WYKŁAD I 19 II 2008
Definicja i przedmiot badań hydrologii
Hydrosfera i cykl hydrologiczny
Hydrologia – nauka przyrodnicza zajmująca się badaniem i opisywaniem hydrosfery, a więc wód powierzchniowych, podziemnych i atmosferycznych; głównym przedmiotem jej badań jest krążenie wody w przyrodzie, z uwzględnieniem jej właściwości fizycznych i chemicznych
Gałęzie hydrologii:
- glacjologia – badanie lodowców, procesów powstawania i wpływu na środowisko
- kriologia – badanie wody pod postacią lodu
- krenologia – badanie źródeł wody, ich charakteru, występowania, wydajności
- potamologia – badanie cieków
- paludologia – badanie tworzenia i ewolucji bagien
- limnologia – badanie wód śródlądowych
- oceanografia (oceanologia) – badanie zjawisk i procesów zachodzących w oceanach
- hydrogeologia – badanie wód podziemnych
hydrosfera – wodna powłoka ziemi przenikająca atmosferę i litosferę, obejmująca wody atmosferyczne, powierzchniowe i podziemne w postaci gazowej, ciekłej i stałej. Wody hydrosfery gromadzą się w oceanach, morzach, jeziorach, rzekach, bagnach, pokrywie śnieżnej, lodowcach i zbiornikach wód podziemnych
Zasoby wodne na Ziemi:
Zasoby wodne hydrosfery nie ulegają zmianie. Ocenia się je na około 1,4 mld km3, z czego:
- wody mórz i oceanów 96,5%
- wody podziemne 1,7%
- wody występujące na powierzchni lądów 2,3%
- para wodna w atmosferze 0,001%
- woda glebowa 0,001%
- woda występująca w biosferze 0,0001%
Cykl hydrologiczny (obieg wody w przyrodzie):
faza atmosferyczna cyklu hydrologicznego – obejmuje parowanie wody, przenoszenie pary wodnej w atmosferze, jej kondensację i opad atmosferyczny
faza kontynentalna cyklu hydrologicznego – odpływ powierzchniowy, wsiąkanie, odpływ podziemny i różne formy retencji wody
duży obieg wody - zamknięty cykl krążenia wody między oceanem, atmosferą i kontynentem
mały obieg wody – krążenie pomiędzy atmosferą i kontynentem lub między atmosferą i oceanem
Przyczyny ruchu wody na Ziemi:
- energia cieplna słońca ® zmiany stanów skupienia wody
- siła ciężkości ® opad
- przyciąganie słońca i księżyca ® pływy
- ciśnienie atmosferyczne ® przenoszenie wody przez masy powietrza
- ciśnienia międzycząsteczkowe w glebie ® zjawiska kapilarne
- reakcje chemiczne i nuklearne
- procesy biologiczne i geotermalne
- działalność człowieka ® budowa sztucznych zbiorników, zmiana przepływu wód
Intensywność krążenia wody jest uzależniona od ilości opadów na lądach i od parowania na oceanach. Większa intensywność opadów występuje nad oceanami. Parowanie z oceanów jest 2-3 razy większe niż parowanie na lądach, zaś maksymalne parowanie występuje na równiku. Suma opadów maleje w miarę oddalania od oceanów. Ilość opadów jest wprost proporcjonalna do wysokości nad poziomem morze, zaś parowanie odwrotnie proporcjonalne.
Procesy, którym poddawana jest woda w fazie kontynentalnej:
- parowanie (ewaporacja)
- transpiracja
- infiltracja (wsiąkanie)
- odpływ podziemny
- spływ powierzchniowy
Wymiana wód:
- duży obieg wody – 2000–3600 lat
- opad – para wodna – około 11 dni
- rzeki – około 10-20 dni
- wilgoć glebowa – kilka miesięcy
- wody głębinowe – od tysiąca do miliona lat
- lodowce – dziesiątki tysięcy lat
WYKŁAD II 26 II 2008
Zasoby wodne
Przepływ
zasoby wodne – wody dostępne lub te, które mogą być dostępne do wykorzystywania w regionie w określonej ilości i jakości, w ciągu danego czasu, przy określonych potrzebach. Należą do zasobów naturalnych nieograniczonych wykorzystywanych przez człowieka w procesie produkcji i konsumpcji oraz przez rośliny i zwierzęta. Występują w stanie naturalnym lub są sterowane przez urządzenia hydrotechniczne (zasoby sterowane).
- własne (w granicach własnej zlewni)
- transgraniczne (transportujące wody z innego obszaru)
zasoby dyspozycyjne – różnica pomiędzy przepływami średnimi rocznymi i przepływami nienaruszalnymi; w Polsce 7 km3
zasoby nienaruszalne – ilość wody, która musi pozostać w ciekach dla zapewnienia w nich życia; w Polsce 15 km3
zasoby wód opadowych – średnie wielkości opadu spadłego na powierzchnię ziemi
zasoby gwarantowane – ilość wody, która pojawi się na danym obszarze z prawdopodobieństwem 95%; w Polsce 22 km3
Jednostki, w jakich podajemy zasoby wód powierzchniowych:
- objętość masy wody [m3]
- wysokość warstwy odpływu [mm] – ilość litrów spadłych na m2 powierzchni
- średni odpływ jednostkowy [1*s-1*km-2]
- przepływ charakterystyczny – średni roczny przepływ, tzw. SQ [m3*s-1]
- przepływ o określonym prawdopodobieństwie występowania
przepływ (natężenie przepływu) – Q – ilość wody, jaka przepływa przez poprzeczny przekrój koryta rzecznego w jednostce czasu.
