Hydrometria Bajkiewicz - Grabowska E., Mikulski Z.pdf - Hydrologia - rizmel

Bajkiewicz - Grabowska E., Mikulski Z., 1999,

Hydrologia Oglna. PWN. Warszawa 2. STANY WODY

95)Vuboz)Zpez)

W zaleŇnoĻci od intensywnoĻci zasilania (opadowego, roztopowego, lodowcowego) rzeka prowadzi

rŇne iloĻci wody. MiarĢ zmiennoĻci napeþnienia koryta rzecznego sĢ stany wody.

Stan wody w rzece (H) lo wzniesienie zwierciadþa wody w danym profilu rzeki ponad przyjħty

umownie poziom odniesienia. OkreĻla on w sposb wzglħdny napeþnienie koryta rzecznego, ma on

wymiar dþugoĻci i jest wyraŇany w peþnych centymetrach. Obserwacje stanw wody prowadzi siħ na

wodowskazach, dlatego poziomem odniesienia jest poziom zerowy podziaþki na wodowskazie, tzw.

zero wodowskazu. Zero wodowskazu obiera siħ zwykle poniŇej dna koryta rzeki i okreĻla siħ jego

rzednĢ, czyli wysokoĻę nad poziomem morza (rys. 146). Miejsce, w ktrym prowadzone sĢ

obserwacje stanw wody, nazywa siħ posterunkiem wodowskazowym.

Rys. 146. Przekrj wodowskazowy

Na podstawie codziennych obserwacji stanw wody oblicza siħ

stany charakterystyczne i wyznacza strefy stanw. Stany

charakterystyczne oblicza siħ jako miesiħczne, pþroczy

hydrologicznych (XI-IV i V-X), lat; rok hydrologiczny trwa od

1X1 do 31X roku nastħpnego. Do stanw charakterystycznych naleŇĢ:

- stany ekstremalne, tj. WWW (wysoka wielka woda), czyli najwyŇszy ze wszystkich stanw wody

obserwowany w danym posterunku wodowskazowym i NNW (najniŇsza niska woda), tj. najniŇszy

ze stanw niskich obserwowany w danym posterunku wodowskazowym;

- stany roczne: WW (wysoka woda) - najwyŇszy stan roczny, S W (Ļrednia woda)

- Ļredni stan roczny, NW (niska woda) - najniŇszy stan roczny.

Strefy stanw wyznacza siħ na podstawie rocznych stanw charakterystycznych. Miħdzy stanem

najwyŇszym i najniŇszym z najwyŇszych (tj. WWW i NWW) mieĻci siħ strefa stanw

wysokich. Miħdzy stanem najwyŇszym i najniŇszym z najniŇszych (tj. WNW i NNW)

mieĻci siħ strefa stanw niskich. Miħdzy nimi znajduje siħ strefa stanw Ļrednich. Stany

graniczne strefy stanw Ļrednich sĢ przyjmowane wedþug formuþy arytmetycznej. Stan grny

graniczny strefy Ļredniej wynosi 1/2 (NWW + WSW), stan dolny graniczny strefy Ļredniej wynosi

1/2 (NSW + + WNW).

Obserwacje stanw wody rzek polskich do 1983 r. byþy publikowane w áRocznikach

hydrologicznych wd powierzchniowych", obecnie sĢ dostħpne jedynie w sþuŇbie hydrologicznej.

Stan wody w rzece informuje jedynie o napeþnieniu koryta w danym profilu rzeki, nie informuje

natomiast o wielkoĻci przepþywu wody i tym samym o odpþywie rzecznym.

3. MIARY ODPýYWU

PodstawowĢ miarĢ odpþywu jest natħŇenie przepþywu, zwane w uproszczeniu przepþywem (Q); jest to

objħtoĻę wody przepþywajĢcej przez okreĻlony przekrj poprzeczny cieku w jednostce czasu,

wyraŇona w mVs lub dm 3 /s. Sposoby pomiaru natħŇenia przepþywu przedstawiono szczegþowo

m.in. w Hydrometrii (Bajkiewicz-Grabowska i in. 1993a), w Przewodniku do ęwiczeı z hydrologii

oglnej (Bajkiewicz-Grabowska, i in. 1993b) i w Przewodniku do Hydrograficznych badaı

terenowych (1989).

