Formy występowania wód na Ziemi.
Woda w glebie występuje w postaci:
wody krystalicznej ( woda związana chemicznie z minerałami glebowymi)
woda w postaci pary, występuje w powietrzu glebowym
woda higroskopijna i błonkowata związana siłami molekularnymi z cząsteczkami gleby
woda kapilarna, występuje w kapilarach glebowych, utrzymywana siłami kapilarnymi i może poruszać się we wszystkich kierunkach
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.
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
Wymienić obszary współcześnie zlodowacone (powierzchniowe i podziemne) - cechy wspólne i różnice.
Obszary pokryte lodem, zajmują około 11% powierzchni lądów. Zdecydowanie największym obszarem zlodowaconym jest Antarktyda. Lądolód antarktyczny zajmuje blisko 14 mln km2. Osiąga on grubość ponad 4 km. Drugim co do wielkości obszarem jest Grenlandia (1,8 mln km2). W najgrubszym miejscu lądolód grenlandzki ma ponad 3 km. W Europie lodowce występują w Alpach, Pirenejach, Górach Skandynawskich, na Islandii, Nowej Ziemi i Spitsbergenie. W Azji lodowce występują w Himalajach, Tybecie, Karakorum, Pamirze, Kaukazie, Kunlun, w górach na Syberii i Dalekim Wschodzie. W Ameryce Południowej lodowce znajdują się w Andach, a w Ameryce Północnej w Kordylierach (w szczególności na Alasce). W Afryce lodowce umiejscowione są na najwyższych szczytach górskich w pobliżu równika - Kilimandżaro, Kenia, Ruwenzori. Jedynym kontynentem bez terenów zlodowaconych jest Australia. W Oceanii natomiast lodowce znajdują się na Nowej Zelandii i na Nowej Gwinei w Górach Śnieżnych. Zlodowacenie podziemne występuje w sposób nie ciągły w obszarach gdzie roczna temperatura wynosi powyżej -8ºC (strefa tajgi)w okresie wiosenno letnim odmarza powierzchniowa warstwa do głębokości kilku metrów (warstwa czynna) powstają ogromne obszary podmokłe. Powstaje w warunkach suchego i jednocześnie zimnego klimatu (o średniej temperaturze powietrza poniżej -11 stopni Celsjusza). Obejmuje około 4/5 Alaski, większość północnej Kanady i ²/3 Syberii (ciągła zmarzlina występuje prawie wyłącznie we wschodniej Syberii, w zachodniej jest obecna tylko na północnym wybrzeżu oceanu). Ciągła zmarzlina sięga aż do północnej Mongolii, punktowo występuje też w Górach Skandynawskich i w Grenlandii. Natomiast nieciągłe zmarzliny zajmują także większość Tybetu, są też znane z Alp.
Himalajski- liczne długie jęzory które łączą się ze sobą jak dopływy z rzeką główną
Alpejski - zwane dolinnymi mają najczęściej rozłożyste wklęsłe pole firnowe i wypływający z niego długi jęzor o wypukłym przekroju poprzecznym
Norweski - zwane też firnowymi powstają na płaskich grzbietach gór skandynawskich w postaci czap lodowych z krótkimi jęzorami
Czynniki kształtujące skład wód powierzchniowych (13)
Budowa geologiczna zlewni, wielkośc kompleksu sorpcyjnego gleb, procesy fizyczne( sedymentacja, sorpcje), procesy chemiczne(hydroliza, redox), topografia zlewni, prędkość i natężenie przepływu wody, procesy wietrzeniai rozpiuszczania minerałów budujących zlewnie.
Pojęcia podstawowe: zasoby wodne, dorzecze, zlewnia, powierzchniowy dział wodny, jednolite części wód, scalone jednolite części wód
zasoby wodne - rozumie się przez to wody śródlądowe powierzchniowe i podziemne, morskie wody wewnętrzne oraz wody przybrzeżne znajdujące się na obszarze dorzecza.
dorzeczu - rozumie się przez to obszar, z którego całkowity odpływ wód powierzchniowych następuje ciekami naturalnymi przez jedno ujście do morza,
Zlewnia - obszar, z którego wody spływają do jednego odbiornika (rzeki, jeziora, mokradła). Zlewnia może pokrywać się z dorzeczem.
Dorzecze - obszar z którego wody spływają do jednego systemu rzecznego (sieci rzecznej).
