Hydrologia Egzamin Sciaga, Materiały dla studentów, ochrona srodowiska

Hydrologia: jest nauką przy-czą, obejmuje wodę pow-wą, podziemną, atm-czną i gł przedm badań hydrologicznych jest krążenie wody w przyr, z uwzględnieniem jej właściwości fiz i chem-ych. Z greckiego hydr-woda, grafein-pisać. Dola granica hydrosfery sięga od ok 10km p.p.t., tj. do granicy między strefą mezo i kata. Jest to więc przypowierzchniowa warstwa Ziemi nazywana z greckiego strefą epi. Epigeosfera (atmosfera, hydrosfera, litosfera, pedosfera, biosfera). Wyst wszystkie rodzaje wód podziemnych.

Zasoby wodne hydrosfery są stałe: a ich wielkość szacuje się na 1,4 mld km^3:a) woda mórz i oceanów to około 96,5% wszyst zasobów wody; b) wody na pow lądów (w lodowcach, w jeziorach, w bagnach, w rzekach): 2,3% wszyst zasobów hydrosfery ziemskiej; c) wody podziemne: 1,7% wszyst zasobów hydrosfery ziemskiej; d) para wodna: ok. 0,001% zasobów hydrosfery; e) woda glebowa: ok. 0,001%.

Krążenie wody w przyr: zjawisko ciągłego przemieszczania się wody między: atmosferą, hydrosferą i litosferą. Ruch ten wywołany jest dzięki energii cieplnej słońca oraz sile ciężkości. Krążenie wody w przyr odbywa się w cyklu zamkniętym czyli w tzw. cyklu hydrologicznym.

Wyróżniamy 2 rodzaje obiegu wody: a) zamknięty cykl krążenia wody między oceanami, atm i kontynentem nosi nazwę dużego obiegu wody; b) krążenie wody pomiędzy atm a kontynentem lub atmosferą i oceanem nazywamy małym obiegiem wody.

Rodzaje obiegu wody: A) Faza atmosferyczna: obejmuje: parowanie wody, przenoszenie pary wodnej w atm, kondensacja (skroplenie) pary wodnej. B) Faza kontynentalna (lądowa): a) opad atm; b) odpływ powierzchniowy; c) wsiąkanie (infiltracja); d) odpływ podziemny ; e) retencję (magazynowanie wody).

Rok hydrologiczny: pierwsze 10 mies 2006r, 2 ostatnie miesiące 2005r.

Bilans wodny globu ziemskiego: równowaga między opadem atm (P) a parowaniem (E); P = E; P: całkowity opad atm ; E: całkowite parowanie z powierzchni.

Bilans wodny lądowej fazy cyklu hydrologicznego: Pk - Ek - Hk = ΔRk; o nazwie prostej: (JB): Pk = Ek + Hk plus/minus ΔRk: Pk: opad atm całkowity na obszar lądów; Ek: całkowite parowanie z pow lądów; Hk: całkowity odpływ z lądów do wszechoceanów; ΔRk: zmiany retencji, magazynowanie wody na lądach.

Bilans wodny oceanicznej fazy cyklu hydrologicznego: Po - Eo + Hk = ΔRo [Po + Hk = Eo plus/minus ΔRo]: Po: całkowity opad atm na pow oceanu; Eo: parowanie z pow oceanu; Hk: całkowity dopływ wód z kontynentów; ΔRo: zmiany retencji w oceanie.

Okres wymiany wody w różnych częściach hydrosfery jest różny np. wynosi on teoretycznie: a) woda w hydrosferze jako całości wymienia sie przeciętnie co 2800 lat; b) woda w oceanie światowym (wymianie: E-P) - ok. 3000 lat; c) wody podziemne światowe (wymianie: E-P) - ok 5000 lat. Rzeki: wymiana całkowita: ok 12-25 dni; Jeziora: wymiana całkowita ok 3 lat (zależy od wielu czynników); lodowce: wymiana całkowita ok 8000 lat; woda atm: wymiana co 8 dni.

Cechy wody: a) jest duża pojemność cieplna wody, b) jest potrzebna org żywym, c) jest jednym z najlepszych rozpuszczalników ciał stałych, d) cząsteczka wody ma charak polarny / biegunowy.

