HYDROLOGIA - w najogólniejszym znaczeniu nauka zajmująca się badaniem hydrosfery oraz zjawisk i procesów, jakie w niej zachodzą.

Ze względu na tematykę hydrologię dzielimy na:

• hydrologie właściwą zajmująca się zagadnieniami występowania i krążenia wody w hydrosferze,

• hydrofizykę z hydromechaniką zajmujące się fizycznym aspektem zjawisk wodnych,

• hydrobiologie zajmująca się życiem w środowisku wodnym,

• hydrochemie zajmująca się chemicznymi właściwościami i przemianami wód

• Gałęzie hydrologii

• hydrometeorologia

• potamologia

• limnologia

• oceanologia

• agrohydrologia

• hydrogeologia

• glacjologia

• geohydrologia

HYDROSFERA - wodna powłoka ziemi przenikająca skorupę ziemska i atmosferę ziemską. Obejmuje wody powierzchniowe, wody podziemne, lodowce, parę wodna w atmosferze i skorupie ziemskiej.

Przeważająca ilość wody zmagazynowana jest w ocenach przez czas dłuższy niż potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego. Ocenia się, że około 1338000000km³ światowych zasobów wody znajduje się w oceanach. Stanowi to około 96,5 %zasobów wody.

• 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:

• PIG Państwowy Instytut Geologiczny.

• IMiGW Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej

POSTERUNEK TERENOWY - miejsce prowadzenia pomiarów jednego bądź kilku elementów

STACJA - zadaniem stacji jest nadzór nad posterunkami oraz wykonywanie pomiarów przepływu w przekrojach wodowskazowych znajdujących się na danym obszarze, jak również sporządzanie zestawień oraz wstępne opracowanie materiałów obserwacyjnych i pomiarowych.

SIEĆ OBSERWACYJNO-POMIAROWA:

• hydrologiczna

• meteorologiczna.

Sieć hydrologiczna - posterunki:

• wodowskazowe: stany wód, temperatura wody,

• wód podziemnych: stany, temperatura,

• wydajność źródeł; pomiar wydajności, temperatura,

• ewaporymetryczne: pomiar parowania,

• morskie: zasolenie, falowanie, zlodzenie.

Sieć meteorologiczna - posterunki

• opadowe; wysokość opadu, temperatura opadu, gęstość śniegu,

• meteorologiczne: kierunek i siła wiatru, nasłonecznienie, temperatura powietrza,

• fenologiczne: ważniejsze przejawy rozwoju roślin mające wpływ na warunki wodne.

• PUBLIKACJE

• Roczniki hydrologiczne - stany wód powierzchniowych Odry i Wisły

• Rocznik wód podziemnych

• Wyniki pomiarów hydrometrycznych - prędkość i natężenie przepływu oraz transport unosin

• Opady atmosferyczne

• Rocznik meteorologiczny

• PRAWO

W 2004 r. rozpoczęto wdrażanie monitoringu jakości wód zgodnego z wymogami 2000/60/UE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23,10,2000 zwanej Ramową Dyrektywą Wodna (RDW)

• Harmonogram wdrażania RDW

1. prawo wodne z dnia 18,07,2001, DZ.U>2001,115,1229 z dnia 11,10,2000.

2. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27.11.2002 w sprawie wymagań, jakimi powii8ny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrywania ludności w wodę przeznaczoną do spożycia ( Dz.U. nr 204/2002 poz. 1718).

3. domyślnie dążymy do pełnj zgodności z Ramowa Dyrektywa i Dyrektywa Córką - całość do 2007.

4. ustawa z dnia 4.02.1994 Prawo Geologiczne i górnicze ( Dz.U. nr 27)

• ZASOBY WODNE NA ZIEMI

Krążenie wody w przyrodzie to zjawisko ciągłego przemieszczania się wody pomiędzy atmosferą, hydrosfera a litosferą. Zachodzi ono w strefie obejmującej troposferę i wierzchnią warstwę skorupy ziemskiej tj. od około 0,8 km wgłęb litosfery do około 16 km atmosfery i stanowi zamknięty cykl obiegu wody tzw. cykl hydrologiczny.

Obieg wody nie ma punktu początkowego, ale możemy prześledzić cały cykl poczynając od oceanu. Siłą napędową procesu obiegu wody jest Słońce. Podgrzewa ono wodę w oceanie, ta zaczyna parować i w postaci pary unosi się nad oceanem. Wznoszące prądy powietrzne przenoszą parę wyżej, do atmosfery, gdzie niska temperatura wywołuje proces kondensacji, powstają chmury. Poziome prądy powietrzne, z kolei, przenoszą chmury wokół globu ziemskiego. Drobne cząsteczki wody w chmurach zderzają się ze sobą, powiększają swoją masę i w końcu, w postaci opadu spadają na ziemię. Opadem może być śnieg, który gromadząc się na powierzchni Ziemi z czasem przekształca się w pokrywę lodową i lodowce. Te ostatnie mogą zatrzymać zamrożoną wodę na tysiące lat. W cieplejszym klimacie pokrywa śnieżna zwykle wiosną roztapia się. Część wód opadowych i roztopowych spływa po powierzchni ziemi, tworząc odpływ powierzchniowy. Dociera do rzek i jako przepływ rzeczny podąża w stronę oceanu. Woda spływająca po powierzchni lub przesiąkająca w głąb zasila jeziora słodkiej wody. Znaczna część wody przesiąka, infiltruje do gruntu. Woda utrzymująca się stosunkowo blisko jego powierzchni tworzy odpływ gruntowy, zasilający wody powierzchniowe (i ocean). Część wód gruntowych znajduje ujście na powierzchni Ziemi, gdzie pojawia się w postaci źródeł słodkiej wody. Płytkie wody gruntowe wykorzystywane są przez system korzeniowy roślin. W roślinach woda transpirowana jest przez powierzchnię liści i z powrotem przedostaje się do atmosfery. Część wody infiltrującej do gruntu przesiąka głębiej, zasilając warstwy wodonośne (nasycone wodą warstwy gruntu), które magazynują ogromną ilość słodkiej wody przez długi czas. Jednak po jakimś czasie woda ta dotrze do oceanu, gdzie cykl obiegu wody "kończy się".... och nie - gdzie się "rozpoczyna".

