he

Pytania na egzamin



24 lipca (sobota) godz. 12.00



1. Pojęcie „hydrologia” – definicja, podział?



Hydrologia – nauka o wodach podziemnych i powierzchniowych na Ziemi, ich występowaniu i

krążeniu, o ich hydrologicznych, chemicznych, fizycznych właściwościach oraz związku ze

środowiskiem. Nauka o procesach zmiennościowych nauk wodnych.



Nauka traktująca o wodzie i zjawiskach związanych z istnieniem wody w przyrodzie.



TEMATYKA

Hydrochemia

Hydrobiologia

Hydrofizyka

Hydrologia krążenia



METODYKA

Hydrometria – pomiary wody

Hydrografia – wody śródlądowe

Hydronomia – procesy w hydrosferze



GAŁĘZIE

Hydrometeorologia

Patomologia – woda w ciekach

Limnologia – woda w zbiornikach sztucznych i naturalnych

Agrohydrologia – woda w glebie

Hydrogeologia – woda w warstwach podziemnych

Glacjologia - woda w lodowcach

Geohydrologia – ogólna woda na świecie



2. Hydrometria – definicja, przykłady



Hydrometria – miernictwo wodne. Hydrometria obejmuje pomiary następujących elementów: stan

wody, głębokość, profil podłużny zwierciadła wody, przekrój poprzeczny koryta, prędkość przepływu

wody, natężenie przepływu, transport rumowiska rzecznego oraz temperatura wody.



3. Stany wody – wyjaśnić pojęcie, wybór profili wodowskazowych i rodzaje obserwacji



Stan wody



Pod pojęciem stanu wody rozumiemy wzniesienie zwierciadła wody w cieku ponad pewnym

poziomem, przyjętym za zerowy. Stanu wody nie należy mylić z głębokością wody, która oznacza

wzniesienie zwierciadła wody ponad dnem w danym punkcie przekroju poprzecznego cieku. Stany

wody są podstawową charakterystyka hydrologiczna rzek i ich ustroju. Wszystkie służby

hydrologiczne w ujęciu historycznym zaczynały swe prace od pomiarow stanów wody.



Stany wody mierzy się za pomocą wodowskazów. Miejsce prowadzenia pomiarów stanów wody

nazywa się posterunkiem wodowskazowym, natomiast punkt na rzece, w którym zainstalowany jest

wodowskaz nosi nazwę profilu wodowskazowego.



Wybór profili wodowskazowych



 Koryto rzeki w profilu wodowskazowym powinno być zwarte, jednolite i mieścić – w miarę

możliwości – cały przepływ rzeki; oznacza to że, profile wodowskazowe lokalizuje się w zwężeniach

dolin rzecznych – tam gdzie rzeka nie rozlewa się na dużej szerokości oraz tam gdzie płynie jednym

korytem a nie dzieli się na wiele ramion stale prowadzących wodę oraz starorzeczy czynnych w

okresie wezbrań.



 Zwierciadło wody w profilu wodowskazowym powinno być swobodne, tzn. nie powinno

znajdować się pod wpływem spiętrzeń i depresji wywołanych przez czynniki naturalne lub sztuczne;

do czynników naturalnych wywołujących te zjawiska zalicza się przede wszystkim wahania

zwierciadła wody w odbiorniku, do którego wpada dana rzeka a czynnikami sztucznymi są budowle

wodne i urządzenia gospodarki wodnej zlokalizowane poniżej wodowskazu



 Dno rzeki w profilu wodowskazowym nie powinno ulegać zmianom tj., erozji i akumulacji, jak

również w miarę możności nie powinno zarastać roślinnością wodna



 Profil musi być tak dobrany aby istniały w nim dogodne warunki techniczne do założenia

wodowskazu oraz by można było zapewnić dobrą ochronę wodowskazu przed uszkodzeniami (np.

płynącą krę lodową)



 Profil wodowskazowy powinien być tak zlokalizowany aby znajdował się – w miarę możności – w

pobliżu miejsca zamieszkania obserwatora oraz aby istniała możliwość dojazdu personelu

technicznego



 Wodowskaz musi być łatwo dostępny dla obserwatora przy każdym stanie wody, odczytanie zaś

podziałki wodowskazowej możliwe o każdej porze, także i w nocy



Rodzaje obserwacji



Miejsce prowadzenia obserwacji wodowskazowych nazywa się posterunkiem wodowskazowym.

Posterunki wodowskazowe zakładane są przez hydrologiczna lub też inne instytucje naukowo-

badawcze do celów badań hydrologicznych na rzekach i jeziorach. Takie posterunki wodowskazowe

można nazwać badawczymi

Posterunki badawcze dzieli się na podstawowe i okresowe.



Posterunki podstawowe stanowią sieć niezbędną do ogólnego rozeznania stosunków

hydrologicznych na obszarze całego kraju (na czas nieograniczony)



Posterunki okresowe rozmieszcza się pomiędzy posterunkami podstawowymi. Celem ich jest

dostarczenie materiałów uzupełniających dane z sieci podstawowej. Okres działania takich

posterunków waha się od 5 do 15 lat, podczas gdy posterunki podstawowe zakładane są na czas

nieograniczony



4 . Rodzaje wodowskazów i sposoby ich umocowania



Wodowskazy

Stany wody mierzy się za pomocą wodowskazów. Miejsce prowadzenia pomiarów stanów wody

nazywa się posterunkiem, tomista punkt na rzece, w którym zainstalowany jest wodowskaz nosi

nazwę profilu wodowskazowego.

Rozróznia się typy wodowskazów: łatowe, palowe, pływakowe, samopiszące, (limnigrafy), zdalnie

piszące (telelimnigrafy), maksymalne i precyzyjne.

Wodowskazy łatowe na bardziej popularne w hydrologii, mogą być drewniane, metalowe lub

plastikowe, wyposażone w podziałki do pomiaru stanu wody. Skala podziałki i cyfry mogą być

malowane, wypalane, lub przybijane do łaty. Stosuje się segmenty aluminiowe, plastikowe lub bądź

laminowe o dł 60 lub 100cm,które przymocowuje się do łaty się do łaty.

rys

Istotnym elementem wodowskazu jest poziom zera podziałki wodowskazowej. Poziom ten ustalany

jest niwelacyjnie zasadzie dowolny. Praktyce poziom zera przyjmuje się poniżej najniższego stanu

wody z uwagi na erozję denną powodująca pogłębiane się rzek poniżej jego poziomu. W ten sposób

unika się odczytów ujemnych, które wprowadzają chaos przy opracowaniu wyników obserwacji, w

celu ułatwienia obliczeń unika się wartości czterocyfrowych. W profilach wodnych łaty

wodowskazowe umocowujecie do pali lub belek stalowych wbitych w dno rzeki. Są to belki stalowe

ceowe lub dwuteowego których przymocowuje się podziałkę wodowskazową

Rys.









Wodowskazy najlepiej umieszczać w lokalnych zagłębieniach brzegowych tak, aby zwierciadło wody

przy wodowskazie nie ulegało intensywnemu falowaniu. Na rzekach większych, w których odbywa

się przychód kry lodowej, w celu ochrony wodowskazu wbija się wokół niego grupy pali lub też

ustawia się specjalne tablice

Rys

W profilach zabudowanych łaty wodowskazowe umocowuje się do filarów lub przyczółków mostów i

jazów, śluz, murów, oporowych itp.

Rys









Jeżeli przekrój poprzeczny jest zwarty, amplituda stanów wody niewielka, wystarczy jedna łata

wodowskazowa. W profilach wielodzielnych ustawia się dwie lub więcej łat w celu ułatwienia

obserwacji przy różnych stanach wody.

Rys









Wodowskaz taki nasi nazwę wodowskazu grupowego. Poszczególne łaty wchodzące w skład

wodowskazu grupowego maja wspólny poziom zera. Powinny być też tak złożone, a by podziałki

zachodziły na siebie, tzn., aby przy stanach w pobliżu granicy podziałki można było dokonywać

jednocześnie odczytu stanu wody na obydwu łatach. Stosowanie łat grupowych pozwala na

zmniejszenie wysokości poszczególnych łat, co zmniejsza uszkodzenia w okresie wezbrań.

