast czystej wody z okolic górskich za pomocą kanałów i akweduktów. Rzeki były wykorzystywane do odprowadzania ścieków wg Lambora Tybr w rejonie Rzymu był uregulowany i silnie zanieczyszczony. Wszystkie rzeki w obrębie miast były zanieczyszczone.

Łączna długość 14 akweduktów w rejonie Rzymu = 600km. Dostarczały one w ciągu wody grawitacyjnie ok. 1000000m³. Na 1 mieszkańca w ciągu doby przypadało 600l wody( Poznań obecnie ok. 300l/1M/dobę. Od IVw. w Rzymie p. n. e. rozpoczęto budowę systemu kanalizacyjnego. Niektóre przewody są czynne do dzisiaj m. in. Maxima o Φ5mm, kolektor centralny wybudowany za czasów Juliusza Cezara.

Zasoby wodne

Rodzaje zasobów wodnych.

Zasoby wodne to wody dostępne, możliwe do wykorzystania w danym regionie w określonym przedziale czasu. Są to wody o określonej ilości i jakości, przeznaczone na pokrycie potrzeb wodnych. Mogą to być w stanie naturalnym lub sterowane przez odpowiednie urządzenia hydrotechniczne( 100m³/s średni przepływ Warty w Poznaniu). Cechą charakterystyczną zasobów wodnych jest ich losowość.

Efektem tego jest brak możliwości dokładnego określenia wielkości tych zasobów oraz czasu i miejsca ich występowania, wyróżnia się:

1. Zasoby (przepływy) dyspozycyjne określane jako różnica pomiędzy przepływami średnimi rocznymi lub średnimi niskimi i przepływem nienaruszalnym.

2. Przepływ nienaruszalny to taki, który musi pozostać w cieku dla zapewnienia życia biologicznego oraz spełnienia wymogów turystycznych, wędkarskich itp.( dla Warty 14,9m³/s). Zasób wód opadowych określa się na podstawie obserwacji opadów P=[mm]

Zasoby wód powierzchniowych objętość masy wody w m³, która przepływa przez dany przekrój rzeki po określonym przedziale czasu. Zasoby te charakteryzują się:

1. wysokością warstwy odpływu [mm]

2. średnim odpływem jednostkowym [s/s,km²]

3. przepływami charakterystycznymi( średnim rocznym SQ lub przepływami o określonym prawdopodobieństwie występowania>

4. ciągami przepływów ( hydrografami przepływów)

Woda w glebie występuje w postaci:

1. wody krystalicznej ( woda związana chemicznie z minerałami glebowymi)

2. woda w postaci pary, występuje w powietrzu glebowym

3. woda higroskopijna i błonkowata związana siłami molekularnymi z cząsteczkami gleby

4. woda kapilarna, występuje w kapilarach glebowych, utrzymywana siłami kapilarnymi i może poruszać się we wszystkich kierunkach

5. woda wolna, grawitacyjna porusza się pod wpływem siły ciężkości, które przezwyciężają siły molekularne i kapilarne

Źródłem tej wody są opady atmosferyczne infiltrujące przez powierzchnie gleby. Woda ta zapewnia większe, niekapilarne przestrzenie gleby.

6. woda gruntowa wypełnia wszystkie pory w glebie i tworzy pierwsze zwierciadło wody. Ruch wody gruntowej odbywa się pod wpływem sił grawitacji od miejsc o wyższym poziomie zwierciadła wody gruntowej do miejsc o niższym poziomie zwierciadła wody gruntowej. Prędkość tego przepływu jest wprost proporcjonalna do współczynnika filtracji.

Zasoby wód podziemnych są to wody:

1. przypowierzchniowe występująca całych głębokościach pod powierzchnią terenu i pozbawione strefy aeracji.

2. wody gruntowe oddzielone od powierzchni strefą aeracji zasilane opadami i wodami powierzchniowymi.

3. wody wgłębne występują w warstwach wodonośnych, pokrytych skałami trudno przepuszczalnymi. Zasilane są przez infiltrację opadów z wychodnich warstw wodonośnych przez szczeliny uskokowe lub okna hydrologiczne.

4. wody głębinowe znajdują się głęboko pod powierzchnią terenu i są całkowicie od niej odizolowane warstwami nieprzepuszczalnymi.

Zasoby wód opadowych:

1. Metody oceny opadów.

Wielkość opadów decyduje o nadmiarze lub niedoborze wody w produkcji rolnej. Cechą charakterystyczną opadów jest losowość, nie możemy przewidzieć dokładnie wielkości, czasu i miejsca występowania opadów. Podstawowym źródłem informacji o wysokości i rozkładzie opadów w zlewni są pomiary deszczomierzami lub pluwiografami pluwiografami zapisie ciągłym.

Tam gdzie dominuje typ opadów nawalnych( opadów o małej zmienności na dużych obszarach) można projektować rzadką sieć pluwiografów. Tam gdzie jest deszcz typu konwekcyjnego o dużym natężeniu i nierównomiernym rozmieszczeniem przestrzennym sieć pluwiografów winna być bardziej gęsta. Minimalna liczba posterunków opadowych w małych zlewniach nizinnych winna wynosić:

1 posterunek w zlewni o powierzchni do 20 km²

2 posterunki w zlewni o powierzchni do 50 km²

3 posterunki w zlewni o powierzchni do 100 km²

Warstwy średnich sum opadów w zlewniach określa się metodą: izohiet, wielokątów
(Byczkowski 1996r.). Na podstawie sum dobowych opadów określa się charakterystyki opadowe minimalne, średnie, zwyczajne i maksymalne, z roku i okresów sezonowych. Wielkości te opisują opad w danej zlewni.

Z obserwacji pluwiograf otrzymujemy z wartości: wydajności opadu i czasu trwania opadu. Na tej podstawie określa się rozkład opadów przy różnych czasach jego trwania. Na podstawie sumy opadów z różnych okresów można wnioskować o wilgotności danego roku wg Kaczorowskiej( 1962r.) można wyróżnić:

1. rok skrajnie suchy- rok , w którym suma opadów jest mniejsza od 50% wartość średniej sumy opadów rocznych z wielolecia( normy z wielolecia)(Poznań 500mm więc <250 mm)

2. rok bardzo suchy od 50%- 74 % normy z wielolecia

3. rok suchy od 75%- 89% normy z wielolecia

4. rok normalny od 90%- 110%

5. rok wilgotny 111%- 125%

6. rok bardzo wilgotny 126- 150%

7. rok skrajnie wilgotny > 150%

2. Zasoby wód opadowych Polski.

Opady w Polsce są mniejsze niż w krajach sąsiednich. Charakteryzują się nierównomiernym rozkładem przestrzennym. Średnie roczne sumy opadów z wielolecia na obszarze Polski wynoszą:

1. 621 mm wg Stachy z lat 1951- 1980

2. 629 mm wg IMGW z lat 1901-1990

Występują różnice w okresach dziesięcioletnich:

1. 638 mm w latach 1971- 1980

2. 585 mm w latach 1981-1990

Zróżnicowanie przestrzenne średnich rocznych sum opadów z wielolecia na obszarze Polski:

1. Strefa północna o opadach P> 600mm tj Pomorze i część woj. Mazurskiego

2. Strefa środkowa 500< P< 600mm tj. obszar niżu środkowopolskiego. Opady o P< 500mm występują w rejonie Poznania, Leszna i Kalisza.

3. Strefa południowa P> 700mm tj. Przedgórze Sudeckie i Karpackie oraz Sudety i Karpaty. W okresie wegetacji (IV.- 31. X) opady przeciętne wynoszą P= 400m w zachodniej i środkowej części Polski P< 350mm w rejonie Poznania i Kalisza.

3.03.2004

Roczne sumy opadów atmosferycznych w mm w latach 1951- 1990.

Okres	Dorzecze Warty	Środkowe dorzecze Warty	Poznań- Ławica
1951- 1960	528	483	487
1961-1970	583	583	577
1971-1980	563	516	490
1981-1990	531	504	478
1951-1990	531	521	508

Klimatyczny niedobór opadów

N= P- E

N- klimatyczny niedobór opadów w mm

P- ilość wody opadowej dochodząca do powierzchni terenu w mm

E- parowanie potencjalne w mm

Ujemne wartości „N” oznaczają brak opadów potrzebnego do optymalnego rozwoju roślin.

Potencjalne parowanie miesięczne możemy obliczyć wzorem Schmucka ( 1908)

E= k* d* √w

k- współczynnik wyznaczony na podstawie pomiarów parowania ewaparametrem Wilda umieszczony na wysokości 50 cm

d- średni miesięczny niedosyt wilgotności powietrza w [mm Hg]

w- średnia miesięczna prędkość wiatru [m/ s]

Przestrzenny rozkład N w okresie rocznym wykazuje, że w Polsce ujemne wartości N występują w otoczeniu dużych miast ( Poznań, Warszawa, Łódz). W okresie wegetacji największe ujemne wartości występują:

1. N= -140 mm na obszarze Kujaw i Mazowszu

2. N= -170 mm w rejonie Torunia, Łodzi, Warszawa

3. N= (-130mm)- ( -150 mm) występują na całym obszarze środkowej Polski

Zasoby wód powierzchniowych płynących

1. Obliczenie zasobów wodnych na podstawie danych hydrometrycznych.

Określa się rok miarodajny, w którym przepływ średni jest zbliżony do przepływu o określonym prawdopodobieństwie np.

1. Q 5% przepływ o zasobach średnich, zdarzający się w roku wilgotnym.

2. Q 95% przepływ o zasobach średnich, zdarzający się w roku bardzo suchym.

Przepływy średnio roczne i sezonowe prawdopodobieństwa wyznacza się metodami bezpośrednimi np. metoda Pearsona. Długość ciągu musi być >od 30; N> 30.

Zasoby wód płynących w ciekach określa się:

• na podstawie ciągu przepływów ( hydrografów przepływów)

• na podstawie przepływów średnich rocznych, przepływy średnie miesięczne lub przepływy średnie z okresu wegetacyjnego

2. Ocena zasobów wodnych na podstawie danych hydrometrycznych krótkookresowych lub danych niekompletnych.

Takie sytuacje występują dla małych lub średnich zlewni o A<1000km². Stosuje się wtedy metodę analogii, które polegają na uzupełnieniu danych o przepływach w profilu zlewni analogowym. Stosuje się różne sposoby:

1. wydłużanie ciągów obserwacyjnych

2. przenoszenie wartości przepływów charakterystycznych okresu wielolecia

3. przenoszenie wartości przepływów prawdopodobnych z okresu wielolecia.

Opracowuje się związki korelacyjne między przepływami w profilu badanym i analogowym. Przy czym te związki korelacyjne przepływu opracowuje się na podstawie przepływów dobowych lub przepływów korespondencyjnych określanych na podstawie analizy hydrogramów przepływu.

W przypadku braku pomiarów hydrometrycznych związki korelacyjne opracowuje się na podstawie wyników jednoczesnych ( synoptycznych) pomiarów przepływów wykonanych w profilu badanym i profilu analogu.

Sporządza się iloraz odpływów jednostkowych k=

q
odpływ jednostkowy w profilu badanym [l/ s, km²]

q
odpływ jednostkowy w profilu analoga [l/ s, km²]

Współczynnik k nie jest wielkością stałą dla danej pary profili i zmienia się w różnych stanach przepływów. Jeśli dysponujemy serią pomiarów synoptycznych to możemy określić zależność k= f(q
). Przy braku pomiarów musimy szacować wartość „k” dla różnych stref przepływu lub przyjmować wartość przeciętną na całym obszarze przepływu.