Geneza/pochodzenie wód podziemnych:

a) wody infiltracyjne: wiążą się z infiltracją, z przesiąkaniem wód atm, głęb przesiąkania zależy: od il opadów, od rzeźby terenu, rodzaju skały (od litologii), pokrycie terenu;

b) wody kondensacyjne: skraplanie: są to wody które powstają z kondensacji pary wodnej w gruncie;

c) wody juwenilne: dziewicze: które pojawiają się po raz pierwszy. Powst w ostatnim etapie krzepnięcia magmy;

d) wody reliktowe: wody szczątkowe, występują na dużych głęb pod pow terenu m p.p.t. Na ogół pochodzą z dawnych epok geologicznych. Są to wody silnie zmineralizowane;

e) wody metamorficzne: powst w czasie przeobrażenia termicznego czyli metamorfoza.

Rodzaj wód podziemnych: są 2 strefy:

a) strefa aeracji (strefa napowietrzenia): znajduje się powietrze w przestforkach ziarnistych gruntu;

b) strefa saturacji (nasycenia wody): znajduje się woda w przestforkach.

Mineralizacja ogólna: ilość rozpuszczonych ciał mineralnych w wodzie (w litrze wody): a) do 1g / dm³ - woda słodka czyli zwykła; b) powyżej 1g / dm³ - woda mineralna.

Po stronie anionów: HCO_3:wodorowęglan; SO₄² - siarczanowy; Cl - chloru.

Po stronie kationu: Ca²⁺ - wapnia; Mg²⁺ - magnezu; Na ⁺ - sodu. Daje to nam 49 kombinacji.

Woda złożona: HCO₃ - Ca - Mg.

Woda prosta: HCO₃- Ca.

Węglan wapnia: powszechny wyst związek . Gł składnikiem powszechnie wyst w śr jest węglan wapnia, wody, dwutlenek węgla.

CaCO₃ + H₂O + CO₂ = Ca (HCO₃)₂ : kwaśny węglan wapnia lub wodorowęglan wapnia lub dwuwęglan wapnia.

Dysocjacja elektrolityczna: Ca (HCO₃)₂ = Ca²⁺ + 2HCO₃^{- ;}SO4 - HCO3 - Ce - Mg.

Strefa aeracji: jakie typy wody: 1) para wodna: w przestforkach między ziarnistych, może się przemieszczać w powietrzem; 2) woda związana chemicznie: tzw. woda krystalizacyjna; 3) woda związana fizycznie (jest związana siłami do gruntu): wyróżniamy 2 podgrupy: a) higroskopowa; b) błonkowata; 4) woda kapilarna: typ między wodą wolną, woda, która znajduje się w jakiś kapilarach. Im drobniejsze ziarno tym mniejsze kapilary: h = 2a/r: a: stała włoskowatości; r: promień kapilary; h: wysokość; 5) woda wolna: grawitacyjna.

Epigeosfera: atmosfera, hydrosfera, litosfera, pedosfera, biosfera. W tej strefie znajdują się wszyst rodzaje wód płynących.

Strefy wody: 1) 1 strefa: zasilania; 2) 2 strefa: strefa spływu podziemnego; 3) 3 strefa: strefa drenażu, a) piaski fluwoglacjalne, b) piaski rzeczne, c) gliny zwałowe, d) źródło , e) zwierciadło wody podziemnej.

Zwierciadło swobodne: woda nie jest pod ciśnieniem.

Zwierciadło napięte: woda jest pod ciśnieniem.

Wody subartezyjskie: pod wys ciśn, ponieważ gdy wykopujemy studnie, woda wypływa pod ciśn.

Studnia subartezyjska: nie wypływa na powierzchnie.

Studnia artezyjska: woda wypływa na powierzchnie.

Słup artezyjski: woda dochodzi do hipotetycznej linii ciśnień.

Wody potamiczne: def: są to wody podziemne poziomów wodonośnych drenowanych przez wody powierzchniowe i mające z nimi kontakt hydrauliczny (strefy wzajemnej wymiany wód).

Wody apotamiczne: są to wody podziemne które nie mają kontaktu hydraulicznego z wodami powierzchniowymi tzn. ani ich nie zasilają ani nie są przez nie zasilane.

