ZAKA
AD OCHRONY I KSZTAA
TOWANIA
ÅšRODOWISKA
WYDZIAA
INŻYNIERII ŚRODOWISKA
PRZEDMIOT: HYDROLOGIA
PROWADZ
CY: dr inż. Bogdan Ozga-Zieliński
Dla: Inżynieria Środowiska sem. III
ĆWICZENIA AUDYTORYJNE: 9
TEMAT : Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
z niepełną informacją o przepływie
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach z niepełną
informacją o przepływie
Sytuacje położenia przekrojów obliczeniowych
II
III
II
Stacja wodowskazowa
I
Przekrój obliczeniowy
Hydrologia
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach z krótkim
ciągiem pomiarowym przepływów
Krótkie Ciągi Przepływów  KCP
w przekroju obliczeniowym
Długie ciągi przepływów z innej Model zlewni kontrolowanej i
Długie ciągi opadów
wybranej stacji wodowskazowej długie ciągi zmiennych wejścia
Rekonstrukcja ciągów
Wydłużanie KCP
Wydłużanie KCP
przepływów
Wydłużanie Wydłużanie Wydłużanie Wydłużanie
niejawne jawne jawne niejawne
Modele
Modele Metoda
dynamiczne
statyczne GRADEX KC
(transformacja)
(regresja)
Modele Modele
konceptualne hydrodynamiczne
DÅ‚ugie ciÄ…gi DÅ‚ugie ciÄ…gi DÅ‚ugie ciÄ…gi
DÅ‚ugie ciÄ…gi
Qmax,p Qmax,p
Qmax,p
przepływów przepływów przepływów
przepływów
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych
Metody przenoszenia informacji hydrologicznej
BRAK CI
GÓW PRZEPA
YWÓW
w przekroju obliczeniowym na rzece kontrolowanej
Jedna stacja wodowskazowa powyżej lub
Dwie stacje w
odowskazowe
poniżej przekroju niekontrolowanego
Dwie stacje wodowskazowe Przekrój niekontrolowany
powyżej lub poniżej przekroju pomiędzy dwiema stacjami
niekontrolowanego wodowskazowymi
Brak pomiarów
Pomiary kontrolne
kontrolnych
Modele statyczne
Modele statyczne Ustalony współczynnik Identyfikowany współczynnik
(regresja)
przeliczeniowy
(regresja) przeliczeniowy
Charakterystyki Charakterystyki Charakterystyki DÅ‚ugie ciÄ…gi
przepływu przepływu przepływu przepływów
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych
Jedna stacja wodowskazowa poniżej lub powyżej przekroju
·
ëÅ‚ öÅ‚
A0
ìÅ‚ ÷Å‚
Qo = Qw ìÅ‚
Aw ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
· - parametr empiryczny, którego wartość jest ustalana dla okreÅ›lonego przepÅ‚ywu
charakterystycznego i określonego odcinka rzeki (ma charakter regionalny)
Dwie stacje wodowskazowe poniżej lub powyżej przekroju
Identyfikacja parametru empirycznego
lnQw - lnQw
2 1
· =
ln Aw - ln Aw
2 1
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych
Przekrój obliczeniowy pomiędzy dwiema stacjami wodowskazowymi
Qw - Qw
2 1
Qo = Qw + (A0 - Aw )
1 1
Aw - Aw
2 1
WARUNEK: niewielkie przyrosty powierzchni zlewni pomiędzy przekrojami
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych
Zlewnie niekontrolowane
Przedział wielkości zlewni Liczba Liczba
[km2] rzek wodowskazów
< 50 2913 53
50,1  100 809 76
100,1  500 744 380
500,1  1000 93 148
1000,1  5000 80 199
5000,1  10000 9 32
> 10000 8 92
Suma 4656 980*)
*)
Bez posterunków wodowskazowych na jeziorach i zbiornikach [Fal B., 1979]
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych
BRAK CI
GÓW PRZEPA
YWÓW
w przekroju obliczeniowym na rzece niekontrolowanej
Charakterystyki opadu
Ciągi przepływów z innej Model zlewni niekontrolowanej
i charakterystyki fizjograficzne
stacji wodowskazowej i ciągi zmiennych wejścia
zlewni niekontrolowanej
Dobór zlewni podobnej Rekonstrukcja ciągów
Zależności regionalne
(transformacja statyczna) przepływów
Krótkookresowa Pomiary Wybór Mapy i wzory Bilans Metoda
stacja pomiarowa kontrolne zobiektywizowany regionalne wodny Gradex-ZN
Charakterystyki Charakterystyki DÅ‚ugie ciÄ…gi Charakterystyki
SSQ Q max,p
przepływu przepływu przepływu przepływu
KCP
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych
Metoda podobieństwa hydrologicznego
polega na znalezieniu zlewni kontrolowanej podobnej pod względem warunków
hydrologicznych do zlewni niekontrolowanej. W przypadku pełnego
podobieństwa hydrologicznego, tzn. zgodności pod względem warunków
fizycznogeograficznych i meteorologicznych (klimatycznych), charakterystyki
przepływu przenoszone są proporcjonalnie do powierzchni zlewni.