Obieg wody w przyrodzie obejmuje obieg duży pomiędzy atmosfera, morzem, a kontynentem. Dzielimy go na dwa obiegi małe: I miedzy morzem a atmosferą, II faza kontynentalna - lądowa- opad atmosferyczny, odpływ podziemny, wsiąkanie, odpływ powierzchniowy, retencja, faza atmosferyczna - parowanie, przemieszczanie i kondensacja pary wodnej.

INFILTRACJA - wsiąkanie wody opadowej w głąb terenu, podstawowa forma zasilania wód podziemnych. To, co faktycznie dopłynie do wód podziemnych to tzw. infiltracja efektywna.

DOPŁYW LATERALNY - dopływ boczny , z sąsiadujących terenów wodonośnych.

ASCENCJA

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

P = E

P - całkowity opad atmosferyczny na obszarze lądów i oceanów

E - całkowite parowanie lądów i oceanów

• Faza kontynentalna

Pk-Ek-Hk=Rk

Pk - całkowity opad atmosferyczny na obszarze lądów

Ek - całkowite parowanie na obszarze lądów

Hk - całkowity odpływ powierzchniowy na obszarze lądów

Rk - zmiana retencji na obszarze lądów

• Faza oceaniczna

Po-Eo+Hk=Ro

Po - całkowity opad na obszarze oceanów

Eo - całkowite parowanie na obszarze oceanów

Hk - całkowity odpływ wody z lądów

Ro - zmiana retencji w oceanach./

CZAS WYMIANY

Rzeki są tym ogniwem kontynentalnym w którym wymiana wody odbywa się bardzo szybko, od 12 cdo25 dni. Wymiana wody w jeziorach jest wolniejsza, szacuje się ja na około 3 lata. Największa aktywnością charakteryzuje się woda w atmosferze, wymienia się co 8 dni. Teoretycznie woda jako całość w hydrosferze wymienia się co 2700 lat.

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

Ciekami jako obiektami wodnymi zajmuje się potamologia.

RZEKA jest obiektem naturalnym, zasilanym wodami powierzchownymi lub podziemnymi. Ma ukształtowane koryto, a woda płynie pod wpływem siły ciężkości. Płynie w dolinie ukształtowanej w sposób naturalny (erozja).

DOLINA CIEKU - obszar położony po obu stronach cieku, utworzony na skutek erozyjnego działania wody płynącej. Najniżej położona część doliny, znajdująca się stale lub okresowo pod wodą nazywana jest łożyskiem lub korytem cieku.

KORYTO- najniższa część doliny wyżłobiona przez rzekę , która płynie przez większą część roku( Lambor wyróżnia koryto niskiej wody czyli część koryta, którą rzeka płynie cały rok)

TARAS ZALEWOWY - część dna doliny, która okresowo, przy wysokich stanach wód jest zalewana

ŁOŻYSKO - koryto łącznie z obszarem zalewowym

Przekrój poprzeczny koryta cieku można opisać podając następujące parametry:

• Szerokość zwierciadła wody w metrach (B)

• Powierzchnia przekroju poprzecznego w m² (F)

• Głębokość maksymalna koryta przy danym napełnieniu, czyli szerokości

• Obwód zwilżony(P), czyli długość odcinka w metrach obwodu przekroju poprzecznego, na której woda styka się z podłożem.

KILOMETROWANIE RZEKI ZACZYNAMY ZAWSZE OD UJŚCIA I IDZIEMY W STRONĘ ŻRÓDŁA!!!

Sieć rzeczna, jej układ i gęstość zależy od warunków fizyczno-geograficznych na danym obszarze. Gęstość sieci rzecznej można zobrazować jedyną z następujących charakterystyk:

Średnia gęstość się ci rzecznej - iloraz długości cieków różnego rzędu i powierzchni pola rozpatrywanego obszaru (dorzecza, zlewni)

D = L / A (m/km²)

Wskaźnik gęstości cieków (F_n) - iloraz całkowitej liczby cieków rożnego rzędu i powierzchni ich zlewni

F_n = N/P (1/km2)

Spadek podłużny cieku - różnica wysokości na danym odcinku

Spadek średni rzeki - różnica wysokości między źródłem a ujściem rzeki do odległości między nimi

Rzeka infiltrująca - oddaje wodę do warstwy wodonośnej

Rzeka drenująca - pobiera woda z warstwy wodonośnej

W Polsce rzeki drenujące okresowo mogą być infiltrujące. Na stałe taka sytuacja ma miejsce kiedy w dolinie mamy ujęcie wody.

