m

Seminarium

Opracowanie bilansu wodnego szczegółowego dla zlewni Brzozówki po profil Karpowicze

Gr.1

Wstęp

Pod pojęciem zasobów wodnych należy rozumieć wody znajdujące się na określonym obszarze Ziemi, występujące stale lub czasowo. Znajomość tych zasobów ma istotne znaczenie dla gospodarczej działalności człowieka, gdyż woda jest czynnikiem limitującym rozwój gospodarczy. Coraz bardziej wzrastające zapotrzebowanie na wodę dla przemysłu, rolnictwa i ludności, której liczba stale rośnie, powoduje występowanie w różnych regionach stałych bądź okresowych niedoborów wody. Konieczne w tej sytuacji stało się oszacowanie: ile wody znajduje się w hydrosferze Ziemi, jakie ilości wody mogą być wykorzystane oraz jakie są granice gospodarczego rozwoju.

Rozpoznanie zasobów wodnych na Ziemi nie było równomierne, ponieważ oprócz Europy, Ameryki Północnej i częściowo Azji, na innych kontynentach, a szczególnie w krajach rozwijających się, służba hydrologiczna nie była należycie zorganizowana. W tej sytuacji podjęto odpowiednie badania w skali światowej.

Pod wsparciem UNESCO w 1965 roku została zorganizowana akcja o zasięgu ogólno­światowym, nazwana Międzynarodową Dekadą Hydrologiczną (MDH), w ramach której zostały podjęte zaplanowane na szeroką skalę badania hydrologiczne na całym świecie. Po upływie 10 lat, gdy w 1974 roku na konferencji w Paryżu podsumowano wyniki badań przeprowadzonych w ramach tej akcji, okazało się, że uzyskano wprawdzie bardzo bogate materiały obserwacyjnej pomiarowe, ale jednocześnie pojawiło się wiele nowych problemów do rozwiązania. W tej sytuacji powołany został Międzynarodowy Program Hydrologiczny (MPH), pomyślany jako akcja o charakterze ciągłym - bez określenia terminu jej zakończenia. Jednym z osiągnięć Dekady Hydrologicznej było oszacowanie zasobów wodnych Ziemi.

Wyniki opracowane przez zespół hydrologów b. ZSRR podane są w tabeli:

Środowisko wodne	Wody ogółem	Wody słodkie
	objętość V km^3	%
1	morza i oceany	1 338 000 000
2	lodowce	24 064 100
3	jeziora	176 400
4	wody podziemne	23 716 500
5	błota	11470
6	rzeki	2 120
7	organizmy żywe	1120
8	woda w atmosferze	12 900
Ogółem	1385 984 610	100,0
	(2,53)

Zasoby wodne hydrosfery Ziemi (wg Korzuna 1974)

Zasoby wodne na naszej planecie nie są niezmienne - ulegały prawdopodobnie zmianom w przeszłości i zmieniać się będą w przyszłości. Zmiany te zachodzą jednak tak powoli, że stwierdzenie ich nie jest praktycznie możliwe. Badacze hydrosfery zastanawiali się od dawna, czy istnieją źródła przychodu wody z zewnątrz do hydrosfery Ziemi. Pewne ilości wody mogą dochodzić z głębi ziemi w postaci wód juwenilnych (Rysi). Niemiecki geograf Penck oszacował, że wody te w ciągu tysiąca lat mogą podnieść poziom oceanu światowego o niecałe 3 mm. W skali rocznej daje to 1 km³.

Są to więc ilości bardzo niewielkie, nie mające istotnego znaczenia w skali globalnej.

Podstawowe pojęcia

Bilans wodny - jest zrównoważeniem przybytków i ubytków wody w określonej przestrzeni określonym czasie. Według Dębskiego (1959)

Bilans wodny - zestawienie obiegu wody w przyrodzie na poszczególnych obszarach (np. dorzecze, zlewisko itd.), z rozróżnieniem na przychody i rozchody (odpływy). Mierzy się go, biorąc pod uwagę ilość opadów na danym terenie, odpływ powierzchniowy i podziemny z danego terenu, parowanie. Encyklopedia PWN (2003)

Możemy utworzyć ogólne równanie bilansu dla wybranej zlewni, porównując ilości wody dopływającej do niej (wejście) z ilością, która odpływa (wyjście).

Z+P = H + S + R

gdzie:

Z - retencja początkowa [mm],

P - opad atmosferyczny [mm],

H - odpływ ze zlewni [mm],

S - straty (głównie na parowanie) [mm],

R - retencja końcowa [mm].

Rozpatrując bilansowania wody hydrosfery ziemi, można opracowywać bilans wodny lądów mórz oraz całej hydrosfery ziemskiej. Wykorzystując równania:

Dla lądów: P_L = H + El

Dla mórz: P_M + H = Em

Dla całej hydrosfery: P = E

Gdzie:

P_L-opad atmosferyczny na ląd

P_M - opad atmosferyczny na morze H - odpływ rzeki do morza

E_L - parowanie lądowe

E_M - parowanie z morza

Bilans wodny Ziemi, Europy i Polski.