·
AK
ëÅ‚ öÅ‚
ANK
ANK
ìÅ‚ ÷Å‚
QNK = QK
ìÅ‚
AK ÷Å‚
íÅ‚ Å‚Å‚
K NK
HYDROLOGIA
Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych
Modele matematyczne zlewni niekontrolowanej
ĆWICZENIA AUDYTORYJNE: 10
TEMAT : Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Niżówki i wezbrania
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Niżówki i wezbrania
Pojęcia  wezbranie i  niżówka są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Niżówki i wezbrania
Pojęcia  wezbranie i  niżówka są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.
W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić
wezbranie bÄ…dz
niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz
jednoznacznie je zinterpretować.
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Niżówki i wezbrania
Pojęcia  wezbranie i  niżówka są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.
W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić
wezbranie bÄ…dz
niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz
jednoznacznie je zinterpretować.
Wynika to z podstawowego faktu, że wezbrania i niżówki są pojęciami
służącymi do zinterpretowania sytuacji występującej w rzece w
odniesieniu do ilości przepływającej wody.
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Niżówki i wezbrania
Pojęcia  wezbranie i  niżówka są używane od dawna i powszechnie, ale w
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich
definiowania, określania i interpretacji.
W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić
wezbranie bÄ…dz
niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz
jednoznacznie je zinterpretować.
Wynika to z podstawowego faktu, że wezbrania i niżówki są pojęciami
służącymi do zinterpretowania sytuacji występującej w rzece w
odniesieniu do ilości przepływającej wody.
Są to więc pojęcia czysto umowne i nie mają genetycznie uzasadnionej
jednoznacznej definicji.
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Próby genetycznej definicji niżówek i wezbrań
Próby definiowania niżówek jako okresów, w których rzeka jest zasilana
wodami gruntowymi, a wezbrań jako okresów zasilania spływem
powierzchniowym, należy uznać za nieuzasadnione i nieprawdziwe...
[Maria Ozga-Zielińska]
Niejednoznaczność określania niżówek i wezbrań
Q
wezbranie?
Qmin
t
niżówka?
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Próby genetycznej definicji niżówek i wezbrań
Przykład: modelowanie matematyczne procesu odpływu ze zlewni
Swobodne i wymuszone odpowiedzi podsystemów zlewni
yw,p
- odpowiedz
wymuszona
Q
powierzchniowa
ys,p - odpowiedz
swobodna
powierzchniowa
yw,g - odpowiedz
wymuszona
gruntowa
yw,p
ys,g - odpowiedz
swobodna
gruntowa
ys,p
yw,p
yw,g
ys,g
ys,g
t
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Statystyczne definicje niżówek i wezbrań
Niżówka jest to okres, w którym przepływy są równe lub
niższe od przyjętego przepływu granicznego niżówki
Q(t) d" Qg ,n
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Statystyczne definicje niżówek i wezbrań
Niżówka jest to okres, w którym przepływy są równe lub
niższe od przyjętego przepływu granicznego niżówki
Q(t) d" Qg ,n
Wezbranie jest to okres, w którym przepływy są równe lub
wyższe od przyjętego przepływu granicznego wezbrania
Q(t) e" Qg ,w
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Q
300
Statystyczne definicje niżówek i wezbrań
250
Nida Brzegi 1997
200
150
100
50
Qg ,w
Qg ,n
0 t
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego niżówki
Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość największa roczna z przepływów minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji
H1
Qg ,n = max(NQi ) = WNQ i = 1,2,..., N
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego niżówki
Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość największa roczna z przepływów minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji
H1
Qg ,n = max(NQi ) = WNQ i = 1,2,..., N
Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów minimalnych rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji
N
1
H2
Qg,n =
"NQ = SNQ
i
N
i=1
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego niżówki
Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość największa roczna z przepływów minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji
H1
Qg ,n = max(NQi ) = WNQ i = 1,2,..., N
Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów minimalnych rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji
N
1
H2
Qg,n =
"NQ = SNQ
i
N
i=1
Kryterium hydrologiczne (3)
Wartość środkowa z przepływów minimalnych rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji (mediana)
H3
Qg ,n = Qmin,50% = ZNQ
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego niżówki
Kryterium gospodarcze (1)
Okres w którym występują braki wody dla zaspokojenia
potrzeb jej użytkowników
k
G1
Qg ,n = Qn +
"Q
u, j
j=1
Qn - przepływ nienaruszalny,
Qu,j - zapotrzebowanie j-tego użytkownika wody,
k - liczba użytkowników.
