Cykl hydrologiczny (obieg wody w przyrodzie)
advertisement
Gospodarka Wodna Wykład nr 1 CELE I ZADANIA GOSPODARKI WODNEJ JAKO DZIAŁU GOSPODARKI NARODOWEJ I DYSCYPLINY NAUKOWEJ OPRACOWAŁ dr hab.inż.Wojciech Chmielowski prof. PK Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej Zakład Gospodarki Wodnej GENEZA I DEFINICJA POJĘCIA GOSPODARKI WODNEJ Zagadnienia związane z szeroko rozumianą gospodarką wodną podejmowane były już w 1. starożytnym Egipcie, 2. Mezopotamii, a później także w 3. Cesarstwie Rzymskim. Jak podaje J. David płynących”-PWN,1998r.) Allan („Ekologia wód • ponad 4000 lat temu w Egipcie wykopano kanał żeglowny, który omijał słynne katarakty na Nilu, • a powstanie pierwszych rowów melioracyjnych datuje się na 3200r. p.n.e. Kodeks Hammurabiego, władającego Babilonem blisko 4000 lat temu, zawierał zakaz takiego otwierania śluz na kanałach nawadniających, które mogłoby prowadzić do zalania przyległych terenów rolniczych. W chińskiej prowincji Seczuan, około 250 lat p.n.e. powstała mająca 1000 km długości sieć kanałów, zatrzymujących wiosenne wody powodziowe rzeki Min i rozprowadzających je po powierzchni 200 000 ha (Postel, 1992r.) Mimo iż zagadnienia budownictwa wodnego i gospodarki wodnej realizowano już w starożytności to geneza współcześnie pojmowanej i realizowanej technicznie gospodarki wodnej jest stosunkowo młoda. Pojęcie gospodarki wodnej pojawiło się po raz pierwszy na początku XX wieku, kiedy w strefie klimatu umiarkowanego wraz z gwałtownym postępem industrializacji i przyrostem naturalnym pod koniec XIX wieku zaczęto odczuwać niedobory wody. Dotyczyło to m.in. zagłębi przemysłowych w Europie zachodniej jak i w USA. W tym samym czasie problemy z wodą pojawiły się również na Górnym Śląsku. Dotychczasowe źródła wody pojmowanej jako dobro naturalne okazały się niewystarczające lub złej jakości, a stosowane regulacje prawne w tej dziedzinie miały ograniczony często lokalny zasięg. Określenie „Gospodarka Wodna” rozprzestrzeniło się w latach dwudziestych XX wieku w wielu krajach europejskich. W Anglii i innych krajach anglosaskich pojawiło się pojęcie water management. Natomiast w Niemczech i pozostałych krajach niemieckojęzycznych die Wasserwirtschaft. W Rosji przyjęło się określenie vodnoje choziajstwo. Pojęcie „Gospodarki Wodnej” użyto w Polsce po raz pierwszy w 1929 roku, podczas I Polskiego Zjazdu Hydrotechnicznego. W 1936 roku powołano Stowarzyszenie Gospodarki Wodnej w Polsce. Na początku 1935 roku branżowe czasopismo „Gospodarka Wodna”. zaczęło ukazywać się naukowo-techniczne Definicje GW na przestrzeni lat odzwierciedlały zmiany społeczno – polityczne jakie zaszły w ciągu ostatnich 50 lat w Polsce. Jako przykład zacytować można definicję z 1951 roku: „Celem Gospodarki Wodnej jeśli chodzi o wody śródlądowe jest: świadome uregulowanie bilansu wodnego przez uchwycenie i opanowanie jak największej ilości wód opadowych i odprowadzenie ich do morza w taki sposób, aby przy minimum szkód zapewnić maksimum korzyści dla: • komunikacji, • energetyki, • rolnictwa, • leśnictwa, • dla zaopatrzenia w wodę osiedli i przemysłu • oraz dla rybactwa, sportu i wypoczynku, jeśli chodzi o zagadnienia morskie to zadaniem GW jest przystosowanie wybrzeża do celów żeglugi, rybołówstwa i wypoczynku oraz ochrony brzegów przed niszczącym