PODZIAŁ RZEKI:

• bieg górny ( duży spadek, duża prędkość, erozja wgłębna)

• bieg środkowy ( spadek i prędkość maleje, erozja denna maleje na rzecz erozji bocznej, powstają zakola, meandry)

• bieg dolny (mała prędkość i spadek, akumulacja przeważa nad erozją)

ZLEWNIA - część powierzchni terenu zamknięta działem wodnym w dowolnym profilu (np. wodowskazowym, zapory, mostu, ujścia cieku), z którego wody spływają do jednego wspólnego odbiornika (rzeki, jeziora, bagna). W przypadku, gdy zlewnia obejmuje cały system rzeczny, tj. system rzeki głównej i jej dopływów, pojecie zlewni jest równoznaczne z pojęciem dorzecza.

ZLEWISKO MORZA - zespół dorzeczy odprowadzający wody do jednego wspólnego morza.

DORZECZE - jest obszarem, z którego wody spływają do jednego systemu rzecznego.

DZIAŁ WÓD - granica zlewni. Rozróżnia się dział wód powierzchniowych ( topograficzny) i dział wód podziemnych. Dział wód powierzchniowych jest to linia rozdzielająca kierunki odpływu wód do dwóch rożnych systemów rzecznych.

Wyznaczanie granic poszczególnych zlewni na obszarze dorzecza jest nazywane podziałem dorzecza. Wykonując podział dorzecza otrzymujemy zlewnie cząstkowe ( elementarne), Zlewnie poszczególnych dopływów rzeki głównej i tzw. przyrzecza, obszary bezpośrednio odwadniane do rzeki głównej , położone nad nią między zlewniami jej dopływów.

Wyznaczanie granic wód podziemnych wykonuje się z mapy hydroizohips ( mapa ukształtowania powierzchni wód podziemnych) . Dział wód powierzchniowych może, ale nie musi pokrywać się z działem wód podziemnych.

Mapa hydrograficzna przedstawia dział wód powierzchniowych

OBSZAR BEZODPŁYWOWY - nie można wyznaczyć odbiorników wód ( tylko infiltracja, albo parowanie)

• POMIARY STANÓW WODY

Pomiar stanów wód podziemnych przeprowadza się za pomocą studni kopanych albo specjalnych otworów tzw. piezometrów( rura, na dole filtr)

Świstawka - urządzenie wpuszczane do piezometru, które w momencie kontaktu z wodą wydaje dźwięk podobny do gwizdu

Grubość lodu na rzece mierzymy za pomocą kosy.

Natężenie zjawisk lodowych mierzy się za pomocą celownika.

Natężenie spływu kry mierzy się za pomocą stopera i wyznaczonego odcinaka rzeki.

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 cm) i oznaczana literą H.

WODOWSKAZ - jest to wyskalowany przyrząd do mierzenia poziomu wody osadzony w określonym profilu pomiarowym (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

ZERO WODOWSKAZU - umowny poziom usytuowania początku skali [0 cm] na łacie wodowskazowej, dowiązany geodezyjnie do państwowej sieci niwelacyjnej, wyrażony w metrach [n.p.m.] w Kronsztad.

RZĘDNA ZERA WODOWSKAZU - rzędna punktu zerowego wodowskazu określona niwelacyjnie w stosunku do poziomu odniesienia.

PROFIL WODOWSKAZOWY - profil, w którym dokonywane są obserwacje hydrologiczne i pomiary hydrometryczne.

WW (wysoka woda) - najwyższy stan roczny
NW (niska woda) - najniższy stan roczny

Podstawowe warunki wodowskazowe:

• koryto rzeki musi być zwarte i jednolite

• zwierciadło wody musi być swobodne

• możliwości techniczne przeprowadzania stałych pomiarów

• dna rzeki nie powinno ulegać zmianom (erozja)

• musi posiadać dokumentacje

• musi być zaniwelowany do państwowej sieci niwelacyjnej (określenie rzędnej zera wodowskazu)

Obserwacje stanów wód powierzchniowych dzieli się na stałe i terminowe (zwyczajne i nadzwyczajne). Obserwacje stałe przeprowadza się codziennie o godzinie 7 rano.

Ilość wody w rzecze zależy od:

• ilości i wielkości dopływów

• zjawiska infiltracji dolinowej

• poborów i zrzutów wód

• zbiorników retencyjnych

ROK HYDROLOGICZNY - ciągły dwunastomiesięczny okres, w Polsce od 1 listopada do 31 października; wprowadzony dla łatwiejszego bilansowania zasobów wodnych. Wszystkie charakterystyki hydrologiczne obliczane są dla lat hydrologicznych.

STANY CHARAKTERYSTYCZNE (opracowywane dla potrzeb hydrologii operacyjnej) - publikacja IMGW dla posterunków wodowskazowych sygnalizacji codziennej i powodziowej, w której zamieszczone są stany charakterystyczne, ekstremalne i średnie z wielolecia. Oprócz zwykle opracowywanych stanów charakterystycznych do zestawienia wprowadzono stany alarmowe, ostrzegawcze oraz graniczne między strefami stanów niskich i średnich oraz średnich i wysokich. Obecnie stany te aktualizowane są co rok. Hydrologiczne definicje konkretnych stanów charakterystycznych można znaleźć m.in. w pracach Dębskiego (1970), Lambora (1971) i Ozga-Zielińskiej (1997).