Na rzekach uregulowanych często zakłada się wodowskazy przy schodkach, budowanych na skarpie

rzecznej, umożliwiających dostęp do wody- są to wodowskazy schodkowe, składają się szeregu

segmentów łat wodowskazowych, przymocowanych do poszczególnych stopni.

Rys.

Wodowskazy palowe – skład się z szeregu pali wbitych przekroju poprzecznym rzeki w dno rzeki i

skarpy. Główki pali maja określone rzędne ponad wspólnym poziomem porównawczym, przyjęty za

zerowy.

Rys.









Wodowskazy pływakowe

Składają się z pływaka, wykonanej z blachy w kształcie płaskiej elipsoidy lub soczewki,

utrzymującego się na powierzchni wody oraz podnoszącego się wraz ze zmianami stanów wody.

Pływaki Zawieszone są na lince opasujące koło sprzężone z mechanizmem wskazującym. Drugi

koniec liny obciążony jest ciężarkiem utrzymującym jej naprężenie

Wodowskazy pływakowe mogą być zwykłe i specjalne. Na pływakach zwykłych pomiar wody

odbywa się w dwojaki sposób na lince znajduje się znak mierniczy wskazujący stan wody na

podziałce pionowej znajdującej się obok np. na ścianie budowli lub palu. Podziałka może być

umieszczona też na lince na której zawieszony jest pływak, wówczas położenie stanu wody odczytuje

się za pomocą znaku mierniczego.

Są też wodowskazy zegarowe, taśmowe lub tez wyposażone w liczniki cyfrowe.

Rys.

Wodowskazy pływakowe – różnicowe służą do pomiaru jednocześnie poziomu wody powyżej

poniżej budowli piętrzącej (jaz, zapora, śluza), a tym samym określają różnice tych poziomów ΔH –

spad zwierciadła wody. Instalowane są siłowniach wodnych gdzie jest stała kontrola spadu wody

dolnej górnej.

Rys.









Wodowskazy samopiszące – limnigrafy umożliwiają uzyskanie ciągłej informacji o zmianach stanu

wody w określonym profilu wodowskazowym. Limnigrafy wyposażone SA sa urządzenie pomiarowe

i urządzenie rejestrujące.

Urządzenie pomiarowe – przenosi wszystkie zmiany położenia zwierciadła wody profilu

wodowskazowym na urządzenie rejestrujące. Stosowane SA limnigrafy:

*pływakowe (w zależności od sposobu zainstalowania pływaka mamy limnigrafy rurowe, z ujęciem

poziomym, lewarowe);

*ciśnieniowe (pneumatyczne lub manometryczne)

*elektroniczne

Urządzenia rejestrujące limnigrafów mogą być:

*analogowe ( podające przebieg stanów wody w postaci wykresów)

*cyfrowe (polegające na odpowiednim perforowaniu otworów w taśmie papierowej)



Limnigrafy pływakowe

Limnigrafy rurowe:

--Wolnostojące wbijane w dno rzeki bądź przytwierdzone do pali lub belek stalowych wbitych dno

--brzegowe do mocowania wykorzystuje się istniejące konstrukcje inżynierskie –mosty bulwary itp.,

lub tez buduje się do tego celu specjalne pomosty

Dolny odcinek rury pływakowej zakończony jest końcówką kształcie stożka zamykana korkiem

żeliwnym. Dopływ odbywa się przez otwór w korku żeliwnym lub w płaszczu rur. Zapobiega to

falowaniu się wody w rzece na zwierciadło wody w rurze. Ponad rurą znajduje się budka lub skrzynka,

w której znajduje się urządzenie rejestrujące.

Limnigrafy z ujęciem poziomym pływak porusz się w pionowej studni (lub rurze) wykonanej w skarpie

brzegowej. Studnia połączona jest z rzeką poziomą rurą. Wylot rury znajduje się poniżej najniższego

znanego stanu wody przeciwnym razie woda do studni nie będzie dopływała. Rura zakończona jest

kształtką kolankową skierowaną wylotem zgodnie zbiegiem rzeki. Na rzekach o zmiennym dnie

zakład się dwie lub więcej rury na różnych poziomach. Rejestrator znajduje się ponad studnia i

umieszczony jest powyżej wysokości najwyższego stanu wody.

Limnigrafy lewarowe – różni się tym od poprzednich, że woda do studni dostaje się za pomocą lewara









Limnigrafy ciśnieniowe – (pneumatyczne, manometryczne) polega na pomiarze ciśnienia wody, jaki

panuje w określonym punkcie przekroju wodowskazowego- zazwyczaj poniżej najniższego znanego

stanu wody. Część pomiarowa składa się z szeregu rurek , którymi przepływa powietrze lub gaz (N2)

dozowany z butli, manometru rtęciowego lub urządzenia regulującego.

Limnigrafy elektroniczne – nadążne urządzenie pomiarowe stanowi czujnik elektroniczny – sonda,

zawieszony na lince przewodzącej.

Wodowskazy precyzyjne umożliwiają określenia stanów wody zdokładnościa do 0,1m, nawet

0,01mm. Są to pręty metalowe umocowane nad korytami pomiarowymi, których końcówkę

doprowadza się do zetknięcia ze zwierciadłem wody. Położenie zwierciadła wody określa się za

pomocą noniuszy. Są trzy typy wodowskazów precyzyjnych

Haczykowy( najdokładniejszy – ostrze haczyka doprowadza się do poziomu wody zwierciadła od

dołu, co pozwala uniknąć menisku na ostrzu i zwiększa dokładność, pomiaru) szpilkowy i talerzowy.









5 . Rodzaje zjawisk lodowych

Rozróżnia się 7 podstawowych form zjawisk lodowych:

-śryż, lódgąbczasty, tworzący się w masie płynącej wody rzecznej, wpływający na powierzchnie i

tworzący charakterystyczne krążki o pogrubionych brzegach, o średnicy 0,3 do 3m;

- lepa, gęsta masa powstającą na powierzchni wody z opadów śniegu spadłego na ochłodzona wodę

rzeki;

- częściowe zlodzenie, pokrywa lodowa tworząca się przy brzegach rzeki

- pokrywa lodowa, powierzchnia lodowa pokrywającą rzekę na całej szerokości

- ruszanie lodu, spękanie w pokrywie lodowej i początek spływu lodu

- kra, spływającą rzeką popękana pokrywa lodowa

- zator, zwały kry nagromadzone na odcinku rzeki, powodujące podnoszenie się stanu wody



6. Metody bezpośrednie pomiaru natężenia przepływu



Natężeniem przepływu (przepływ) to ilośc wody przepływająca

Metody bezpośrednie charakteryzuje duża dokładność pomiaru, stosowane przy niewielkich

wartościach przepływu.

Do metod bezpośrednich zaliczmy:

Metody objętościowe (wolumetryczne)

Metody hydrauliczne

Metody rozcieńczenia wskaźnika

Metody elektryczne.



Metody objętościowe (wolumetryczne)

Polega na pomiarze objętości wody, jaka gromadzi się w zbiorniku w określonym czasie

Q=V/t

Gdzie:

Q - średnie natężenia przepływu w czasie t [m3/s],

V – objętość wody w zbiorniku w czasie t [m3]

t- czas pomiaru [s]

Natężenie przepływu określane w ren sposób jest natężeniem średnim czasie t.. Za pomocą metod

objętościowych nie można określić przepływów chwilowych.

Pomiary objętościowe stosowane sa do:

- pomiarów wypływów ze źródeł,

- sieci drenarskiej,

- korytek drewnianych lub metalowych (tzw. Łotoków)

- wszędzie tam gdzie istnieje możliwość łatwego podstawienia zbiornika pod strumień wypływającej

wody.









