• Hydrologia w inżynierii i gospodarce wodnej

• Prof. Soja

• 10 h – ostatnia godzina- test zaliczający pisemny z pytaniami otwartymi i zamkniętymi 50 pkt zaliczenie -60% (36) -data 14 czerwca sala 513 godz.10

• Podręcznik podstawowy: zalecany Elżbieta Bajakiewicz-Grabowska, Zdzisław Mikulski Hydrologia ogólna

• Wykłady OBOWIĄZKOWE!

• Wykład autorski ?

Woda- Powierzchniowe i podziemne

Hydrologia bada te wody na kuli ziemskiej

75% globu, z czego 97 morza i oceany 2% wody lodowcowe a reszta – głębinowe, jeziora i rzeki oraz woda w atmosferze

Obieg wody: ziemia –atmosfera – ziemia

Stosowanie: cele bytowe, rolnicze, przemysłowe

Wody gruntowe ok 30 % zasobów wod słodkich

Właściwości fizyczne wody

• Temp topnienia 0, wrzenia, gęstość 3,98stC: 1kg/l max – cyrkulacja geohalminowa – woda cieższa tonie w węższej zimna na dole prądy powierzchniowe w stosunku do gęstościowych – właściwie bez znaczenia, powierzchniowe poruszają się szybko, gęstościowe – szybkość rzędu mm/dobe ale obejmują całą toń oceanu a nie tylko warstwę powierzchniową

• , temp krytyczna, ciśnienie krytyczne,

• ciepło właściwe 4187 J/(kgK)

• , c.parowania, c.topnienia, masa cząsteczkowa. Względna przenikalność elektryczna,

• Barwa, zapach (bez)

• Odczyn pH 7

Podział hydrologii

Sublimacja – skomplikowany układ baryczny

Woda zdatna do picia – ok1%, 97,5 – słona

Kryzys wodny na świecie

Zasoby wodne ziemi- pokrywa lodowa – ok 68% wody słodkiej

! Rzeki 0,006% objętości wód słodkich na ziemi

0,4 w atmosferze

Dostępność wody na osobe

• Europa ok 4500m w 1970, 3960 w 1995, 3900 w 2025

• Ameryka płn 24tys,-> 12 tys

• Azja 6tys, ->2,4 tys.

Wniosek: SPADEK ILOŚCI WODY NA OSOBĘ

Stres wodny 1000-1600 m/os/rok

Człowiek zużywa 1000m w ciągu roku (uniwersalny wskaźnik)

Nierównomierność rozmieszczenia wody na świecie

Historycznie – zasoby wodne nie ulegają istotnym liczbowym zmianom ale rośnie liczba ludności ! podstawa kryzysu

Dobra wolne- te dla których nie potrafimy ustalić prawa własności (bez właściciela)

Zawłaszczanie dóbr za pomocą podatków.

70% ciała ludzkiego to woda.

Kg ziemniaków-160kg wody do jego wyprodukowania (transpiracja, procesy życiowe, fotosynteza, parowanie z gleby itd.) zmiany w zakresie klimatu, gatunku itp

Kg kukurydzy -450

Pszenica 1150 kg

Soja 2300

Ryż 2600-3000

Drób – 2828

Jaja – 5 ton

Wieprzowina – 6ton

Mleko-900 kg

Ser żółty 5tys

Wołowina -16 000

Kawa – 140l

Bawełna (kg) – 25 m3

Pojęcie wody wirtualnej –cel nie marnowanie zasobów wodnych!

Cykl hydrologiczny

Różne potrzeby wodne nawet wśród jednego gatunku

Bilans!!!

• Wielki obieg – parowanie z oceanu, kondensacja pary wodnej, opad, spływ wody do oceanu rzekami lub podpowierzchniowo.

• Mały obieg – cykl lądowy – parowanie, kondensacja, opad na ląd nie ma większego znaczenia gdyż 70% to powierzchnie oceanu

Zasoby odnawialne – część zasobów całkowitych uczestnicząca co roku w obiegu wody w przyrodzie.