działaniem wody”. W definicji tej związano śródlądowych i morskich. zagadnienia wód Współcześnie GW odnosimy wyłącznie do wód śródlądowych. Zagadnienia morskie Gospodarka Morska. przejęła natomiast Charakterystyczne jest również pominięcie w tej definicji zagadnień związanych z jakością wody. Współczesne definicje zagadnienie to precyzują nieco inaczej. Według Encyklopedii PWN (’92) „Gospodarka wodna jest działem gospodarki narodowej obejmującym zagadnienia: • dostarczania różnym dziedzinom gospodarki, wody użytkowej odpowiedniej jakości i w odpowiednich ilościach, • ochrony wód przed zanieczyszczeniem, ochrony terytorium przed powodziami, • optymalnego rozrządzania oraz oszczędnego gospodarowania zasobami wodnymi ”. W definicji tej pojawia się silny nacisk na jakość wody, natomiast zamiast operowania pojęciem bilansu wodnego wprowadzono nowe pojęcie zasobów wodnych. Najbardziej zwięzła jest słowniku hydrologicznym patronatem UNESCO: definicja zawarta w ’92 wydanym pod „Gospodarka wodna – planowy rozwój, rozporządzanie i wykorzystanie zasobów wodnych”. Gospodarka wodna z punktu widzenia nauki traktowana jest jako utylitarna dyscyplina nauk o Ziemi. Jako dyscyplina naukowa włączona została do grupy nauk o ziemi. ZADANIA I CELE GOSPODARKI WODNEJ Zadania Cele Kryteria oceny skuteczności działań Ochrona jakości wód Poprawa stanu czystości wód powierzchniowych i podziemnych Stan jakości wód powierzchniowych i podziemnych Kształtowanie zasobów dla potrzeb ludności i gospodarki Zapewnienie ludności i gospodarce potrzebnych ilości wody o odpowiedniej jakości i z odpowiednią pewnością Stopień zaspokojenia potrzeb użytkowników zasobów Ochrona przed powodzią Zmniejszenie zniszczeń i strat powodowanych przez żywioł wodny Rozmiar zagrożenia powodziowego, wielkości strat powodziowych Zadania Cele Kryteria oceny skuteczności działań Utrzymanie rzek oraz obiektów hydrotechnicznych Ograniczenie erozji dennej i brzegowej koryt rzecznych oraz bezpieczna eksploatacja obiektów hydrotechnicznych Długość uregulowanych odcinków rzek, stan techniczny obiektów hydrotechnicznych Energetyczne wykorzystanie zasobów wodnych Stworzenie przez zabudowę i regulacje rzek, warunków do energetycznego oraz żeglugowego wykorzystania zasobów wodnych Udział energetyki wodnej w bilansie krajowym Żeglugowe wykorzystanie rzek Rekreacja wodna Długość dróg wodnych, ilość przewożonych ładunków Stworzenie ludności warunków do wypoczynku oraz uprawiania sportów wodnych Zagospodarowanie obrzeży zbiorników i jezior oraz brzegów rzek Rekreacja wodna Żeglugowe wykorzystanie rzek 1980 Ochrona jakości wód Kształtowanie zasobów dla potrzeb ludności i gospodarki Energetyczne wykorzystanie zasobów wodnych Utrzymanie rzek oraz obiektów hydrotechnicznych 1950 Ochrona przed powodzią Rekreacja wodna Żeglugowe wykorzystanie rzek 2000 Ochrona jakości wód Kształtowanie zasobów dla potrzeb ludności i gospodarki Energetyczne wykorzystanie zasobów wodnych Utrzymanie rzek oraz obiektów hydrotechnicznych Rekreacja wodna Żeglugowe wykorzystanie rzek Ochrona jakości wód Ochrona przed powodzią Kształtowanie zasobów dla potrzeb ludności i gospodarki Zmiana stanu poszczególnych zadań gospodarki wodnej w czasie Energetyczne wykorzystanie zasobów wodnych Utrzymanie rzek oraz obiektów hydrotechnicznych