Tak więc gdy zlewnia obejmuje całą sieć rzeczna (rzeka główna wraz z dopływami).Wody podziemne i powierzchniowe zostały podzielone na jednolite części wód, tj. na jednostki, dla których będą prowadzone analizy presji antropogenicznych i opracowywane programy wodno - środowiskowe. Zasady ich wydzielenia oparte są na dokonanym podziale według typów wód powierzchniowych oraz innych kryteriów, w tym podziale na obszary chronione. W Polsce wydzielono: ponad 4,5 tys. jednolitych części wód dla rzek, około tysiąca dla jezior, 11 dla wód przybrzeżnych, 9 dla wód przejściowych i 161 dla wód podziemnych. Według zapisów RDW wydzielono też sztuczne i silnie zmienione jednolite części wód. W Polsce jest ok. 600 sztucznych lub silnie zmienionych odcinków rzek, co stanowi ok. 13% ilości jednolitych części wód.
Zlewniowy system zarządzania (rejony wodne)
Wzajemne związki wód powierzchniowych i podziemnych.
Zasoby wód podziemnych
Bilans wodny (zasobów)
Liczbowy wyraz obiegu wody w przyrodzie, równanie ustalające równowagę między ilością wody przepływającej w określonym miejscu i czasie. Równanie to obrazuje krążenie wody w cyklu hydrogeologicznym.
Dopływ= Z+P= retencja początkowa+ opad atmosferyczny
Odpływ=H+S+R=ddpływ+straty(odparowanie)+retencje końcowe
Z+P=H+S+R deltaR=P-H-R
Równanie pencka-oppokowa P=H+E+deltaR
Bilans zlewni powierzchniowej.
Rok hydrologiczny, przepływy charakterystyczne - obliczanie przepływów charakterystycznych
Rok hydrologiczny - jednostka czasu używana w hydrologii przy obliczaniu bilansu wodnego danego obszaru. Podobnie jak rok kalendarzowy trwa 12 miesięcy. Rok hydrologiczny w Polsce rozpoczyna się jednak 1 listopada, a kończy 31 października. Związane jest to z retencją opadów w postaci śniegu i lodu w początkowym okresie roku hydrologicznego, co później uwidocznia się podczas wiosennych roztopów. W ten sposób nie występuje sytuacja, gdy opady z poprzedniego roku hydrologicznego mają wpływ na poziom wód w późniejszym okresie kolejnego roku hydrologicznego.
Przepływy charakterystyczne określają hydrologię rzeki w wieloletnim okresie obserwacyjnym. Z punktu widzenia potrzeb hydrotechniki najczęściej operuje się następującymi przepływami charakterystycznymi z wielolecia:
przepływ najwyższy z najwyższych obserwowanych oznaczony symbolem WWQ,
przepływ średni z najwyższych - SWQ,
przepływ średni ze średnich - SSQ,
przepływ średni z najniższych - SNQ,
przepływ najniższy z najniższych obserwowanych - NNQ,
przepływ ekstremalny o określonym procencie prawdopodobieństwa pojawienia się Qmax p%, Qmin%,
przepływ nienaruszalny - Qn,
przepływ o określonym czasie trwania.
Obliczanie przepływów charakterystycznych:
Sposób określenia liczbowych wartości przepływów charakterystycznych zależy od posiadanego materiału obserwacyjnego. Wymienić można trzy podstawowe metody obliczeń:
metoda bezpośrednia, tj. statystyczna - stosuje się dla rzek i profili mających odpowiednie długie obserwacje przebiegu stanów wody i pomiary hydrometryczne obejmujące niskie, średnie i wysokie stany pozwalające na sporządzanie zbiorów wartości przepływów dla wielolecia;
metoda pośrednia, tj. analogii hydrologicznej - stosuje się w przypadkach braku wystarczających materiałów hydrologicznych (krótkie okresy obserwacji, brak bezpośrednich pomiarów przepływu);
metoda empiryczna - stosuje się zarówno w przypadku braku jakichkolwiek danych hydrometrycznych, jak również braku możliwości zastosowania metody analogii. W metodzie tej można posługiwać się różnymi wzorami empirycznymi, podanymi w literaturze specjalistycznej, lub mapami obszarowego rozkładu elementów hydrologicznych (normy odpływu).