3. Ocena zasobów wodnych w przypadku braku danych hydrometrycznych.

W zależności od położenia, od liczby analogów wyróżnia się następujące metody ( Byczkowski 1996):

1. metoda interpolacji

2. metoda zlewni różnicowej

3. metoda ekstrapolacji

ad. a

Możemy ją stosować, gdy na badanej rzece znajdują się dwa wodowskazy o znanej charakterystyce hydrologicznej. Przepływy w profilu badanym określa się na podstawie:

- interpolacji graficznej przy wykorzystaniu profilu

- drogą interpolacji analitycznej

Profil hydrologiczny odpływu sporządza się na podstawie wartości przepływów pomierzonych w kolejnych profilach wodowskazowych. Profil taki sporządza się dla przepływów średnich miesięcznych lub rocznych lub przepływów wód wielkich i niskich. Wtedy przepływ w profilu badanym rzeki o powierzchni zlewni A określa się graficznie z wykresu profilu hydrologicznego.

Profil hydrologiczny odpływu

Rysunek

Przepływy sposobem analitycznym określa się ze wzoru:

Q
to przepływy w profilu badanym oraz w profilu 1, 2 [m³/s]

A
powierzchnia zlewni w profilu badanym oraz w profilu 1, 2( km²)

ad. b

Stosuje się wtedy, gdy na badanej rzece brak jest wodowskazów natomiast na rzece głównej poniżej i powyżej ujścia badanej rzeki znajdują się profile wodowskazowe.( rysunek)

Pod pojęciem zlewni różnicowej rozumiemy przyrost powierzchni zlewni między dwoma profilami wodowskazowymi.

Odpływ jednostkowy q
ze zlewni różnicowej:

q
=

Qd przepływ w profilu dolnym zlewni różnicowej [m³/ s]

Qg przepływ w profilu górnym zlewni różnicowej [m³/ s]

Ad powierzchnia zlewni w dolnym profilu zlewni różnicowej [km²]

Ag powierzchnia zlewni w górnym profilu zlewni różnicowej [km²]

Przyjmuje się założenia, że odpływ jednostkowy całej zlewni różnicowej jest niezmienny

q
[l/ s, km²]

Wartość Q w profilu badanym q
, obliczamy z zależności:

Q
[m³/ s]

Metoda zlewni różnicowej można stosować do określenia przepływów przeciętnych niskich i średnich. Metoda tej nie można stosować do wyznaczania przepływów maksymalnych ze względu na transformacje folii wezbrania oraz nierównomierne zasilanie rzek w okresie wezbrań.

Warunek stosowania tej metody jest odpowiedni stosunek przepływów

k=

10.03.2004

ad. c

Stosowana jest wtedy, gdy na danym cieku nie mamy posterunku obserwacyjnego. Posterunek obserwacyjny może znajdować się na tej samej rzece, na jej dopływie lub najczęściej na innej rzece płynącej w sąsiedztwie. Istotny jest właściwy dobór zlewni analoga. Jako kryterium doboru przyjmuje się miarę podobieństwa odpływów jednostkowych. Jest to iloraz odpływów jednostkowych w profilu badanym i w profilu zlewni analoga.
Rozpatruje się tutaj dwa przypadki:

1. Odpływy jednostkowe po obu zlewniach są jednakowe q_x = q_o

2. Odpływy w obu zlewniach są różne q_x ≠ q_o

Ad.1 Często przyjmujemy założenie, że q_x ≈ q_o wtedy wielkość przepływu w przekroju badanym obliczamy:

Q_x, Q_o - dowolne przepływy w profilu badanym i w profilu porównawczym i w profilu analoga [m³/s]

A_x, A_o - powierzchnia zlewni w profilu badanym i w profilu analoga [km²]

Wykładnik potęgowy „n” wg. Prof. Stachy:

1. n = 1 przy przepływach średnich i niskich

2. n = 0,61 - 0,92 przy przepływach wód wielkich

3. n = 0,57 - 0,92 przy przepływach maksymalnych rocznych

(wykres)

Ad. 2. q_x ≠ q_o

Określa się iloraz odpływów jednostkowych w dużych zbiornikach czyli miarę podobieństwa odpływu w dwóch zlewniach jako:

Wartość przepływu w profilu badanym określamy z takiego równania:

Metody jakościowej oceny wód płynących. Przyjmuje się trzy klasy jakości wód:

Klasa I - woda do picia i woda dla zakładów wymagających takiej jakości i hodowli ryb łososiowatych.

Klasa II - wody do hodowli ryb, zwierząt gospodarskich, kąpielisk i celów rekreacyjnych.

Klasa III - wody do zaopatrzenia zakładów przemysłowych, nawodnień terenów rolniczych, upraw ogrodniczych oraz upraw pod szkłem.

Ze względu na koszty analiz chemicznych wprowadza się umowne wartości stężeń jako wielkości reprezentatywne.

Umowne wartości stężeń określane są trzema metodami:

1. Stężeń charakterystycznych

2. Stężeń miarodajnych

3. Stężeń gwarantowanych

Najczęściej stosowana metoda stężeń miarodajnych polega na określeniu funkcji regresji stężeń poszczególnych wskaźników od przepływu wody i określeniu stężenia miarodajnego przy SNQ.

Ocena jakościowa zasobów wodnych odnoszona jest do danego odcinka rzeki i klasy czystości wody. W tym celu sporządza się profile hydrochemiczne rzek na podstawie:

1. wyników ocen jakości wody w badanych profilach kontrolnych

2. informacji ilościowych i jakościowych dotyczących punktowych źródeł zanieczyszczeń.

3. informacji o zagospodarowaniu zlewni cząstkowych

4. charakterystyki warunków tlenowych

Według stanu badań z 1994 r. wody powierzchniowe w Polsce charakteryzowały się:

1. nadmiernym zasoleniem

2. nadmierną żyznością powodującą intensywny rozwój glonów

3. złym stanem sanitarnym

Stan czystości rzek w 1996 r. (badania dla rzek o długości 6188 km)

1. Kryterium fizyko-chemiczne

I klasa - (rzek o długości) 4,8 %

II klasa - 23,7 %

III klasa - 38,7 %

non (nie objęte normą) - 32,8 %

2. Kryterium biologiczne

I klasa - 0,1 %

II klasa - 2,6 %

III klasa - 13,4 %

non (nie objęte normą) - 83,9 %

Zasoby powierzchniowych wód płynących Polski

Zasoby wodne Polski są małe i nierównomiernie rozmieszczone. Obszary najbardziej zasobne w wodę to:

1. obszary górskie (Karpaty, Sudety)

2. przedgórze Karpackie

3. pojezierza Pomorskie i Mazurskie

Najmniejsze zasoby występują na obszarach:

1. pasa środkowej Polski

2. na nizinie Śląskiej

3. wyżyny: Śląska, Małopolska i Lubelska

Istotny jest przy tym stopień zanieczyszczenia wód płynących. Rzeki o stężeniu zanieczyszczeń jakie występuje w ściekach to : Bzura, Ner, Krzyna, Pisa, Bystrzyca Kłodzka, Kłodnica i Przemsza. Wartości odpływu średniego rocznego z wielolecia z obszaru Polski wynosi:

1. wg Komitetu Gospodarki Wodnej PAN (obliczonej w latach 1953-1955) odpływ wynosi 53,4 km³ + 5,2 km³ (dopływ rzekami spoza granic Polski) = 58,6 km³

2. wg IMGW ten sam odpływ z lat 1901-1990 został oszacowany następująco: 53,9 km³ +7,6 km³ (z zagranicy) = 61,5 km³

Obserwuje się zmienność odpływu średniego rocznego w cyklu wieloletnim.

Tabela. Średnie i ekstremalne roczne wartości bilansu wodnego w okresie 1901-1990 na obszarze Polski (wg IMGW)

Rodzaj wartości	Opad P [mm]	Odpływ		Straty (P-H) [mm]
					H [mm]	V [km^3]
Max	795 (1974 r.)	256 (1981 r.)	89,8	615 (1912 r.)
Średnie	629 (1935 r.)	175 (1945 r.)	61,5	454 (1987 r.)
Min	436 (1982 r.)	107 (1954 r.)	37,6	210 (1982 r.)

Z terytorium Polski odpływa w półroczu zimowym 57,1 % odpływu rocznego. Natomiast w półroczu letnim 42,9 % odpływu rocznego. Rozkład odpływu w poszczególnych miesiącach zależy od warunków klimatycznych:

1. największe odpływy występują w kwietniu

2. najmniejsze we wrześniu

Stan zasobów wodnych można scharakteryzować lub opisać za pomocą średniego rocznego odpływu jednostkowego.

1. Do 50 [l/s*km²] są to obszary o dużych wartościach zasobów i są to obszary źródliskowe min. Soły, Dunajca, Sanu, Nysy Kłodzkiej i Bobru.

2. Rzędu 2 [l/s*km²] są to obszary o małych i bardzo małych zasobach wodnych min. zlewnia rzeki Wełny, Środkowej Krosny, Górnej Noteci.

3. Odpływ średni q = 5-6 [l/s*km²] dorzecze Dolnej Odry, Dolnej Wisły.

Do oceny ilościowej zasobów wykorzystuje się naturalny bilans wodny

P_rz - opad rzeczywisty skorygowany

H_c - odpływ całkowity równy sumie odpływu powierzchniowego i podziemnego

E - parowanie terenowe

Odpływ średni z wielolecia H_c (1901-1990) wynosi 175 mm, odpływy ekstremalne z tego okresu:

1. Minimalny (H_c)_min = 107 mm (1954 r)

2. Maksymalny (H_c)_max = 256 mm (1981 r)

17.03.2004

Zasoby wodne kuli ziemskiej

Pod względem ilościowym zasoby są wystarczające do pokrycia potrzeb wodnych. Ograniczenia w pokryciu potrzeb wodnych ludności na kuli ziemskiej wynikają z dwóch przyczyn:

1. Złej jakości wody

2. Niekorzystnego rozmieszczenia zasobów wodnych na kuli ziemskiej

Ograniczenia na kuli ziemskiej notuje się dla 20 % mieszkańców miast i 75 % mieszkańców wsi. Całkowite zasoby wodne kuli ziemskiej wynoszą 1,4 * 10⁹ km³ w tym:

- 97,3 % tj. 1,36 * 10⁹ km³ to są wody oceanów

- 2,7 % tj. 0,0038 * 10⁹ km³ to są wody słodkie

Wody słodkie w ilości 37,8 * 10⁶ km³ rozmieszczone są następująco:

1. 77,2 % tj. 29,18 * 10⁶ km³ to są wody zmagazynowane w pokrywach lodowych (na biegunach, na Antarktydzie).

2. 22,4 % tj. 8,47 * 10⁶ km³ to są wody podziemne

3. 0,35 % tj. 0,132 * 10⁶ km³ to są zasoby wodne w jeziorach i w bagnach

4. 0,04 % tj. 0,015 * 10⁶ km³ to jest wilgoć atmosferyczna

5. 0,01 % tj. 0,0038 * 10⁶ km³ to są wody rzeczne

Σ = 100 % 37,8 * 10⁶ km³

Objętość wody słodkiej w jeziorach na kuli ziemskiej V_jez = 0,2 * 10⁶ km³ tj. 200000 km³

Roczny odpływ z obszarów lądowych V_odp = 0,05 * 10⁶ km³ = 50000 km³

Sumaryczna objętość sztucznych zbiorników V_zb = 0,005 * 10⁶ km³ = 5000 km³

Zasoby wód powierzchniowych Polski w odniesieniu do zasobów innych krajów.