Ochrona przed powodzią t lata WYSTĘPOWANIE I OBIEG WODY W PRZYRODZIE. Obieg wody w przyrodzie w skrócie CYKL HYDROLOGICZNY Co rozumiemy pod pojęciem cyklu hydrologicznego? Cykl hydrologiczny (obieg wody w przyrodzie) opisuje istnienie i ruch wody na, w i ponad powierzchnią Ziemi. Woda na Ziemi jest w ciągłym ruchu i zmienia swoje formy, od stanu ciekłego, poprzez gazowy do stałego i na odwrót. Obieg wody trwa od miliardów lat i całe życie na Ziemi jest od niego zależne. Proces krążenia wody jest procesem przebiegającym w obiegu zamkniętym, o charakterze cyklicznym. Obieg wody nie ma punktu początkowego, ale możemy prześledzić cały cykl poczynając od oceanu. 1. Siłą napędową procesu obiegu wody jest Słońce. Podgrzewa ono wodę w oceanie, ta zaczyna parować i w postaci pary unosi się nad oceanem. 2. Wznoszące prądy powietrzne przenoszą parę wyżej, do atmosfery, gdzie niska temperatura wywołuje proces kondensacji, powstają chmury. 3. Poziome prądy powietrzne, z kolei, przenoszą chmury wokół globu ziemskiego. Drobne cząsteczki wody w chmurach zderzają się ze sobą, powiększają swoją masę i w końcu, w postaci opadu spadają na ziemię. 4. Opadem może być śnieg, który gromadząc się na powierzchni Ziemi z czasem przekształca się w pokrywę lodową i lodowce. Te ostatnie mogą zatrzymać zamrożoną wodę na tysiące lat. W cieplejszym klimacie pokrywa śnieżna zwykle wiosną roztapia się. 5. Część wód opadowych i roztopowych spływa po powierzchni ziemi, tworząc odpływ powierzchniowy. Dociera do rzek i jako przepływ rzeczny podąża w stronę oceanu. Woda spływająca po powierzchni lub przesiąkająca w głąb zasila jeziora słodkiej wody. Znaczna część wody przesiąka, infiltruje do gruntu. Woda utrzymująca się stosunkowo blisko jego powierzchni tworzy odpływ gruntowy, zasilający wody powierzchniowe (i ocean). 6. Część wód gruntowych znajduje ujście na powierzchni Ziemi, gdzie pojawia się w postaci źródeł słodkiej wody. 8. Płytkie wody gruntowe wykorzystywane są przez system korzeniowy roślin. 9. W roślinach woda transpirowana jest przez powierzchnię liści i z powrotem przedostaje się do atmosfery. 10. Część wody infiltrującej do gruntu przesiąka głębiej, zasilając warstwy wodonośne (nasycone wodą warstwy gruntu), które magazynują ogromną ilość słodkiej wody przez długi czas. 11. Jednak po jakimś czasie woda ta dotrze do oceanu, gdzie cykl obiegu wody "kończy się".?... a raczej "rozpoczyna". Przyczyny przyrodzie krążenia wody w Energia cieplna słońca, Przyciąganie ziemskie, księżyca, słońca, Reakcje biologiczne, chemiczne, Wpływ sił międzycząsteczkowych, Działalność człowieka Ocean jest magazynem wody W okresach oziębienia klimatu na Ziemi znaczna część wody została uwięziona w różnych formach zlodowacenia (pokrywa lodowa, lodowce), zmniejszając tym samym dostępną objętość wody dla innych elementów cyklu. Zjawisko odwrotne było możliwe podczas okresów ocieplenia klimatu. W czasie ostatniej epoki lodowej prawie jedną trzecią powierzchni Ziemi pokrywały lodowce, a poziom oceanów był o około 122 m niższy od dzisiejszego. Około 3 milionów lat temu, kiedy Ziemia była cieplejsza, oceany mogły być nawet 50 m powyżej stanu dzisiejszego. Przeważająca ilość wody jest zmagazynowana w oceanach przez czas dłuższy niż ten potrzebny dla pełnego cyklu hydrologicznego. Ocenia się, że