Do stanów głównych I stopnia zaliczamy:

• Stan minimalny NW

• Stan maksymalny WW

• Stan przeciętny (średni) SW

• Stan zwyczajny (stan środkowy) ZW

KRZYWE HYDROGRAFICZNE

KRZYWA CZASÓW TRWANIA - wykres przedstawiający czas, w ciągu którego wartość danego parametru, np. stanu wody, jest równa lub większa od pewnej zadanej jego wartości, niezależnie od czasu jego wystąpienia. Krzywa czasu trwania stanów wody obrazująca czas trwania danych stanów wody ( liczba dni w ciągu danego okresu przy obserwacjach terminowych stałych) wraz ze stanami wyższymi lub wraz ze stanami niższymi

KRZYWA CZĘSTOŚCI - krzywa określająca związek możliwych wartości zjawiska hydrologicznego z częstością jego występowania. Częstość stanów wody liczba wystąpień określonego stanu w określonym czasie

KRZYWA KONCENTRACJI (gałąź wznosząca hydrogramu) - część hydrogramu przedstawiająca przybór wody aż do osiągnięcia kulminacji.

KRZYWA RECESJI (krzywa opadania, wysychania) - krzywa obrazująca spadek przepływu rzecznego w wyniku malejącego zasilania przez wody powierzchniowe. Przy przedłużającym się braku zasilania przechodzi w krzywą wysychania, która obrazuje tempo wyczerpywania zapasu wód podziemnych.

KRZYWA SUM CZASÓW TRWANIA PRZEPŁYWÓW - krzywa określająca czas trwania danego przepływu (wraz z niższymi lub wyższymi) w roku hydrologicznym, niezależnie od porządku chronologicznego. Czas trwania może być podany w dniach lub procentach.

KRZYWA SUMOWA (krzywa całkowa) - krzywa sumowania określonych wartości np. przepływów w funkcji czasu.

KRZYWA PRZEBIEGU STANÓW WODY (hydrogram) - jest to krzywa przedstawiająca przebieg stanów wód rzeki w czasie w określonym przekroju hydrometrycznym.

H = f(t)

Stany skrajne do określenia amplitudy przepływu, nie można z tego odczytać ile taki stan trwał.

ZWIĄZKI WODOWSKAZOWE

Hydrogramy wykazują duże cechy podobieństwa, jeśli dotyczą tej samej rzeki lub rzek sąsiednich. Stany można ze sobą porównywać, mówimy wtedy o korespondencji stanów wody.

• Związki wodowskazowe służą do

• korekty stanów wodowskazowych,

• uzupełnienie braków stanów wód,

• kontroli zmian zachodzących w korycie rzeki ( erozja, zarastanie)

• kontroli poziomu zera wodowskazu

• opracowywania prognoz hydrologicznych

Zbiór stanów korespondujących nanosi się na układ osi współrzędnych prostokątnych w postaci zbioru punktów gdzie:

• Ha=x

• Hb=y

Taki wykres nazywamy diagramem korelacyjnym.

Liniowy związek określamy za pomocą równania y= a*x + b, gdzie y to stan na wodowskazie dolnym, a x stan na wodowskazie górnym.

Stopień zależności miedzy x, y charakteryzuje współczynnik korelacji r. wartość r² pokazuje w jakim procencie zmienna y zależy od zmiennej x, a w jakim procencie przypada na czynniki oboczne.

NATĘŻENIE PRZEPŁYWU - ilość wody przepływającej przez przekrój poprzeczny koryta w jednostce czasu w m³/s.

METODY BEZPOŚREDNIE POMIARU:

• metoda objętościowa ( mierzymy objętość w czasie, za pomącą naczynia o znanej objętości)

• metody hydrauliczne (w przepustach czy zwężeniach)

• metoda rozcieńczania wskaźnika ( do cieku wprowadza się wskaźnik o dane objętości i stężeniu, i mierzy odległość na jakiej wskaźnik uległ całkowitemu rozpuszczeniu czyli tzw. przekrój detekcji. przelicza się za pomocą specjalnych równań)

METODY POŚREDNIE POMIARU - polegają na pomiarze elementów od których przepływ zależy . najczęściej tymi elementami są: prędkość przepływu v , powierzchnia przekroju poprzecznego A

Natężenie przepływu obliczamy ze wzoru:

Q = v*f

Metody te dziel się w zależności od sposobu pomiaru prędkości przepływu na:

• metoda pływakowa- rzuca się coś na powierzchnie wody i mierzy się czas w jakim to ciało przebyło określona drogę,

• metoda młynka hydrometrycznego - przyrząd do pomiaru prędkości przepływu, a pośrednio do pomiaru natężenia przepływu

Młynek hydrometryczny - przyrząd do pomiaru punktowej prędkości wody.

RODZAJ CIEKU WODNEGO WRAZ Z METODĄ POMIARU

• rzeki - metody pośrednie oparte na pomiarach przekroju i prędkości

• potoki górskie - metoda rozcieńczania wskaźnika , za pomocą przelewów pomiarowych

• kanały większe - metoda hydrauliczna

• kanały mniejsze - metoda hydrauliczna

• źródła, odpływ z pomp - metoda objętościowa, przelew objętościowy

MIARY ODPŁYWU ( PRZEPŁYWU)

Podstawowa miarą odpływu jest natężenie przepływu. ODPŁYW v jest to ilość wody , która odpływa przez przekrój poprzeczny koryta cieku z określonej zlewni w ciągu określonego czasu np. miesiąca lub roku. Jednostka: m³.