Wody przypowierzchniowe: wody podskórne, zaskórne (wody hypodermiczne) wyst na niewielkiej głęb pod pow terenu. Są to wody które podlegają zanieczyszczeniu. Jak jest gorąco intensywnie parują;

Wody gruntowe: tzw. freatyczne, od pow terenu są oddzielone sferą aeracji. Wody są zasilane przez wody atm, przez wody opadowe a także wody powierzchniowe. Zwierciadło wód gruntowych ulega wahaniom w ciągu roku. Zwierciadło współkształtne do rzeźby terenu. Nad zwierciadłem wody nie ma warstw nieprzepuszczalnych. Często występują w utworach czwartorzędowych.;

Wody wgłębne: są to wody podziemne wystę w warstwach wodonośnych przykryte skałami trudno przepuszczalnymi. Są zasilane drogą infiltracji na wychodniach warstw wodonośnych. Przez okna hydrologiczne (nieszczelności): mogą również być przez to zasilane. Wyst wody naporowe (subartezyjskich, artezyjskich).

Wody głębinowe: są to wody wyst głęboko pod pow terenu. Są całkowicie odizolowane kompleksami utworu nieprzepuszczalnych. Są to wody reliktowe: pochodzące z danych epok geologicznych. Nie biorą udziału w obiegu, w krążeniu cyklu hydrologicznym. Są one nieodnawialne. Na ogół są w bezruchu, są wodami silnie zmineralizowanymi. Są to wody termalne o większej temp.

Wody głębinowe reliktowe: im głębiej pod pow tym cieplej: HCO₃ - Ca. Są to na ogół wody typu hydrologicznego. Są to wody zasolone, silnie zmineralizowane (reliktowe wody); Cl - Na, Cl - Ca, Cl - Na-Ca.

Wody podziemne typu warstwowe (porowe): wypełniają pory skalne, tworząc warstwy wodonośne,

Wody szczelinowe: wyst w spękanych skałach osadowych ( w szczelinach) ilość wód zależna od szczelin, ilości, ten system ma na ogół charak zwierciadła swobodnego,

Wody krasowe: wyst w próżniach, kanałach, w kawernach, powst w wyniku ługowania skał węglanowych.

Wody powierzchniowe: obiekty hydrograficzne występują w: a) punktowych: jest źródło, wpływ wody na pow terenu czyli punktowy obieg hydrograficzny; b) linowych: ciek powierzchniowy (rzeka, strumień); c) obszarowych: obiekty obszarowe: z punktu widzenia hydrologii: lodowce, wietrzne śniegi, obszary zabagnione, bagna, zbiorniki wodne.

Źródło: def: samoczynny i skoncentrowany wpływ wody podziemnej na pow terenu wyst w miejscu przecięcia warstwy wodonośnej przez pow topograficzną.

Kryterium stanu napięcia zwierciadła wody podziemnej zasilającej źródło: Źródło spływowe: descenzyjne, grawitacyjne, zstępujące (woda pojawiająca się w źródle wypływa pod wpływem ciężkości), grawitacyjne.

Źródła podpływowe: ascenzyjne, wstępujące, artezyjskie, woda ze źródeł wypływa pod ciśnieniem hydrostatycznym, płynie od dołu ku górze.

Źródła lewarowe: intermitujące, syfonowe, woda wypływa okresowo z tzw. kanału lewarowego na zasadzie ssania.

Kryterium klasyfikacji źródeł: a) warstwowe: wypływają z utworów porowatych: są zasilane przez wody podziemne wyst w tych utworach; b) szczelinowe: woda wyprowadzana jest przez szczelinę (szczelina wyprowadza wodę na pow); c) uskokowe: wyprowadza wodę szczeliną uskokową; d) źródła krasowe: woda wyprowadzana z próżni, kanałów, np. w dolomitach.

Kryterium ze wzg na położenie źródła: a) zboczowe: na zboczach dolin; b) krawędziowe: np. klif: u podnóża klifu; c) tarasowe (terasowe): terasy rzeczne z pod niego wypływa woda; d) przykorytowe, przy korytach rzecznych; e) korytowe.

Kryterium charakteru litologicznego utworów: a) źródła skalne: skały lite; b) rumoszowe; c) źródła osuwiskowe (osuwisko).

Kryterium ze wzg na cechy fizykochemiczne wypływające wody: 1) temp wody, a) źródła zimne (temp niższa od średniej temp powietrza, b) źródła zwykłe, c) cieplice (większa niż 20^oC) czyli termalne.