około 321,000,000 mi3 (1,338,000,000 km3) światowych zasobów wody (332,500,000 mi3, tj. 1.386,000,000 km3) znajduje się w oceanach. Stanowi to około 96.5% całkowitych zasobów. Szacuje się również, że oceany w około 90% zasilają proces parowania. Oceany w ruchu W oceanach występują prądy, które przemieszczają masy wody wokół Ziemi. Ruchy te mają ogromny wpływ na cykl hydrologiczny i pogodę na Ziemi. Prąd Zatokowy, dobrze znany ciepły prąd atlantycki, przemieszcza wodę z Zatoki Meksykańskiej, poprzez Atlantyk, w kierunku Wielkiej Brytanii. Z prędkością 60 mil (97 km) w ciągu doby Prąd Zatokowy niesie 100 razy więcej wody niż wszystkie rzeki Ziemi. Parowanie: Woda zmienia postać z ciekłej na gazową (parę) Dlaczego woda paruje? Parowanie następuje po dostarczeniu wodzie ciepła (energii). Energia ta sprawia, że rozrywane są wiązania utrzymujące razem poszczególne molekuły wody – dlatego też woda łatwo paruje podczas gotowania (w temperaturze 212° F, 100° C) i zdecydowanie wolniej w temperaturze bliskiej zamarzaniu. Gdy wilgotność względna powietrza wynosi 100%, co jest stanem pełnego nasycenia, parowanie nie może wystąpić. W procesie parowania ciepło pobierane jest ze środowiska, i to dlatego woda parująca przez skórę ochładza ją. Parowanie jest procesem, w którym woda zmienia postać z ciekłej na gazową. Jest to najważniejszy etap cyklu hydrologicznego, kiedy to woda pojawia się w atmosferze w postaci pary wodnej. Badania wykazały, że oceany, morza, jeziora i rzeki, parując, dostarczają około 90% wilgoci do atmosfery, podczas gdy pozostałe 10% dostaje się poprzez transpirację roślin. Parowanie jest siła napędową obiegu wody w przyrodzie Parowanie z oceanów jest podstawowym sposobem przedostawania się wody do atmosfery. Wielkie powierzchnie oceanów (około 70% powierzchni Ziemi pokrywają oceany) stwarzają ogromne możliwości parowania. W skali globalnej objętość parującej wody jest tego samego rzędu co objętość wody docierającej do powierzchni Ziemi z opadami. Chociaż, trzeba zauważyć, że wygląda to różnie w różnych regionach geograficznych. Nad oceanami parowanie jest zdecydowanie większe niż opady, podczas gdy, nad lądami opady przewyższają parowanie. Większość wody parującej z oceanów wraca do nich z opadami. Tylko około 10% objętości wody parującej z oceanów przenoszona jest nad lądy aby tam spaść z opadem. Molekuły parującej wody spędzają około 10 dni powietrzu zanim wrócą z powrotem na ląd czy ocean. w Woda w atmosferze: Para wodna, chmury, wilgotność powietrza Mimo że atmosfera nie jest wielkim magazynem wody, jest "super autostradą", którą woda przemieszcza się wokół Ziemi. Woda w atmosferze występuje zawsze. Najlepiej widoczną formą jej obecności są chmury. Ale nawet przejrzyste powietrze w bezchmurny dzień zawiera wodę w postaci małych, niewidocznych gołym okiem cząsteczek. Objętość wody w atmosferze wynosi około 3,100 mi3 (12,900 km3). Gdyby cała woda zawarta w atmosferze spadła na Ziemi w jednej chwili, utworzyłaby na powierzchni warstwę o grubości 2.5 cm (1 cal). Atmosfera jest pełna wody Kondensacja: Proces w którym woda zmienia swą postać z gazowej w ciekłą Kondensacja jest procesem, gdzie para wodna zamienia się w ciekłą wodę. Jest to ważny element cyklu hydrologicznego, gdyż dzięki niemu powstają chmury. W chmurach mogą się tworzyć opady, które są głównym sposobem powrotu wody na Ziemię. Kondensacja jest procesem odwrotnym do parowania. Dzięki kondensacji tworzą się mgły. To za jej sprawą nasze okulary pokrywają się mgiełką gdy wychodzimy z chłodnego pomieszczenia na zewnątrz w upalny dzień. Kondensacja sprawia, że dni są wilgotne, że na wychłodzonej szklance z napojem pojawiają się kropelki wody, że w chłodne dni okna w naszych domach pokrywają się od wewnątrz warstewką wody. Kondensacja w powietrzu Nawet w bezchmurny dzień woda pod postacią pary stale jest obecna w powietrzu, ale kropelki są zbyt małe aby je dostrzec. Molekuły wody łącząc się z drobinami kurzu, soli i dymu tworzą większe kropelki – w efekcie na niebie pojawiają się chmury. Jeśli kropelki wody w chmurach nadal będą się łączyć, chmury będą się rozbudowywać i może pojawić się opad. Chmury powstają w atmosferze wznoszenia się i ochładzania zawierającego parę wodną. w wyniku powietrza Istotną częścią tego procesu jest nagrzewanie się powietrza w pobliżu powierzchni Ziemi na skutek promieniowania słonecznego. Powodem ochładzania się atmosfery wraz z wysokością jest ciśnienie powietrza. Powietrze ma pewien ciężar. Na poziomie morza ciśnienie kolumny powietrza na każdy cal kwadratowy naszych głów wynosi około 32 kg. Ciśnienie to, nazywane ciśnieniem barycznym, jest wynikiem gęstości powietrza. Na wyższych wysokościach mniej jest powietrza nad naszymi głowami i mniejszy jest jego nacisk. Na znacznych wysokościach ciśnienie baryczne jest niższe a powietrze rzadsze, w efekcie powietrze staje się zimniejsze. Opad: Uwolnienie się wody z chmur w postaci ciekłej lub stałej Opad to uwolnienie się wody z chmur w postaci deszczu, deszczu ze śniegiem, śniegu czy gradu. Jest to podstawy sposób powrotu wody na Ziemię. Wśród opadów przeważa deszcz. Chmury przepływające zawierają parę wodną. nad naszymi głowami Kropelki wody w chmurach są jednak zbyt małe aby mogły spaść na Ziemię w postaci deszczu ale dostatecznie duże aby je dostrzec jako chmury. W powietrzu nieustannie przebiega proces parowania i kondensacji wody. Jeśli znaleźlibyśmy się bardzo blisko chmury moglibyśmy dostrzec, że pewne jej części znikają (w procesie parowania) a inne rozbudowują się (w procesie kondensacji). Przeważająca część wody skondensowanej w chmurach nie spada na Ziemię w postaci deszczu za sprawą prądów pionowych utrzymujących małe cząsteczki wody w powietrzu. Aby wystąpił deszcz najpierw maleńkie cząsteczki wody zderzają się i łączą ze sobą, tworzą coraz większe i cięższe, aż w końcu są na tyle duże, że opuszczają chmurę i opadają na Ziemię. Potrzeba milionów cząsteczek aby utworzyć jedną kroplę deszczu. Nierównomierny rozkład opadów w przestrzeni i czasie Opady w różnych częściach świata różnią się wielkością, nawet w jednym państwie czy jednym mieście mogą się znacznie różnić. Dla przykładu, w Krakowie, podczas letniej burzy opad na jednej ulicy może wynieść 2.5 cm lub więcej, podczas gdy w promieniu kilku kilometrów wokół nie wystąpił w ogóle. Ale, z kolei, wielkość miesięcznych opadów w Małopolsce jest często wyższa niż w Wielkopolsce w ciągu całego roku itp. Światowy rekord średniego rocznego opadu należy do Mt.Waialeale na Hawajach, 1,140 cm (450 cali). Wyjątkowo wysoki opad, 1,630 cm (642 cale), zanotowano tu w