Rzeki i ich reżim

Podział cieków

Jednym z elementów cyklu hydrologicznego jest odpływ rzeczny, na który składa się spływ powierzchniowy i zasilanie wodami podziemnymi. Odpływająca z pewnego obszaru woda tworzy na powierzchni terenu cieki. Pojęcie cieku obejmuje zarówno spływającą wodę, jak i łożysko przez nią wyżłobione.

Elementy cieku: koryto, teren zalewowy, dolina cieku.

Wyróżnia się cieki:

Epizodyczne

Okresowe

Stałe

Rzeką nazywamy ciek naturalny powstały z połączenia mniejszych potoków lub wypływający z czoła lodowca, jeziora, źródła, wywierzyska lub z obszaru zabagnionego, zasilany powierzchniowo i podziemnie wodą z opadów, mający ukształtowane koryto i płynący pod działaniem siły grawitacyjnej w łożysku i w dolinie, wyżłobionych w wyniku działalności jego siły erodującej.

Obszary zasilania cieków

Obszar, z którego spływają wody do cieku, nazywa się ZLEWNIĄ. Ponadto wyróżnia się terminy: dorzecze ( cały system rzeczny ) i zlewisko ( obszar zasilania morza lub oceanu ).

Rozróżnia się zlewnie powierzchniowe ( obszar, z którego woda spływa po powierzchni terenu, bądź korytami mniejszych cieków ) i podziemne ( obszar, z którego wody podziemne zasilają dany ciek ).

Zlewnie ograniczone są DZIAŁAMI WODNYMI, które dzielą się na powierzchniowe: stałe ( topograficzne ) i zmienne: okresowe ( hydrologiczne ) i sztuczne, i podziemne: stałe i okresowe.

Klasyfikacja wezbrań

Pod pojęciem wezbrania rozumie się w potocznym znaczeniu każdorazowe wyraźne podniesienie się stanów wody w ciekach i jeziorach, spowodowane zwiększonym zasilaniem lub podpiętrzeniem zwierciadła wody wskutek utrudnienia swobodnego odpływu. Utrzymują się przez pewien czas, dlatego należy je rozpatrywać jako okres hydrologiczny, w którym stany wody utrzymują się na poziomie wyższym niż przed jego początkiem. Rozpatrywane pod względem wysokości stanów wody oraz czasu ich trwania. Rozróżnia się PRZYBÓR i POWÓDŹ.

PRZYBÓR-nieznaczne podniesienie się stanów wody poniżej stanu brzegowego

POWÓDŹ-gdy woda występuje z koryta sieku na teren doliny

Wezbrania opadowe wywołane przez opadły ciekłe:

Opadowe nawalne-wywołane przez lokalne burze termiczne i deszcze nawalne

Opadowe frontalne-wywołane przez deszcze występujące w strefie frontów atmosferycznych

Opadowe rozlewne-wywołane prze opady na których wydajność ma wpływ ukształtowanie terenu

Wezbrania roztopowe

Wezbrania zimowe:

Śryżowe-wywołane szybkim i obfitym tworzeniem się śryżu i lodu dennego

Zatorowe-powstające podczas spływu lodów, w wyniku spiętrzania się kry

Lodowe-powstające w dolnych biegach rzek znajdujących się pod pokrywą lodową, na które z górnego biegu nadchodzi fala przyborowa

Wezbrania sztormowe

Klasyfikacja niżówek

Niżówka jest zjawiskiem przeciwstawnym do wezbrania. Potocznie niżówką nazywa się długotrwałe obniżenie się stanów wody i odpływów rzecznych ( okres hydrologiczny, w którym przepływy rzeczne zasilane są przez wody podziemne).

Metodyka obliczeń przepływów charakterystycznych

Metody opierają się na danych hydrometrycznych dotyczących stanów wody i przepływów w rozpatrywanym profilu oraz w miarę potrzeby w innych profilach tej samej rzeki lub rzek sąsiednich.