Średnie odpływy jednostkowe zasobów:

1. Polski = 5,4 [l/s*km²]

2. Europy = 9,6 [l/s*km²]

Odnawialne zasoby wód powierzchniowych na mieszkańca w okresie rocznym wynoszą:

1. Świat = 7300 [m³/miesz,rok]

2. Europa = 4560 [m³/miesz,rok]

3. Polska = 1580 [m³/miesz,rok]

Klasyfikacja dostępności wody wg zasobów na jednego mieszkańca.

Średnie roczne zasoby wodne na 1 mieszkańca w [m^3]	Dostępność wody
< 1000	Skrajnie mała
1000 - 2000	Bardzo mała
2000 - 5000	Mała
5000 - 10000	Średnia
10000 - 20000	Powyżej średniej
20000 - 50000	Duża
> 50000	Bardzo duża

Dostępność wody w Polsce razem z Belgią i Niemcami sytuuje się w grupie krajów o bardzo małych zasobach wodnych.

Tabela. Składniki bilansu zasobów wód słodkich wybranych państw o powierzchniach zbliżonych do powierzchni Polski (wg Lwowicza 1979 r).

Państwo	Powierzchnia	Opad rzeczywisty Prz [km^3]	Odpływ [km^3]			Uwilgotnienie w [km^3]	Parowanie E [km^3]	Odpływ przypadający na 1 mieszkańca [tys m^3]
								Całkowity Hc	Podziemny Hg	Powierzchniowy Hp			Całkowity	Podziemny
Finlandia	337	185	106	30,3	75,7	109,3	79	22,5	6,38
Norwegia	324	435	376	116	260	175	59	96,9	29,9
Polska	313	189	56,3	28,2	28,1	160,9	132,7	1,72	0,86
Włochy	301	330	160	66,2	93,8	236,2	170	2,98	1,23
Wybrzeże Kości Słoniowej	320	457	133	40	94	363	323	30,8	9,05

W Polsce występuje niewielki odpływ całkowity wg Lambora (1965 r), w Polsce występuje niekorzystna wartość współczynnika odpływu:

P - opad [mm]

H - odpływ [mm]

Zmienność współczynnika odpływu c:

c = 44 % - w zlewni Renu

c = 35 % - Wezera

c = 28 % - Łaba

c = 24 % - zlewnia rzeki Odry

c = 25 % - Wisła

c = 27 % - Pregoła

c = 34 % - Niemen

Jednostkowe zasoby wodne na 1 mieszkańca w Polsce szacowane sa następująco:

1. 1430 [m³/miesz,rok] w roku średnim

2. 783 [m³/miesz,rok] w roku suchym

Niekorzystny jest stosunek ilość ścieków odprowadzana do rzek, do wielkości odpływu wód w okresie rocznym.

(rok suchy)

Retencjonowanie wód

1. Rodzaje retencji.

Przyrost zasobów wodnych można uzyskać przez zwiększenie retencyjności terenu. Jest to zdolność do gromadzenia wody w zlewni i przetrzymywanie jej w dłuższym przedziale czasu. Wyróżnia się pięć form retencji (wg prof. Mioduszewski):

1. krajobrazowa (siedliskowa)

2. glebowa

3. wód gruntowych i podziemnych

4. wód powierzchniowych

5. śnieżna i lodowcowa

Retencje wodną całkowitą R_c na terenie zlewni możemy opisać następująco:

R_c = E_i + R_pn + R_w + R_rz + R_d + R_a + R_f + R_ap

Gdzie:

E_i - intercepcja szaty roślinnej

R_pn - retencja powierzchni nieprzepuszczalnej

R_w - retencja wód otwartych (jezior, zbiorników, mokradeł)

R_rz - retencja rzek i kanałów

R_d - retencja depresyjna (w obniżeniach terenowych)

R_a - retencja glebowa

R_f - retencja wód gruntowych

R_ap - retencja apotamiczna (obszarów bezodpływowych)

Największe znaczenie ma retencja wód otwartych R_w, na terenach leśnych największe znaczenie ma intercepcja szaty roślinnej E_i, dalej retencja glebowa i retencja wód gruntowych. Zwiększenie retencji można dokonać przez:

1. odbudowę i odtwarzanie małych zbiorników

2. budowa zbiorników różnej wielkości

3. zwiększenie retencji istniejących zbiorników przez dodatkowe piętrzenie

4. budowa urządzeń piętrzących na ciekach i kanałach

5. ochrona bagien i torfowisk

2. Mała retencja

Jest to zdolność do gromadzenia wody w małych zbiornikach naturalnych, dolinach i małych zbiornikach sztucznych (stawy, zbiorniki w powyrobiskach kopalnianych). Celem małej retencji jest:

1. zmiana uwilgotnienia siedlisk

2. podniesienie poziomu wody gruntowej

3. zmiana mikroklimatu

Polskę można podzielić na 5 kategorii hierarchii potrzeb obszarowych małej retencji:

1. Obszar bardzo dużych potrzeb w zakresie małej retencji na terenach o ujemnych wartościach klimatycznego bilansu wodnego o okresie od maja do października (Wełna, Noteć, Prosna, Odra) - centralna część obszaru Wielkopolski.

2. Obszar dużych potrzeb - zlewnia Dolnej Warty.

3. Obszar umiarkowanych potrzeb - bilans wodny poniżej 200 mm w okresie od maja do października - pozostały obszar niżu Polskiego.

4. Obszar małych potrzeb wodnych - tj. obszar wyżyny na południu Polski.

5. Obszar bardzo małych potrzeb - tj. Pojezierze Pomorskie i Mazurskie.

Korzyści wynikające z rozwoju małej retencji:

1. Spowolnienie odpływu wód powierzchniowych

2. Podniesienie poziomu wód gruntowych na terenach przyległych do zbiornika

3. Zwiększenie biologicznej odporności drzewostanów w otoczeniu zbiornika

4. Zapobieganie degradacji siedlisk roślinnych

5. Podniesienie bezpieczeństwa pożarowego w lasach

6. Poprawa warunków rozwoju ptactwa wodnego

7. Powstawanie wodopojów dla zwierzyny

8. Powstawanie erozji gleb i gruntów

9. Zwiększenie atrakcyjności terenów

24.03.2004

Woda w glebie

Źródłem wody w glebie są opady atmosferyczne w postaci ;deszczu ,śniegu ,gradu ,rosy,

mgły i szronu . Przeciętnie do gleby dostaje się tylko część opadów w granicach od 50-80 %

reszta zostaje zatrzymana przez szatę roślinną lub paruje do atmosfery. Woda która dopływa do w części zatrzymuje się w porach gleby , część zostaje zużyta przez świat organiczny , reszta przedostaje się w głąb i zasila wody gruntowe .Niekorzystna są nadmiary i niedobory wody w glebie. Podczas mokrej wiosny giną rośliny mezoficzne tj. pszenica , żyto, natomiast rozwijają się rośliny wodolubne ; mietnica zbożowa ,trawy lub chwasty. Nadmiar wód powoduje wyleganie zbóż , wyleganie i gnicie zbiorów .

W Polsce gleby uprawne o odpowiednim uwilgotnieniu zajmują ok.44 % powierzchni i nie wymagają melioracji. Gleby okresowo lub trwale nadmiernie uwilgotnione zajmują ok. 20 % powinny być odwadniane . Gleby okresowo suche zajmują ok.25% powierzchni lub gleby trwale suche zajmują ok. 11% wzmagaj nawodnień ( ok.36% ).

BILANS WODNY GLEBY W OKRESIE WEGETACJI

ERUp + P + Wg + N = ERUk +ETR + H

ERUp - zapas wody użytecznej w glebie na początku okresu bilansowania

P - suma opadów atmosferycznych

Wg - suma dopływu powierzchniowego oraz podsiąk wód gruntowych

N - dawka nawodnieniowa

ERUk - zapas wody użytecznej w glebie na końcu okresu bilansowania

ETR - ewapotranspiracja rzeczywista

H - suma odpływu powierzchniowego i przesiąkanie wody .

RETENCJA GLEBOWA

Woda glebowa utrzymywana jest w spoczynku lub porusza się pod działaniem sił ; grawitacyjnych , kapilarnych , absorpcji osmotycznej . Miarą liczbową działania sił kapilarnych jest ciśnienie ssące gleby i zależność tego ciśnienia od wilgotności wody nazywa się krzywą retencji wody glebowej.

Ta krzywa jest przedstawiana w formie pF gdzie ;

1. na osi rzędnych odkłada się wartość logarytmu dziesiętnego z wartości bezwzględnej wysokości ciśnienia ssącego gleby wyrażonego w [cm] słupa wody .

pF = log (h)

2. na osi odciętych czyli na osi poziomej odkłada się wilgotność gleby w procentach objętości gleby.

(wykres)

ZASOBY WÓD PODZIEMNYCH

1. Metoda oceny zasobów wód podziemnych

Zasada i sposób ustalania oraz tryb zatwierdzania zasobów wód podziemnych zawiera ustawa z dnia 4 lutego 1994r.” Prawo geologiczne i górnicze „i zgodnie z ustawą ustala się ;

1” Zasoby dyspozycyjne - są to zasoby z danego obszaru finansowego możliwe do zagospodarowania w określonych warunkach hydrogeologicznych i środowiskowych . Zasoby te ustala się w celu ;

1. sporządzenia dokumentacji regionalnej

2. rozpoznania terenów do perspektywicznej budowy ujęć wód podziemnych .

3. ustalenie warunków korzystania z wód dorzeczy.

2” Zasoby eksploatacyjne - są to zasoby możliwe do pobrania z danego ujęcia w założonej jednostce czasu i określonych warunkach hydrogeologicznych i środowiskowych , technicznych i ekonomicznych .Zasoby te ustala się dla potrzeb budowy ujęć wód podziemnych .W procesie oceny i zagospodarowania wód podziemnych należy uwzględnić następujące ograniczenia ;

1. Ograniczenia przyrodnicze

1. Ochrona składników środowiska

2. Zachowanie min. poziomu wód podziemnych

3. Zachowanie określonych wydatków źródeł

4. Zabezpieczenie przed wpływem antropopresji

5. Zabezpieczenie przed deformacjami filtracyjnymi gruntu

6. Nie przekraczanie dopuszczalnych zmian składników bilansowych

2. Ograniczenia techniczno- ekonomiczne

1. Dopuszczalny koszt produkcji wody

2. Dopuszczalne depresje eksploatacyjne

3. Dopuszczalne koszty odszkodowań

4. Dopuszczalny koszt przesyłu wody

5. Wybór typu ujęcia

6. Starzenie się ujęcia i utrzymanie określonych wydajności ujęć istniejących

Jakość wód podziemnych - można podzielić na podstawie klasyfikacji wg. PIOŚ

Klasa I a - wody najwyższej jakości

Klasa I b - wody wysokiej jakości

Klasa II - wody średniej jakości

Klasa III - wody niskiej jakości

Wg. Badań z 1996r. stan jakości wód podziemnych był następujący

Klasa I a - 0 %

Klasa I b - 56,2%

Klasa II - 12,9%

Klasa III - 30,9%

Ocena ilościowa zasobów wód podziemnych Polski

Zasoby eksploatacyjne wód podziemnych Polski szacuje się na 37,7 hm3/dobę = 37,7mlnm3/dobę = ok.13,6km3/rok

Największe zasoby występują w niecce Mazowieckiej , najmniejsze na terenie Sudetów.

Zasoby wód podziemnych można ocenić wg. miary jednostkowych zasobów eksploatacyjnych M eks.

1. jeśli 150 < M eks < 408[ m3/dobę , km2], są to tereny zasobne w wodę

2. jeśli 70 < M eks < 150[m3/dobę, km2], tereny umiarkowanie zasobne

3. jeśli 20 < M eks < 70 -----\\\---------- , tereny słabo zasobne

4. jeśli M eks < 2 [m3/dobę,km2] , są to tereny bezwodne

Pobór wód podziemnych na potrzeby gospodarki narodowej w 1995r.wynosił ogółem 1721 hm3 - ok.11,2% zasobów eksploatacyjnych.