ciągu innego okresu 12-miesięcznego (ponad 5 cm, t.j. 2 cale każdego dnia!). Dla porównania, wyjątkowo niskie opady występują w Arica w Chile, gdzie przez 14 lat nie padało. Poniższa mapa pokazuje średnie roczne opady na świecie (w milimetrach i calach). Jasnozielonym kolorem oznaczono obszary "pustyń". Widzimy, że Sahara w Afryce jest pustynią, ale czy przypuszczaliśmy, że większa część Grenlandii i Antarktydy to również pustynie? Nierównomierny rozkład opadów w przestrzeni i czasie Woda w lodzie i śniegu: Słodka woda w formie zamrożonej w lodowcach oraz pokrywie lodowej i śnieżnej Pokrywa lodowa na Ziemi Woda zmagazynowana przez długi okres w lodzie, śniegu i lodowcach jest częścią cyklu hydrologicznego. Ogromna ilość lodu, prawie 90%, pokrywa Antarktydę. Powierzchnia około 13,2 mln km2 • Grubość lądolodu ok. 3500m, • średnia roczna temperatura -55.6 Celsjusza • (najniższa temperatura –89.2 Celsjusza) stopnia stopnia W 2000 r. Antarktyda miała być podzielona na strefy ekonomiczne państw w pobliżu ich baz i miało rozpocząć się wydobycie zasobów naturalnych tego regionu (ropa, węgiel ). Traktat Antarktyczny ( 1grudnia 1959r Waszyngton, wszedł w życie 23 czerwca 1961, 12 państw ), był pierwszym dokumentem ograniczającym działania zbrojne podczas „zimnej wojny” • • Najwyższy szczyt Masyw VINSON 4897 m n.p.m, a najniżej położony Rów Bentleya 2555 m n.p.m. Lód zgromadzony na Grenlandii całkowitej masy lodu. stanowi zaledwie 10% Pokrywa lodowa Grenlandii jest interesującym elementem cyklu hydrologicznego Ziemi. Jej objętość oceniana jest na 2.5 mln km3 ( 600,000 mi3). Lód narastał przez wieki w wyniku dużych opadów śniegu. Średnia grubość lodu zgromadzonego na Grenlandii wynosi około 1,500 m (5,000 stóp), ale miejscami może dochodzić do 4,300 m (14,000 stóp). Lód jest tak ciężki, że ląd znajdujący się po nim odkształca się, przybierając formę misy. Lód i lodowce w ciągłym ruchu Klimat w skali globalnej zmieniał się zawsze, ale nie w sposób dostatecznie szybki aby mogło to być zauważone przez człowieka. W przeszłości było wiele okresów ciepła, takich jak ten 100 mln lat temu, kiedy żyły dinozaury. Było też wiele okresów ochłodzenia, np. 20,000 lat temu. Podczas ostatniej epoki lodowej większa część półkuli północnej była pokryta lodem: prawie cała Kanada, większa część północnej Azji i Europy, a także niektóre stany obecnych USA. Niektóre fakty związane z lodowcami i pokrywą lodową • Lodowce pokrywają 10-11% powierzchni wszystkich lądów. Gdyby dzisiaj stopiły się wszystkie lodowce poziom mórz i oceanów podniósł by się o około 70 m (wg National Snow and Ice Data Center). Podczas ostatniego zlodowacenia poziom mórz był o około 122 m (400 stóp) niższy od obecnego a lodowce pokrywały prawie jedną trzecią lądów. Podczas ostatniego ocieplenia, 125,000 lat temu, powierzchnia mórz utrzymywała się o około 5.5 m (18 stóp) wyżej niż dzisiaj. Około 3 mln lat temu poziom mórz mógł być wyższy nawet o 50.5 m (165 stóp). Odpływy wód roztopowych: Odpływy wody z topniejącego lodu i śniegu do rzeki W klimacie chłodniejszym zasilanie rzek i strumieni w większości pochodzi z topniejącego śniegu i lodu. Prócz zagrożenia powodziowego nagłe topnienie pokrywy śnieżnej może powodować obsunięcia stoków i przemieszczanie się ogromnych mas rumowiska skalnego. Dobrym