Pomiary objętościowe mogą być stosowane do: pomiaru przepływu małych cieków górskich i

nizinnych w bruzdach śródpolnych – pod warunkiem wytworzenia w nich kaskady. Najlepiej, gdy na

ciekach istnieją naturalne progi lub wodospady, lub sa wybudowane przepusty, zastawki i inne

budowle piętrzące. W celu możliwości wykonania pomiaru można na ciekach budować przegrody

sztuczne – ścianki, grobelki.

Rys.









Zbiorniki na wodę w pomiarach objętościowych wyposażone są w podziałkę wyskalowaną w

jednostkach objętości. Dzięki czemu nie jest konieczne całkowite napełnianie zbiornika i pomiar

można zakończyć w dowolnym czasie. Podziałka umieszczona jest na ściance zbiornika (wodowskazy

precyzyjne), zbiorniki najczęściej są w kształcie walca i wykonane blachy.

Do pomiarów objętościowych stosowane sa też zbiorniki o określonej objętości, które podczas

pomiaru należy napełnić całkowicie tj. do krawędzi.

Przy dużych przepływach napełnienie zbiornika trwa bardzo krótko, w celu eliminacji błędu stosuje

się podwójne zbiorniki – podwójne skrzynki cechowe, które wykonane a z blachy lub drewna,

skrzynka przedzielona jest ścianką pionowa na dwie komory o identycznej objętości.

Rys. Korytko wywrotowe

1 - koryto trójkątne

2 – wspólna ścianka środkowa

3 – oś obrotu korytka

W chwili napełnienia się 1-wszgo zbiornika, zmiana środka ciężkości korytka powoduje jego obrót

wokół osi o kąt określony wymiarem urządzenia. Ruch ten powoduje opróżnienie z wody pierwszej

komory i rozpoczęcie napełniania komory drugiej. Po napełnieniu sytuacja się powtarza. Po

napełnieniu drugiej komory korytko obraca się w przeciwna stronę, a woda ponownie wlewa się do 1-

wszej komory. Pomiar polega na rejestracji ilości napełnień – obrotów korytka czasu trwania pomiaru.

W tym przypadku musimy znac objętość wody przy której następuje obrót korytka.





Dopływ wody kierowany jest kolejno do poszczególnych komór. Gdy woda napełnionej komorze

podnosi się do poziomu przegrody, to nadmiar wody przelewa się do drugiej pustej komory. Dopływ

wody skierowany jest do drugiej komory i jednocześnie opróżnia komorę pierwszą. Kiedy komora

będzie napełniona wodą, wówczas dopływ wody skierowany zostaje z powrotem do pierwszej

komory, która została już w tym czasie opróżniona. Podczas pomiaru rejestruje się łączny czas

dopływu wody do skrzyni oraz liczbę napełnień komór. Przepływ oblicza się ze wzoru:

Q= Vn/2t gdzie:

V – objętość skrzyni (tj. dwóch komór łącznie) [m3]

N – liczba napełnień komór,

t - łączny czas trwania pomiaru [s]



Metody hydrauliczne

Podział ze względu na schemat hydrauliczny::

1) Schemat wypływu przez otwór w ścianie zbiornika

2) Schemat zwężenia przekroju poprzecznego strumienia płynącej wody

1)Schemat wypływu przez otwór w ścianie zbiornika

Podstawowym schematem hydraulicznym jest przepływ przez otwór w ścianie zbiornika.

Rys.









Wzór do obliczenia natężenia przepływu :

Q=⅔µb*√2g*(h1⅔-h2⅔) (2g jest pod pierwiastkiem nie mam edytora wzorów)

gdzie:

µ - współczynnik wydatku przez otwór

b - światło otworu [m]

g – przyspieszenie ziemskie [m/s2]

h1 - h2 – odległość od dolnej i górnej krawędzi otworu od zwierciadła wody [m]

Przyjmując dla danego otworu wartość stałą a= ⅔ µ, b, √2g oraz podstawiając h1= h2+h otrzymuje się:

Q=a[(h2+h) ⅔- h2⅔]

W zależności od przyjętych wymiarów rozróżnia się w omawianym schemacie dwa przypadki

szczegółowe:

- przelewy gdy h2=0 ( rys b)









- spust denny (wypływ spod zasuwy), gdy B=0 (rysunek c)









Przelewy pomiarowe to urządzenia przegradzające ciek, wskutek ich oddziaływania następuje

spiętrzenie wody powyżej przelewu, a zwierciadło wody układa się w postaci krzywej cofkowej. Do

pomiarów przepływu wykorzystuje się urządzenia istniejących budowli wodnych lub buduje się

specjalne przelewy pomiarowe.

Rys.









Ze względu na kształt otworu w ścianie przelewowej wyróżnia się przelewy: prostokątne, trójkątne,

kołowe i złożone.

Rys

Przelewy prostokątne dzieli się na przelewy ze ścianką piętrzącą na całej szerokości koryta oraz ze

ścianką przegradzające kryto z wyciętym otworem prostokątnym w środkowej części ścianki.

Przelewy trójkątne (przelew Thomsona) może być z wycięciem o kącie rozwarcia α=90°. Ze względu

na dużą zmienność przepływów rzecznych stosuje się przelewy z otworem i kształtach złożonych, są

to trójkąty o różnych kątach rozwarcia α, od małych wartości α w dolnej części ścianki do pomiarów

bardzo małych przepływów. Dladużych przepływów kąt α≥90°.Mogabyć:

- przelewy stałe

-przelewy przenośne

- spusty denne

- wypływy spod zasuwy

- wypływy spod segmentu

- wypływy spod zamknięcia na progu o kształcie praktycznym

2) Schemat zwężenia przekroju poprzecznego strumienia płynącej wody

Metody oparte na schemacie zwężenia przekroju poprzecznego strugi wody pomiar polega narożnicy

ciśnień, jaka powstaje wewnątrz płynącej strugi wody, w skutek zwężenia jej przekroju poprzecznego.

Metody te stosowane są do pomiaru przepływu w przewodach zamkniętych. Zwężenie przekroju

strugi osiąga się za pomocą zwężek, dysz i przepon.

Rys.

Najczęściej stosuje się zwężkę Venturiego – są to rurki o zmiennym przekroju, początkowo

stopniowo zmniejszającym się, a następnie rosnącym, umieszczane na zewnątrz przewodu. Ciśnienie

wewnątrz strugi mierzy się piezometrami piezometriami dwóch punktach: przed zwężeniem, gdy

strugi wody są jeszcze równoległe do siebie, i w punkcie największego zwężenia. Zwierciadło wody w

piezometrze punkcie pierwszym wzniesie się wyżej niż w punkcie drugim wynika to z równania

Bernoulliego oraz prawa ciągłości ruchu.

Podobny obraz jak w przewodach zamkniętych otrzymuje się w korytach otwartych mających lokalne

zwężenie przekroju. W tym przypadku obserwuje się zmiany w układzie zwierciadła wody powyżej

zwężenia oraz w samym zwężeniu. Linia zwierciadła wody w korycie otwartym pokrywa się linia

ciśnień piezometrycznych. Koryta pomiarowe o zmienny przekroju poprzecznym nazywane są

korytami Venturiego. Przykładem tego typu koryta jest koryto Parshalla. Składa się ze zwężającej się

kielichowo części dopływowej z dnem poziomym, przewężonego kanału ze spadkiem dna 3:8 oraz

rozszerzającej się kielichowo części odpływowej z odwrotnym spadkiem dna 1:6.ruch wody może

odbywać się w warunkach przepływu swobodnego, zatopionego (podtopionego)

Rys.









Metody rozcieńczenia wskaźnika

Pomiary przepływu polegają na określeniu stężenia lub rozcieńczenia roztworu wodnego, przyjętego

wskaźnika w wodzie cieku. Do cieku wprowadza się roztwór wodny wskaźnika o znanym stężeniu k,

który wskutek burzliwości wody ulega wymieszaniu całej masie płynącej wody. W przekroju w

którym roztwór wskaźnika jest dokładnie wymieszany –przekrój wykrywania detekcji, mierzy się jego

rozcieńczanie w wodzie cieku. Im przepływ cieku jest większy, tym większe obserwować będzie się

rozcieńczenie roztworu i odwrotnie.