Odpływ obliczany jest jako iloczyn średniego w danym czasie natężenia przepływu Q i czasu t w sekundach

V = Q*t

OBJĘTOŚĆ ODPŁYWU oblicza się z zależności:

V = 86400Qs*d

Qs przepływ średni w danym profilu

d - układ dni

ODPŁYW JEDNOSTKOWY q - natężenie przepływu na jednostkę powierzchni zlewni, w l/s/ km²

q = 1000Q/A

A - powierzchnia zlewni w km²

WARSTWA ODPŁYWU H - stosunek objętości odpływu z danego obszaru V do powierzchni tego obszaru A (mm)

H = V/A

WSPÓŁCZYNNIK ODPŁYWU  - iloraz warstwy odpływu H i opadu P wyrażony jako liczba niemianowana lub w %. Informuje jaka część widy opadowej odpłynęła z danego obszaru

 = H / P

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

Hydrogram odpływu uformowany przez pojedynczy opad ma kształt niesymetrycznej krzywej o następujących cechach charakterystycznych:

• krzywa wznoszenia , której kształt uzależniony jest od charakteru opadu, warunków fizyczno-geograficznych zlewni, pierwotnego zwilgocenia w zlewni.

• kulminacja- największa wartość przepływu w danym cieku

• krzywa opadania - charakteryzuje bardzo szybkie zmniejszanie się przepływu w cieku,

• krzywa wysychania - charakteryzuje się powolnym spadaniem przepływu w cieku, charakterystyczne dla okresu bezopadowego

ODPŁYW PODZIEMNY - ilość wody która odpływa z danego obszaru i zasila drogą podziemną rzeki, zbiorniki i morza

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

SCHEMATY KICIŃSKIEGO - pozwalające określić co w rzece pochodzi od wód podziemnych a co od powierzchniowych

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 wezbrania i czasu jego trwania , a jego kulminacja występuje nieco później niż maksymalne wezbranie

3. w czasie wezbrania odpływ podziemny maleje w wyniku wzrostu stanów wody w rzece lub wcale nie występuje genetyczny podział hydrogramu w metodzie tej przyjmuje się ze termin wystąpienia kulminacji odpływu podziemnego przesunięty jest w stosunku do kulminacji spływu powierzchniowego o czas t. Wartość tego parametru wynosi od 0 do 14. w zlewni górskie jest bliska zeru, w zlewniach nizinnych bliska górnej granicy.

WEZBRANIE - wzrost stanu wody w rzecze wywołany zwiększonym dopływem wody do koryta lub utrudnionym odpływem, lub spiętrzeniem wody.

Ze względu na genezę wezbrania dzieli się na:

• opadowe nawalne spowodowane gwałtownymi opadami letnimi

• opadowe rozlewne spowodowane opadami ciągłymi

• roztopowe spowodowane gwałtownym topnieniem pokrywy śnieżnej

• zatorowe lodowe spowodowane spiętrzeniem wody przez zator lodowy

• zatorowe śryżowe spowodowane spiętrzeniem wody przez śryż i lód denny

• sztormowe spowodowane sztormami utrudniającymi odpływ do morza

Najczęstsze w Polsce są wezbrania opadowe. Ich wysokość i przebieg zależy od:

• intensywności i wydajności opadu

• powierzchni objętej opadem w stosunku do całej powierzchni zlewni

• cech morfometrycznych zlewni

• ukształtowania koryta rzecznego

• rozkładu ujść ważniejszych dopływów

Wysokość i intensywność wezbrań roztopowych zależy od:

• grubości pokrywy śnieżnej

• intensywności i szybkości topnienia]

• głębokości przemarzania śniegu (gruntu)

• cech morfometrycznych dorzecza

Wezbranie zaczyna się w górnym odcinku rzeki i przesuwa się z prędkością zależną od spadku rzeki i kształtu przekroju poprzecznego łożyska rzeki.

POWÓDŹ - wezbranie, w wyniku którego wody rzeki, po przekroczeniu stanu brzegowego lub przerwaniu wałów zalewają dolinę zagrażając ludziom, powodując straty społeczne, ekonomiczne i przyrodnicze.

NIŻÓWKA - okres niskiego stanu wody w korycie rzecznym. Niżówka jest związana z wyczerpywaniem się zasobów wodnych dorzecza, w następstwie ograniczonego zasilania (niewielkie opady lub ich brak, ujemna temperatura powietrza w zimie uniemożliwiająca topnienie pokrywy śnieżnej i powodująca przemarznięcie gruntu). Brak jest ścisłej, genetycznie uzasadnionej definicji niżówki.
Jedna z umownych definicji brzmi: niżówką nazywamy taki stan wody w rzece, który znajduje się poniżej strefy stanów średnich i trwa co najmniej kilkanaście dni. Im bardziej obniża się stan wody w rzece poniżej dolnej granicy stanów średnich, tym niżówka jest głębsza.
Najprostsza, a jednocześnie jednoznaczna i wygodna definicja mówi, że niżówka to okres, w którym przepływy są równe lub niższe od przyjętego przepływu granicznego niżówki, Q ≤ Q_g,_n .

Elementy charakteryzujące niżówkę

Niżówki rozwijają się w kilku fazach. Rozpoczyna je susza atmosferyczna (I) czyli niedostatek opadów. Dalszy brak opadów może uruchomić mechanizm posuchy(II). Wówczas, gdy temu okresowi towarzyszy wysoka temperatura i co za tym idzie wzrost parowania pod wpływem suszy atmosferycznej rozwija się susza glebowa(III) i wyczerpują się zasoby wodne występujące w gruncie. Dalszy brak opadu wywołuje suszę hydrologiczną (IV).
SUSZA HYDROLOGICZNA - zwana inaczej niżówką hydrologiczną, jest następstwem suszy atmosferycznej i objawia się wystąpieniem i utrzymywaniem się niskiego stanu wody w rzekach, poniżej przyjętego poziomu granicznego np. poniżej poziomu wody, który odpowiada średniemu niskiemu przepływowi (SNQ).