POTRZEBY WODNE

1. Struktura potrzeb wodnych

Potrzeby wodne są to niezbędne ilości wody o określonej jakości dostarczane w odpowiednim czasie w celu zaopatrzenia w wodę ludności i gospodarki narodowej , oraz w celu utrzymania ekosystemu

Konsumenci wody - są to użytkownicy którzy powodują straty bezzwrotne tj. rolnictwo, leśnictwo , gospodarka komunalna , przemysł w tym energetyka cieplna .

Użytkownikami wody - są te jednostki , które nie powodują strat bezzwrotnych czyli energetyka wodna , żegluga śródlądowa i turystyka wodna .

W 1900r. na wszystkich kontynentach największe pobory wody przypadały na rolnictwo i w drugiej kolejności na gospodarkę komunalną i przemysł.

W 1970r. w Europie i Ameryce Północnej gdzie nastąpił intensywny rozwój gospodarczy, największe pobory wykazuje przemysł , następnie gospodarka komunalna i rolnictwo. Natomiast na kontynentach o umiarkowanym rozwoju przemysłu Azja i Afryka występują duże dysproporcje między poborami wody przez rolnictwo i inne działy gospodarki .

Np. w Azji w 1970r. pobór wody na cele rolnicze wynosił 1400km3, a w drugiej kolejności przemysł pobierał zaledwie 60 km3 . W perspektywie roku 2020 i dalszych lat należy spodziewać się znacznego ilościowego poboru wody .

Wynikać to będzie :

1. z prognoz zwiększonego przyrostu naturalnego

2. dalszego intensywnego rozwoju gospodarczego i cywilizacyjnego kontynentów

3. zwiększonego zużycia wody przez rolnictwo wynikającego z problemów wyżywienia większej liczby ludności.

Obecnie w krajach Europejskich dominuje pobór wody na cele przemysłowe i procesy chłodzenia przy wytwarzaniu energii elektrycznej.

Z danych bilansowych w perspektywie roku 2020 wynika ,że w skali kuli ziemskiej i poszczególnych kontynentów nie powinno zabraknąć wody , natomiast mogą wystąpić regiony na różnych kontynentach gdzie będą występować okresowe deficyty wody.

Podstawowym rozwiązaniem problemu jest budowa zbiorników i kanałów przerzutowych.

2. Struktura potrzeb wodnych Polski

Strukturę zużycia wody w Polsce w 1995r.

1. 71,4% - przemysł

2. 18,5% - gosp. komunalna

3. 10,1% - rolnictwo

Struktura zużycia wody w Europie

1. 53% - przemysł

2. 21% - gosp. Kom.

3. 26% - rolnictwo i leśnictwo

31.03.2004 (tu na początku brakuje czegoś)

Woda w roślinie

Woda pobierana przez roślinę służy do:

1. dostarczania wodoru do procesu fotosyntezy

2. chłodzenie i ogrzewanie rośliny

3. stwarzanie odpowiednich warunków dla przebiegu procesów chemicznych i biochemicznych w tkankach i komórkach roślin

W gospodarce wodnej rośliny istotą jest właściwa proporcja między dopływem wody do korzeni a jej zużyciem w procesie transpiracji.

Warunkiem ruchu wody w glebie jest odpowiedni gradient ciśnienia ssącego korzeni i gleby przy pełnym nasyceniu gleby wodą. Siła zatrzymywania wody przez glebę wynosi 0. W miarę wysychania gleby siła stopniowo rośnie aż do momentu odpowiadającego punktowi PTW (trwałego więdnięcia).

Rośliny uprawne najekonomiczniej korzysta z wody glebowej, gdy w warstwie korzeniowej wilgotność wynosi ok. 60-70%. W stosunku do pełnego nasycenia gleby dla łąk wartość ta wynosi 80%.

Potrzeby wodne roślin

Do oceny potrzeb roślin może być stosowana metoda opadów optymalnych. Są to opady potrzebne do wzrostu rośliny od siewu lub początku wegetacji do końca zbioru dojrzałej rośliny.

Opady optymalne w okresie wegetacji [mm] - potrzeby wodne roś. w równinnej części Polski

Gatunek rośliny	Gleby ciężkie	Gleby średnie	Gleby lekkie
Żyto Ziemniak późny Pomidor Burak cukrowy Marchew	100-150 300-350 200-250 400-450 450-500	150-200 350-400 250-300 450-500 400-450	250-300 400-450 300-350 >500 450-500

Efektywna retencja użyteczna ERU = p ּ RU

RU - retencja użyteczna

p - wskaźnik wykorzystania wody ogólnie dostępnej

RU - zapas wody ogólnie dostępnej wykorzystywanej przez rośliny i liczymy wg
wzoru RU = ( PPW - WTW) ּ h

PPW - polowa pojemność wodna [%]

WTW - wilgotność trwałego więdnięcia [%]

h - miąższość warstwy [m]

PPW - ilość wody jaka może być zatrzymana w warstwie gleby przy określonym położeniu zwierciadła wody i po odcieknięciu wody grawitacyjnej wolnej w warunkach parowania i poboru wody przez korzenie.

Maksymalna pojemność wodna - definiuje się jako ilość wody w określonej warstwie gleby przy stanie pełnego nasycenia gleby wodą. Wypełnione są wszystkie pory kapilarne i niekapilarne, co ma miejsce po dużym opadzie, nawodnieniu lub podniesieniu poziomu wody gruntowej. Jest to ogólna ilość wody jaką może pomieścić w porowatej przestrzeni określonej warstwy gleby.

Pojemność wodna okresu suszy - to ilość wody w określonej warstwie gleby na początku hamowania rozwoju roślin i zmniejszenia się intensywności ewapotranspiracji roślin. Pojemność ta zależy od rodzaju gleby i składu gatunków roślin.

Różnica pomiędzy maksymalną a polową pojemnością wodną to ODCIEKALNOŚĆ GLEBY.

Różnica pomiędzy PPW a pojemnością wodną okresu suszy to EFEKTYWNA RETENCJA UŻYTECZNA GLEBY.

Zapotrzebowanie wody do nawodnień oblicza się ze wzoru:

z - dopływ wody niezbędnej do zaspokajania potrzeb [l/s]

N - niedobór wody [mm]

F - powierzchnia nawadniana [ha]

T - czas nawodnień [d]

n - współczynnik wilgotnego działania wody okresu wegetacyjnego

• Ostromęckiego (podsiąk kapilarny)

• Grupki (deszczownie)

7.04.2004

Potrzeby wodne stawów rybnych.

Obejmują one:

1. wodę potrzebną do ich zalania

2. wodę potrzebną do podtrzymania zalewu

3. wodę potrzebną do stałej wymiany w okresie eksploatacji

Zapotrzebowanie dla stawów rybnych można obliczyć ze wzoru:

PS - potrzeby wodne stawów, wynikające z napełnienia i uzupełnienia strat w okresie eksploatacji [m³/s]

V - pożądane napełnienie stawu [m³]

Vp - napełnienie początkowe stawu [m³]

Δt - długość przedziału czasowego [s]

Str - straty wody na parowanie i filtrację [m³/s]

Wielkość strat na parowanie można obliczyć na podstawie przybliżonej zależności między parowaniem z powierzchni stawu i ewapotranspiracją potencjalną

E = α · ETp

E - parowanie z powierzchni stawu rybnego [mm]

α - współczynnik korekcyjny

Etp - ewapotranspiracja potencjalna wg Penmanna

W praktyce inżynierskiej do obliczania parowania ze swobodnego zwierciadła wody można stosować wzór Schmucka (1968r.)

E = k · d · w

E - parowanie ze swobodnego zwierciadła wody [mm/miesiąc]

d - średni miesięczny niedosyt wilgotności powietrza [mm Hg]

w - średnia miesięczna prędkość wiatru [m/s]

k - współczynnik - o wartościach:

Miesiące	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
k	9,5	9,8	11,1	10,0	10,3	8,4	8,6	9,2	9,3	11,6	9,8	10,0

Zadania gospodarki wodnej rolnictwa:

Rozwój demograficzny i cywilizacyjny powoduje stałe zmniejszanie się powierzchni użytków rolnych przypadających na 1 mieszkańca.

Struktura użytkowania powierzchni kraju w ha/1 mieszkańca

Rodzaj użytkowania	Lata
		1980	1990	1995
Użytki rolne	0,54	0,49	0,48
Lasy i zadrzewienia	0,25	0,23	0,23
Osiedla	0,02	0,02	0,03
Powierzchnia Polski na 1 mieszkańca	0,88	0,82	0,81

Po osiągnięciu pełnego nawożenia, głównym czynnikiem zwiększenia produkcji roślinnej i zwierzęcej staje się woda. Dlatego ważne jest aby:

1. doskonalić techniczne rozwiązania melioracji wodnych

2. racjonalnie gospodarować wodą w ramach istniejących systemów wodno - melioracyjnych

w latach suchych duża część użytków rolnych i stawów rybnych zagrożona jest deficytem wody ok.2% powierzchni przygotowanej do nawodnień wymaga pełnej renowacji i modernizacji urządzeń melioracyjnych. Racjonalne gospodarowanie wodą na terenach rolniczych, powinno uniezależniać produkcje rolną od zmian klimatycznych.

Potrzeby wodne i gospodarowanie wodą w leśnictwie:

1. Oddziaływanie lasów na zasoby wodne
Gospodarowanie wodą w lasach polega na:

1. zaspokojeniu potrzeb roślin leśnych

2. zapewnieniu wody zwierzynie leśnej

3. zabezpieczenie wody na cele przeciwpożarowe

Oddziaływanie lasu na zasoby wodne polega na:

1. magazynowanie przez intercepcje szaty roślinnej

2. retencje gleby i ściółki leśnej

3. zmniejszanie, przesunięcie w czasie występowania kulminacji wezbrań

4. zwiększenie odpływu w czasie występowania kulminacji wezbrań

5. opóźnienie topnienia śniegów

6. ograniczenie natężenia odpływu powierzchniowego

7. zmniejszenie parowania z powierzchni gleby i zwiększenie transpiracji

8. zwiększenie ilości opadów w porównaniu z terenami nie zalesionymi

9. zmniejsza amplitudę temperatur

10. zmniejsza nasilenie procesów erozyjnych

11. zużywa wodę w większych ilościach niż inni naturalni konsumenci

Hydrogramy wezbrań w zlewniach bardziej zalesionych są bardziej płytkie. Najniekorzystniejsze jest zalesianie stref wododziałowych, oraz górnych obszarów ziemi. Zalesianie powoduje koncentracje zasobów wodnych w zlewni oraz zmniejszenie zagrożenia powodziowego przez łagodniejszą kulminację fali wezbrań.