Metody elektryczne

Do określenia przepływu mogą być również wykorzystane urządzenia pomiarowe elektrowniach

wodnych, wyróżniamy następujące sposoby określenia przepływu:

- ze wskazań tablicy rozdzielczej

- z różnicy ciśnień spirali wlotowej turbiny,

- w zależności ustalonej na podstawie wzorcowania turbin elektrowni.

Pomiar przepływu ze wskazań tablicy rozdzielczej-wystarczy znać wartość napięcia U natężenia I

prądu elektrycznego, określanych z tablicy pomiarowej urządzeń pomiarowych umieszczonych na

tablicy rozdzielczej, współczynnika sprawności agregatu n ora wysokości spadu wody H



. 6. Metody pośrednie pomiaru natężenia przepływu (podział i omów wybraną metodę



Podział metod pośrednich

W odróżnieniu od metod bezpośrednich pomiaru natężenia przepływu, metody pośrednie pomiaru

przepływu polegają na pomiarze elementów, od których jest on uzależniony. Najczęściej tymi

elementami są: prędkość przepływu v oraz powierzchnia przekroju poprzecznego F. Natężenie

przepływu oblicza się w tym przypadku ze znanego z hydrauliki wzoru:

Metody pośrednie pomiaru natężenia przepływu dzieli się zależnie od metod pomiaru

prędkości przepływu na punktowe i odcinkowe.



Pośrednie pomiary punktowe natężenia przepływu Zasady pomiaru. Pośrednie pomiary punktowe

przepływu polegają na pomiarze prędkości metodą punktową oraz na pomiarze elementów przekroju

poprzecznego cieku, niezbędnych do obliczania jego powierzchni. Pomiary obydwu elementów

wykonuje się tutaj jednocześnie w tym samym przekroju hydrometrycznym. Bezpośrednio po

zmierzeniu sondą głębokości w przekroju poprzecznym lokalizuje się piony hydrometryczne w

których przeprowadza się punktowe pomiary prędkości przepływu. W praktyce hydrometrycznej do

tego rodzaju pomiarów stosuje się najczęściej młynki hydrometryczne, aczkolwiek każda z opisanych

w rozdziale 2.4 metod punktowych pomiaru prędkości może znaleźć tu zastosowame.



Obliczanie natężenia przepływu na podstawie zupełnych punktowych pomiarów prędkości. Ze

wzoru 2.81 wynika, że natężenie przepływu w przekroju poprzecznym można obliczyć z iloczynu

prędkości średniej w przekroju v s=L/t obliczonej za pomocą wzoru i powierzchni przekroju

poprzecznego F. Taki sposób obliczania jest jednak zbyt uproszczony, ponieważ nie uwzględnia

rozkładu prędkości przepływu w poszczególnych punktach przekroju hydrometrycznego. Przepływy

obliczone w ten sposób są mniejsze od rzeczywistych; błąd może dochodzić do 10% (Pomianowski i

in. 1939).

Natężenie przepływu Q zgodnie z definicją stanowi masę wody, jaka w ciągu sekundy przepływa

przez przekrój poprzeczny cieku. Masa ta tworzy bryłę ograniczoną przekrojem poprzecznym cieku,

zwierciadłem wody oraz powierzchnią stanowiącą zbiór końców wektorów prędkości prostopadłych

do płaszczyzny przekroju poprzecznego



7. Pojęcie „tachoida” – typy

Wykres przedstawiający rozkład prędkości w pionie nazywa się tachoidą.

W miarę doskonalenia przyrządów pomiarowych poglądy uczonych na temat rozkładu prędkości w

pionie ulegały ewolucji. Początkowo sądzono (np. Guglielmini na podstawie pomiarów wahadłem

hydrometrycznym), że prędkość przepływu w pobliżu dnajest większa niż w pobliżu zwierciadła

wody. Kolejne doświadczenia (m.in. Mariotte' a) wykazały, że prędkość przepływu maleje od

zwierciadła wody w kierunku dna; sądzono jednak, że największe prędkości występują na

powierzchni. Dopiero badania przeprowadzone przez Cabrala, przy zastosowaniu młynka

hydrometrycznego własnej konstrukcji, opublikowane w 1786 roku (Quintela 1991), wykazały, że

prędkość w pionie rośnie od zwierciadła wody do punktu o maksymalnej prędkości, a następnie maleje

w kierunku dna.

Kształt tachoidy otrzymanej przez Cabrala na rzece Albula w okolicach Rzymu przedstawia rysunek

2.50b. Na tym rysunku pokazano również typowy kształt tachoidy obserwowany w korytach o

regularnym kształcie, wyrównanym dnie, wolnym od roślinności i wyboi, oraz przy swobodnym

zwierciadle wody (rys. 2.50a).



Na kształt tachoidy ma wpływ rodzaj materiału dennego, kierunek wiatru, zjawiska lodowe, zarastanie

koryta i brzegów oraz wiele innych czynników. Na rysunku 2.51 przedstawiono kształty tachoid

otrzymanych dla różnych warunkó- przepływu. Zwraca tu uwagę odwrócony ksztah tachoidy w

pionach hydrometrycznych zlokalizowanych w pobliżu brzegów intensywnie porastających

roślinnością (rys.2.51d).

Tachoidę wykreśla się nanosząc w układzie osi współrzędnych prostokątnych na osi pionowej

głębokości punktów pomiaru prędkości, na osi poziomej zaś - zmierzone prędkości. Po podzieleniu

pola ograniczonego tachoidą, zwierciadłem wody i osiami współrzędnych na paski o szerokości dh i

długości v (rys. 2.50) oblicza się powierzchnię figury:

h

F= f vdh

o

Ze wzoru 2.29a wynika, że: F = vs' h

Prędkość średnią w pionie można w praktyce określać za pomocą skróconych wzorów opracowanych

przez b. PlliM (tab. 2.3) bądź ze wzoru 2.13 przy metodzie dwupunktowej. Wzory te dają dobre

wyniki w warunkach typowych. Jeżeli jednak tachoida ma ksztah nietypowy, dokładniejsze są

obliczenia na podstawie tachoid ze wzoru 2.29a lub metodą graficzną, przez planimetrowanie pola

tachoidy.









Magda



4. Podział rumowiska rzecznego

5. Narysuj hydrograf stanów wody i zaznacz stany główne 1 stopnia, wyjaśnić sposoby ich

ustalenia







6. Stany i przepływy okresowe i sposoby ich ustalania

Stanem bądź przepływem okresowym nazywa się tak , który ma określona sumowaną częstość

występowania lub określony czas trwania z niższymi lub wyższymi stanami, przepływami. Sumowana

częstość podawana jest w liczbach procentowych p lub przez czas trwania w dniach T. Zatem

oznaczamy stany lub przepływy okresowe Wp lub WT, i analogicznie Qp lub QT. W pr4zypadku gdy

sumowanie dotyczy stanów, przepływów niższych od danej wartości stawiamy jeszcze ‘ np. W 215’ to

stan wody, który nie jest przekraczany wzwyż przez 215 dni roku hydrologicznego a W 215 to stan

wody który wraz ze stanami wyższymi trwa przez co najmniej 215 dni roku.

Stany i przepływy okresowe możemy tez opisywać poprzez stany główne 1szego i drugiego stopnia.

Np. Wśród przepływów Q 100’, czyli najmniejszych trwających przez 100 dni w roku możemy

znaleźć SQ 100’ czyli średni przepływ przepływów o sumowanej częstości występowania 100 dni.

Podobnie znajdujemy NQ, WQ czy ZQ. Jest to ten sam sposób co w przypadku zestawie Nubia

rocznego z dobowych stanów i przepływów wody tyle, że tu operujemy wśród stanów , przepływów z

grupy zawężonej przez daną częstość uch występowania.



Sposób ustalania:



Najprostszym sposobem jest stworzenie tabelki częstości i czasu trwania stanów/ Przepływów np.