Bilans wodny Ziemi

Najbardziej szczegółowy opracowanie bilansu wodnym ziemi wykonane zostało na podstawie danych zebranych w ramach MDH (Międzynarodowa Dekada Hydrologii) przez hydrologów z b. ZSRR (Korzun 1974)

Bilans wodny Europa

Kontynent który stosunki hydrologiczne, oprócz Ameryki północnej, są najlepiej zbadane. Bilans wodny Europy opracowany podobnie jak bilans ziemi w ramach MDH (Międzynarodowa Dekada Hydrologii)

Bilans wodny Polski

Najnowsze opracowanie bilansu zostało wykonane przez IMGW obejmuje okres 40 lat 1951 -1990 jest to okres wystarczająco długi aby obejmował lata skrajne mokre i suche, dzięki czemu otrzymane wyniki charakteryzują przeciętne warunki obiegu wody w Polsce.

Balans wodny kontrolny -jest bilansem który jest obarczony pewnymi błędami empirycznymi jako wartość obliczona, lub metody oszacowania. Aby doprowadzić równanie bilansowe do zgodność należy obliczyć bezwzględny błąd niezamknięcia.

A = P - (H+E) oraz błąd względny:

δ = Δ/ P+H+E

Bilans wodny szczegółowy - które oprócz opadu, odpływu i strat na parowanie uwzględniają również retencję opracowuje się głownie dla małych obszarów i dla krótkich okresów czasu. Dla długich okresów i znacznie większych obszarów wprowadza się uogólnienia pozwalające na uzyskanie wyników, charakterystycznych dla wielolecia. Wartość opadu P i odpływu H są określone bezpośrednio na podstawie obserwacji, natomiast parowanie E i zmiany retencji R określa wzór:

t_r = t + _Δt
e_r = e +_Δe

Gdzie:

_Δt, _Δe - poprawki sezonowe, uzależnione od temperatury powietrza i pory roku.

Bilans wodny zrównoważony - jest to bilans w który retencja w okresie bilansowania jest równa zero R = 0

Rodzaje bilansów wodnych

Bilanse wodne można dzielić na:

• Naturalne

Charakteryzują normalny obieg wody w zlewni wynikający z warunków klimatycznych i fizjograficznych oraz zwykłego sposobu użytkowania wody przez miejscową ludność.

• Bilans surowy

Przedstawia zestawienie opadu i odpływu dla danego roku lub wielolecia

• Bilans szczegółowy

• Bilans perspektywiczny

Określa warunki obiegu wody jakie nie istnieją obecnie w rozpatrywanej zlewni ale jakie będą miały miejsce w mniej lub bardziej odległej przyszłości.

• Szczegółowe

  • Bilans normalny

Jest to bilans wypośrodkowany z dłuższego okresu obserwacji. Równanie bilansu normalnego wyprowadza się z równania bilansów rocznych dla n - letniego okresu bilansowania

• Bilans okresowy

Przy opracowywaniu bilansów szczegółowych okres bilansowania dobiera się w ten sposób aby stany retencyjne były zrównoważone na początku i na końcu okresu bilansowania.

Podsumowanie

Ponieważ rozwój przemysłu, różnego rodzaju zjawiska klimatyczne (ciąg lat suchych, mokrych), wymuszają zmiany w zasobach wodnych i sposobach użytkowania wody zmieniają się również składniki bilansu. Stąd konieczność sporządzania różnego rodzaju bilansów. Wybór sposobu rozwiązania zależy od rozpatrywanego okresu czasu, od wielkości bilansowanego obszaru, od celu jakiemu ma służyć bilans itp. Wymaga on dokładnego rozpoznania terenu, jego budowy geologicznej, pokrycia, ukształtowania, źródeł zasilania itp. Stosunki bilansowe nie są trwałe w czasie i szybko ulegają zmianom. Intensywny rozwój przemysłu i aglomeracji miejskich oraz intensyfikacja produkcji rolnej powodują zwiększenie się strat wody na parowanie i zużycie gospodarcze. W ślad za tym ulegają zmniejszeniu odpływy oraz obniżają się poziomy wód podziemnych.

Jednocześnie ulega pogorszeniu jakość wody. Zmniejsza się ilość wody czystej płynącej w rzekach, pochodzącej z opadów atmosferycznych i dopływu z wód podziemnych, a zwiększa ilość wody zanieczyszczonej, zrzucanej w postaci ścieków do rzek. Stosunek wody czystej do wody zanieczyszczonej, oszacowany przez Dębskiego na k = 18,8, w perspektywie miał obniżyć się do k = 5,6 (Dębski 1961). Powyższe liczby odnoszą się do lat przeciętnych. W latach posusznych, a szczególnie w najbardziej niekorzystnych okresach tych lat, k może przyjmować wartość poniżej jedności, co oznacza, że rzeką płynie więcej ścieków niż czystej wody. Pogorszenie stanu sanitarnego rzek prowadzi do biologicznego wyniszczenia wód powierzchniowych. Taka ewolucja bilansu wodnego może zostać zahamowana jedynie w wypadku ścisłej ochrony wód rzecznych przed zanieczyszczeniem. Wskazuje to na konieczność nie tylko ilościowych, lecz również i jakościowych badań składników bilansu wodnego.

Zmiany w bilansie wodnym zachodzą również w wyniku realizacji inwestycji gospodarki wodnej, zmieniających obieg wody na dużych obszarach. Zalicza się do nich zbiorniki retencyjne i kanały przerzucające wodę z jednego dorzecza do drugiego bądź z jednej jego części do drugiej. Wszelkie tego tupu obiekty wpływają na naturalny bilans wodny, zmieniając go na bilans formowany, zależny od działalności gospodarczej człowieka, określanej mianem antropopesji.

W kolejnych rozdziałach omówione zostaną poszczególne elementy bilansu wodnego oraz bilanse wodne zlewni rzecznych.