Bilans wodny zlewni leśnej. Równanie rozwiniętego naturalnego bilansu wodnego zlewni leśnej:

Ps - ilość wody docierającej do powierzchni gruntu

Pt - ilość wody spływającej wzdłuż pni drzew

Hp - odpływ powierzchniowy

Hf - odpływ powierzchniowy ze strefy wahań wód podziemnych

Hgd - dopływ wód podziemnych do zlewni

Hg - odpływ podziemny do cieku

Ep - parowanie z gleby, śniegu, wód powierzchniowych

Et - transpiracja drzew

Eu - parowanie z roślinności podokopowej, dna lasu i ściółki leśnej

ΔRp - zmiany retencji powierzchniowej

ΔRa - zmiany retencji w strefie aeracji

ΔRg - zmiany retencji w strefie saturacji, wywołane długookresowymi wahaniami poziomu wody

ΔRf - zmiany retencji w strefie podpowierzchniowej saturacji ( krótkookresowe wahania wody)

2. Wartość elementów bilansu wodnego zlewni leśnej:

1. intercepcja wynosi 10-40% rocznych opadów

2. wahania opadów przez ściółkę 5-10% opadów

3. wzrost opadów przez zalesienie, wzrost lesistości o 10% powoduje wzrost opadów rocznych o ok.16mm

4. ze zlewni zalesionych w okresie wegetacji odpływ może być o 35% mniejszy niż w zlewniach bezleśnych

5. opóźnienie odpływu wód roztopowych o ok.2tygodnie

6. zwiększenie transpiracji o ok.20% w porównaniu ze zlewniami bezleśnymi

3. Określenie potrzeb wodnych lasu:

Do oceny potrzeb wodnych bierze się wiek lasu oraz skład gatunkowy. Największe potrzeby wodne drzewostanów występują w okresie kulminacji przyrostu wysokości, który dla danego gatunku przypada w różnych latach wzrostu, np. dla osiki okres 20-25lat , dębu 60-80lat.

Potrzeby wodne drzewostanów sosnowych w okresie maksymalnego przyrostu wynoszą:

1. młodniki 10 - letnie 160mm

2. drzewostany 30 - letnie 190mm

W 1997r. Lesistość w Polsce wynosiła 28,1% a powierzchnia lasów wynosiła 8,802tys ha (88020km²)

4. Potrzeby wodne gospodarki komunalnej:

Zużycie wody w gospodarce komunalnej w Polsce; woda w miastach i osiedlach wiejskich wykorzystywana jest do zaspokojenia:

1. potrzeb bytowych ludzi i zwierząt domowych

2. pokrycia potrzeb gospodarstwa rolnego

3. potrzeb inflastruktury komunalnej (transport, handel)

4. zakładów przemysłu rolno - spożywczego w którym procesy technologiczne wymagają wody o parametrach wody pitnej

Zużycie wody w gospodarce komunalnej w Polsce w latach 1995-1999 wynosiło 1,5-2,5 km³. Zużycie to rośnie ze względu na przyrost ludności oraz wzrost wymagań bytowych ludzi.

Struktura zużycia wody wodociągowej w miastach w Polsce jest następująca:

1. 45% bezpośrednie zaopatrzenie w wodę ludności

2. 28% woda dla przemysłu

3. 16% potrzeby komunalne

4. 11% straty

W krajach rozwiniętych zużycie wody na cele bytowe wynosi ok.104-295 dm³/mieszk., dobę.

W krajach słaborozwiniętych Afryki i Azji, zużycie wody na cele bytowe wynosi
4-20 dm³/mieszk., dobę.

Źródłem ścieków komunalnych w miastach są:

1. gospodarstwa domowe

2. odpływ z powierzchni nieprzepuszczalnych (dachy, ulice)

3. ścieki z różnego typu zakładów przemysłowych, wytwórczych i usługowych

Ścieki zawierają części mineralne, organiczne w tym bakterie, wirusy i pierwotniki.

Wyróżnia się następujące rodzaje ścieków:

1. bytowo - gospodarcze

2. przemysłowe

3. opadowe

4. przypadkowe, infiltracyjne, drenażowe

Mieszanie tych ścieków nazywamy ściekami miejskimi , wymagają one oczyszczania mechanicznego i biologicznego.

Stan wyposażenia miast i wsi w wodociągi i oczyszczalnie:

• w 1995 roku blisko 10% (ok.2mln mieszkańców miast) nie korzystało z wody wodociągowej

• w około 20% miast woda dostarczana mieszkańcom nie spełniała wymogów sanitarnych

• około 20% urządzeń wodociągowych wymaga modernizacji i niesprawność urządzeń powoduje straty na sieci (ok.10%)

Zużycie wody wodociągowej ogółem (miasta i wsie) w gospodarstwach domowych:

Wyszczególnienie	Zużycie wody w latach
		1960	1999
hm^3 (mln m^3)	403	1406,5
m^3/mieszk.,rok	27,7	36,4
dm^3/dobę,mieszk.	75,8	99,7
Liczba mieszkańców [mln]	15,548	38,640

Zużycie wody w Poznaniu:

1. średnie dobowe zużycie wody w 1991r wynosi 196,000 m³/dobę = 2,27m³/s

2. w 1999r wynosi 141,096 m³/dobę = 1,63m³/s

3. maksymalne zużycie wody wodociągowej w 1994r wynosi 257,000 m³/dobę = 2,97m³/s

4. średnie dobowe zużycie wody wodociągowej w gospodarstwach domowych w 1996r wynosi 167,8 dm³/dobę, mieszkańca

5. w 1999r wynosi 142,6 dm³/dobę, mieszkańca

6. w 2003r wynosi 125,0 dm³/dobę, mieszkańca

W Europie:

1. średnie zużycie wody wodociągowej w gospodarstwie domowym w latach 1993-1994:
   - Niemcy wynosi 145 dm³/dobę, mieszkańca

- Holandia 141 dm³/dobę, mieszkańca

- Anglia 135 dm³/dobę, mieszkańca

- Szwajcaria 276 dm³/dobę, mieszkańca

21.04.2004

W różnych planach przewidywano rozbudowę zbiorników infiltracyjnych, których zadaniem jest sztuczne zasilanie warstwy wodonośnej i ograniczenie zasięgu leja depresyjnego ujęcia wody w Mosinie.

W Polsce w latach 1980 - 1999 nastąpił wzrost liczby miast wyposażonych w sieć kanalizacyjną i wodociągową oraz wzrost liczby oczyszczalni ścieków.

Tabela 1 Miasta zaopatrywane w wodę i obsługiwane przez oczyszczalnie ścieków w Polsce

Rok	Miasta ogółem	Wyposażone w sieć wodociągową	Wyposażone w sieć kanalizacyjną	Obsługiwane przez oczyszczalnie ścieków
1980	804	733	678	357
1995	860	854	793	643
1999	875	-	-	778

Tabela 2 Wyposażenie wsi w sieć kanalizacyjną i oczyszczalnie ścieków

Rok	Długość sieci ogólnospławnej [km]	Oczyszczalnie ścieków obsługujące wsie	Ludność wsi
						Ogółem [tys.]	Obsługiwana przez oczyszczalnie [%]
1980	3078	19	14563	-
1995	5359	433	14721	3,1
1999	13312	1266	14759	8,5

Normy zapotrzebowania na wodę:

Na terenie osiedli wiejskich i gospodarstw rolnych należy uwzględnić:

1. potrzeby bytowe u ludzi i zwierząt

2. potrzeby sanitarne

3. potrzeby komunalne (potrzeby przeciwpożarowe, polewanie i utrzymanie parków)

4. polewanie upraw (ogródki, inspekty)

5. utrzymanie pojazdów mechanicznych

6. potrzeby zakładów rzemiosła i zakładów usługowych

Zapotrzebowanie poszczególnych użytkowników i konsumentów wody ustala się na podstawie norm zapotrzebowania na jednostkę produkcyjną, mieszkańca.

Do celów bilansowania wodno-gospodarczego prowadzi się w okresach dobowych: Q_dsr=q_wz⋅G_pr Q_ds - średnie dobowe zapotrzebowanie na dobę [m³/d]

q_wz - jednostkowe zużycie wody na mieszkańca, zwierze [m³/M(Z)] lub jednostkę produktu [m³/t] [m³/kg]

G_pr - liczba mieszkańców, zwierząt korzystająca z wody na dobę [M(Z/d)] lub wielkości produkcji [t/d] [kg/d]

Średnie zapotrzebowanie na wodę [m³/s] oblicza się sumując potrzeby poszczególnych gospodarstw, osiedli, zakładów a następnie całość zlewni do profilu bilansowego.

Dla celów projektowania sieci wodociągowej określa się również:

1. maksymalne dobowe zapotrzebowanie na wodę Q_dmax = Q_ds ⋅ N_d [m³/d]

2. maksymalne godzinowe zapotrzebowanie na wodę Q_hmax=(Q_dmax - Q_oh)/24⋅ Nh [m³/h]

3. maksymalne sekundowe zużycie wody Qhmax = Qdsr/(3,6⋅T) ⋅ Nh [dm³/s] [l/s]

N_d - współczynnik dobowej nierównomierności zużycia wody

N_h - współczynnik godzinowej nierównomierności zużycia wody

Q_oh - zapotrzebowanie na cele ogólno komunalne [m³/d]

T - czas pracy zakładu [h/d]

Przy ocenie potrzeb w perspektywie w bilansie wodno-gospodarczym musimy uwzględnić:

• liczbę mieszkańców w przyszłości,

• wielkość produkcji,

• oszacować stan hodowli w przyszłości,

• wielkość produkcji przez różne zakłady.

LICZBĘ MIESZKAŃCÓW M_n po n latach można określić z zależności
M_n = M (1+p/100)ⁿ = α ⋅ M M - początkowa liczba mieszkańców

p - % rocznego przyrostu naturalnego (mieszkańców)

określonych na podstawie roczników statystycznych

Potrzeby wodne przemysłu:

W Polsce dominuje zużycie wody na cele gospodarcze i przemysłowe i wynosi ono ok. 70% całkowitego zużycia wody w gospodarce narodowej. Największe ilości wody (60 - 70%) zużywa się w procesie chłodzenia urządzeń mechanicznych, pieców baltonowskich, łożysk itd. ok. 20% zużywa się na cele produkcyjne (woda jako surowiec, woda jako rozpuszczalnik lub woda do mycia produktów). W Polsce najwięcej wody zużywa przemysł paliwowo-energetyczny do wytwarzania energii elektrycznej i świetlnej (cieplnej). W następnej kolejności przemysł chemiczny i metalurgiczny. Zużycie wody do produkcji artykułów spożywczych ok. 100 hm³. Wiele zakładów wykazuje duże zużycie wody na jednostkę produkcji, wynika to z przestarzałych technologii oraz braku zamkniętych obiegów wody na terenie zakładu.

Przy gospodarce wodą w przemyśle można wyróżnić następujące problemy:

• dobór źródła zaopatrzenia w wodę

• priorytet dostarczania wody (hierarchia potrzeb)

• odprowadzanie ścieków, wód oczyszczonych

• woda jako środek chłodniczy

Tylko część zakładów zaopatruje się z ujęć własnych, większość z wodociągów komunalnych. W przypadku małych zasobów wodnych występuje problem priorytetów dostarczanie wody - kolejność dostarczania wody różnym zakładom przemysłowym. Problem hierarchii potrzeb występuje jaskrawo w sytuacjach ekstremalnych czyli suszy i w przypadku nadmiaru wody w czasie powodzi. W hierarchii potrzeb w pierwszej kolejności powinny być uwzględnione potrzeby ludności i zachowanie w korytach przepływu nienaruszalnego. Potrzeby wodne przemysłu winny być pokrywane z ujęć wód powierzchniowych a w przypadku ich braku z ujęć wód podziemnych.

Kierunki działań w zakresie racjonalnego gospodarowania wodą w przemyśle to:

1. rozbudowa zamkniętych obiegów wody

2. wprowadzenie wodo oszczędnych technologii produkcji

3. ograniczenie korzystania z wody wodociągowej

4. zmniejszenie strat przy doprowadzaniu wody i w procesie produkcji

5. recelkrulacja - wtórne wykorzystanie wody w przemyśle

Techniczne sposoby zaopatrzenia w wodę zakładów przemysłowych:

1. 
   