Przedział Q Miesiące

od...do…[m3/s] N dQ [m3/s] G sumaN

XI XII I II III IV V VI VII VIII IX X

250-299 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 50 0 0

200-249 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 10 50 0,02 1

180-199 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 20 20 0,1 3

To tylko fragment bo skala przedziału musi dojść do zera a suma N do 365 dni w roku.



Następnie łatwo stworzyć np. wykres częstości stanów lub przepływów i na jego podstawie określić

np. NTQ lub NTW, lub wykres czasów trwania stanów przepływów. Dysponując tym wykresem

dziecinnie prosto jest nam znaleźć odpowiedź na pytanie ile dni w roku trwa dany przepływ okresowy,

lub jaki przepływ okresowy trwa określona ilość dni w roku.

Nietrudno domyślić się niebagatelnego znaczenia poznania przepływów i stanów okresowych. Jest np.

to niezbędne przy projektowaniu urządzeń wodnych i zarządzaniu ich efektywnością.







7. Cel i sposób ustalenia związków wskazowych







Cele są następujące:

a. Kontrola spostrzeżeń wodowskazowych, wykrywanie błędów w zapiskach

wodowskazowych, oznaczanie koniecznej wielkości poprawek stanów wody.

b. Uzupełnianie braków w tabelach spostrzeżeń wodowskazowych już w tabelach

stanów głównych.

c. Przewidywanie stanów wody w związku z potrzebami ochrony przed powodzią,

żeglugi itp.



Sposób wykonania:



Na początku musimy stworzyć wykres stanów wody w ciągu np. roku na który naniesiemy odczyty z

obydwu wodowskazów. Dostrzeżemy wówczas, że stany wodowskazu A i B korespondują ze sobą, co

najwyraźniej da się spostrzec na maksimach i minimach.

Dalej trzeba nam odnaleźć czas przepływu wody z jednego wodowskazu do drugiego. Czas ten nie

zawsze jest jednakowy ze względu na rożną prędkość wody w zależności od napełnienia koryta czy

tez np. obecność jazów na drodze wody, nam jednak potrzebna jest pewna wartość uśredniona , która

zazwyczaj jest właściwa.

Kolejna czynno0ścia jest utworzenie wykresu związku wodowskazów.N atym wykresie osiami OX i

OY są stany wody z profilu A i Z profilu B, czyli pokazuje on jakim wartościom profilu A

odpowiadaja jakie stany wody B.

Wyrównujemy naniesione punkty by ukazać liniowa zależność dwóch wodowskazów. Zaleznosć tą

opisuja równania:



y=a1x+b1 oraz x= a2y+b2



Parametry a i b opisuja wzory:

Stopień zależności między dwoma wodowskazami określa specjalna miara zwana współczynnikiem

korelacji r.









Im bliżej jedności tym silniejsza jest statystyczna zależność dwóch wodowskazów.



Kolejna czynnością jest obliczenie średniego błędu oceny funkcji związku wodowskazów:









Mając już wszystkie parametry wyliczone można przystąpić do sprawdzenia równań związku

wodowskazów. Zatem należy na podstawie danych z górnego wodowskazu obliczyć stany wody

wodowskazu w dole rzeki dla okresu, w którym znane są jego prawidłowe odczyty. Ujrzymy wówczas

na ile wiernie udało nam się odtworzyć przebieg stanów wody.



8. Pojęcie „krzywa natężenia przepływu” – postać analityczna i sposób identyfikacji

parametrów



Krzywa natężenia przepływu- graficzny obraz związku Q=f(H), podaje związek między stanami

wody w rzece a przepływami.

Postać analityczna:

Q=a(H-B)^n

gdzie a i n – parametry krzywej

B – stan n wodowskazie, gdy Q=0

Identyfikacja parametrów:

**Stała B, gdy Q=0 określa się metodami:

-na podstawie bezpośrednich pomiarow w korycie rzeki

-na podstawie analizy różnic stanów wody i głębokości maksymalnych (H-tmax), które to wielkości

notowane są przy pomiarach hydrometrycznych

-metoda Głuszkowa

**parametry a i n określa się:

-metodą graficzną n = ctgα = lgQ / lgT

-metodą analityczną



9. Miary bezwzględne odpływu



Do miar bezwzględnych należą:

1. Natężenie przepływu, czyli przepływ w jednostce czasu ( podawany najczęściej dla rzecz w m3*s-

1

)

2. Objętość odpływu, czyli ilość wody, która odpływa z interesującego nas obszaru (zlewni w

określonym przekroju) w badanym okresie; objętość odpływu obliczamy zwykle dla lat, półroczy lub

miesięcy ze wzoru:



V=Q*86 400*10-6*d



Gdzie:



V – objętość odpływu w mln m3

Q – średnie natężenie przepływu w m3*s-1

d – okres w dobach

liczba 86400 jest ilością sekund w dobie.



10. Miary względne odpływu



Do miar względnych odpływu należą:



1. Odpływ jednostkowy, czyli ilość wody odpływająca w jednostce czasu z jednostki powierzchni

badanej zlewni



1000  Q

q

A



gdzie:

q-odpływ jednostkowy w l*s-1*km-2

Q – natężenie przepływu w m3*s-1

A – powierzchnia zlewni w km2



2. Wskaźnik odpływu, czyli stosunek objętości odpływu z pewnego obszaru do powierzchni tego

obszaru



V

H  10 3

A



Stąd po przeliczeniu



86,4  Q

H d

A



Gdzie:



H – wskaźnik odpływu w mm

q - odpływ jednostkowy w l*s-1*km-2

d – liczba dni w rozpatrywanym okresie

V – objętość odpływu w mln m3

A – powierzchnia zlewni w km2



3. Współczynnik odpływu, czyli stosunek ilości wody odpływającej do ilości sody otrzymywanej z

opadu atmosferycznego



H

C

P

Gdzie:



C – współczynnik odpływu

H – wskaźnik odpływu w mm

P – wskaźnik opadu w mmMiary względne odpływu



11. „Krzywa sumowa odpływu” – wyjaśnij pojęcie, podaj przykłady i omów praktyczne

wykorzystanie



Nanosząc na wykres w układzie osi współrzędnych prostokątnych t V objętości odpływu V sumowane

od początku okresu widzimy obraz wzrastającej objętości odpływu V w rozpatrywanym okresie.

Wykres ten nosi nazwę krzywej sumowej odpływu. Przybiera on kształt krzywej wznoszącej się z

licznymi punktami przegięcia. Łącząc końcowy punkt krzywej sumowej z początkiem układu

współrzędnych otrzymujemy prostą sumowa odpływu średniego. Na podstawie tej krzywej możemy

obliczyć średni przepływ w danym okresie czy chwilowy. W celu ułatwienia określenia przepływów

podaje się na wykresie skalę kątową przepływów stanowiącą pęk prostych wychodzących z początku

układu współrzędnych. Nachylenie każdej prostej odpowiada określonej wartości przepływu.



Przykład :



Jeśli w pierwszych miesiącach roku hydrologicznego są większe odpływy a później maleją to krzywa

biegnie cały czas ponad prostą sumowania odpływu, natomiast jeśli przepływy w półroczu zimowym

są małe a wezbrania nastąpiły w półroczu letnim to krzywa biegnie pod prostą sumowania odpływu



Zastosowanie :



Krzywa sumowa odpływu jest szeroko wykorzystywana w projektowaniu obiektów

hydrotechnicznych. a szczególnie zbiorników retencyjnych wyrównujących odpływy.



Ciek płynący w sposób naturalny, prowadzi różne ilości wody, zależnie od aktualnego zasilania. Dla

gospodarki najkorzystniej byłoby, gdyby w rzece ilość wody stale odpowiadała przepływowi

średniemu. Tak więc w okresach posusznych należałoby dodawać wodę do cieku, natomiast w czasie

zwiększonych przepływów (powodzie) zatrzymywać ją. Taką rolę spełnia zbiornik retencyjny.