ZnajĢc stan wody w rzece i wystħpujĢce przy danym stanie wody natħŇenie przepþywu moŇna

skonstruowaę zwiĢzek Q=f(H). Graficznym wyrazem tego zwiĢzku jest krzywa natħŇenia przepþywu

(rys. 147). WyraŇa on statystycznĢ zaleŇnoĻę miħdzy stanem wody a przepþywem w okreĻlonym

profilu rzecznym. Zasadami konstrukcji krzywej natħŇenia przepþywu zajmuje siħ hydrometria

(Bajkiewicz-Grabowska, i in. 1993a). Krzywa natħŇenia przepþywu sþuŇy do przeliczania

systematycznie obserwowanych stanw wody na odpowiadajĢce im natħŇenia przepþyww.

MajĢc w powyŇszy sposb okreĻlone dobowe wartoĻci przepþywu moŇna okreĻlię przepþywy

charakterystyczne cieku w profilu wodowskazowym; sĢ nimi przepþywy ekstremalne - maksymalne

(WQ) i minimalne (NQ) oraz Ļrednie (SQ). Przepþywy te rŇniĢ siħ miħdzy sobĢ genezĢ.

Przepþywy maksymalne powstajĢ w wyniku zasilania gþwnie powierzchniowego rzek wodami

pochodzĢcymi z roztopw, topnienia lodowcw lub intensywnych opadw. WielkoĻę tych

przepþyww zaleŇy gþwnie od czynnikw klimatycznych (np. wielkoĻci i przestrzennego rozkþadu

opadw), ale takŇe od czynnikw warunkujĢcych ksztaþtowanie siħ tych przepþyww, a wiħc od

ksztaþtu zlewni, jej rzeŅby, budowy geologicznej, zwþaszcza budowy doliny, wielkoĻci dopþyww

itp.

Przepþywy minimalne wystħpujĢ w okresach ograniczonego zasilania rzek, ktre w tym czasie

odbywa siħ wyþĢcznie drogĢ podziemnĢ. Przeto wielkoĻę przepþyww minimalnych zaleŇy od

zasobnoĻci drenowanych przez rzekħ poziomw wodonoĻnych alimentowanych drogĢ infiltracji wd

opadowych i roztopowych. Czynnikami ksztaþtujĢcymi przepþywy minimalne sĢ: wielkoĻę zasilania

infiltracyjnego drenowanych przez rzekħ poziomw wodonoĻnych, gþħbokoĻę wciħcia erozyjnego

koryta rzecznego i rodzaj wiħzi hydraulicznej rzeki z wodami podziemnymi.

Przepþywy Ļrednie sĢ wynikiem obu form zasilania rzeki: powierzchniowego i podziemnego. O

wielkoĻci przepþyww Ļrednich decydujĢ gþwnie warunki klimatyczne, wysokoĻę opadu i wysokoĻę

parowania terenowego.

Rys. 147. Krzywa natħŇenia przepþywu

Innymi miarami odpþywu sĢ:

- odpþyw (V), jest to iloĻę wody, ktra odpþywa przez przekrj

poprzeczny koryta

cieku z okreĻlonej zlewni w ciĢgu okreĻlonego czasu, np. miesiĢca

lub roku. Jednostka

odpþywu sĢ m 3 , min m 3 , km 3 . Obliczamy go jako iloczyn Ļredniego w danym czasie

natħŇenia przepþywu (Q) i liczby sekund w danym czasie (/), czyli V=Q*t;

- odpþyw jednostkowy (g), jest to iloĻę wody odpþywajĢcej z jednostki powierzchni zlewni w ciĢgu

l s. JednostkĢ tej miary odpþywu jest l/s km 2 ;

- warstwa odpþywu (H), jest to stosunek objħtoĻci odpþywu z danego obszaru (V) do powierzchni

tego obszaru (A); jednostkĢ jest mm;

- wspþczynnik odpþywu (a), jest to iloraz warstwy odpþywu (H) i opadu (P) wyraŇony jako

liczba niemianowana lub w %; informuje, jaka czħĻę wody opadowej

odpþynħþa z danego obszaru.