   
   
   
   
   
   
   system otwarty:
   polega na poborze wody powyżej budowli piętrzącej i pompowaniu wody do wieży ciśnień skąd woda doprowadzana jest na teren zakładu. Woda po wykorzystaniu może być odprowadzana bezpośrednio do rzeki poniżej ujęcia lub odprowadzana do oczyszczalni ścieków. Jeśli jakość wody w rzece nie odpowiada parametrom wody do produkcji to pomiędzy ujęciem a zakładem instaluje się urządzenie do uzdatniania wody.
   
   

rzeka

ujęcie wody

budowla piętrząca

2. system zamknięty:

woda z ujęcia pompowana jest do wieży ciśnień i dostarczana jest na teren zakładu po wykorzystaniu woda jest oczyszczana i ewentualnie chłodzona i pompowana do wieży ciśnień skąd ponownie na teren zakładu. Ten zamknięty obieg wody jest uzupełniany o wielkość strat w procesie produkcji oraz wielkość strat powstających w skutek nieszczelności na trasie przepływu wody, ponadto powstają straty na skutek czyszczenia urządzeń i przewodów.

ujęcie rzeka

zalety obiegu zamkniętego:

• znaczne zmniejszenie ilości wody pobieranej na ujęciu i związana z tym mniejsza wydajność źródła zaopatrzenia

• mniejsze wymiary i koszty urządzeń ujęcia wody, pompowania, rurociągi doprowadzające wodę

• zmniejszenie zużycia energii na doprowadzanie wody na teren zakładu

wady systemu zamkniętego:

• konieczność budowy dodatkowych urządzeń do oczyszczania i chłodzenia wody oraz budowy pompowni II stopnia

• konieczność chemicznego uzdatniania wody w celu zmniejszenia twardości wody krążącej w obiegu zamkniętym

• większa liczba urządzeń i przewodów zwiększa możliwości ucieczki wody

• może być wyższa temperatura wody chłodniczej dostarczanej do wydz. produkcyjnych

Niezależnie od wad system zamknięty jest powszechnie stosowany ze względu na oszczędność wody i potrzebną mniejszą wydajność źródła poboru wody.

28.04.2004

Normy zużycia wody:

Zapotrzebowanie użytkowników i konsumentów wody w przemyśle określa się na podstawie norm zapotrzebowania na jednostkę produkcji.

• Przemysł przetwórstwa owocowo-warzywnego wykorzystuje ok. 5 - 10 razy więcej wody od ilości przerobionego surowca,

• przy przemyśle cukrowniczym, przy obiegu zamkniętym zużywa się 25 m³/t cukru a przy otwartym 75 m³/t cukru.

• produkcja krochmalu 21,5 m³/t ziemniaków,

• przy produkcji oleju jadalnego 35 m³/t oleju,

• do produkcji mleka 5 m³/l mleka,

• przemysł metalurgiczny zużywa wodę do chłodzenia urządzeń, do gruntowania żużlu, do chłodzenia gazu wielkopiecowego oraz gaszenia koksu 15 - 20 m³/t surówki stali.

• do produkcji nawozów sztucznych zużywa się 50-100 m³/t saletry amonowej.

• w przemyśle papierniczym zużywa się 200-500 m³/t celulozy i 50-100 m³/t papieru.

• w górnictwie węglowym do płukania węgla 2-4 m³/t węgla

• w koksowniach 5 m³/t koksu.

Ustalanie zapotrzebowania na wodę:

Przy ustalaniu potrzeb wodnych zakładu przemysłowego należy analizować procesy technologiczne i określić ilość wody zużywanej w kolejnych etapach tego procesu. Należy obliczać ilość wody potrzebnej do:

1. produkcji surowca wyjściowego

2. do mycia surowców i produktów

3. zasilania kotłów parowych itd.

4. chłodzenia urządzeń mechanicznych i produktów

5. zaspokojenia potrzeb sanitarnych i bytowych załogi

6. do celów przeciwpożarowych

7. hydrotransportu

ŚCIEKI:

• ścieki przemysłowe - mogą zawierać:
  - oleje
  - fenole i benzeny, wpływające na zapach, smak i wygląd wody
  - ropę naftową, rozkładającą się przez dłuższy czas i może dostawać się do łańcucha pokarmowego

• ścieki mineralne z kopalni węgla kamiennego:
  - są silnie zasolone
  - zawierają chlorki Ca, Mg, Na
  - siarczany
  - żelazo

• przemysł sodowy produkuje ścieki o dużym zasoleniu i toksyczności. Są to ścieki bardzo uciążliwe i hamujące proces samooczyszczania wód rzecznych.

• ścieki organiczne pochodzą z oczyszczania w przemyśle naftowym, mleczarskim, ziemniaczanym, garbarskim i tworzyw sztucznych.

• ścieki z przemysłu mleczarskiego pochodzą z mycia urządzeń, płukania masła, kazeiny zawierają detergenty i substancje wywołujące procesy gnilne

• ścieki z przemysłu ziemniaczanego powstają w wyniku płukania ziemniaków i krochmalu, niszczą organizmu znajdujące się w wodzie, powodują zanikanie tlenu a na dnie powstają gnijące osady

• ścieki z przemysłu garbarskiego

Zgodnie z prawem wodnym ścieki przemysłowe nieoczyszczone nie mogą być odprowadzane do wód stojących i płynących.

Woda jako środek chłodzący ( ok. 70% ), woda stosowana jest do chłodzenia:

• cieczy lub gazów przez bezpośrednie zetknięcie się z wodą chłodzącą ( np. chłodzenie urządzeń w zbiorniku lub powierzchniowe wymienniki ciepła typu rurowego )

• woda używana do chłodzenia pieca i urządzeń produkcyjnych

• ciał stałych przez polewanie wodą

Ilość wody potrzebną do chłodzenia urządzeń lub obiektów oblicza się z równania bilansu wodnego:

(1)

Q - ilość wody chłodzącej [l/s] [l/min]

C - ilość ciepła jaką trzeba odjąć produktowi w tej samej jednostce czasu [kcal/s] [kcal/min]

c - ciepło właściwe wody [1 kcal/kg⋅°C]

t₁- temperatura początkowa wody chłodzącej w [°C]

t₂- temperatura końcowa wody chłodzącej w [°C]

(2)

G - ciężar chłodzonego produktu [kg]

c` - ciepło właściwe produktu [1 kcal/kg⋅°C]

Δt` - spadek temperatur produktu [°C]

Ilość wody cieplnej, którą możemy odprowadzić do rzeki pod warunkiem jej wymieszania z wodą rzeczną oblicza się z takiej zależności:

(3)

Q - objętość wody zrzucanej do rzeki [m³/s]

Q_rz - objętość (przepływ) wody w rzece [m³/s]

ϕ - % wymieszania wody

t - temperatura wody w rzece po wymieszaniu z wodą zrzucaną [°C]

t_rz - temperatura wody w rzece [°C] poniżej zrzutu wody ciepłej

t₂ - temperatura wody zrzucanej do rzeki [°C]

Temperatura wody podgrzanej odprowadzanej do cieku nie może przekraczać w miejscahc zrzutu: - dla ryb łososiowatych 21°C

- dla ryb karpiowatych 28°C dyrektywa.....78/659

Systemy zamknięte chłodzenia wody:

1.Stawy chłodnicze - mogą być naturalne i sztuczne, przy niewielkiej wydajności chłodniczej do 200tys. kcal wymagany jest staw o powierzchni rzędu 800-1000 m² i głębokości 1,5-3 m.

2.Baseny rozpryskowe - mają wymiary: głębokość 1,5-2 m, szerokość 40-50 m oraz strefę ochronną o szerokości 7-10 m nad basenem znajduje się system rur z dyszami doprowadzającymi wodę podgrzaną, woda wypływa z dysz i chłodzi się w zetknięciu z powietrzem i opada do basenu

3.Wierze chłodnicze i chłodnie kominowe - składają się ze zraszalnika, urządzenia doprowadzającego wodę do zraszalników, zbiornika wody chłodzącej i komina wysokości kominów żelbetowych dochodzącej do 100 i więcej metrów.

5.05.2004

Energetyka wodna:

Energia wodna cieków może być wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej. Umownie wyróżnia się :

1. duże elektrownie wodne (ew) o mocy >1000kW = 1 MW

2. małe elektrownie wodne o mocy < 1000kW

3. mikro elektrownie wodne o mocy < 100kW

Zalety energetyki wodnej:

• koszty wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach wodnych są bardzo niskie

• eksploatacja tania i wygodna

• możliwość bardzo szybkiego włączania ew do sieci ( kilka minut ). W elektrowniach cieplnych włączanie do sieci trwa kilkadziesiąt (24-48) godzin, dlatego ew pracują jako awaryjno-szczytowe. Ew może pracować jako awaryjno-szczytowa jeśli poniżej zbiornika głównego jest dolny zbiornik wyrównawczy.

• Nie zanieczyszcza środowiska naturalnego wybudowanie ew o produkcji rocznej 5650GWh pozwala zaoszczędzić na zużyciu węgla rzędu 5 mln t rocznie

Przy ocenie możliwości wykorzystania energetycznego rzek, wielkość potencjału energetycznego czyli moc oblicza się z zależności:

[W]

P - moc wyrażona w [W]

ρ - gęstość wody

g - przyspieszenie ziemskie

H - różnica spadu [m/km]

Q - natężenie przepływu wody w rzece [m³/s]

Wykonano obliczenie potencjału energetycznego dla naszych rzek na długości 12 500km, tylko na długości 1000km można uzyskać moc Pj>500kW/km na długości 7600 można uzyskać moc jednostkową Pj<100kW/km . Najbardziej zasobne w energię są Wisła i Dunajec.

Produkcja w ew w Polsce w 1995roku wynosiła 3,8TWh (T - tera) 10¹² stanowi to ok..3% produkcji energii elektrycznej w elektrowniach cieplnych. W Polsce istnieje ok.120 większych elektrowni wodnych. Największe są elektrownie wodne szczytowo-pompowe zbudowane w latach 1973 - 1981 roku. Elektrownia Żydowo o mocy 150MW, Porąbka-Żar 500MW i na północy elektrownia Żarnowiec 680MW. Elektrownie wodne Dychów, Różnów, Solina, Włocławek oraz Czorsztyn-Nidzica pracują na dopływach naturalnych, mają łączną moc 518MW = 73% mocy wszystkich elektrowni pracujących na przepływie naturalnym. Dębe 22MW, Porąbka 12,6MW, Koronowo 27,5MW, Tresna 21MW - są to 4 ew o mocy >10MW.

W ramach programu Wisła planowano budowanie ew na stopniach wodnych rzeki:

1. na Wiśle górnej 7 ew = 120MW

2. na Wiśle środkowej 12 ew = 750MW

3. na Wiśle dolnej 6 ew = 1200MW i łączna roczna produkcja wszystkich ew na Wiśle wynosiłaby 5650GWh.

Na terenach rolnych korzystne byłoby odbudowanie zdewastowanych małych ew które wcześniej były nazywane zakładami o sile wodnej, większość z nich pracowała do 1954 roku ( jest ok. 5600 takich małych ew. i z tego niewielka część jest odbudowana )

Elektrownie wodne są użytkownikami a nie konsumentami gdzie woda pobierana i zrzucana jest w tym samym miejscu i nie wpływa na jakość wody.

