ZAKŁAD OCHRONY I KSZTAŁTOWANIA
ŚRODOWISKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

PRZEDMIOT:

  HYDROLOGIA

PROWADZĄCY:

dr inż. Bogdan Ozga-Zieliński

Dla:

  

Inżynieria Środowiska sem. III

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE:

9

TEMAT :

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
z niepełną informacją o przepływie 

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach z niepełną 
informacją o przepływie

HYDROLOGIA 

Sytuacje położenia przekrojów obliczeniowych

Stacja wodowskazowa

Przekrój obliczeniowy

I

II

II

III

Hydrologia

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach z krótkim 
ciągiem pomiarowym przepływów

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA 

Metody przenoszenia informacji hydrologicznej

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BRAK CIĄGÓW PRZEPŁYWÓW

 

 

 

w przekroju obliczeniowym na rzece kontrolowanej

 

 

 

 

 

 

 

Jedna stacja wodowskazowa powyżej lub 

poniżej przekroju niekontrolowanego

 

  

Dwie stacje w

odowskazowe

 

 

 
 

 
 

 

 

 

Pomiary kontrolne

 

 

 
 

 

Brak pomiarów 

kontrolnych

 

Dwie stacje wodowskazowe 

powyżej lub poniżej przekroju 

niekontrolowanego

 

Przekrój niekontrolowany 

pomiędzy dwiema stacjami 

wodowskazowymi

 

 

 

 

Modele statyczne

 

(regresja)

 

 

 

 

Ustalony współczynnik 

przeliczeniowy

 

 

 

 

 

 

Identyfikowany współczynnik 

przeliczeniowy

 

 

 

 

Modele statyczne

 

(regresja)

 

Charakterystyki 

przepływu

 

Charakterystyki 

przepływu

 

Charakterystyki 

przepływu

 

Długie ciągi 

przepływów

 

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA 

Jedna stacja wodowskazowa poniżej lub powyżej przekroju

















w

w

o

A

A

Q

Q

0

1

2

1

2

ln

ln

ln

ln

w

w

w

w

A

A

Q

Q









parametr empiryczny, którego wartość jest ustalana dla określonego przepływu
charakterystycznego i określonego odcinka rzeki (ma charakter regionalny)



-

Dwie stacje wodowskazowe poniżej lub powyżej przekroju

Identyfikacja parametru empirycznego

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA 

Przekrój obliczeniowy pomiędzy dwiema stacjami wodowskazowymi

)

(

1

1

2

1

2

1

0

w

w

w

w

w

w

o

A

A

A

A

Q

Q

Q

Q











WARUNEK: niewielkie przyrosty powierzchni zlewni pomiędzy przekrojami

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA 

Zlewnie niekontrolowane

Przedział wielkości zlewni

[km

2

]

Liczba

rzek

Liczba

wodowskazów

< 50

    50,1 –     100
  100,1 –     500
  500,1 –   1000
1000,1 –   5000
5000,1 – 10000

> 10000

2913
  809
  744
    93
    80
      9
      8

  53
  76
380
148
199
  32
  92

Suma

4656

   980

*)

*)

 Bez posterunków wodowskazowych na jeziorach i zbiornikach [Fal B., 1979]

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA 

BRAK CIĄGÓW PRZEPŁYWÓW

w przekroju obliczeniowym na rzece niekontrolowanej

Ciągi przepływów z innej

stacji wodowskazowej

Model zlewni niekontrolowanej

 i ciągi zmiennych wejścia

Charakterystyki opadu

i charakterystyki fizjograficzne

zlewni niekontrolowanej

Dobór zlewni podobnej

(transformacja statyczna)

Rekonstrukcja ciągów

przepływów

Zależności regionalne

Krótkookresowa

stacja pomiarowa

Pomiary

kontrolne

Wybór

zobiektywizowany

Mapy i wzory

regionalne

Bilans
wodny

Metoda

Gradex-ZN

KCP

Charakterystyki

przepływu

Charakterystyki

przepływu

Długie ciągi

przepływu

Charakterystyki

przepływu

SSQ

Q 

max,p

Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA 

polega  na  znalezieniu  zlewni  kontrolowanej  podobnej  pod 
względem 

warunków 

hydrologicznych 

do 

zlewni 

niekontrolowanej. 

W 

przypadku 

pełnego 

podobieństwa 

hydrologicznego,  tzn.  zgodności  pod  względem  warunków 
fizycznogeograficznych  i  meteorologicznych  (klimatycznych), 
charakterystyki  przepływu  przenoszone  są  proporcjonalnie  do 
powierzchni zlewni.

K

NK

A

K

A

NK

Metoda podobieństwa hydrologicznego

K

K

NK

NK

Q

A

A

Q

















Metody określania charakterystyk przepływu w przekrojach
niekontrolowanych

HYDROLOGIA 

Modele matematyczne zlewni niekontrolowanej

ĆWICZENIA AUDYTORYJNE:

10

TEMAT :

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania 

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w 
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich 
definiowania, określania i interpretacji. 

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w 
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich 
definiowania, określania i interpretacji. 