4. HYDROGRAM ODPýYWU

Wykres natħŇenia przepþywu w czasie przedstawia hydrogram odpþywu (rys. 148. 149).

Charakteryzuje siħ on duŇĢ i czħstĢ zmiennoĻciĢ w przypadku rzek grskich i wyŇynnych oraz

stosunkowo wolnym wznoszeniem i opadaniem w przypadku rzek

Rys. 148. Hydrogram odpþywu rzeki grskiej

Ryc. 149. Hydrogram odpþywu rzeki nizinnej

Rys. 150. Charakterystyki hydrogramu (schemat)

nizinnych; wyraŅny wzrost przepþywu jest konsekwencjĢ opadw deszczu

lub topnienia Ļniegu, ktre wystĢpiþy w zlewni zasilajĢcej dany ciek;

spadek przepþywu wskazuje na brak zasilania zlewni opadami

atmosferycznymi lub wodĢ roztopowĢ.

Hydrogram odpþywu uformowany przez pojedynczy opad deszczu ma

ksztaþt niesymetrycznej krzywej (rys. 150) o nastħpujĢcych

charakterystykach:

- krzywej wznoszenia, jest to czħĻę hydrogramu odpowiadajĢca

wzrostowi przepþywu; jej ksztaþt zaleŇy od charakterystyki opadu (czas trwania, natħŇenie), cech

fizycznogeograficznych zlewni (wielkoĻę, spadki, pokrycie) oraz poczĢtkowych warunkw

uwilgotnienia powierzchni zlewni;

- kulminacji, jest to maksymalna wartoĻę przepþywu;

- krzywej opadania, jest to czeĻę hydrogramu charakteryzujĢca siħ szybkim zmniejszaniem

przepþywu po zakoıczeniu opadu;

- krzywej wysychania, jest to czħĻę hydrogramu charakteryzujĢca siħ powolnym zmniejszaniem

przepþywu cieku.

5. WEZBRANIA l NIņìWKI

V, ciĢgu roku wielkoĻę przepþywu rzek ulega zmianom. Niektre rzeki odznaczajĢ siħ regularnoĻciĢ

wystħpowania niskich i wysokich przepþyww, inne cechujĢ siħ nieregularnymi wahaniami

przepþywu, jeszcze inne reagujĢ jedynie na dþugookresowe zmiany klimatyczne. ĺledzĢc przebieg

hydrogramu odpþywu dowolnej rzeki w ciĢgu roku, moŇna na nim wyrŇnię okresy wysokich

przepþyww, ktrym odpowiadajĢ wysokie stany wd, oraz okresy przepþyww niskich, ktrym

odpowiadajĢ niskie stany wd. Te pierwsze noszĢ nazwħ wezbraı, drugie niŇwek (rys. 148, 149).

Wezbraniem nazywa siħ podniesienie sianu wody w rzece powstaþe w wyniku wzmoŇonego zasilania

lub wskutek piħtrzenia wody. Wezbrania wywoþane wzmoŇonym zasilaniem sĢ czħstsze i obejmujĢ

znacznie wiħksze obszary. PowstajĢ wskutek dþugotrwaþych opadw deszczu lub gwaþtownych

roztopw. Wysokie stany wody sĢ wwczas wynikiem zwiħkszonego odpþywu wody (rys. 15la).

Wezbrania spowodowane piħtrzeniem wody w korycie majĢ zasiħg lokalny. MogĢ powstaę w

wyniku zatoru lodowego, zatoru ĻryŇowego, a takŇe w wyniku nagromadzenia pni. drzew lub

nadmiernego rozwoju roĻlinnoĻci w korycie rzeki. Piħtrzenie wody w ujĻciowych odcinkach rzek

moŇe byę spowodowane takŇe sztormami utrudniajĢcymi odpþyw rzeczny do morza. W tym

przypadku wysokie stany wody nie wynikajĢ ze zwiħkszonego odpþywu; stan wody nie jest funkcjĢ

natħŇenia przepþywu (rys. 151b).