Zmniejsza się wielkość odpływu podziemnego, jest to faza trudna do cofnięcia.

KRZYWA PRZEPŁYWU (KONSUMCYJNA)

W hydrologii stosuje się metodę polegająca na określeniu przepływu na podstawie wyników pomiarów stanów wody ze związku statystycznego, jaki istnieje między zmierzonymi wartościami przepływu i stanu wody - krzywą przepływu.

Ogólna postać równania:

Q = f (H,I,F,m,x)

I - spadek zwierciadła wody

F - powierzchnia przekroju poprzecznego

M - współczynnik szorstkości koryta

X - obwód zwilżony

W warunkach przepływu swobodnego w korytach jednorodnych upraszcza się:

Q = f (H

Rozrzut punktów może być spowodowany:

• zmianami kształtu przekroju poprzecznego koryta

• zmianami poziomu odniesienia stanu wód

• zbytnim uproszczeniem związku

Związek stanów wody i przepływ wyznaczamy na podstawie krzywej przepływu.

KRZYWA PODSTAWOWA - sporządzana dla okresu poza zarastaniem i zlodzeniem rzeki

KRZYWA ZUPEŁNA - sporządzana dla całego roku hydrologicznego

OPAD ATMOSFERYCZNY - produkty kondensacji pary wodnej (ciekłe lub stałe) spadające z chmur na powierzchnię Ziemi. Wyrażony w [l/m²] lub w [mm].
- przelotny - zwykle krótkotrwały i intensywny, pochodzący z chmur konwekcyjnych; charakteryzuje się nagłym rozpoczęciem i zakończeniem oraz dużym i zmiennym natężeniem; wywołany pojedynczym zdarzeniem meteorologicznym; obejmuje zasięgiem zwykle niewielki obszar;
- ciągły - jednostajny i długotrwały, o umiarkowanym natężeniu, obejmujący swym zasięgiem rozległy obszar;
- ulewny - opad o wyjątkowej intensywności i względnie krótkim czasie trwania;

OPAD PUNKTOWY - opad zmierzony w określonym punkcie.

OPAD SKUTECZNY (efektywny) - 0pad, którego wystąpienie powoduje spływ powierzchniowy w zlewni (wzrost stanu wody w rzekach).

OPAD ŚREDNI NA OBSZARZE - wysokość opadów jakie spadły na dany obszar (zlewnię) w określonym czasie, wyrażona średnią wysokością warstwy wody w mm.

• Czynniki kształtujące opady atmosferyczne

Naturalne

Stałe

• Położenie geograficzne

• Wzniesienie nad poziom morza

• Odległość od morza

• Warunki orograficzne

Zmienne

• Sytuacja baryczna

• Przemieszczanie się frontów atmosferycznych

• Antropogeniczne

• Dostarczanie jąder kondensacji

• Zmiany użytkowania terenu

Gradient hipsometryczny opadów - wzrost wysokości opadów miesięcznych i rocznych wraz ze wzniesieniem terenu nad poziomem morza, odbywa się do pewnej wysokości - punkt optimum opadowego, potem mamy inwersje opadową.

KONDENSACJA:

jawna- w chmurach na zasadzie skondensowało się i leci

ukryta :

przyziemna:

• osady atmosferyczne powstające, gdy masy powietrza są nieruchome (rosa, szron, gołoledź)

• opady poziome gdy masy powierza zawierające parę w wodna sa ruchome (osad z mgły, sadź)

glebowa

POMIAR OPADU

PLUWIOMETR - najprostszy przyrząd do mierzenia opadów zarówno ciekłych jak i stałych (tzn. śnieg, krupy)

KOREKTA OPADU - przeliczanie opadu na wysokości 1 metra na opad docierający do powierzchni ziemi ( różnica do 30%).

przyczynami powstawania błędów przy pomiarze opadu są:

• starty wody na zwilżanie zbiornika i wewnętrzną część deszczomierza

• straty wody opadowej na parowanie

• omijanie deszczomierza przez część kropli deszczu wywołane zakłóceniami pola wiatru

• wywiewanie lub nawiewania śniegu do cylindra deszczomierza

• rozprysk kropel deszczu na pierścieniu

W celu scharakteryzowania wysokości opadu z pewnego okresu, zależny tylko od czynników stałych , określa się średnią arytmetyczna opadów z wielolecia, które powinno obejmować przynajmniej 20 lat - jest to tzw. opad normalny(moduł pluwiometryczny)

Normalne wysokości opadów wypośrodkowane dla terenu polski wynoszą około 600 mm

(dla dorzecza Wisły: 604mm, dla dorzecza Odry: 583mm).

Rocznie suma opadów w Polsce waha się w przedziale: 500-700mm.

Najbardziej suchy rok w latach 1881-1980 to rok 1951 - 489 mm.

Najbardziej mokrym rokiem był 1970 - 802 mm.

Najniższy zanotowany opad - Wrosław:318 mm (1953).

Najwyższy zanotowany opad - zakopane:1564 mm (1913).

Maksimum opadów przypada na miesiące letnie. W tym okresie są one 2-3 razy większe niż w okresach zimowych, a w Karpatach nawet 4 razy większe.