Pojemność zbiornika retencyjnego można znakomicie określić na krzywej sumowej, tu bowiem widać

wyraźnie okresy nadmiarów i niedoborów przepływu w stosunku do wartości średniej z wielolecia.

Największa różnica pomiędzy sumarycznym odpływem (niedoborem wody w cieku), a dopływem

(nadmiarem wody), występująca w rozpatrywanym okresie, stanowi potrzebną pojemność zbiornika

retencyjnego.



12. Przepływy z określonym prawdopodobieństwem przewyższenia; wyjaśnij sposoby

ustalania i podać praktyczne wykorzystanie



Można wyróżnić dwa aspekty wyboru maksymalnych przepływów miarodajnych, jeden wynikający z

funkcji projektowanego obiektu oraz drugi wynikający z zapewnienia bezpieczeństwa. Wszystkie te

przepływy - jako przepływy maksymalne o określonym prawdopodobieństwie przewyższenia -

obliczane są metodami statystyki matematycznej. Wyjątek stanowi natomiast, podany w Dz. IV. §

53.2. ww. Rozporządzenia, alternatywny przepływ kontrolny określany „na podstawie analizy

warunków kształtowania się fali powodziowej w zlewni, metodami genetycznymi MWW".



Podstawową informacją przy ustaleniu zależności statycznych są ciągi pomiarowe. Wobec tego ciągi

te powinny być na tyle długie i na tyle poprawnie zestawione, aby na ich podstawie w wyniku

szczegółowej analizy ich właściwości można było opracować miarodajne zależności statystyczne.



Zastosowanie :

Projektowanie obiektów hydrotechnicznych , projektowanie i zarządzanie systemowi wodno

gospodarczemu

18. Pojęcie retencji



Retencja wodna - to naturalne zjawisko okresowego magazynowania wody opadowej, opóźniające

jej odpływ z danego terenu.

Rozróżnia się: retencję wodną powierzchniową, czyli zatrzymanie wody w dolinach rzek, jeziorach,

zbiornikach retencyjnych, bagnach, a także w postaci lodu i śniegu, oraz retencję wodną podziemną,

czyli występującą w skałach podłoża, gdzie tworzą się zbiorniki wody podziemnej, które sprzyjają

powstawaniu wód mineralnych, gdyż woda uwięziona w podłożu, często przez wiele lat, podlega

mineralizacji, rozpuszczając skały, w których krąży.



19. Natężenie opadu



Natężenie opadu – inaczej intensywność – nazywamy stosunek wysokości opadu do czasu jego

trwania. Wyrażamy go w mm/min lub mm/h. Czas mierzony jest od momentu wystąpienia opadu do

jego zakończenia. Natężenie opadu mierzy się też w jednostkach objętościowych tj. l/s*ha oraz

m3/s*km2.



20. Metody ustalania średniego opadu w zlewni – podział i omówienie jednej z wybranych metod



Metody ustalania średniego opadu w zlewni – dzielimy na metoty: wieloboków, izohiet i

hipsometryczną.



Metoda wieloboków – poszczególne stacje łączone są między sobą pokrywając zlewnię siatką

trójkątów. Symetralne boków trójkątów tworzą wielobok, dla których położona wewnątrz stacja jest

reprezentatywna. Metoda ta jest stosowana w zlewniach nizinnych, mało zróżnicowanych pod

względem fizjograficznym. Opad średni jest średnią ważoną, gdzie wagą jest powierzchnia

poszczególnych wieloboków. Wzór P=suma(Pi*Ai)/A gdzie P-opad średni, Pi-wysokość opadu, A-

pole pow. zlewni, Ai-pole pow.



Metoda izohiet – izohiety są to linie łączące punkty o jednakowej wysokości opadów. Na plan zlewni

nanosimy stacje opadowe i pomierzone na nich wysokości opadów. Izohiety wykreśla się poprzez

interpolację między wartościami opadów. Interpretacja izohiety nie jest jednoznaczna, więc w tym

sensie metoda jest subiektywna. Ustala się wielkość pow. zlewni pomiędzy izohietami i granicami

zlewni. Przypisuje się im opad będący śr. arytmetyczną wartości tych izohiet. Śr. opad zlewni oblicza

się jako śr. ważoną opadów pomiędzy izohietami. Wagą jest pow. cząstkowa zlewni. Wzór

P=suma(Pi*Ai)/A gdzie P-opad średni, Pi-wysokość opadu między izohietami, A-pole pow. zlewni

między izohietami, Ai-pole pow. miedzy sąsiednimi izohietami.



Metoda hipsometryczna – na podstawie mapy poziomicowej ustala się krzywą hipsometryczną,

wskazującą jaka pow. zlewni leży powyżej określonej warstwicy ćw.4 . W ćw.2 znajduje się krzywa

gradientowa, czyli zależność wysokości opadów od wzniesienia stacji opadowych n. p. m. Określenie

śr. opadu zlewni dokonuje się metodą wykreślną - pluwiometryczną przez sporządzenie krzywej.

Powstaje ona w ćw.1 poprzez rzutowanie dowolnego punktu krzywej hipsograficznej z ćw.4 na 1 i z

ćw.4 przez 3 i 2 na 1. Metoda hipsometryczna ma zastosowanie głównie w małych zlewniach

górskich, uwzględnia bowiem zależność wysokość opadu od wzniesienia punktu pomiarowego n. p.

m. oraz konfigurację badanego terenu. Opad śr. jest to iloraz pola pow. pod krzywą pluwiometryczną a

pow. zlewni. Wzór P=Ph/A gdzie P-opad śr. , A-pole pow. zlewni, Ph-pole pow. pod krzywą

pluwiometryczną.



Link obrazowy do Metody ustalania średniego opadu w zlewni:



http://holmes.iigw.pl/~mbodzion/dydaktyka/hydrologia_zao/pliki/rozklad_opadu.pdf



21. Omów wybraną metodę empiryczną obliczania przepływów o określonym

prawdopodobieństwie występowania

Metod decyli Dębskiego opiera się na rozkładzie prawdopodobieństwa. Parametry rozkąłdu szacuje

się metodą kwanty li, przy czym określa się wartości kwanty li(decyli) dla p= 10%, 50%, 90%.

Wyrównana krzywa sumowania częstotliwości przechodzi przez trzy punkty charakterystyczne o

odciętych p=10%, 50%, 90% i odpowiadajacych im rzędnych d1 d5 d9 .Pozostałe punkty krzywych

układają się wzdłuż lini teoretycznej któ®ej rzędne można obliczyć z równanń funkcyjnych.Wartości

decylowe należy odczytywać z wyrównanego odręcznie wykresu sumowania częstotliwości. Krzywa

wygładzającą wykreśla się na podstawie punktów ciągu rozdzielczego, któ®ego są zawarte w

obszarze zmienności od p=10% do p=90%. Znając wartości decylowe można określić pozostałe

miary charakterystyczne badanego ugrupowania – odchylenie decylowe oraz miarę asymetrii.







22. Definicja pojęcia „parowanie terenowe” i sposoby ustalania



Parowanie terenowe to proces fizyczny polegający na przejściu wody znajdującej się w stanie

ciekłym lub stałym w stan lotny. Proces parowania zachodzi wówczas gdy ciśnienie pary wodnej

nasyconej jest wyższe od aktualnego ciśnienia pary wodnej w zależności od powierzchni parcia.

Wyróżniamy parowanie z wolnej przestrzeni sublimacyjnej śniegu i ludu, parowanie wody

zatrzymanej na roślinach i z pokrycia terenu w procesie intercepcji. Wymienione wyżej procesy

rozpatruje się łącznie i określa sumaryczną wielkość strat. Natężenie parowanie zależy od wielu

czynników m.in. dopływ energii cieplnej i promieniowanie słońca, tem. Powietrza, wilgotność czy

wiatr. Ważnym czynnikiem są opady atmosferyczne od których zależą ilości wody występujące na

danym obszarze. Ważną rolę odgrywa ich natężenie jak i częstotliwość. Do czynników

środowiskowych należy: temperatura wody i jej otoczenie, wielkość kształt zbiornika. Ważnymi

czynnikami są również wzniesienia terenu nad poziomem morza, ukształtowanie terenu i stan gruntu.