sposobem zrozumienia jak woda z topniejącego śniegu wpływa na przepływ w rzekach jest analiza hydrogramów. Pokazują one np. średni dobowy przepływ (średni przepływ każdego dnia) w pewnym okresie czasu. Odpływ wody roztopowej zmienia się w ciągu sezonu i lat. Porównajmy najwyższe przepływy w roku 2000 ze znacznie niższymi w roku 2001. Te ostatnie wyglądają tak, jakby w roku 2001 Kalifornię ogarnęła susza. Brak wody zmagazynowanej w pokrywie śnieżnej odbija się zwykle niedostatkami wody w pozostałej części roku. Może to mieć wpływ na objętość wody gromadzonej w zbiornikach wodnych położonych w dole rzeki, co z kolei, odbije się niekorzystnie na systemach nawadniających i zaopatrujących miasta w wodę. Odpływ powierzchniowy: Ta część opadu, która po powierzchni gruntu spływa do najbliższego strumienia Odpływ powierzchniowy to część opadu spływającego po powierzchni Wiele osób ma dość uproszczone wyobrażenie o opadzie spadającym na powierzchnię lądu, spływającym po jego powierzchni do rzek, by rzekami dopłynąć do oceanu. "Uproszczone", gdyż rzeki na swej drodze zasilane są również wodami gruntowymi oraz tracą wodę, oddając ją do gruntu. Ciągle jednak przeważająca część wody w rzekach pochodzi z odpływu powierzchniowego Zwykle część opadu przesiąka przez glebę. Gdy woda ta dotrze do warstw wodonośnych lub nieprzepuszczalnych zaczyna spływać w dół zgodnie z nachyleniem warstw skalnych. Podczas intensywnego deszczu można zauważyć wiele maleńkich strumyczków spływających w dół po stoku. Woda w gruncie zachowuje się podobnie - spływa kanalikami w kierunku rzeki. Spływ powierzchniowy (tu spływ z powierzchni drogi) dociera do małego strumienia. Woda porywa cząsteczki "gołej" gleby i odprowadzi je do rzeki (obniżając jakość wody). Woda, która dotarła do tego strumienia rozpoczęła swoją wędrówkę ku oceanowi. Wszystkie procesy obiegu wody w przyrodzie są wynikiem interakcji pomiędzy opadem a odpływem powierzchniowym. Wszystkie one zmieniają się w czasie i przestrzeni. Np. Podobne burze w Amazonii i na pustyni Południowego Zachodu Stanów Zjednoczonych wywołają różniący się zasadniczo odpływ powierzchniowy. Wielkość takiego odpływu jest związana zarówno z czynnikami meteorologicznymi, jak i charakterem fizyczno-geograficznym i topograficznym obszaru. Zaledwie jedna trzecia opadów na lądy dociera do strumieni czy rzek i powraca do oceanów. Pozostałe dwie wsiąka w grunt. trzecie paruje, transpiruje lub Człowiek dla własnych potrzeb zmienia również wielkość i kierunek odpływu powierzchniowego. Przepływ w rzece: Ruch wody w naturalnych kanałach i rzekach Znaczenie rzek Rzeki są ważne nie tylko dla człowieka ale dla życia w ogóle. Są nie tylko wspaniałym miejscem zabaw i wypoczynku dla ludzi ale stanowią również główne źródło zaopatrzenia w wodę. • Dostarczają wody dla melioracji, produkcji energii elektrycznej, transportu towarów. • Są przyczyną powodzi. • Pozwalają utrzymać odpowiedni poziom wód gruntowych dzięki zjawisku przesiąkania wody rzecznej do gruntu. • No i oczywiście, oceany są pełne wody dzięki dopływającym rzekom. Zlewnie i rzeki Myśląc o rzece istotne jest pamiętać również o zlewni rzecznej. Czym jest zlewnia? Jeśli staniemy w miejscu i rozejrzymy się wokół, wszystko co widzimy zawiera się w obrębie zlewni. Zlewnia jest obszarem, z którego