Równanie bilasu wodnego

[P=H+E]+delta R

• P- opad

• H- odpływ

• E- ewapotranspiracja (parowanie z powierzchni oraz parowanie z roślin) – ewaporacja oraz transpiracja

• R- retencja

Problem z obliczaniem dokładnym. Pomiar dla punktu lub dla jakiejś powierzchni

Bilans wodny XX wiek polska

Przychód 192 mld m3 w tym:

• Opady atm =187mld

• Dopływ wód z zagranic 5 mld

Rozchód 192

• Parowanie i zużycie gospodarcze 135 (70proc)

• Odpływ powierzchiowy i podziemny 57 (30proc)

Woda zielona, 70%

Retencja

Powierzchniowa i glebowa

Gruntowa

• Zlewnia powierzchniowa

• Zlewnia podpowierzchniowa

• Dział wodny

• Wody powierzchniowe

• Wody podziemne

• Mapa jako źródło inf

1. Zlewnia – obszar z którego spływają do cieku lub zagłębienia wody.

2. Podpowierzchniowa nie musi być równa powierzchniowej zależne od budowy

3. Dział wodny- granica zlewni – najwyżej położone punkty zlewni (logiczne)

4. Wody powierzchniowe – to co stagnuje na powierzchni, cieki (pojęcie nadrzędne w hydrologii) wody płynące i stojące, ale też źródła choć to przejaw wód podziemnych

5. Zbiornik wód podziemnych- zbiornik wód gruntowych znajdujący się w szczelinach lub porach skalnych. To Przestrzenie submilimetrowe najczęściej!

Sieć rzeczna – cieki stale okresowe i epizodyczne

Sieć odwadniająca???

Dział miedzy bałtykiem a morzem czarnym ??

Metody pomiarowe zbiory i źródła danych w potamologii krenologii hydrogeologii oraz teledetekcja w hydrologii

Trudności w badaniu przepływu rzeki – wezbrania, rzeki górskie (zróżnicowanie koryta), duże powierzchnie wód, wypływy ze źródła (kamienie)

Metoda młynkowa, metoda objętościowa (przepływ przez trójkąt)

Łata wodowskazowa

Stany wody – w Polsce zmienne bardzo

Wahania – roztopy, opady deszczu

Stan wody – to nie poziom wody od dna koryta to lokalne punkty odniesienia! Stan ma niewielki związek między głębokością ilością wody a realnym odczytem

IMGW mapa poziomów wody. Codziennie? Pewnie w chuj płatne.

Pomiary – wazna temperatura, wiatr, promieniowanie (bilans) no ogrdek meteorologiczny cały się przydaje, wszystko jest ważne

Odcinki cieku:

1. Z dominacją erozji

2. Równowaga z przewagą transportu, erozja też

3. Z przewagą akumulacji

Materiał transportowany: rozpuszczony w postaci soli,

200-300 miligramów rozpuszczonych w litrze

Fala wezbraniowa – wzmożony przepływ wody w korycie, wzrost stanu w wody w korycie (czasem bardzo gwałtowny, czasem powolniejszy). Przemieszcza się kilka-kilkanaście km na godz

Mieszanina: spływu powierzchniowego, podpowierzchniowego i odpływu podziemnego

W lesie rzadko spływ powierzchniowy.

WYKŁAD 2

23 maja 2013

Powodzie

• Powódź na wiśle

• Prądnik w Ojcowie

• W Pakistanie na Hindusie

Wezbranie – wzrost stanów wody w rzece, jeziorze, morzu do momentu kulminacji, od której zaczyna się powolny spadek, wywołany działaniem kompleksu czynników meteorologicznych, hydrograficznych i fizjograficznych, są wywołane wzmożonym dopływem wody do koryta lub jej spiętrzeniem. Może być równeż spowodowane awarią budowli hydrotechnicznej.

Zator, wzmożone opady, topnienie, spiętrzenie wody sztormowej (wejście w ujście rzeki i blokada)

Powódź - wezbranie wody podczas którego woda po przekroczeniu stanu brzegowego lub poziomu korony wału przeciwpowodziowego zalewa dolinę rzeczą, powodując Szkot oraz straty finansowe i pozaekonomiczne (społeczne, przyrodnicze itp.)