Moc elektrowni Jeziorsko : P=g⋅Q⋅H [kW]

GW m n.p.m.	DW m n.p.m.	H m	Q m^3/s	P		moc instalacyjna Pe MW
									kW	MW
			116,07	111,00	5	35	1717	1,72
						70	3433	3,43	2,2
			121,50	111,00	10	35	3609	3,61	2,2
						70	7210	7,21	4,4

2 turbiny

moc instalacyjna P_e = ρ/1000⋅g⋅Q⋅H⋅η_t⋅η_g [kW]

η_t - współczynnik sprawności turbiny

η_g - współczynnik sprawności generatora

Roczna produkcja energii elektrycznej E = P⋅T⋅24 [kWh]

P - średnia eksploatacyjna moc elektrowni [kW]

T - czas przepływu wody przez elektrownie [doba]

24 - liczba godzin w ciągu doby [h]

E = 4000⋅365⋅24 = 35040000kWh = 35,04 GWh

Energetyka cieplna:

Jest ona poważnym użytkownikiem i stosunkowo niewielkim konsumentem. Potrzeby wodne w m³ na jednostkę produkcyjną energii elektrycznej, wyrażonej w MWh. Średni pobór wody 48,2 m³/MWh czyli potrzebny dopływ wody wynosi 48,2m³/3600MW=0,0134[m³/sMW]

Elektrownia Pątnów 2800MW⋅0,0134 m³/sMW=37,5m³/s

Żegluga śródlądowa:

Wykorzystywana jest do przewozu prefabrykatów (np. piasek, żwir) i surowców (np. węgiel kamienny, siarka) oraz drobnicy. W Polsce wyróżniamy 5 klas wodnych. Klasa wodna zależy od ładowności statku oraz szerokości trasy a także minimalnej głębokości gwarantowanej, minimalnego promienia łuku i od średniej głębokości nawigacyjnej.

Klasa I - dopuszczalna ładowność 300t, min R=250m, szerokość szlaku 30m, min głębokość 0,8m, głębokość średnia nawigacyjna 1,0m

Klasa V - dopuszczalna ładowność 3000t, min R=750m, szerokość szlaku 90m, min głębokość 3,0m, głębokość średnia nawigacyjna 3,5m

Ok. 97tys. km rzek i potoków na drogi żeglowne przypada 4615km a na drogi spławne 2240km. W Polsce wykorzystuje się ok. 2000km dróg wodnych.

DROGI WODNE w Polsce:

1. dolna Wisła od Płocka = 310km

2. górna i środkowa Wisła = 100km

3. Odra z kanałem Gliwickim = 684km

4. Noteć z kanałem Bydgoskim = 294km

5. kanał Warta - Gopło + Warta = 400km

6. kanał Żerański + odcinek Narwi = 80km

7. system jezior mazurskich = 150km

w sumie 2018km

Z ekonomicznego punktu widzenia najtańszy jest transport wodny ( aż czterokrotnie ) liczone na 1km. Rozwój żeglugi w Polsce wymaga nakładów na następujące elementy:

• przystosowanie dróg wodnych

• budowa i wyposażanie portów za i wyładowczych

• budowa statków i szkolenie załóg

12.05.2004

BILANS WODNO GOSPODARCZY ZLEWNI

Równanie bilansu wodno gospodarczego wg. wzoru Peneka-Oppdckowa

P - H = E + ΔR

P - opad całkowity

H - odpływ całkowity

E - parowanie

ΔR - retencja

Bilansowanie wodno-gospodarcze polega na porównaniu zasobów wodnych zlewni z potrzebami konsumentów, użytkowników uwzględniając jednocześnie gwarancje pokrycia potrzeb i wymogi jakościowe wody.

Metody statystyczne bilansowania wodno-gospodarczego

I.Metoda Bipromelu

Równanie podstawowe

Q_{I m} = Q_{o m} - Q_{n m} +
-Q_{p m}

Q_I - wyniki bilansu w profilu [m³/s]

Q_o - przepływ miarodajny [m³/s]

Q_n - przepływ nienaruszalny [m³/s]

ΔQ_d - zmiany przepływu spowodowane użytkowaniem wody powyżej profilu i ewentualnym zrzutem ze źródeł obcych

Q_p - sumaryczny pobór wody [m³/s]

m - indeks numer danego profilu bilansowego

Założenia metody

1). Warunki hydrologiczne i meteorologiczne nie ulegają zmiana podczas bilansowania

2). Woda jest w pełni przydatna do bilansowania i może być wielokrotnie wykorzystywana

3). Deficyty wody będą pokrywane w danym profilu zlewni

4). W profilach w których nie ma możliwości pokrycia niedoborów wody nie wprowadza się wielkości przewidywanych zrzutów.

Etap I - Wybór profilu bilansowego

Profil powinien być zlokalizowany w następujących przekrojach :

- powyżej lub poniżej większego dopływu

- w miejscach ujęć wód dla potrzeb gospodarki komunalnej

- w miejscu ujęcia wody do nawodnień

- w przekroju lokalizacji zapor, zbiorników, przerzutów wody lub innych ujęć

Zasoby dyspozycyjne w danych profilach Q_d obliczamy

Q_d = Q_{o m} - Q_{n m} +

Przepływ miarodajny Q_o ustala się na podstawie przepływów średnich rocznych SQ

Opracowujemy ciąg rozdzielczy przepływów średnich rocznych z okresu min. 20 lat. Następnie obliczamy prawdopodobieństwo empirycznie.

mx - numer kolejnego wyrazu ciągu

N - liczba wszystkich wyrazów ciągu

Z krzywej prawdopodobieństwa przyjmujemy jako przepływ miarodajny przepływ średni roczny o prawdopodobieństwie p=75-80%(SQ)p. Następnie określamy rok , w którym SQ jest równy (SQ)p. Ten rok przyjmujemy jako rok miarodajny. Dla tego roku określamy przeplew miarodajny Q_o dla okresów dekadowych lub pentadowych. Jeśli obliczenia prowadzi się tylko w jednym profilu to wtedy pomijamy przepływ ΔQ_d. Natomiast przy obliczeniach w kilku profilach, w kolejnych profilach z biegiem rzeki uwzględnia się różnice bilansowe w profilu położonym powyżej danego profilu. Przepływ nienaruszalny Q_n jest to przepływ, który musi być zachowany w cieku ze względów biologicznych, krajobrazowych, rekreacyjnych. W obliczeniach wartości Q_n można przyjmować jako przepływ min. roczny o p = 90% lub jako przepływ równy SNQ.

Wzór Kostrzewy (1980 r.) uwzględnia kryteria hydrobiologiczne

Q_n = k · SNQ

SNQ - przepływ średniej niskiej wody

K -parametr zależny od typu zlewni wielkości i jej powierzchni (0,5-1,5)

Wartości parametru „k” do wzoru Kostrzewy

Typ rzeki	Prędkości miarodajne przy SNQ [m^3/s]	Powierzchnia zlewni [km^2]	Parametr k
Nizinny	0,2	< 1000	1
				1000-2500	0.58
				>2500	0,5
		Przejściowy i podgórski	0,25	<500	1,27
				500-1500	0,77
				1500-2500	0,52
				>2500	0,5
		Górski	0,3	<300	1,52
				300-750	1,17
				750-1500	0,76
				1500-2500	0,55
				>2500	0,5

Na podstawie przepływów dyspozycyjnych i wielkości poborów bilansuje się zasoby w danym profilu, określa się niedobory lub nadmiary.

Jeśli oznaczymy przez B_I wynik bilansu w danym profilu, a B_II w profilu położonym poniżej, to możemy określić następujące równanie B_I = Q_dm -ΣQ_p

B_I >0 - nadmiar wody

B_I <0 - deficyt wody

Przy nadmiarze wody w przekroju B_II

B_II =Q_dm -ΣQ_p + ΣQ_z

Przy deficycie wody

B_II = Q_dm - ΣQ_p + ΣQ_z -B_I

W przekroju B_II

B_II = ΣQ_z

Q_p - wielkość poborów [m³/s]

Q_z - wielkość zużycia wody [m³/s]

Q_dm - przepływ dyspozycyjny [m³/s]

II.Metoda jednolitych bilansów wodno-gospodarczych

Opracowanie Hydroprojekt W-wa z 1992 r.

Ustalenia ogólne

1. Metodyka zawiera wytyczne do przygotowania bilansów wodno-gospodarczych, które będą podstawa do określenia warunków korzystania z wód dorzeczy.

2. Bilans wodno-gospodarczy jest to zestawienie zasobów dyspozycyjnych wód powierzchniowych i wód podziemnych z potrzebami wodnymi użytkowników. Bilans obejmuje porównanie ilościowe i jakościowe.

3. Celem bilansu jest:

a).ocena możliwości zaspokojenia potrzeb wodnych pod względem ilościowym i jakościowym użytkowników wód.

b).ocena zmian w środowisku wodnym spowodowana oddziaływaniem zewnętrznym (zrzuty wody, nadmierna eksploatacja ).

c).ocena wielkości niedoborów pod względem ilościowym.

d).przygotowanie koncepcji działań perspektywicznych.

4. Wyrozniamy dwa rodzaje bilansowania

a).stan aktualny, czyli odwzorowanie aktualnych warunków gospodarowania woda

b).bilans perspektywiczny - układ warunków gospodarczo-wodnych w przyszłości

5. Obszary bilansowe dostosowuje się do podziału hydrologicznego (zlewniowego ).

6. Przekroje bilansowe powinny być zlokalizowane w punktach istotnych dla rozrządu wody ( zapora czołowa zbiornika Jeziorsko ).

7. Opracowaniem, które powinno wyprzedzać opracowanie bilansu jest tzw. identyfikacja głównych problemów gospodarczo-wodnych zlewni, powinna zawierać min.

- ograniczenia środowiskowe

- założenia do bilansu

- wykaz opracowań związanych z bilansem itp.

8. Bilans wód podziemnych powinien wyprzedzać opracowanie bilansu wód powierzchniowych.

Ustalenia metodyczne dla bilansu zasobów wód powierzchniowych.

1).Definicje i założenia podstawowe

2).Opis zasobów wodnych zlewni

3).Jakość wód powierzchniowych

4).Określenie potrzeb wodnych

5).Dane dotyczące zbiorników retencyjnych

6).Dane dotyczące przerzutów miedzyzlewniowych

Zasady modelowania i optymalizacji

Model matematyczny odwzorowuje układ gospodarki wodnej w formie sieci przepływowej składającej się z :

a).węzłów - źródeł zasobów i miejsc poboru wody

b).łuków - kierunków przenoszenia się zasobów miedzy węzłami

c).współczynników wagowych określających preferencje dla opisania wielkości przepływów w danym luku

Kryterium optymalizacyjnym jest minimalizacja strat spowodowanych niespełnieniem potrzeb odbiorców i niedotrzymaniem wymagań odnośnie przepływów.

C. Ustalenia metodyczne dla bilansu wód podziemnych.

1). Bilans zasobów wód podziemnych ( czynniki ograniczające wykorzystanie wód podziemnych wpływ działań gospodarki na zasoby wód podziemnych, charakterystyka zbiorników wód podziemnych ).

2). Jakość wód podziemnych i ich wpływ na wielkość zasobów.

19.05.2004

GOSPODARKAWODNA NA ZBIORNIKACH

1.Cele i zadania budowy zbiorników

Celem budowy jest użytkowanie gospodarcze wód, ochrona przeciwpowodziowa, ochrona elementów przyrodniczych, wykorzystanie energetyczne oraz wykorzystanie rekreacyjne i rybackie.

Wszystkie zbiorniki niezależnie od wielkości i funkcji jaka spełniają przyczyniają się do zmniejszenia zagrożenia ponieważ magazynują cześć wód wezbraniowych. Ponad to wszystkie zbiorniki przyczyniają się do zasilania wód gruntowych droga infiltracji.

W Polsce w 1997 r. we wszystkich zbiornikach retencyjnych i nadpietrzonych jeziorach pojemność całkowita zmagazynowanej wody wynosiła 3,43 mln m³ (km³)-dotyczy zbiorników o V_c < 1,16 mln km³.