Q= V/t [m3*s-1]
Zasoby wód podziemnych:
- przypowierzchniowe
- gruntowe
- wgłębne
- głębinowe
Podział ze względu na stan ruchu wód i ich wykorzystywanie:
- statyczne
- dynamiczne
- eksploatacyjne – występują w odpowiednio dużych ilościach
bilans wodny – porównanie przybytków i ubytków wody charakteryzuje obieg wody w danej przestrzeni bilansowania w danym okresie czasu
Elementy bilansu wodnego:
opady (P) = odpływ (H) + parowanie (S) + retencja (R)
deszcz, śnieg podziemny z pow. wody, powierzchnia śniegowa,
rosa, szadź powierzchniowy gleby, roślin jeziorna, lodowcowa,
szron procesy koryt rzecznych,
technologiczne wód podziemnych
Bilans wodny dla kuli ziemskiej: P=S
Bilans wodny dla lądów P=H+S
Z – retencja na początku okresu bilansowania
R – retencja na końcu okresu bilansowania
Bilans wodny jest dodatni, gdy R - Z > 0
ujemny, gdy R - Z < 0
zrównoważony, gdy R - Z = 0
Dane odpływu i retencji dla Polski:
- udział w zasobach wodnych Europy – 1,8%
- średni odpływ – 5,5 l/s
- magazynowane jest tylko 6% rocznego odpływu
- podział rocznego odpływu:
- zlewnia Wisły 30,4 km3
- zlewnia Odry 20,6 km3
- zlewnia rzek przymorza 9,0 km3
- całkowity odpływ 61 km3
- na jednego mieszkańca przypada 1550 km3 – 3 razy mniej niż średnio w Europie, 12 razy mniej niż średnio na Ziemi
- jeziora zajmują 1% powierzchni kraju
- jezior liczących powyżej 1 ha jest 9300
- większość jezior występuje w pasmach pojezierzy
- największym naturalnym zbiornikiem retencyjnym są Bagna Biebrzańskie (1400 km3)
obszar deficytu wodnego – obszar, gdzie istnieje brak wody do wykorzystania, a pobór istniejącej wody może naruszyć zasoby nienaruszalne
przyczyny:
- przyrodnicze
- nierównomierny rozkład opadów w ciągu roku
- niski współczynnik gęstości rzecznej
- gospodarcze
- mały stopień zagospodarowania wód
- straty powodziowe (bezproduktywny spływ wód podczas wezbrań)
38,5% kraju jest objęte deficytem wodnym
25% miast ma niewystarczające ilości wody, maksymalny deficyt posiadają miasta powyżej 50tys. mieszkańców w południowej Polsce
WYKŁAD III 4 III 2008
System zlewni hydrograficznej i obieg wody w zlewni
odpływ wody – zjawisko polegające na przemieszczaniu się wody zebranej na pewnym obszarze na powierzchni terenu lub w gruncie ku miejscom niżej położonym pod wpływem grawitacji
- po powierzchni terenu
- korytarzami cieków powierzchniowych w gruncie
- po warstwach mniej przepuszczalnych
Odpływ powierzchniowy:
- spływ powierzchniowy
- odpływ korytarzami cieków
Spływ powierzchniowy
- ponadinfiltracyjny – natężenie opadu przewyższa infiltrację (wsiąkanie)
- przed-infiltracyjny – gdy deszcz spada na glebę przesuszoną
- podwyższonego zwierciadła wód gruntowych – przy długotrwałych deszczach
Zlewnia – obszar, z którego wody spływają do jednego obiektu hydrograficznego (rzeki, jeziora, bagna). Podstawowa jednostka hydrograficzna. W zależności od formy odpływu rozróżnia się zlewnię powierzchniową (topograficzną) i zlewnię podziemną
Dorzecze – obszar, z którego wody spływają do jednego systemu rzecznego
Dział wodny – linia rozdzielająca kierunki odpływu wód do dwóch różnych systemów rzecznych, granica zlewni. Rozróżnia się dział wodny powierzchniowy (topograficzny) i podziemny. Powierzchniowy dział wodny jest wyznaczony przez ukształtowanie terenu, biegnie po grzbietach wzniesień i stanowi granicę zlewni powierzchniowej. Podziemny dział wodny jest wyznaczony przez ukształtowanie zwierciadła wód podziemnych i stanowi granicę zlewni podziemnej. Wyznacza go układ warstw nieprzepuszczalnych i wodonośnych.
Zlewisko – zespół dorzeczy odprowadzający wody do jednego wspólnego morza (pojęcie zlewiska stosuje się także w stosunku do zatok i zalewów przymorskich)
zagłębienie bezodpływowe – posiada zlewnię bez odpływu powierzchniowego, w której zachodzi zwykle proces parowania i wsiąkania; parowanie odgrywa główną rolę w przypadku bagien lub zbiorników wodnych (zagłębienie retencyjno-ewaporacyjne); wsiąkanie w zagłębieniach suchych o podłożu przepuszczalnym. Występują bardzo licznie na obszarach młodoglacjalnych i wydmowych, z reguły w pobliżu działów wodnych na granicy sąsiadujących ze sobą zlewni.
zlewnie bifurkujące – miejsca o odpływie powierzchniowym skierowanym do różnych dorzeczy; bifurkacja punktowa występuje, gdy woda z obszaru źródłowego odpływa w różnych kierunkach, lub gdy ciek dzieli się na ramiona prowadzące wodę do różnych dorzeczy; bifurkacja po...