Najbardziej wyrównany rozkład opadów występuje na nizinach nadmorskich.

METODY WYZNACZANIA ŚREDNIEGO OPADU

Metoda izohiet- polega na wykreślaniu na planie linii zwanych izohietami łączących punkty w których opad zmierzony w danym okresie ma jednakową wartość. Mapę izohiet kreśli się na planie warstwicowym zlewni w równych interwałach. Stosuje się dla wszystkich zlewni z wyjątkiem terenów górskich.

Metoda wieloboków równego zadeszczenia opiera się na konstrukcji wieloboków na których jest jedna stacja opadowa. Opady w wieloboku przyjmuje się za równe opadom w stacji. W górach się nie nadaje. Uważana za jedna z najdokładniejszych metod.

Metoda hipsometryczna stosowana jest dla obszarów górskich. Wykorzystuje się krzywa gradientową opadów i krzywą hipsometryczna (tak na pd. od Wrocławia!)

Metoda siatki geograficznej polega na podzieleniu obszaru na trapezy ograniczone przez południki i równoleżniki ( zwykle na mapie 1:1000000). Liczy się opad średni w danym trapezie jako średnia arytmetyczną opadów ze stacji tam się znajdujących, a potem średnią arytmetyczna z wszystkich trapezów.

Metoda regionów opadowych jest modyfikacją metody siatki geograficznej i uwzględnia zmiany fizyczno-geograficzne regionu. Można stosować w górach.

Polska podzielona jest na 256 regionów

Na wartośc okresowych sumopadów składają się wysokości warstw poszczególnych deszczów czyli wydajność opadu.

Każdy opad ma swój czas trwania.

Iloraz wydajności opadu i czasu jego trwania nosi nazwę natężenia opadu.

RETENCJA to zjawisko czasowego zatrzymania wody w zlewni rzecznej

STAN RETENCJI to całkowita ilość wody, która w określonym czasie znajduje się w obszarze zlewni lub dorzecza. Stan retencji zlewni wyraża siew jednostkach objętości np.m³

Lub analogicznie do wysokości warstwy opadu lub odpływu.. retencja może być powierzchniowa lub podziemna.

R = 10^-3V_ret/A

V_ret - objętość wody retencjonowanej (m3)

A - powierzchnia zlewni (km2)

Wartość retencji na obszarze Polski:

Śniegowa - 10 km³

• Wód powierzchniowych 37 km³

W sztucznych zbiornikach 4 km³

Torfów 28 km³

Glebowa 10 km³

Płytkich wód podziemnych 75 km³

Głębokich wód podziemnych 1000 km³

Magazynowanie wody (retencjonowanie) to gromadzenie wody w zbiornikach powierzchniowych lub podziemnych w celu późniejszego ich wykorzystania (magazynowanie antropogeniczne).

PAROWANIE to proces fizyczny polegający na zmianie stanu skupienia wody i przejściu jej ze stanu ciekłego w gazowy. Jest określany jako tzw. ubytek wody w systemie. Ciężko go zmierzyć. Można je opisać jako ilość pary wodnej odprowadzanej d atmosfery z wolnej powierzchni wody lub z powierzchni zwilżonej w istniejących warunkach meteorologicznych, w temperaturze niższej od temperatury wrzenia. Intensywność parowania zależy od bardzo wielu czynników z których najistotniejszymi są:

• temperatura,

• wilgotność powietrza,

• prędkość ruchu mas powietrza,

• ciśnienie atmosferyczne.

EWAPOTRANSPIRACJA to ilość pary wodnej odprowadzanej do atmosfery w skutek parowania gleby oraz transpiracji roślin w danych warunkach atmosferycznych i przy danej wilgotności gleby ( + parowanie z powierzchni roślin wody na nic h zatrzymanej w wyniku intercepcji). Nie obejmuje parowania z powierzchni wód. Utożsamiane z parowaniem z wód podziemnych, przy czym można tak uogólniać tylko wtedy, gdy zwierciadło wód podziemnych nie znajduje się głębiej jak 1.5 do 2 metrów.

LIZYMETR to przyrząd do pomiaru wielkości parowania.

E - parowanie

ET - ewapotranspiracja

• Czynniki wpływające na wielkość ET

• pogoda ( wyższa temperatura, mniejsza wilgotność, , małe zachmurzenie, mocny wiatr zwiększają ET),

• rodzaj upraw,

• wskaźnik wzrostu roślinności ( ET zależy nie tylko od aktualnego etapu rozwoju roślin, ale także od okresu wegetacyjnego),

• pokrycie tereny roślinnością,

• rodzaj i wilgotność gleby,

• zdolność gleby do retencjonowania wody.

W Polsce maksymalna ewapotranspiracja jest w czerwcu, minimalna w październiku. Średnia roczna wynosi od 300 do 800 mm, najczęściej waha się między 500 a 600 mm.

PAROWANIE TERENOWE to wszystkie rodzaje parowania na danym obszarze.

PAROWANIE POTENCJALNE to maksymalna ilość wody, która mogłaby być odprowadzona do atmosfery jako para wodna w danych warunkach atmosferycznych ze stale zwilżonej powierzchni roślinnej czy glebowej.

SUBLIMACJA to proces przejścia wody zgromadzonej w postaci stałej bezpośrednio w stan gazowy.

Sieć hydrograficzna, układ sieci rzecznej
System stałych i okresowych cieków wodnych, jak również jezior i zbiorników wodnych na danym obszarze.