Pojemność użytkowa tych zbiorników

V_u = 1,2 mld m³

Pojemność powodziowa stała

R_s = 0,700 mld m³

Pojemność martwa

R_M = 0,39 mld m³

W Polsce magazynuje się ok. 5% odpływu średniego rocznego. Ze względu na deficyty wody poj. całkowita wszystkich zbiorników powinna wynosić ok. V_c =7,0 mld m³ w tym rezerwa powodziowa stała R_s wynosiła 1,5-2,0 mld m³

2. Podział zbiorników:

1. Kryteria podziału.
   Zbiorniki dzielimy ze wzgldu na:

1. Funkcje i zadania:

• zbiorniki powodziowe (suche i pldery)

• zbiorniki uzytkowe

1. Lokalizacje:

• nizinne (duże i płytkie)

• górskie (mniejsze, ale głębsze, podatne na erozję)

1. Sposób uzyskania pojemności:

• naturalne (stawy i jeziora)

• sztuczne (spiętrzenia w dolinie rzek i podpiętrzenia jeziora)

1. Klasy budowli hydrotechnicznych - rozporządzenie MOŚZS,L z dnia 20.12.1996, w sprawie warunków technicznych jakim powinny odpowiadać obiekty budowlane gospodarki wodnej i ich usytuowanie Dziennik Ustaw nr 21 poz.,111 4 klasy ważności:

• Klasy ważności wyróżnia się w zależności od:

• rodzaju podłoża i wysokości spiętrzenia

• skutków awarii budowli hydrotechnicznych, powodujących utratę pojemności lub zatopienie terenów doliny poniżej zbiornika

• obszar nawadniany lub odwadniany

• obszar chroniony wałami przeciwpowodziowymi

• moc elektrowni wodnej

• budowle przeznaczone do zaopatrzenia w wodę (zaliczamy do I i II klasy ważności)

1. Na pojemność zbiornika:

• V_c <10mln m³ - zbiorniki małe

• V_c = 10-100mln m³ zbiorniki średnie

• V_c >100mln m³ zbiorniki duże

1. Rodzaje zbiorników za względu na funkcje i zadania;

1. zbiorniki powodziowe - zbiorniki jedno funkcyjne, cała pojemność przeznaczona jest na ochronę przeciwpowodziową

• zbiorniki suche - napełniane są tylko w okresie wezbrań w pozostałym okresie czasu, czasza zbiornika wykorzystywana jest jako łąki i pastwiska. Budowane są w górnych biegach rzek (górskich) . Regulacja odpływu ze zbiornika suchego odbywa się za pomocą ciągle otwartych upustów dennych. Pojemność suchych zbiorników jest określana tak że fala powodziowa P3% mieści się w zbiorniku w całości, a fala P1% w 70% powinna mieścić się w zbiorniku.

• zbiorniki ..... - się wodę przy wezbraniach w okresie pozawezbraniowym lub przy małych wezbraniach, wykorzystywane są jako łąki i pastwiska
  
  
  

1. Zbiorniki użytkowe:

• zbiorniki komunalne - magazynują wodę w celu zaopatrzenia w wodę ludności, zwierząt na terenie miast i osiedli wiejskich. Do tej grupy zalicza się zbiorniki infiltracyjne zasilające warstwy wodonośne ujęć wód podziemnych

• zbiorniki rolnicze - przeznaczone są do nawodnień i hodowli ryb. Woda magazynowana jest w okresie wezbrań wiosennych i użytkowania w okresie wegetacyjnym. Z reguły ich pojemność jest mała od 1 do kilku mln m³. Charakteryzują się dużą wysokością warstwy użytkowej V_u = 0,5 - 0,9 V_całk. (V_u = 0,85V_c)

Podział zbiorników rolniczych:

Nazwa	Pojemność V [mln m^3]	Powierzchnia zlewni [ha]	Powierzchnia nawadniana [ha]
						Deszczownie	Podsiąkowe
-zbiorniki małej retencji: *stawy wiejskie małe *stawy wiejskie duże *zbiorniki wiejskie małe *zbiorniki wiejskie duże -zbiorniki retencyjne: *małe *duże *bardzo duże	0,05 0,05-0,25 0,25-0,5 0,5-1,0 1-5 5-50 >50	5 5-25 25-50 50-100 - - -	- 10-50 70-300 70-300 300-1500 - -	- - 50-200 50-200 250-1250 - -

• zbiorniki przemysłowe - magazynują wodę na potrzeby procesów technologicznych, przede wszystkim do chłodzenia

• zbiorniki energetyczne - magazynują wodę do potrzeb produkcji energii elektrycznej

• zbiorniki sanitarne - osadniki, czy stawy natleniające, budowane są wg zasad stosowanych w oczyszczalniach. Zaliczamy tu zbiorniki wstępne, budowane w górnej części zbiornika głównego. Zbiorniki wstępne przechwytują zawiesiny mineralne i roślinne oraz rumowisko wleczone, przyczyniają się do przedłużenia żywotności zbiornika głównego i poprawy jakości wody w zbiorniku głównym. Powstają przez wykonanie dodatkowej przegrody w postaci zapory ziemnej z urządzeniem przelewowym.

• zbiorniki rekreacyjne - powinny mieć wody co najmniej 2klasy czystości. Amplituda wahań stanów wody <0,5m

Rozróżniamy 2 rodzaje zbiorników:

• powstałe w wyrobisku kopalń (gliny, żwiru)

• powstały przez spiętrzenie wody w dolinie cieku, głębokość wody powinna wynocić ok.3m, powierzchnia 4-5ha a plaże na brzegach o nachyleniu od 1:5 do 1:10

Klasyfikacja funkcjonalna planów gospodarki wodnej na zbiornikach:

1) Plan regulacji odpływu - opracowany z danych hydrologicznych z minionego wielolecia.

Celem tego planu jest:

1. ustalenie pojemności zbiornika

2. podział pojemności na warstwy funkcjonalne

3. określenie danych do wymiarowania urządzeń zrzutowych

4. ustalenie danych do opracowania instrukcji eksploatacji zbiornika

5. określenie danych do obliczeń fali spiętrzenia w przypadku ewentualnej awarii zapory czołowej zbiornika

2) Plan regulacji operacyjnej - dotyczy gospodarki woda na zbiornikach w warunkach eksploatacji .

Wykorzystuje się tutaj:

1. bieżące obserwacje hydrologiczne

2. ustalenia zawarte w instrukcji gospodarki wodnej zbiornika

Na podstawie w/w informacji określa się:

• najkorzystniejsze warunki korzystania z wód zbiornika

• warunki bezpiecznego odprowadzania wód w okresie przejścia fali powodziowej przez zbiornik

26.05.2004

Klasyfikacja zbiorników wg okresów wyrównania

1. Regulacja roczna - polega na przerzucie wody z okresów nadmiaru do okresu niedoboru i ten proces odbywa się w zamkniętym cyklu rocznym. Wyróżniamy tutaj:

1. wyrównanie roczne zupełne

2. wyrównanie roczne niezupełne

2. Regulacja wieloletnia - polega na przerzucie nadmiaru w okresie mokrym do okresu niedoboru w latach suchych. To wyrównanie wieloletnie przedstawia się jako wyrównanie średnich rocznych odpływów Q_śr na średni odpływ wieloletni Q_o

Q_o - średni odpływ z wielolecia

Regulacje wieloletnie stosuje się na największych zbiornikach na świecie.

3. Regulacja dobowa odpływu - występuje w przypadku zmiennego zapotrzebowania na wodę w ciągu doby. Przepływ w rzekach w ciągu doby możemy traktować jako stały, za wyjątkiem przejścia fali wezbrań na małych ciekach.

Ze względu na krótki okres wyrównania, pojemności zbiorników dobowych są bardzo małe w porównaniu z pojemnościami zbiorników pracujących w cyklu rocznym.

4. Regulacja roczna kombinowana z dobową - ma to miejsce w przypadku zbiorników wielozadaniowych. Dobową zmiennością zapotrzebowania na wodę charakteryzują się tacy odbiorcy jak wodociągi, energetyka wodna, częściowo rolnictwo. W tych przypadkach zaangażowana jest cienka warstwa wody o niewielkiej pojemności i w niektórych przypadkach może to być pominięte.

HYDROLOGICZNE PODSTAWY PLANU GOSPODARKI WODNEJ (na zbiorniku)

Operat hydrologiczny powinien zawierać wszystkie dane potrzebne do:

• opracowania projektu zbiornika;

• opracowania wytycznej do jego eksploatacji.

Operat powinien składać się z następujących części:

1. Opis fizjograficzny zlewni zbiornika, który powinien zawierać:

1. warunki klimatyczne i fizjograficzne

2. temperatury

3. opady

4. morfologie i geologie terenu

5. szata roślinna (leśna)

6. występowanie jezior.

2. Wykaz stacji pomiarowej

3. Zestawienie obserwacji wodowskazowych; (najkrótszy okres obserwacji wynosi 15 lat)

4. Opracowanie ciągów przepływów (hydrogramy przepływu). Ciągi te stanowią podstawę obliczeń gospodarki pojemnością użytkową zbiornika.

5. Analizy probabilistyczne średnich przepływów rocznych. Wykorzystuje się do ustalenia gwarancji pokrycia zapotrzebowania na wodę poszczególnych użytkowników (odbiorców).

6. Opracowanie ciągu przepływów maksymalnych. Określa się:

1. serie hydrogramów fal powodziowych

2. kształt fali wezbrania

3. okresy występowania fal wezbraniowych.

Na podstawie tych danych określa się:

1. pojemność rezerwy powodziowej zbiornika

2. wytyczne dla gospodarki wodnej w okresie powodzi





7. Określenie maksymalnych przepływów prawdopodobnych. Określa się tzw.:

Q_m -> przepływ miarodajny

Q_k -> przepływ kontrolny

Na bazie serii hydrogramów fal powodziowych można wyznaczyć krzywe prawdopodobieństwa pojemności szczytów fali Vs

8. Obliczenia parowania z wolnej powierzchni wodnej. Wykonuje się celem określenia strat wody w zbiornikach.

9. Filtracja ze zbiornika w celu oceny strat wody na zbiorniku

10. Określenie ilości i składu granulo metrycznego rumowiska transportowanego przez rzekę

FUNKCJONALNY PODZIAŁ POJEMNOSCI ZBIORNIKA

PM -> poziom martwy

DPP -> dolny poziom rezerwy powodziowej przygotowanej

NPP -> normalny poziom piętrzenia użytkowego

NP -> normalny poziom piętrzenia

Max PP -> najwyższy poziom piętrzenia

Vm -> pojemność martwa (poniżej poziomu upustów dennych)

Vu -> pojemność użyteczna zbiornika

V -> pojemność zbiornika w normalnych warunkach eksploatacji

Vc -> pojemność całkowita zbiornika

Rp -> rezerwa powodziowa przygotowana (częściowo opróżniana przed nadejściem fali)

Rs -> stała rezerwa powodziowa

Rf -> rezerwa powodziowa forsowana (wymuszona)

Rc -> całkowita rezerwa zbiornika

R_c = R_p + R_s + R_f

CHARAKTERYSTYKA REŻIMU ZBIORNIKA

1. Krzywe charakterystyczne zbiornika

1. krzywa powierzchni zalewu F = f(h)

2. krzywa pojemności zbiornika V = f(h)

Zapora: Plan warstwicowy czaszy zbiornika:

Przyrost objętości:




6

wieża ciś.

pompownia

zakład

oczyszczalnia

wieża ciś.

zakład

pompownia

pompownia II stopnia

oczyszczalnia

---