Najdokładniej można wyznaczyć przepływy charakterystyczne za pomocą metody statystycznej. W metodzie tej korzysta się z zestawień (tablic) dobowych wartości przepływów z wieloletnich cyklów obserwacji. Zestawione w ten sposób dane dla wielu lat obserwacyjnych pozwalają na określenie:
przepływu średniego z wielolecia SSQ, który jest średnią arytmetyczną ze średnich rocznych wartości przepływów poszczególnych lat okresu obserwacji;
przepływu najwyższego obserwowanego w rozpatrywanym okresie, zarówno w półroczu zimowym, jak i letnim WWQ;
przepływu średniego z najwyższych rocznych obserwowanych w poszczególnych latach w wieloleciu SWQ;
przepływu najniższego obserwowanego w całym wieloleciu NNQ;
przepływu średniego niskiego SNO obliczonego jako średnia arytmetyczna z najniższych rocznych przepływów poszczególnych lat okresu obliczeniowego.
Przepływy ekstremalne (maksymalne i minimalne) o określonym procencie prawdopodobieństwa pojawienia się są podane dla szeregu profili wodowskazowych.W przypadku koniecznym obliczenia przepływów prawdopodobnych dokonuje się wg zasad statystyki matematycznej i rachunku prawdopodobieństwa omówionych w literaturze specjalistycznej.
Przepływy o określonym czasie trwania wyznacza się z krzywych sum czasów trwania przepływów opracowanych dla poszczególnych lat lub dla wielolecia na podstawie dobowych wartości przepływów.
Przepływy uszeregowane od najwyższego do najniższego lub od najniższego do najwyższego, następnie wykreślone w układzie współrzędnych (przepływ i czas), wyznaczają krzywą sum czasów trwania przepływów.
Metoda analogii hydrologicznej polega na dobraniu zlewni i jej profilu w rzece sąsiedniej o zbliżonej powierzchni zlewni, który to profil ma długie ciągi obserwacyjne umożliwiające obliczenie przepływów charakterystycznych metodą statystyczną. Zlewnie muszą mieć podobne warunki fizjograficzne i klimatyczne kształtujące odpływy. W metodzie tej analizuje się wspólne parametry rzeki rozpatrywanej i rzeki "analoga", a mianowicie: wielkość i charakter zlewni, pokrycie terenu, wielkość i rozkład opadów, współczynniki odpływów, długość rzeki.
Spośród metod empirycznych zaleca się przyjmowanie metody norm jednostkowych odpływów. Normy zostały opracowane przez J. Stachy. Dla całego obszaru kraju zostały wyznaczone izolinie jednakowych wartości odpływów jednostkowych, tzn. izoreje opracowane na podstawie metod statystycznych dla kilkuset stacji wodowskazowych.
Mapy podane na rys. 1 — 3, przedstawiają obszary jednakowych odpływów wód, charakterystycznych dla terenów Polski, opracowane na podstawie wieloletnich obserwacji.
Przepływ nienaruszalny (biologiczny, ()„) jest to minimalny graniczny przepływ wody w rzekach, który nie może być zmniejszony na skutek działalności gospodarczej w dorzeczach. Przepływ ten zapewnia ochronę środowiska przyrodniczego i życia biologicznego wód oraz oczekiwania społeczne związane z rekreacją i wypoczynkiem. Metoda określania wartości tego przepływu jest złożona i polega na:
przesłankach hydrobiologicznych warunkujących zachowanie podstawowych form flory i fauny,
wymaganiach rybacko-wędkarskich,
ochronie obiektów przyrodniczych prawnie chronionych,
zachowaniu piękna krajobrazu terenów przybrzeżnych rzek,
wymaganiach rzecznej turystyki wodnej.
W Polsce wielkości przepływu nienaruszalnego praktycznie są określone na podstawie publikacji IMGW. Kryteria i wielkości przepływu nienaruszalnego dla rzek Polski., podane w publikacji, obejmują sieć rzeczną kraju.
Wartości te są traktowane przez władze administracji państwowej jako obowiązujące przy sporządzaniu bilansów wodnogospodarczych, obliczeniach parametrów energetycznych itd.
W praktyce projektowej, w przypadku braku takich danych dla rozpatrywanej rzeki lub cieku zaleca się ustalenie wartości przepływu nienaruszalnego wg wzoru: Qn = K*(SNQ); Współczynnik K zależy głównie od typu hydrologicznego rzeki i wielkości zlewni, może wynosić 0.5 — 1,5. Największe wartości współczynnika K występują w przypadku rzek górskich o małych zlewniach, a najmniejsze - dużych rzek niezinnych.