1. dane hydrometryczne są kompletne ( seria obserwacyjna stanów wody obejmuje wielolecie- normalny ), pomiary przepływu wykonane zostały w całej strefie zmienności - określana na podstawie metod statystycznych ( bezpośrednich ) - stanowią podstawę do określania wartości przepływów o dowolnych charakterystykach

2. dane są niekompletne: obserwacje stanów wody pochodzą jedynie z krótkiego okresu, a pomiary przepływu nie obejmują całej strefy zmienności - metody analogii hydrologicznej ( pośrednie ) -

3. w przekroju całkowicie brakuje danych - metody empiryczne - przepływ o dowolnej charakterystyce w rozpatrywanym profilu rzeki głównej zamykającej zlewnię o pow. A określa się graficznie z wykresu profilu hydrologicznego, sporządzonego dla przepływów o danej charakterystyce, jako rzędną punktu na wykresie, o odciętej równej A.

przepływ w profilach: badanym, górnym i dolnym

Metoda ekstrapolacji stosowana jest, gdy nie można skorzystać z dwóch poprzednich metod. Przy określaniu przepływów max. kierować się trzeba podobieństwem czynników określających spływ powierzchniowy - opadów, ukształtowaniem terenu, kształtem zlewni, itp.

Przy określaniu przepływów minimalnych należy rozpatrywać podobieństwo charakteru podłożą - warunków glebowych, geologicznych i hydrogeologicznych.

W przypadku przepływów średnich największą uwagę należy zwracać na czynniki, od których zależy całkowita objętość odpływu - opady atmosferyczne, ukształtowanie terenu, charakter podłoża.

Przepływy średnie

Przepływ średni - iloraz objętości odpływu i długości okresu, jest więc wprost proporcjonalny do całkowitej objętości odpływu z obszaru zlewni.

Przyjmując dla roku d=365, otrzymuje się:

Wzory uzależniające przepływ średni od współczynnika odpływu

c- współczynnik odpływu

P- wysokość warstwy normalnego opadu rocznego

A- powierzchnia zlewni

Współczynnik odpływu

Metoda Iszkowskiego

Wartość współczynnika odpływu określa się w zależności od charakterystyki topograficznej dorzecza, za pomocą tabeli ułożonej przez Iszkowskiego.

Metoda współczynników regionalnych

Wartości współczynników odpływu c: (0,10; 0,66) tabela współczynników w ujęciu regionalnym

Wzory określające wysokość warstwy odpływu z równiania bilansu wodnego

Przepływy maksymalne

Są tym elementem hydrometrycznym, którego wartości najczęściej bywają określane przy projektowaniu budowli wodnych. Przepływy te stanowią podstawę właściwego wymiarowania budowli.

Przepływy najwyższe z maksymalnych - woda katastrofalna WWQ, średnia wielka woda SWQ oraz zwyczajna wielka woda ZWQ, przepływy o określonym prawdopodobieństwie występowania WQ

Wzory typu obwiedni lub krzywych wyrównujących

Wzory te przedstawiają równania linii stanowiących obwiednie punktów o współrzędnych (A,Q), odpowiadających zaobserwowanym wezbraniom, nanoszonym w układzie osi współrzędnych prostokątnych A0Q.

Wzór Dębskiego:

P- normalna roczna suma opadów

h- rzędna zwierciadła wody średniej

L- długość cieku

A- powierzchnia zlewni cieku

i- spadek podłużny rzeki

Wzory probabilistyczne:

Równanie krzywej prawdopodobieństwa:

Wartości współczynnika zmienności Cv można szacować:

-Metodą analogii

-Wzorami empirycznymi

-Na podstawie norm regionalnych

Przepływy miarodajne i kontrolne

Maksymalnym przepływem miarodajnym nazywany jest przepływ, który należy przeprowadzić przez urządzenia upustowe lub inne obiekty budowli przystosowane do przepuszczenia wielkich wód w normalnych warunkach eksploatacji, tj. z zachowaniem przyjętych wysokości piętrzenia, prędkości na odpływie, zapasów i współczynników bezpieczeństwa.

---