Kryterium: ogólna mineralizacja wody: a) do 1 g/dm³: wody słodkie; b) powyżej 1g/dm³: wody mineralne.

Kryterium hydrologiczne: trwałość wypływu: a) stałe (funkcjonują przez cały rok) , b) okresowe (tylko w wilgotniejszych okresach).

Gejzer: szczególny rodzaj źródła. Źródło o niekoniecznym stałym wypływie, ma nieregulowany wypływ. Gejzer: pustki skalne wypełnione wodą np. Islandia, Yellowstone, Kamczatka. W wodzie gorącej rozpuszcza się więcej zw mineralnych.

Źródła gazujące: czyli pieniawy: wyprowadzona jest woda silnie zgazowana, tym gazem który najczęściej wyst jest CO₂: jest to pochodzenie juwenilne (po raz 1 został uwolniony), rzadziej w wodzie wyst metan CH₄: który jest również obecny.

Wody gazujące: pieniawy: jeśli jest dużo CO₂ to są to szczawy.

Źródła soffione: typowe źródła gazujące, wyziewy pary wodnej, dwutlenek węgla, siarkowodór.

Źródła nieskoncentrowane wypływ wody: młaka: mają nieskoncentrowany wypływ wody, powierzchniowe, rozlane miejsce wypływu wody podziemnej, często są zabagnione, wyciek: nieskoncentrowany wypływ wody np. woda w górach wypływa na pow np. wykapy czarnej Wisełki..

Recypient: rzeka gł w stosunku do cieku np. Wisła, jest recypientem Pilicy.

Objętość przepływu: Q (m³/s) = F (m²) x V (m/s).

Bystrza: tam gdzie woda płynie szybciej, płynie bystrzej przy tej samej objętości wody zmniejszył się przekrój poprzeczny koryta rzecznego.

Rzeka: ciek naturalny powstały z połączenia potoków, strumieni lub wypływający z czoła lodowca, jeziora, źródła, np. wywierzyska, zasilany powierzchniowo i podziemnie wodą z opadów spadłych w jej dorzeczu, mający ukształtowane koryto i płynące po wpływem siły grawitacji w łożysku i dolinie wyżłobionych w wyniku działania jego siły erozyjnej.

Ploso: przy brzegu podcinanym (gdzie wyst erozja boczna) tworzy się zagłębienie.

Odsypisko: po przeciwległej stronie od ploso, tworzy się odsypisko (akumulacja materiału z ploso).

Przemiał (bród): przepłycenie w rzece.

Typy rzek: a) rzeka w biegu krętym: wyst bystrza, plosa, łachy przybrzeżne; b) rzeka meandrująca: jeden brzeg etalowany, na drugim tworzą się odsypiska roztokowe (warkoczowe): w obrębie koryta płynie kilka mniejszych, płytkich koryt (rozdzielają się, a potem łączą), tworzą się mielizny (formy wyst ponad wodę).; c) anastomozujące: koryta tej rzeki są równorzędne. Między korytami wyst wyspy.

Spadek podłużny cieku: I = Δh/l.

Średni spadek rzeki: I = Hźr - Hujś/l l: dł rzeki.

Delta: płaskie, rozgałęzione ujście do morza lub jeziora powst w wyniku akumulowania materiału transportowanego przez rzekę w jej dolnym biegu jeżeli działalność budująca rzeki na tym odcinku jest większa niż działalność niszcząca morza.

Estuarium: jest to rozszerzone, lejkowate ujście rzeki do morza lub oceanu powstałe w skutek erozyjnego działania pływów morskich.

Pływy: przypływy i odpływy: Fala przypływu jest wtłaczana w ujście rzeki rozszerzając je, a prąd odpływu wynosi materiał erodowany.

Rozwinięcie rzeki: stos dł rzeki do odcinka łączącego źródła rzeki z jej ujściem: R = 1/AB.

Krętość rzeki: stos dł rzeki do dł jej doliny: K = lrz/ld.

Kanał otwarty: sztuczna arteria wodna, zwykle o trapezowatym przekroju poprzecznym, o ubezpieczonych skarpach, zaopatrzoną w różne urządzenia hydrotechniczne.

Kanał melioracyjny: proces nawadniania i odwadniania od których odchodzą kanały boczne (rowy melioracyjne).

Kanał żeglugowy: śródlądowy: szer 100m, głęb 6m.