Fala wezbraniowa
Fala powstająca w korycie rzeki w trakcie wezbrania, mająca wyraźny początek, fazę wznoszenia, punkt kulminacyjny i fazę opadania.





1      - fala wezbraniowa
H_max - maksymalny stan wezbrania
Q_max - maksymalny przepływ wezbrania
t_wezb - czas trwania wezbrania
t_d     - czas dobiegu
t_c     - czas koncentracji
t_o     - czas opóźnienia
T₀    - początek wystąpienia opadu
Q_gr   - podstawa fali

W badaniach hydrograficznych najczęściej stosowaną charakterystyka opadów jest średnia wysokość warstwy opadu jaka spadła w pewnym czasie na powierzchnie zlewni.

Zmienność opadu - stosunek największej sumy rocznej do najmniejszej sumy nazywa się współczynnikiem nieregularności opadu.

K = P_max - P_min k = (200.250)

Rozkład opadów w ciągu roku wyraża się w % i oznacza jaki procent opadu spadł w danym miesiącu

P = (P(normalny miesięczny, mm)/P (normalny roczny, mm))*100%

Wysokość opadu określa się na podstawie wartości opadów zmierzonych na poszczególnych stacjach opadowych położonych na danym obszarze ze wzoru:

Charakterystyka wilgotności okresu ( w % opadu rocznego)

skrajnie suchy < 50%

bardzo suchy 50-74%

suchy75-89%

przeciętny 90-110%

wilgotny 111-1258%

bardzo wilgotny 126-150%

skrajnie wilgotny >150%

hydrogeologia jest nauka o wodach podziemnych i procesach wzajemnego oddziaływania hydrosfery podziemnej, litosfery, atmosfery i biosfery oraz działalności człowieka

(antropopresja).

Przedmiotem zainteresowania hydrogeologów są w równym stopniu wody podziemne jak i ośrodek skalny, w którym one występują. Łącznie tworzą one środowisko hydrogeologiczne składające się z trzech elementów: ośrodek skalny (hydrogeologiczny), warunki hydrodynamiczne przepływu, właściwości fizykochemiczne wód.

Generalnie wyróżniamy następujące rodzaje przestrzeni hydrogeologicznej:

• porowa (pustki między ziarnami mineralnymi czyli pory międzyziarnowe)

• szczelinowa

• kawernowa (od krasu)

W zależności od tego jaki rodzaj porów i pustek odgrywa dominująca rolę w magazynowaniu i przewodzeniu wody podziemnej wyróżnia się ośrodki:

• porowy (piaski)

• szczelinowy (wapienie)

• szczelinowo-porowy

• szczelinowo-krasowy

• krasowo-szczelinowo-porowy (wyż. lubelska, kreda + less)

termin Warstwa wodonośna używany jest powszechnie przy rozpatrywaniu zagadnień związanych z dynamika wód podziemnych oraz w zagadnieniach eksploatacji wód podziemnych.

Natomiast w regionalnej systematyce wód podziemnych najmniejszą jednostką podziału hydrodstratygraficznego jest poziom wodonośny, który może składać się z jednej lub kilku warstw wodonośnych.

Generalnie wyróżniamy:

• warstwy o zwierciadle swobodnym

• warstwy o zwierciadle napiętym

ZBIORNIK WÓD PODZIEMNYCH to zespół utworów przepuszczalnych (skała), w których wody pozostają we wzajemnych łącznościach hydraulicznych, a warstwy wodonośne rozciągają się na znacznych przestrzeniach.

ZBIORNIK ARTEZYJSKI to zbiornik wód podziemnych gromadzący wody naporowe o tak wysokich ciśnieniach hydraulicznych, że maja charakter artezyjski.

PIĘTRO WODONOŚNE to jednostka hydrostratygraficzna, poziom lub zespół poziomów wodonośnych należący do określonej stratygraficznie jednostki: epoki, pietra.

SYSTEM WODONOŚNY to zespół poziomów wodonośnych ograniczony ściśle zdefiniowanym i przestrzennie i dynamicznie granicami.

UŻYTKOWY POZIOM WÓD PODZIEMNYCH to zbiornik wód podziemnych (warstwa lub poziom wodonośny), spełniający określone kryteria ilościowe, jakościowe, z którego w sposób trwały można pobierać wodę wysokiej jakości.

GŁÓWNY UŻYTKOWY POZIOM WÓD PODZIEMNYCH to pierwsze od powierzchni terenu poziom wodonośny o znaczeniu regionalnym, spełniające określone kryteria ilościowe i jakościowe.

ŹRÓDŁO czyli naturalne, samoczynne i skoncentrowane wypływy wody podziemnej na powierzchnię oraz wypływy nie skoncentrowane (młaki, wysięki, wycieki, wykapy) są miejscem , gdzie woda krążąca pod powierzchnią terenu przedostaje się na jego powierzchnię.

Rodzaje źródeł:

• grzbietowe

• stokowe

• zboczowe

• podzboczowe

• tarasowe

• korytowe

• przykorytowe

PIEZOMETR to najczęściej małośrednicowy otwór zainstalowany w określonym punkcie warstwy wodonośnej i przystosowany do pomiarów stanów wód podziemnych.

Działy wód powierzchniowych i podziemnych mogą być ze sobą zgodne lub nie.

Krzywa wznoszenia

kulminacja

Krzywa opadania

Krzywa wysychania

3

Powierzchnia średnia zlewni w km²

opad

---