Wraz ze wzrostem m.n.p.m. obniża się tem. powietrza a co za tym idzie natężenie parowania.

Wyróżniamy natężenie występujące wówczas gdy istnieją optymalne warunki uchodzenia pary

wodnej. Natomiast parowanie aktualne dotyczy warunków w rozpatrywanej chwili.W praktyce

hydrologicznej wszystkie wyzej wynienione procesy

(fizyczne,chemiczne,biologiczne,technologiczne)rozpatruje się łącznie i okresla sumaryczn a

wielkością start wodyz obszaru dorzecza, określającą je umownym terminem parowanie terenowe.



Wśród metod służących do obliczenia parowania terenowego w ciągu całego roku, można wyróżnic

następujące grupy : metodę bilansu cieplno-radiacyjnego(zwanej powierzchnią czynną) , dyfuzji

turbulencyjnej, Penmana(kombinowaną), bilansu wodnego, metody korelacyjne uzależniające

parowanie terenowe od czynników rządzących parowaniem. Metoda Konstantinowa.





23. Rozkład przestrzenny i czasowy odpływu w Polsce



Ukształtowanie się odpływów w Polsce. Obecna synteza dokonana została w IMGW na podstawie

danych z 40-lecia 1951-1990.Roczna normalna objętość odpływu rzek polskich wynosi 62,5km3.

Największe średnie roczne odpływy jednostkowe mają rzeki karpackie, nieco mniejsze są odpływy

rzek sudeckich. Dużymi odpływami odznaczają się rzeki Pomorza Zachodniego. Najniższe odpływy

występują w rzekach na terenach nizinnych ok. 4 l/skm2 a w rzekach tatrzańskich Sq > 50 l/skm2. W

półroczu zimowym z obszaru Polski odpływa 60% a w półroczu letnim 40% odpływu rocznego.

Najwyższe odpływy miesięczne przypadają na marzec, kwiecień, maj natomiast najmniejsze na

wrzesień, październik.



13. Omów wybraną metodę empiryczną obliczania przepływów o określonym

prawdopodobieństwie występowania

14. Definicja pojęcia „parowanie terenowe” i sposoby ustalania

15. Rozkład przestrzenny i czasowy odpływu w Polsce



24. Czynniki rządzące procesem odpływu. Dzielą się na czynniki klimatyczne i fizyczno-

geograficzne. Czynniki klimatyczne dzielimy na bezpośrednie (opady atmosferyczne i parowanie

terenowe) i na pośrednie takie jak: wilgotność powietrza, kierunek i prędkość wiatru, ciśnienie

atmosferyczne, temperatura powietrza, mają one wpływ na opad i parowanie. Między opadem a

parowaniem można zauważyć zależność że przy małych opadach parowanie jest równe wysokości

opadu, przy wzroście opadów wzrasta również parowanie terenowe. Wśród fizyczno-geograficznych

czynników możemy wymienić ukształtowanie terenu, przepuszczalność podłoża, pokrycie terenu,

jeziora, bagna, jak i wielkość oraz kształt zlewni. Im większe zlewnie tym większe objętości odpływu,

ale maleje odpływ jednostkowy. W przypadku małych rzek jest odwrotnie, odpływ jednostkowy

rośnie wraz ze wzrostem powierzchni. Kształt zlewni oddziaływuje przede wszystkim na wielkość i

przebieg wezbrań, zwłaszcza na czas koncentracji. Wraz ze wzrostem wys n.p.m opady początkowo

zwiększają się a po osiągnięciu granicy inwersji maleją natomiast parowanie maleje wraz ze wzrostem

wysokości ponieważ temperatura obniża się. Nachylenie powierzchni terenu wpływa na prędkość

spływu powierzchniowego, im spadki terenu są większe tym mniejsze jest wsiąkanie, większy spływ

powierzchniowy. Z hydrologicznego punktu widzenia najważniejszym czynnikiem geologicznym

oddziaływującym na odpływ jest przepuszczalność. Warunkuje ona wsiąkanie. Pokrycie terenu

kształtuje odpływ w następujący sposób: zatrzymuje opad na częściach roślin, część wody zużywana

jest na transpirację, zmniejszone jest parowanie gruntu gdyż jest on zakryty przez szatę roślinną.



25. Pojęcie – modele hydrologiczne obiegu wody w zlewni. Przy modelowaniu w hydrologii

stosujemy wiele różnorodnych modeli matematycznych. Modelem nazywamy odwzorowanie pewnej

rzeczywistości, może być ścisłe lub mniej ścisłe i jest to odwzorowanie obiegu wody od opadu do

odpływu. W praktyce stosuje się modele fizyczne, laboratoryjne, analogowe (polegające na

wyznaczeniu prawdopodobieństwa przebiegu zjawisk z przebiegiem innych procesów), matematyczne

(wyrażamy relacje między zmiennymi a parametrami za pomocą funkcji matematycznych). Modele

matematyczne znajdują zastosowanie w hydrologii i gospodarce wodnej w wyznaczaniu przepływów

miarodajnych i kontrolnych, przewidywaniu wezbrań i niżówek, do przetwarzania danych

obserwacyjnych jak i użytkowaniu modeli w badaniach naukowych. Modele mogą opisywać zjawiska

w określonym momencie (modele statyczne) lub budujące zmienności w czasie- modele dynamiczne.

Modele możemy podzielić ze względu na role czynnika czasu, jednorodności wyników, ze względu

na metodę opisu i rozwiązań, ze względu na strukturę i przedmiot modelowania. Przykłady modeli:-

opad –odpływ, wyznaczamy metodą SCS (opad spada na zlewnie i skutkiem tego jest odpływ). Jest to

model typu integralnego. Mamy do czynienia z interpretacją infiltracji i retencji. Do SCS musimy

mieć dane 2 parametry wielkości czasu trwania opadu; -model białej skrzynki bazuje na równaniu

fizyki matematycznej, opisuje zasadę zachowania masy, pędu i energii; -model czarnej skrzynki ,

prawa fizyki rządzące ruchem wody w zlewni, odpływ formuje się na podstawie opadu. Wyróżniamy

jeszcze między innymi modele liniowe, nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne.



26. Klasyfikacja wzorów empirycznych na odpływ. Metody empiryczne stosujemy wówczas gdy

nie posiadamy danych hydrologicznych jak i nie możemy dobrać analoga. Metody te prowadzą do

uogólnienia wyników. Metody empiryczne dzielimy na: 1) wzory empiryczne stanowiące uogólnienie

informacji o przepływie, związane są z konkretnym obszarem i mogą nie dawać właściwych wyników.

We wszystkich przypadkach wzory empiryczne dzielimy na absolutne, regionalne, uniwersalne,

obiektywne i subiektywne, wzory o założonym prawdopodobieństwie występowania i modele

korelacyjne .2) mapy obszarowego rozkłądu odpływu-powstają w celu uzyskania obszarowego

rozkładu zjawiska hydrologicznego lub w celu określenia parametrów. Wyróżniamy mapy izorei i

kartogramy. 3) normy odpływu-na podstawie charakterystyk przepływów określa się przedział w

jakim występują wartości odpływów jednostkowych na danym terenie. Jest to najmniej dokładna

metoda.



27 Przepływy miarodajne i kontrolne



Przepływ miarodajny ustala się dla gospodarki na zbiorniku w normalnych warunkach eksploatacji.

Służy on do ustalenia pojemności rezerwy stałej. Zakłada się, że objętość szczytu fali powodziowej o

przepływie kulminacyjnym równym przepływowi miarodajnemu Qm zmniejszona o objętość zrzucaną

przez upusty o odpływie dozwolonym Qdoz. zmieści się w zbiorniku do krawędzi przelewu.