Podział rzek: a) stałe (stale płynące, pernamentnie), płyną cały rok, opad jest większy od parowania (zasilanie powierzchowne i podziemne); b) sporadycznie wysychające: są podobne do stale płynących, ale zanikają w czasie długotrwałej suszy (dzieje się tak, gdy zwierciadło wody podziemnej jest poniżej koryta, brak wody podziemnej); c) rzeki okresowe (periodyczne) prowadzą wodę w porze wilgotnej. Wyst tam gdzie mamy porę suchą i wilgotną; d) rzeki epizodyczne (sporadycznie i nie regularnie prowadzące wodę przez krótki czas).

Kryterium rzek: a) rzeka mała: dł w granicach 100-200km, a pow dorzecza od 1 tys. do 10 tys km^2;b) rzeka średnia: mają dł w granicach 200-500 km, pow dorzecza od 10 tys do 100 tys km^2;c) rzeka duża: dł od 500-2500 km, pow dorzecza od 0,1 do 1 mln km^2;d) rzeka wielka: dł: powyżej 2500 km, pow dorzecza powyżej 1 mln km^2.

Charakterystyka rzeki autochtonicznej: płynie w obrębie jednej strefy klimatycznej i jest zasilana w całym swoim biegu, np. rzeki europejskie: Wisła, Odra, Ren, Dunaj.

Charakterystyka rzeki olochtonicznej: rzeki tranzytowe, zasilane są w wodę w górnych odcinkach biegu i po wypłynięciu ze strefy zasilania, przemieszczają się do strefy klimatycznej, gdzie wyst niedostatki wody zasilającej np. Nil, Syrdaria, Wołga.

Kształty systemu rzecznego: a) układ sieci rzecznej równoległy; b) układ sieci rzecznej drzewiasty (dendryczny); c) układ sieci rzecznej kratowy; d) układ sieci rzecznej widlasty; e) układ sieci rzecznej pierzasty.

Sieć rzeczna może być: a) symetryczna, np. Wisła; b) asymetryczna np. Odra.

Obszarowe obiekty hydrograficzne: a) zbiornik naturalny (jeziora) i sztuczny (są obszarowe); b) zabagnione obszary; c) lodowce (wieczne śniegi); c) wieczne śniegi; e) sztuczne: basen, staw, wyrobisko, są to zbiorniki wielofunkcyjne.

Jezioro: naturalny zbiornik śródlądowy stanowiący wypełnione wodą zagłębienie terenu o brzegach ukształtowanych pod wpływem działania falowania i prądów wodnych charakteryzujący się stosunkowo powolną wymianą wody: a) bezodpływowe: ma dopływy, ale brakuje odpływów; b) odpływowe: il wody doprowadzającej jest mniejsza od odpływów; c) przepływowe: il wody dopływającej jest równoważna z wodami odpływającymi.

Intensywność wymiany wody w jeziorze: (I) char-uje iloraz objętości wody wypływającej z jeziora w ciągu roku (Hw) i pojemności misy jeziornej (Vj): I = Hw/Vj. Im większa jest wartość (I) tym szybsza jest wymiana w jeziorze. Jeżeli wartość (I) jest poniżej jedności - ustrój pasywny; Jeżeli wartość (I)jest od 1 do 5 - ustrój przeciętny; Jeżeli wartość (I) jest od 5 do 10 - ustrój aktywny; Jeżeli wartość (I) jest powyżej 10 - ustrój bardzo aktywny.

Klasyfikacja z punktu wypełnienia wody jeziora: a) stałe; b) okresowe; c) epizodyczne (wypełnione wodą po opadach).

Obiekty/zbiorniki sztuczne: a) zbiornik powodziowy: żeby złagodzić skutki wód wezbraniowych (prawdziwych); b) zbiornik żeglugowy: np. Odra, powstaje na rzecze gdzie istnieje transport towarowy; c) zbiornik energetyczny: wykorzystanie tego zbiornika do urządzeń elektrowni (elektrownie szczytowo-popowe: tam buduje się dwa zbiorniki dolny i górny); d) zbiornik typu komunalnego: zapotrzebowanie na wodę na potrzeby mieszkańców np. zbiornik Sulejowski na Pilicy, 1) zbiornik przemysłowy, 2) rolniczy; f) zbiornik przeciw rumoszowy; g) zbiorniki suche: wspomagają zbiorniki przeciw powodziowe.