Charakterystyki hydrologiczne określające ilości wody odpływającej ze zlewni mogą być wyrażone w postaci wielu miar, do których należą:
- objętość odpływu (odpływ) V; m3; tyś. m3; km3 -jest to ilość wody, jaka odpływa z określonego obszaru w jednostce czasu (doba, dekada, miesiąc, rok);
- natężenie przepływu (przepływ) Q; m3/s, l/s -jest to ilość wody. jaka przepływa przez przekrójpoprzeczny cieku w jednostce czasu (sekunda, godzina);
odpływ jednostkowy q; V(s *km2) - przedstawia ilość wody odpływającej w jednostce czasu zjednostki powierzchni rozpatrywanej zlewni. q = Q /A; [1/s*km2 ]
Przepływ nienaruszony - podstawowe kryteria
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]
Krzywe przepływu, rodzaje
KRZYWA KONSUMCYJNA albo KRZYWA PRZEPŁYWU (krzywa K) jest to
krzywa przedstawiająca związek pomiędzy stanem wody w rzece (H), a przepływem (Q).
Q = f(H) Krzywa konsumcyjna jest parabolą wyższego rzędu, a krzywizna jej zależy od wykładnika
potęgowego, który z kolei zależny jest od kształtu przekroju (profilu) poprzecznego rzeki.
Cel bilansu wodno-gospodarczego
Profil hydrochemiczny
Zagrożenia antropogeniczne dla środowiska wodnego.
Główne cele i metody pomiarowe w badaniach monitoringowych dla wód powierzchniowych i podziemnych.
Monitoring wód podziemnych wg Słownika hydrogeologicznego jest to: kontrolno-decyzyjny system oceny dynamiki przemian w wodach podziemnych. Polega na prowadzeniu w wybranych charakterystycznych punktach (stacjach, posterunkach, punktach obserwacyjnych) powtarzalnych pomiarów i badań stanu zwierciadła wód podziemnych oraz ich jakości, a także interpretacji wyników tych badań w aspekcie ochrony środowiska wodnego. Celem monitorowania wód podziemnych jest wspomaganie działań zmierzających do likwidacji lub ograniczenia ujemnego wpływu czynników antropogenicznych na wody podziemne. Monitoring wód podziemnych jest prowadzony w sieciach: krajowej, regionalnej i lokalnej. Sieć krajową tworzą wybrane, reprezentatywne punkty (stanowiska) obserwacyjne. Głównym zadaniem monitoringu regionalnego jest rozpoznanie i stała kontrola jakości wód w zbiornikach o znaczeniu regionalnym, w tym głównych zbiornikach wód podziemnych (GZWP). Zadaniem monitoringu lokalnego jest rozpoznanie i śledzenie wpływu (stwierdzonych i potencjalnych) ognisk zanieczyszczeń na jakość wód podziemnych. Dla ujęć wód podziemnych ma znaczenie osłonowe
Systemy monitoringu środowiska wodnego.(wód powierzchniowych i podziemnych)
Sieć krajowa, sieci regionalne i lokalne.
Zagrożenia antropogeniczne dla środowiska wodnego
Pomiary przepływu w ciekach powierzchniowych.
Badanie stanu ilościowego wód podziemnych.
monitoring ilościowy - poprzez kontrolę stopnia sczerpania dostępnych zasobów wód podziemnych
(realizowanego przez porównanie ilości zasobów z poborem) i poziomu zwierciadła wód podziemnych.
Badanie jakości wód powierzchniowych i podziemnych.
Hydrologiczne skutki wylesienia zlewni
Wieloletnie badania hydrologiczne w zlewniach potoków sudeckich (potoki: Czerniawka, Płóczka i Ciekoń) wykazały negatywne skutki wylesień w obszarach górskich, w postaci zmian w obiegu wody, tzn. zwiększenia odpływu wody ze zlewni, skrócenia czasu formowania się i trwania wezbrań, a także ich zwiększenia. Usunięcie pokrywy roślinnej oraz mechaniczne uszkodzenie gleby przyczyniają się do zwiększenia spływu powierzchniowego i tym samym zapoczątkowania procesów erozyjnych. Od 1998 roku obserwowano obniżanie się - bardziej wyraźne w półroczach letnich - odpływów średnich i wysokich.
Emisja zanieczyszczeń do atmosfery.
Dopuszczalne wartości stężeń substancji zanieczyszczających w powietrzu.
Pomiary rozprzestrzenianie zanieczyszczeń w powietrzu