Kilka elementów wezbrania

Wzrost stanu wody/przypływów – wzmożony dopływ wody do koryta (HYDROGRAM) część wznosząca – krzywa koncentracji – początek do maksimum następnie krzywa opadania – załamanie krzywej – krzywa recesji.

Różne rodzaje wody (geneza) w korycie. Cześć formowania się fali = spływ powierzchniowy (spływ wody po powierzchni. Notowany w czasie największych wezbrań

Krzywa koncentracji – formowanie się fali

Kulminacja – max przepływ

Krzywa opadania - deszcz zanikł ale spływ trwa jeszcze

Krzywa recesji – spływ pow. ustał istnieje tylko spływ wód podskórnych (podpowierzchniowych) i gruntowych.

Spływ powierzchniowy odpowiedzialny jest za erozję gleb

Szybka reakcja zlewni karpackiej na opad.

Powierzchnie zalesione reagują inaczej niż antropogeniczne

Typy powodzi:

• Opadowe – silne opady nawalne lub rozlewne, letnie

• Roztopowe – gwałtowne topnienie śniegów, wiosenne

Opady nawalne od kilkunastu do kilkudziesięciu minut, więcej jeżeli chmura jest wolna a szlak jest kręty, zawraca itd.

Rozlewne – fronty atmosferyczne, idą wolno, stagnują, kilka-kilkudziesięciu minut, 5-6 dni, sumy rzędu 200mm max w Krakowie do 450mm wysoko w Karpatach.

Kraków 600mm/rok

Wysokość opadów i czas ich trwania

Roztopowe – tajanie śniegów. Śród-zimowe ocieplenia – napływ ciepłego pow z południa, wystąpienie wiatru halnego, mogą one dawać wysokie wartości przepływu w rzekach ale nie są tak wysokie jak opadowe.

Bug Narew – źródłem wody w ich rzekach jest tajanie śniegu ?

Kra lodowa – śryż , nowy rodzaj wezbrań/powodzi o genezie ryżowej – lód pod powierzchnią wody styk dna koryta wodnego a warstwa wody. Bezchmurne niebo, napływ chłodnego powietrza – wypromieniowanie silne z dna rzeki, na dnie masa gąbczasta, wypływa na powierzchnie, łączy się z innymi, Najgroźniejsza w odcinkach ujściowych zbiorników retencyjnych. Kumulacja – stagnacja, zatykanie przepływu profilu hydrometrycznego. Brak ochrony przed tym.

Powódź 1982 – zbiornik włocławski zapchany śryżem, zablokowanie przepływu.

Opadowe nawalne – letnie deszcze nawalne, burze termiczne, lokalne silne powodzie na potokach górskiej i małych ciekach VII-VIII

Opadowe rozlewne – deszcze frontalne [zwykłe powodzie o szerokim zasięgu], deszcze frontalne nasilane warunkami orograficznymi [groźne powodzie długotrwałe z obszarów górskiej] VI-IX

Roztopowe – gwałtowne topnienie śniegów zasilone silnymi deszczami jednocześnie przy zamarzniętej powierzchni gruntu – szeroki zasięg terytorialny w warunkach sprzyjających (nizinne i górskie) – III

Rzeźba terenu – eksponowane na południe i zachód – szybciej topnieje

3 typy roztopów:

• Adwekcyjne – związane z napływem ciepłego powietrza z zachodu lub południa

• Solarne – 2, 3 tyg ładnej pogody z wyżu z Ukrainy

• Adwekcyjno-opadowe – adwekcyjne + powietrze wilgotne, o dużej zawartości pary wodnej – ciepłe opady na pokrywę śnieżną – gwałtowne topnienie, rzadko się to zdarza od 22 lat nie było ich w Karpatach.

Reżim hydrologiczny rzeki – rok hydrologiczny zaczyna się w listopadzie!