Rys. 151. Wezbranie Wisty w Kħpie Pol-

skiej; a - letnie (1987 r.), b - zimowe (1981/82)

Ze wzglħdu na genezħ (przyczynħ wywoþujĢcĢ wezbranie) wezbrania dzielimy na:

- wezbrania opadowe nawalne, spowodowane gwaþtownymi ulewami letnimi (gþwnie w grach);

Ï wezbrania opadowe rozlewne, spowodowane opadami ciĢgþymi;

- wezbrania roztopowe, wywoþane gwaþtownym topnieniem pokrywy ĻnieŇnej;

- wezbrania zatorowe lodowe, spowodowane spiħtrzeniem wody praŇ zator w czasie spþywu lodw;

towarzyszĢ zwykle roztopom;

- wezbrania zatorowe ĻryŇowe, wywoþane spiħtrzeniem wody spowodowanym zatkaniem

przekroju rzeki przez ĻryŇ i ld denny;

Ï wezbrania sztormowe, spowodowane sztormami utrudniajĢcymi odpþyw rzeczny do morza;

wystħpujĢ przy silnych wiatrach wiejĢcych od morza (Mikulski, 1963)

WysokoĻę i przebieg wezbraı opadowych zaleŇĢ od:

ÏintensywnoĻci i wydajnoĻci opadw atmosferycznych;

Ïpowierzchni objħtej opadem w stosunku do caþej powierzchni dorzecza;

- cech morfometrycznych zlewni (ksztaþtu zlewni, jej wydþuŇenia, zwartoĻci spadku, għstoĻci sieci

rzecznej i jej ukþadu, uŇytkowania zlewni);

- stanu retencyjnego zlewni;

- uksztaþtowania koryta rzeki (meandruje, czy ma wyksztaþcone þoŇysko);

ÏrozþoŇenia ujĻę waŇniejszych dopþyww wzdþuŇ biegu recypienta.

WysokoĻę i przebieg wezbraı roztopowych zaleŇĢ od:

ÏgruboĻci pokrywy ĻnieŇnej i zawartoĻci wody w Ļniegu;

- intensywnoĻci topnienia Ļniegu;

ÏgþħbokoĻci przemarzniħcia gruntu;

Ïcech morfometrycznych dorzecza.

Z definicji wezbrania nie wynika, od jakiej granicznej wartoĻci stanu wody w rzece rozpoczyna siħ

wezbranie. Granica ta jest umowna. W Hydrologii stosowanej (Ozga-Zieliıska, Brzeziıski, 1997)

wezbranie jest definiowane jako okres, w ktrym przepþywy sĢ rwne i wiħksze od przepþywu

granicznego wezbrania Q>.Q t

PodstawĢ fali wezbraniowej moŇe byę:

- stan Ļredniej rocznej wielkiej wody (SWW); wyznacza wezbrania wielkie

przekraczajĢce stan peþnokorytowy, wiħc zalewajĢce rwninħ zalewowĢ; sĢ to czħsto

wezbrania katastrofalne powodujĢce powodzie;

- stan niskiej wielkiej wody (NWW), zbliŇony do stanu peþnokorytowego; wyznacza wezbrania

duŇe, mieszczĢce siħ w korycie, ale podtapiajĢce rwninħ zalewowĢ;

- stan odpowiadajĢcy dolnej granicy strefy stanw wysokich (rys. 152).

Falħ wezbraniowĢ charakteryzuje siħ podajĢc caþkowitĢ objħtoĻę fali (l 7 ,,,), natħŇenie przepþywu

kulminacyjnego (g maks .), ktrym jest przepþyw odpowiadajĢcy najwyŇszemu stanowi wody podczas

danego wezbrania (stanowi szczytowemu wezbrania, szczytowi fali wezbrania, stanowi

kulminacyjnemu) oraz czas trwania wezbrania (tJ (rys. 152).