W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji 
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do 
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić wezbranie 
bądź niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz 
jednoznacznie je zinterpretować.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w 
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich 
definiowania, określania i interpretacji. 

W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji 
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do 
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić wezbranie 
bądź niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz 
jednoznacznie je zinterpretować.

Wynika to z podstawowego faktu, że wezbrania i niżówki są pojęciami 
służącymi do zinterpretowania sytuacji występującej w rzece w 
odniesieniu do ilości przepływającej wody.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Niżówki i wezbrania

Pojęcia „wezbranie” i „niżówka” są używane od dawna i powszechnie, ale w 
różnych publikacjach i podręcznikach podawane są różne sposoby ich 
definiowania, określania i interpretacji. 

W wielu pracach podejmowane są próby znalezienia genetycznych definicji 
wezbrania i niżówki. Żadna z tych prób nie doprowadziła jednak do 
ustalenia definicji pozwalających w sposób jednoznaczny określić wezbranie 
bądź niżówkę, wyznaczyć ich charakterystyki (parametry) oraz 
jednoznacznie je zinterpretować.

Wynika to z podstawowego faktu, że wezbrania i niżówki są pojęciami 
służącymi do zinterpretowania sytuacji występującej w rzece w 
odniesieniu do ilości przepływającej wody.

Są to więc pojęcia czysto umowne i nie mają genetycznie uzasadnionej 
jednoznacznej definicji.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Próby genetycznej definicji niżówek i wezbrań

Próby definiowania niżówek jako okresów, w których rzeka jest zasilana 
wodami gruntowymi, a wezbrań jako okresów zasilania spływem 
powierzchniowym, należy uznać za nieuzasadnione i nieprawdziwe...
[Maria Ozga-Zielińska]

niżówk
a?

Q

min

Q

t

wezbranie?

Niejednoznaczność określania niżówek i wezbrań

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Próby genetycznej definicji niżówek i wezbrań

Przykład: modelowanie matematyczne procesu odpływu ze zlewni

Swobodne i wymuszone odpowiedzi 
podsystemów zlewni

y

w,g

y

w,p

y

w,p

y

s,g

y

s,g

y

s,p

Q

t

y

w,p

y

s,p

y

w,g

y

s,g

- odpowiedź wymuszona
  powierzchniowa

- odpowiedź swobodna
  powierzchniowa
- odpowiedź wymuszona
  gruntowa
- odpowiedź swobodna
  gruntowa

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczne definicje niżówek i wezbrań

Niżówka  jest  to  okres,  w  którym  przepływy  są 
równe lub
niższe  od  przyjętego  przepływu  granicznego 
niżówki

n

g

Q

t

Q

,

)

( 

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczne definicje niżówek i wezbrań

Niżówka  jest  to  okres,  w  którym  przepływy  są 
równe lub
niższe  od  przyjętego  przepływu  granicznego 
niżówki

n

g

Q

t

Q

,

)

( 

Wezbranie  jest  to  okres,  w  którym  przepływy 
są równe lub
wyższe  od  przyjętego  przepływu  granicznego 
wezbrania

w

g

Q

t

Q

,

)

( 

0

50

100

150

200

250

300

n

g

Q

,

w

g

Q

,

Nida  Brzegi  1997

t

Q

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczne definicje niżówek i wezbrań

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość  największa  roczna  z  przepływów 
minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

WNQ

NQ

Q

i

H

n

g

,...,

2

,

1

          

)

max(

1

,







Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość  największa  roczna  z  przepływów 
minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość  średnia  z  przepływów  minimalnych 
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

WNQ

NQ

Q

i

H

n

g

,...,

2

,

1

          

)

max(

1

,







SNQ

NQ

N

Q

N

i

i

H

n

g







1

,

1

2

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość  największa  roczna  z  przepływów 
minimalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość  średnia  z  przepływów  minimalnych 
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (3)
Wartość  środkowa  z  przepływów  minimalnych 
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji (mediana)

ZNQ

Q

Q

H

n

g





%

50

min,

,

3

N

i

WNQ

NQ

Q

i

H

n

g

,...,

2

,

1

          

)

max(

1

,







SNQ

NQ

N

Q

N

i

i

H

n

g







1

,

1

2

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium gospodarcze (1)
Okres  w  którym  występują  braki  wody  dla 
zaspokojenia
potrzeb jej użytkowników

Q

n

   - przepływ nienaruszalny,

Q

u,j

  - zapotrzebowanie j-tego użytkownika wody,

k      - liczba użytkowników.









k

j

j

u

n

G

n

g

Q

Q

Q

1

,

,

1

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego niżówki

Kryterium gospodarcze (1)
Okres  w  którym  występują  braki  wody  dla 
zaspokojenia
potrzeb jej użytkowników

Q

n

   - przepływ nienaruszalny,

Q

u,j

  - zapotrzebowanie j-tego użytkownika wody,

k      - liczba użytkowników.









k

j

j

u

n

G

n

g

Q

Q

Q

1

,

,

1

Kryterium gospodarcze (2)
Wymagania  żeglugi  śródlądowej  -  minimalny 
przepływ
żeglowny

ż

G

n

g

Q

Q

min,

,

2



Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość  najmniejsza  roczna  z  przepływów 
maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

NWQ

WQ

Q

i

H

w

g

,...,

2

,

1

          

)

min(

1

,







Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość  najmniejsza  roczna  z  przepływów 
maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość  średnia  z  przepływów  maksymalnych 
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

N

i

NWQ

WQ

Q

i

H

w

g

,...,

2

,

1

          

)

min(

1

,







SWQ

WQ

N

Q

N

i

i

H

w

g







1

,

1

2

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium hydrologiczne (1)
Wartość  najmniejsza  roczna  z  przepływów 
maksymalnych
rocznych z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (2)
Wartość  średnia  z  przepływów  maksymalnych 
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji

Kryterium hydrologiczne (3)
Wartość środkowa z przepływów maksymalnych 
rocznych
z wieloletniego okresu obserwacji (mediana)

N

i

NWQ

WQ

Q

i

H

w

g

,...,

2

,

1

          

)

min(

1

,







SWQ

WQ

N

Q

N

i

i

H

w

g







1

,

1

2

ZWQ

Q

Q

H

w

g





%

50

max,

,

3

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium gospodarcze (1)
Najpowszechniejszą  działalnością  gospodarczą  w 
odniesieniu 

do 

wezbrań 

jest 

ochrona 

przeciwpowodziowa.  Z  tego  punktu  widzenia 
przepływem  granicznym  wezbrania  jest  przepływ 
dozwolony,  tzn.  najwyższa  wartość  przepływu  nie 
powodująca jeszcze szkód powodziowych

doz

,

1

Q

Q

G

w

g



Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Kryteria określania przepływu granicznego wezbrania

Kryterium gospodarcze (1)
Najpowszechniejszą  działalnością  gospodarczą  w 
odniesieniu 

do 

wezbrań 

jest 

ochrona 

przeciwpowodziowa.  Z  tego  punktu  widzenia 
przepływem  granicznym  wezbrania  jest  przepływ 
dozwolony,  tzn.  najwyższa  wartość  przepływu  nie 
powodująca jeszcze szkód powodziowych

Kryterium gospodarcze (2)
Wymagania  żeglugi  śródlądowej  -  maksymalny 
przepływ
żeglowny

doz

,

1

Q

Q

G

w

g



ż

G

w

g

Q

Q

max,

,

2



Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

V

n

Q

Q

g,n

t

t

n

Q

min,n

Q

śr,n

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

Q

 Q

1

t

t

1

Q

2

Q

i

t

2

t

i



Q Q

g,n

•

 •

 •

 •

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

Q

t

t

1

t

2

t

i



t

Q

g,n

t

n

Q

1

Q

2

Q

i

Q

n

• • • •

• • • •

 





dt

t

Q

Q

V

n

t

t







1

n

g,

n

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe niżówek

Q

t

t

1

t

2

t

i



t

Q

g,n

t

n

Q

V,2

Q

V,i

• • • •

• • • •











n

i

i

i

V

Q

t

V

1

,

n

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe wezbrań

Q

t

Q

g,w

t

w

Q

max,w

Q

śr,w

V

w

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe wezbrań

Q

t

Q

g,w

= Q

1

t

i

Q

2

Q

i

t

1

t

2

Q

•

 •

 •

 •

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki ilościowe wezbrań

Q

t

Q

g,w

t

1

Q

1

Q

i

t

i

t

n

t

2

Q

n

Q

2

• • • •

• • • •



t











n

i

i

i

w

Q

t

V

1

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Charakterystyki jakościowe niżówek i wezbrań

Są to wybrane cechy fizyczne, chemiczne lub biologiczne 
wody w okresie trwania niżówki lub wezbrania. Należą do 
nich, w zależności od potrzeb wykonywanego 
opracowania:

- mętność,
- barwa,
- twardość,
- odczyn pH,
- BZT,
- CHZT,
- tlen rozpuszczony,
- inne.

Ponadto w okresie niżówek istotną charakterystyką jest 
temperatura wody, a w okresie wezbrań intensywność 
transportu rumowiska.

Hydrologiczne zjawiska ekstremalne – niżówki i wezbrania

HYDROLOGIA

Statystyczna analiza niżówek i wezbrań

Zjawisko ekstremalne opisane k charakterystykami może 
być traktowane jako k-wymiarowa zmienna losowa (X

1

, X

2

, 

..., X

k

). Własności losowe tej zmiennej opisuje 

wielowymiarowy rozkład prawdopodobieństwa

Zmienna losowa (X

1

, X

2

, ..., X

k

) ma na ogół bardzo 

skomplikowaną postać rozkładu wielowymiarowego, a w 
praktyce potrafimy się posługiwać prawie wyłącznie 
wielowymiarowym rozkładem normalnym.















k

x

k

k

x

k

k

dx

dx

x

x

f

x

X

x

X

P

...

)

,...,

(

...

)

,...,

(

1

1

1

1

1

DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