Typ zmienności odpływu w ciągu roku

Powodzie opadowo-nawalne – na małych ciekach bez punktów obserwacyjnych

Czynniki wpływające na wielkość wezbrań:

• Intensywnieć i wydajność oraz czas trwania opadu

• Zdolność retencyjna zlewni

• Stosunek powierzchni objętej deszczem do całej powierzchni zlewni

• Charakterystyki zlewni: kształt, spadki, rodzaj gruntu, szata roślinna, itp.

• Ukształtowanie rzeki w planie

Rozłożenie głównych dopływów wzdłuż biegu rzek największe powodzie roztopowe występują na dużych rzekach nizinnych – Bug, \Nawet, Warta, Noteć) jak też w środkowym i dolnych odcinku Wisły oraz na dolnej odrze,

Powódź – człowiek

• Wały przeciwpowodziowe,

• zbiorniki retencyjne,

• poldery.

• Edukacja powodziowa

Stan wody- poziom wody w cm układzie lokalnym powiązanym z siecią geodezyjną

Przepływ – ilość wody przepływająca w 1 sek przez przekrój hydrometryczny jedn m3/s

Odpływ – objętość wody odprowadzana rzeką w dłuższej jednostce czasu [dzień miesiąc rok], jednostka m3, km3. Odpływ wyrażamy także w mm z danej powierzchni

Spływ jednostkowy – ilość wody w litrach na sekundę z jednego km2 (l/s/km2)

Reżim hydrologiczny (ustrój rzeczny)- typ zmienności w rocznym cyklu hydrologicznym

WODY PODZIEMNE -zalegające pod pow ziemi na różnych głębokościach powstale na skutek różnych procesów geologicznych

Ich występowanie zależy od dwóch gł. czynników:

Budowy geologicznej – rodzaj i struktura skał. Skały w których możliwe jest gromadzenie się wód poziemnych nazywamy skałami wodonośnymi albo przepuszczalnymi)

Strefa nasycenia i nienasycenia (saturacji i aeracji)

Zwierciadło wód poziemnych najczęściej współkształtne z powierzchnią w skałach okruchowych.

Strefa nienasycona

Poziom wodonośny o zwierciadła swobodnym

Wpływ człowieka na wody

Zanieczyszczenie wody= niekorzystna zmiana jej cech fizycznych:

• Temp

• Barwa

• Zapach

• Smak

• Przewodnictwo elektryczne

• Chemiczne

• bakteriologiczne

WODY PODZIEMNE

Pogórze i kotlina sandomierska – udokumentowanych złóż wody – brak.

Pas wyżyn – stosunkowo dobrze, Sudety, wyżyna krakowsko-czestochowska, Śląsk

Duże zasoby w dnach dolin w obszarach około lodowcowych

Basen mazowiecki – głębsze pokłady

Pomorze – wody występują płatowo.

Woda zdatna do picia – problem na południu – znaczny udział wód powierzchniowych (brak wód podziemnych/Warszawa jako korzystająca z ujęć na wiśle i na Bugu)

Zasobność wód powierzchniowych – mapa opadów – środkowa polska ma najmniej, nieregularne opady w cyklach wieloletnim a w cyklu rocznym – przewaga opadów letnich

• Poziom czystości wód

• Ramowa Dyrektywa Wodna UE

• Służby hydrologiczne Wojewódzki Inspektorat Gospodarki Wodnej (OŚ)

• Państwowy Inspektorat OŚ, oddziały wojewódzkie kontrolują czystość rzek punkty pomiaru

CZŁOWIEK

Zmiany mogą być wywołane:

Bezpośrednio przez wprowadzanie do wód substancji zanieczyszczających oraz pośrednio poprzez przemieszanie się do ujęcia wód zanieczyszczonych.

Najczęściej zanieczyszczenia wód podziemnych są konsekwencją zdarzeń niezamierzonych np. nieszczelności i pęknięcia rurociągów kanalizacji. awarie instalacji technologicznych, uszkodzenia zbiorników z substancjami niebezpiecznymi. Problem działalności świadomej.