Rs = Vm – Vj

gdzie: Vm – objętość szczytu fali powodziowej, Vj – część objętości fali powodziowej zrzucanej przez

upusty do wielkości Qdoz.

Przepływ kontrolny Qk – ustala się dla gospodarki na zbiorniku w nadzwyczajnych (katastrofalnych

warunkach eksploatacji. Służy za podstawę do sprawdzania przyjętego podziału pojemności zbiornika

oraz do wymiarowania urządzeń zrzutowych. Objętość szczytu fali Vk o przepływie kulminacyjnym

równym przepływowi kontrolnemu, nie może spowodować podniesienia zwierciadła wody w

zbiorniku powyżej maksymalnego poziomu piętrzenia. W tym przypadku objętość szczytu fali

magazynowana w zbiorniku równa jest objętości całkowitej fali powodziowej Vk zmniejszonej o

objętość zrzucaną w czasie przejścia fali powodziowej przez upusty i przelewy o natężeniu równym

przepływowi dopuszczalnemu.

Rs + Rf = Vk - Vj





28 Metoda analogii hydrologicznej







Metody analogi hydrologicznej

Uzupełnianie ciągów obserwacyjnych porównując dane ze zlewnią analogiczną. Dobierając zlewnię

analoga należy przyjąć taką zlewnię aby była w podobnej strefie opadowej, o podobnej powierzchni,

długości, spadku i rzędnej npm.

QA 1980 – QA 2010 = QA 1980-2009

Q 1980-2010 QB 1980-2009



29 Definicje „wezbranie” i „powódź”





Wezbranie – podniesienie się stanów wody w wyniku czynników naturalnych zatorów, roztopów,

opadów, wiatrów lub czynników antropogenicznych – regulacja zasów jazowych.



Wezbranie – wzrost stanów wód w rzece do momentu kulminacji od której zaczyna się ich powolny

spadek, wezbranie wywołane są wzmożonym dopływem wody do koryta lub jej spiętrzeniem.



Powódź – jest to wezbranie + straty materialne

Powódź – wylanie się wody poza normalne granice koryta rzeki powodujące straty gospodarcze.



30. Rodzaje wezbrań



Wezbraniem – nazywamy podniesienie się stanów wody w wyniku czynników naturalnych zatorów,

roztopów, opadów, wiatru lub czynników antropogenicznych ( regulacja zasuw jeziornych).



Wezbrania przynoszące szkody materialne i społeczne nazywamy powodziami.



Wezbrania wynikające ze wzrostu natężenia przepływu dzielą się na :



 deszczowe

 roztopowe

 mieszane, gdy roztopom towarzyszy deszcz



Z uwagi na porę roku wyróżnia się wezbrania:



1. letnie – powodowane obfitymi deszczami, a wśród nich rozróżniamy : wezbranie wywołane

deszczami rozlewnymi i frontalnymi obejmującymi znaczne obszary i deszczami nawalnymi o

małym zasięgu.

2. zimowe (wiosenne) , w których woda pochodzi z topnienia nagromadzonego śniegu - roztopowe,



- zatorowe – na skutek zatamowania odpływu wody przez lód bądź śryż,

- sztormowe - czasie silnych wiatrów od morza, wpychających wodę morską w doliny rzek,



Wezbrania letnie występują najczęściej w górach, a zimowe na nizinach

31. Definicje „niżówki” i susze



Niżówki – sekwencje przepływów trwających min. 10 dni o wartościach równych lub mniejszych od

przyjętego poziomu odniesienia zwanego przepływem granicznym Q90 .



Susza hydrologiczna – okres wyjątkowo suchej pogody dostateczni długi aby wywołać brak wody, o

czym świadczą niskie wartości przepływów, obniżenie zwierciadła wody w jeziorach, zmniejszenie

wilgotności gleb oraz obniżenie poziomu wód gruntowych, , zmniejszenie się odpływu wody do

cieków powierzchniowych, niżówki przepływów rzecznych.



Wyróżniamy:



- susze atmosferyczną – ma miejsce, gdy przez 20 dni nie występują odpady,- susze glebową –

oznacza niedobór wody w glebie, powodujący straty w rolnictwie,- suszę fizjologiczną w środowisku

jest woda, ale nie może być pobrana.



32.Sposoby ustalania hydrogramów wezbrań metodami empirycznymi i na drodze modelowania

matematycznego



Hydrogram – jest to wykres zmienności przepływu (m3 /s) w czasie, stanu wody.



Wyróżnia się hydrogram jednostkowy, który jest obrazem ( wykresem) reakcji zlewni wywołanej

opadem efektywnym o jednostkowym czasie trwania Δt. Obraz ten dla opadu jednostkowego o czasie

trwania Δt> 0 nazywany jest chwilowym hydrografem jednostkowym.



Wyznaczenie hydrografu jednostkowego dokonuje się uwzględniając chwilowy hydrogram

jednostkowy, powierzchnie zlewni i współczynnik przeliczeniowy.



Wzory empiryczne stosujemy :



-w celu określenia przepływu maksymalnego o określonym prawdopodobieństwie wystąpienia lub

okresie powtarzalności ( metoda Stachy i Fal, Dębskiego),

- gdy brak jest danych pomiarowych i brak jest możliwości zastosowania metody analogii,



i składają się na nie:

- wzory,

- mapy obszarowe rozkładu odpływu

- normy odpływu.



Wzory empiryczne dzielimy na :



1. wzory na przepływ maksymalny roczny podzielić można , przyjmując za kryterium podziału

poprawną konstrukcję na pięć grup:



- genetyczne –metoda izochron,

- objętościowe –oparte na hydrogramie przepływu( wezbrań),

- obwiedni – pokazuje maksimum przepływu w regionie,

- typu regresyjnego –eliminacja parametrów, które nie mają istotnego przepływu na przepływ,

- probabilistyczne – oparte na równaniu krzywej prawdopodobieństwa,



2. wzory regionalne,



3.wzory uniwersalne,



4.wzory obiektywne i subiektywne.

Mapy rodzajowego rozkładu odpływu:



- mapy izohel

-kartogramy.



Modelowanie w hydrologii stosujemy wiele różnorodnych modeli matematycznych. Modelem

nazywamy odwzorowanie pewnej rzeczywistości, może być ścisłe, mniej ścisłe jest to odwzorowanie

obiegu wody od opadu do odpływu. W praktyce stosuje się modele fizyczne, laboratoryjne, analogowe

i matematyczne ( wyrażamy relacje między zmiennymi a parametrami za pomocą funkcji

matematycznych). Modele matematyczne znajdują zastosowanie w hydrologii i gospodarce wodnej w

wyznaczaniu m.in. przepływów miarodajnych i kontrolnych, przewidywaniu wezbrań i niżówek, do

przetwarzania danych obserwacyjnych jak i użytkowanie modeli w badaniach naukowych. Modele

mogą opisywać zjawiska w określonym momencie ( modele statystyczne) lub budujące zamienność w

czasie - modele dynamiczne. Modele możemy podzielić ze względu na:



- rolę czynnika czasu,

- jednorodności wyników ,

- na metodę opisu i rozwiązań,

- strukturę i p0rzedmiot modelowania.



Przykłady modeli:



- opad- odpływ -wyznaczamy metodą SCS ( opad efektywny) – jest to model typu integralnego;

mamy do czynienia z interpretacją infiltracji retencji. Do SCS musimy mieć dane 2 parametry –

wielkości czasu trwania opadu i odpływ z obszaru. Model białej skrzynki bazuje na równaniu fizyki

matematycznej, opisuje zasadę zachowania masy, pędu i energii. Model czarnej skrzynki , prawa

fizyki rządzące ruchem wody w zlewni, odpływ formuje się na podstawie opadu.



- SEGMO 15 – składa się z dwóch bloków: I opadu efektywnego H i II transformacji opadu

efektywnego H w odpływ bezpośredni Q na podstawie hietogramu opadu efektywnego i hydrografu

jednostkowego.



Wyróżniamy jeszcze modele liniowe, nieliniowe, stacjonarne i niestacjonarne.









Wzory