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego niżówki
Kryterium gospodarcze (1)
Okres w którym występują braki wody dla zaspokojenia
potrzeb jej użytkowników
k
G1
Qg ,n = Qn +
"Q
u, j
j=1
Qn - przepływ nienaruszalny,
Qu,j - zapotrzebowanie j-tego użytkownika wody,
k - liczba użytkowników.
Kryterium gospodarcze (2)
Wymagania żeglugi śródlądowej - minimalny przepływ
żeglowny
G2
Qg ,n = Qmin,ż
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania
Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość najmniejsza roczna z przepływów maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji
H1
Qg,w = min(WQi ) = NWQ i = 1,2,..., N
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania
Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość najmniejsza roczna z przepływów maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji
H1
Qg,w = min(WQi ) = NWQ i = 1,2,..., N
Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów maksymalnych rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji
N
1
H2
Qg ,w =
"WQ = SWQ
i
N
i=1
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania
Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość najmniejsza roczna z przepływów maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji
H1
Qg,w = min(WQi ) = NWQ i = 1,2,..., N
Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość średnia z przepływów maksymalnych rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji
N
1
H2
Qg ,w =
"WQ = SWQ
i
N
i=1
Kryterium hydrologiczne (3)
Wartość środkowa z przepływów maksymalnych rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji (mediana)
H3
Qg,w = Qmax,50% = ZWQ
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania
Kryterium gospodarcze (1)
Najpowszechniejszą działalnością gospodarczą w odniesieniu
do wezbrań jest ochrona przeciwpowodziowa. Z tego punktu
widzenia przepływem granicznym wezbrania jest przepływ
dozwolony, tzn. najwyższa wartość przepływu nie powodująca
jeszcze szkód powodziowych
G1
Qg,w = Qdoz
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania
Kryterium gospodarcze (1)
Najpowszechniejszą działalnością gospodarczą w odniesieniu
do wezbrań jest ochrona przeciwpowodziowa. Z tego punktu
widzenia przepływem granicznym wezbrania jest przepływ
dozwolony, tzn. najwyższa wartość przepływu nie powodująca
jeszcze szkód powodziowych
G1
Qg,w = Qdoz
Kryterium gospodarcze (2)
Wymagania żeglugi śródlądowej - maksymalny przepływ
żeglowny
G2
Qg ,w = Qmax,ż
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki ilościowe niżówek
Q
Qg,n
Qśr,n
Vn
Qmin,n
t
tn
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki ilościowe niżówek
Q
t1
t2
ti
Q1
Qg,n
"Q
Q2
Qi
t
" " " "
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki ilościowe niżówek
tn
Q
( dt
Vn = Qg,n - Q(t))
+"
t1
Qg,n
Q1 Q2 Qn
"t
Qi
t
t1 t2 " " " " ti tn
" " " "
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki ilościowe niżówek
Q
i=n
Vn = "t
"Q
V ,i
i=1
Qg,n
QV,2
QV,i
"t
t
t1 t2 " " " " ti " " " " tn
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki ilościowe wezbrań
Q
Qmax,w
Qśr,w
Vw
Qg,w
tw
t
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki ilościowe wezbrań
Q
Qi
Q2
"Q
Qg,w= Q1
ti
t2
t
t1
" " " "
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki ilościowe wezbrań
Q
i=n
Vw = "t
"Q
i
i=1
Q2
Qi
Q1 Qn
Qg,w
"t
t
t1 t2 " " " " ti " " " " tn
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Charakterystyki jakościowe niżówek i wezbrań
SÄ… to wybrane cechy fizyczne, chemiczne lub biologiczne wody w okresie
trwania niżówki lub wezbrania. Należą do nich, w zależności od potrzeb
wykonywanego opracowania:
- mętność,
- barwa,
- twardość,
- odczyn pH,
- BZT,
- CHZT,
- tlen rozpuszczony,
- inne.
Ponadto w okresie niżówek istotną charakterystyką jest temperatura wody,
a w okresie wezbrań intensywność transportu rumowiska.
HYDROLOGIA
Hydrologiczne zjawiska ekstremalne  niżówki i wezbrania
Statystyczna analiza niżówek i wezbrań
Zjawisko ekstremalne opisane k charakterystykami może być traktowane
jako k-wymiarowa zmienna losowa (X1, X2, ..., Xk). Własności losowe tej
zmiennej opisuje wielowymiarowy rozkład prawdopodobieństwa
" "
P(X1 e" x1,..., Xk e" xk ) = f (x1,..., xk )dx1...dxk
+"...+"
x1 xk
Zmienna losowa (X1, X2, ..., Xk) ma na ogół bardzo skomplikowaną postać
rozkładu wielowymiarowego, a w praktyce potrafimy się posługiwać
prawie wyłącznie wielowymiarowym rozkładem normalnym.
DZI
KUJ
ZA UWAG