Składowisko = zraszane opadami, zagłębione, zanieczyszczenia do wód podziemnych.

Zanieczyszczenia wód poziemnych = zanieczyszczenia w miare trwałe

ROLNICTWO

• Obszary intensywnego stosowania nawozów środków ochrony roślin

• Miejsce niewłaściwego magazynowania nawozów mineralnych

• Miejsce usuwania przeterminowanych pestycydów

• Miejsce wykonywania kiszonek paszowych

• Tereny rolniczego wykorzystywania gnojowicy

• Obejścia gospodarcze

PRZEMYSŁ

• Wysypiska i zwałowiska odpadów stałych

• Stawy ściekowe i osadowe

• Nieszczelności w urządzeniach kanalizacyjnych

• Tereny niewłaściwego magazynowania surowców, półproduktów i wyrobów gotowych

• Emisje pyłów i gazów

• Wody powierzchniowe będące odbiornikami dużej ilości ścieków i słonych wód kopalnianych

  • Ścieki przemysłowe – wprowadzane do gruntu lub wód podziemnych, małych cieków powierzchniowych

GOSPODARKA KOMUNALNA

Składowisko odpadów

Zmienność źródeł (kompostownia, wylew siks ścieków, pola filtracyjne, wysypiska gospodarstw domowych)

WODY MINERALNE - ponad 1000 mg subst. rozp. w litrze wody

• Termalne (cieplice) pow.20st. Cieplice Śląskie 70, kiedyś Jelenia Góra 62

• Radoczynne śladowe ilości pierwiastków promieniotwórczych

• Siarczkowe 1mg siarki w litrze

• Szczawy pochodzenia infiltracyjnego nasycone co2 w ilości przekraczającej 1000mg/dm3 powstaje w ośrodku skalnym na dużej głębokości

• Szczawy żelaziste

• Solanki 10g/litra do 35 g/litr

• Borowe5mh/litr HBO2

• Jodkowe 1 mg/litr J

• Bromkowe 5mg/l jonu bromkowego

GOSPODARKA WODNA

Różnica w odbiorze wody powierzchni zwykłej i uszczelnionej (beton)- odpływ powierzchniowy, parowanie, wsiąkanie

1. Gospodarka wodna – celowe oddziaływanie człowieka na zasoby i potrzeby wodne dla zaspokojenia potrzeb. Oddziaływanie to dokonuje się w procesach produkcji podziału i wymiany i konsumpcji wody przy jednoczesny, zachowanie wymaga© ochrony środowiska

2. Zasoby wodne - wody opadowe, powierzchniowe (rzeki kanały jeziora( oraz wody w glebie i wody podziemna

3. Użytkownicy – odbiorcy korzystający z wód nie zmniejszając jej zasobów (np. transport wodny i energetyka wodna)

4. Konsumenci wody – odbiorcy zużywający wodę w celach konsumpcyjnych czy przemysłowych, np. rolnictwo, przemysł

Gosp. znaczenie wody

• Cele komunalne

• Produkcja i pozyskiwania żywności

• Cele przemysłowe

• Cele energetyczne

• Transport wodny itd.

DOBRY STAN WÓD

Dobry stan wód pow. – oznacza stan w powierzchniowych wymagany do spełnienia celów środowiskowych. Taki stan w którym nie ma złych oddziaływań.

Dobry stan ekologiczny – stan cz e Cu wód powierzchniowych sklasyfikowany pod względem elementów biologicznych, hydromorfologiczne , chemiczce i fizyczno-chemiczne

Dobry stan ilościowy dotyczy wód podziemnych i oznacza pozom w którym dostępne zasoby nie są przekraczalne przez średnioroczne pobory/

Problemy Gospodarki Wodnej

Zagadnienia ilościowe (inne jakościowe i morfologiczne)

1. Obniżenie zwierciadła wód podziemnych

2. Zmiana naturalnego reżimy hydrologicznego wód powierzchniowych.

Jakościowe

• zanieczyszczenia i zasolenia wód powierzchownych i podziemnych