woda spływa w kierunku jednego punktu. Zlewnia może być tak mała jak ślad stopy odciśnięty w błocie oraz tak duża, jak obszar, z którego woda spływa do Mississippi i dalej do Zatoki Meksykańskiej. Mniejsze zlewnie zawierają się w większych. Znaczenie zlewni jest duże z uwagi na to, że jakość wody w rzece czy strumieniu zależy od tego jakie działania prowadzi człowiek na obszarze zlewni położonym "powyżej" ujścia rzeki. Zmienność przepływu Przepływ może zmieniać się z dnia na dzień, a nawet z minuty na minutę. Oczywiście na zmienność przepływu w rzece najbardziej oddziałuje opad na obszar zlewni. • Opad sprawia, że rzeki wzbierają. • Poziom wody w rzece podnosi się nawet wtedy, gdy opad spadnie bardzo daleko od jej koryta - pamiętajmy, że opad na zlewnię rzeczną ostatecznie dociera do jej ujścia. • Wielkość rzek zależy przede wszystkim od wielkości zlewni. Duże rzeki mają ogromne zlewnie. • Rzeki różniące się wielkością odmiennie reagują na opad. • Duże rzeki przybierają i opadają znacznie wolniej niż rzeki małe. • W małych zlewniach woda w rzece wzbiera i opada w ciągu godzin a nawet minut. • Duże rzeki potrzebują dni aby ich poziom podniósł się lub opadł, a powódź może trwać wiele tygodni. Zasoby słodkiej wody: Woda słodka na powierzchni Ziemi Jednym z elementów cyklu hydrologicznego, niezbędnym dla utrzymania życia na Ziemi, jest woda słodka zmagazynowana na lądach. Rzeki, stawy, jeziora, sztuczne zbiorniki wodne i słodkowodne mokradła tworzą wody powierzchniowe. Objętość wody w naszych rzekach i jeziorach zmienia się zależnie od ilości wody dopływającej i odpływającej. Rzeki zasilane są przez opad, odpływ powierzchniowy i gruntowy, dopływy boczne. Woda z rzek paruje i zasila wody gruntowe. Również człowiek "zabiera" wodę dla swoich potrzeb. Ilość wody zmienia się w czasie i przestrzeni w sposób naturalny oraz za sprawą człowieka. Woda podtrzymuje życie Jak to widać na zdjęciu przedstawiającym deltę Nilu w Egipcie, życie może kwitnąć nawet na pustyni, jeśli dostępna jest tylko dostateczna ilość wody powierzchniowej czy gruntowej. Woda występująca na lądach umożliwia życie. Woda gruntowa istnieje za sprawą przesiąkającej przez grunt wody powierzchniowej. Woda słodka na powierzchni lądów występuje raczej w niedostatecznej ilości. Zaledwie 3% całkowitej objętości wody na Ziemi to woda słodka. Woda w jeziorach i bagnach stanowi zaledwie 0.29% zasobów słodkiej wody. Około 20% całkowitych zasobów wody słodkiej jezior znajduje się w jednym jeziorze, w Bajkale w Azji, kolejne 20% zasobów w Wielkich Jeziorach Ameryki Północnej (w Huron, Michigan i Superior). Rzeki niosą zaledwie 0.006% całkowitych zasobów słodkiej wody. Można więc zauważyć, że życie na Ziemi trwa dzięki zaledwie "kropli" całkowitych zasobów wodnych Ziemi! EWAPOTRANSPIRACJA OPAD INTERCEPCJA Występowanie i obieg wody w przyrodzie OPAD NETTO INFILTRACJA Strefa AREACJI GRUNT Strefa SATURACJI Opad efektywny Spływ powierzchniowy Zasilanie Pod-powierzchniowe Odpływ Pod-powierzchniowe Zasilanie Zwierciadła wód gruntowych Odpływ Gruntowy ODPŁYW CAŁKOWITY Gospodarka Wodna Wykład nr 1 CELE I ZADANIA GOSPODARKI WODNEJ JAKO DZIAŁU GOSPODARKI NARODOWEJ I DYSCYPLINY NAUKOWEJ OPRACOWAŁ dr hab.inż.Wojciech Chmielowski prof. PK Instytut Inżynierii i Gospodarki Wodnej Zakład Gospodarki Wodnej