Wezbranie nie tworzy siħ jednoczeĻnie na caþej dþugoĻci rzeki; najczħĻciej rozpoczyna siħ w grnej

czħĻci dorzecza i narastajĢc przemieszcza siħ w dþ rzeki. PrħdkoĻę przemieszczania zaleŇy od spadku

podþuŇnego i ksztaþtu poprzecznego przekroju þoŇyska rzeki. W przekrojach zwartych prħdkoĻę

przesuwania fali wezbraniowej jest zwykle wiħksza niŇ w przekrojach, w ktrych woda wystħpuje z

koryta.

W miarħ przesuwania siħ fali wezbraniowej z biegiem rzeki ulega ona spþaszczeniu, maleje bowiem

wysokoĻę fali, gdyŇ czoþo jej ulega skracaniu, dþugoĻę zaĻ wydþuŇa siħ.

Rys. 152. Rodzaje wezbraı w zaleŇnoĻci od

przyjħtego granicznego stanu wody

Dopþywy mogĢ opŅniaę lub przyĻpieszaę kulminacje

rzeki gþwnej, zaleŇnie od tego, czy szczyt fali

wezbrania dopþywu pojawia siħ przy ujĻciu dopþywu pŅniej, czy wczeĻniej od nadejĻcia szczytu fali

wezbrania rzeki gþwnej. Gdy kulminacja dopþywu zbiega siħ z kulminacjĢ recypienta (tzw. nakþadanie

siħ fal wezbraniowych), wwczas wezbranie rzeki gþwnej jest najwyŇsze.

Czynnikami naturalnymi zakþcajĢcymi swobodne przemieszczanie siħ kulminacji w dþ rzeki sĢ

zatory lodowe, opŅniajĢce przechodzenie fali wezbraniowej (Byczkowski, 1996).

Fale wezbraniowe mogĢ mieę rŇnĢ wysokoĻę, np. fale wezbraniowe Jangcy w grnym biegu

osiĢgajĢ wysokoĻę 60 m, Parany poniŇej wodospadu Guayana 40 m, Missisipi 18 m, Garonny 12 m; w

Polsce kulminacje rzek nie przekraczajĢ na ogþ 10 m (Byczkowski, 1996).

NiŇwki to okresy niskich stanw wody w korycie rzeki, spowodowane ograniczonym zasilaniem rzeki

wynikajĢcym z wyczerpywania siħ zasobw wodnych dorzecza. Na hydrogramie odpþywu dowolnej

rzeki sĢ to zatem okresy przepþyww niskich, ktrym odpowiadajĢ niskie stany wd. Przyczynami

wywoþujĢcymi niŇwki sĢ maþe opady lub ich brak, a w zimie niska temperatura powietrza, w wyniku

ktrej jest sþabe topnienie lodowcw, utrzymywanie siħ pokrywy ĻnieŇnej i zlodowacenia rzek.

Nie ma genetycznie uzasadnionej definicji niŇwki.

Jedna z umownych definicji niŇwki brzmi: niŇwkĢ nazywamy taki stan wody w rzece, ktry

znajduje siħ poniŇej strefy stanw Ļrednich i trwa co najmniej kilkanaĻcie dni. Im bardziej obniŇa siħ

stan wody w rzece poniŇej dolnej granicy stanw Ļrednich, tym niŇwka jest gþħbsza (Zieliıska,

1964). MoŇemy wiħc mwię o niŇwkach pþytkich, ktre wystħpujĢ wwczas, gdy stany wody w

rzece przez co najmniej kilkanaĻcie dni wahajĢ siħ miħdzy dolnĢ granicĢ stanw Ļrednich a Ļrednim

niskim stanem wody i o niŇwkach gþħbokich, gdy stany wody znajdujĢ siħ poniŇej Ļrednich niskich

stanw (rys. 153).

Rys. 153. NiŇwka pþytka (a) i gþħboka (b)

Podstawowymi charakterystykami iloĻciowymi

Hydrometria Bajkiewicz - Grabowska E., Mikulski Z.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: