Ćwiczenie 3

HYDROLOGIA
dla studentów geologii, specjalizacja: Hydrogeologia i ochrona środowiska wodnego (HOW)
Ćwiczenie 3.
16 punktów
Obejmuje zakres ćwiczenia nr 5,6,7,8,9,10,11,12,13 i 17 „Przewodnika do ćwiczeń z hydrologii ogólnej”
I.
Określić parametry fizycznogeograficzne zlewni, wymienione poniżej. W tym celu
należy wykorzystać podkład wykonany w ćwiczeniu 1. oraz dane z ćwiczenia nr 2.
CHARAKTERYSTYKI POŁOŻENIA ZLEWNI
φ – szerokość geograficzna punktu:
λ – długość geograficzna punktu:
kąt zawarty między prostą łączącą środek
kuli ziemskiej z, leżącym na jej powierzchni
wybranym punktem charakterystycznym
zlewni1 a płaszczyzną równika,
kąt
dwuścienny
zawarty
pomiędzy
płaszczyzną
południka
zerowego
(Greenwich) a płaszczyzną południka
przechodzącego przez, leżący na powierzchni
Ziemi wybrany punkt charakterystyczny
zlewni1.
CHARAKTERYSTYKI GEOMETRYCZNE ZLEWNI
L – długość zlewni:
Lm (ld) – długość maksymalna zlewni lub
długość rzeczywista doliny:
A (Am) – powierzchnia zlewni (dorzecza):
Ar – powierzchnia rzeczywista zlewni:
o – obwód zlewni:
Bśr – średnia szerokość zlewni:
Bm – maksymalna szerokość zlewni:
Cw – wskaźnik wydłużenia:
Ck – wskaźnik kolistości:
Cf – wskaźnik formy:
1
długość doliny rzeki głównej od ujścia do
najbardziej oddalonego punktu na dziale
wodnym (zwykle w przedłużeniu punktu
źródłowego), [km],
długość doliny rzeki głównej liczona wzdłuż
jej głównego nurtu od ujścia do najbardziej
oddalonego punktu na dziale wodnym
(zwykle
na
przedłużeniu
punktu
źródłowego), [km],
wielkość
obszaru
ograniczonego
topograficznym działem wodnym czyli suma
wszystkich zlewni cząstkowych i przyrzeczy
rzeki głównej (obliczona w ćwiczeniu 2. w
tabeli 5); jest to tak zwana powierzchnia
rzutowana na płaszczyznę jaką jest mapa, co
jest dostatecznie dokładne w przypadku
zlewni nizinnych, [km2],
powierzchnia zlewni z uwzględnieniem
nachylenia powierzchni: Am/cosα [km2]
długość działu wodnego, długość linii
krzywej mierzona po dziale wodnym od
ujścia rzeki głównej zgodnie z ruchem
wskazówek zegara do ujścia, [km],
A/Lm [km],
największa prostopadła do L [km],
(2/Lm)√A/π, lub 1,13√A/Lm, [bezw.],
4πA/o2, [bezw.],
Bśr/Lm, [bezw.],
punkty charakterystyczne dla zlewni podane są w ćwiczeniu 1.
Cz – wskaźnik zwartości:
Cl – wskaźnik lemniskaty:
o/2√πA, [bezw.],
πLm2/4A, [bezw.].
CHARAKTERYSTYKI MORFOMETRYCZNE ZLEWNI
Hmax – wysokość maksymalna w zlewni:
najwyższa rzędna punktu w zlewni, [m
n.p.m.],
Hdmax – wysokość maksymalna działu wód: najwyższa rzędna punktu na dziale wodnym,
[m n.p.m.],
Hmin – wysokość minimalna w zlewni:
najniższa rzędna punktu w zlewni, [m
n.p.m.],
Hdmin – wysokość minimalna działu wód:
najniższa rzędna punktu na dziale wodnym,
[m n.p.m.],
Hmed – wysokość środkowa w zlewni:
mediana rzędnych punktów; wysokość
powyżej i poniżej której znajduje się połowa
powierzchni zlewni, wyznaczana z krzywej
hipsograficznej, [m n.p.m.],
Hśr – wysokość średnia zlewni:
(Hmax-Hmin)/2,
lub
wzorem
Reitza:
0,434[(Hmax-Hmin)/log(Hmax-Hmin)]
lub
wyznaczana z krzywej hipsograficznej, [m
n.p.m.],
Huj – wysokość ujścia:
rzędna ujścia rzeki głównej, [m n.p.m.],
Hźr – wysokość źródła:
rzędna wypływu rzeki głównej, [m n.p.m.],
ΔH – deniwelacja zlewni:
Hmax-Hmin, [m n.p.m.],
ΔHd – deniwelacja działu wodnego:
Hdmax-Hdmin, [m n.p.m.],
Jśr – średni spadek (nachylenie) zlewni:
100d/A i=1Σnli, [%]gdzie:
li – długość i-tej poziomicy:
mierzona na mapie np. kroczkiem, [km],
n – liczba poziomic:
na mapie: ilość poziomic o różnych
wartościach mieszczących się w obrębie
zlewni,
d – cięcie poziomicowe:
z mapy, [km],
Jwśr – nachylenie zlewni wydłużonych:
ΔH/Lm, [m/km], nazywany też: spadkiem
doliny rzecznej,
Jdśr – średni spadek działu wodnego (wskaź- ΔHd/P
nik urzeźbienia działu wodnego):
α – średnie nachylenie zlewni:
stoczystość czyli uśrednione nachylenie
powierzchni stoków w obrębie zlewni.
Istnieje wiele metod obliczania tego
parametru (Dobija, Dynowska 1973),
najprostszą jest metoda zaproponowana
przez W. Stephan i J. Stachy (1963): αg=tg
αg= Hmax – Hmed/√0,5A, αd=tg αd=HmedHmin/√0,5A, α= αg+ αd/2. [º],
CF – wskaźnik rzeźby Strahlera:
Hmax-Hmin/Lm,
[bezw.],
może
być
utożsamiany ze średnim nachyleniem
zlewni.
CHARAKTERYSTYKI SIECI HYDROGRAFICZNEJ
l, (lr) – długość (rzeczywista) rzeki lub cieku: odległość liczona wzdłuż głównego nurtu od
ujścia do źródeł (z wyjątkiem Odry i Wisły),
[km]
pr –
rr – rozwinięcie rzeki:
er – wskaźnik rozwinięcia rzeki:
kr – krętość rzeki:
eb – rozwinięcie biegu rzeki:
Jl – spadek rzeki (cieku):
n – liczba punktów źródłowych:
odległość w linii prostej od źródeł do ujścia,
[km]
lr/pr, [bezw.],
[(lr-pr)/pr]100 [%],
lr/ld, [bezw.]
[(lr-ld)/ld]100 [%],
Hżr-Huj/l·100 (1000), [%] ([‰]),
ilość punktów dających początek ciekom
naturalnym lub sztucznym, stale płynącym.
[bezw.],
M
N
i
– liczba cieków różnego rzędu:
obliczona na podstawie klasyfikacji sieci
1
Ni – liczba cieków rzędu i-tego:
rzecznej według Strahlera, [bezw.],
jw.
M
L
i
– długość cieków różnego rzędu:
pomierzona
na
mapie
na
podstawie
1
Li – długość cieków rzędu i-tego:
M – najwyższy rząd cieków w zlewni:
klasyfikacji sieci rzecznej według Strahlera,
[km],
jw.
na podstawie klasyfikacji sieci rzecznej
według Strahlera, [bezw.],
M
D – średnia gęstość sieci rzecznej:
L
i
/A, [km/km2],
1
Rb – wskaźnik bifurkacji:
RL – wskaźnik długości cieków:
Ai – powierzchnia zlewni rzędu i-tego:
RA – wskaźnik powierzchni zlewni:
wskaźnik liczby cieków:
1 M1 N i
 ,
M  1 i 1 N i 1
[bezw.],
1 M1 L i1
 , [bezw.],
M  1 i1 L i
suma powierzchni zlewni cząstkowych i
przyrzeczy cieków i-tego rzędu, [km2],
1 M1 A i 1
 , [bezw.],
M  1 i 1 A i
M
Fu – wskaźnik częstości cieków:
N
i
/A, [km-2],
1
M
Tu – wskaźnik struktury sieci rzecznej:
tekstura sieci cieków:  N i /P, [km-1],
1
Sw – współczynnik alimentacji koryt:
Fj – powierzchnia jezior w zlewni:
Wj – jeziorność zlewni:
Fb – powierzchnia bagien w zlewni:
Wb – wskaźnik zabagnienia zlewni:
[km-1],
1/D,
sumaryczna powierzchnia jezior i innych
zbiorników wodnych w zlewni, [km2],
(Fj/A)100, [%],
sumaryczna powierzchnia bagien i mokradeł
w zlewni, [km2],
(Fb/A)100, [%].
CHARAKTERYSTYKI POKRYCIA I UŻYTKOWANIA TERENU
Fl – powierzchnia lasów w zlewni:
sumaryczna
powierzchnia
lasów
i
zadrzewień w zlewni, [km2],
Λ – stopień lesistości:
(Fl/A)100, [%],
Fl1 –
powierzchnia pod krzywą rozwinięcia
lesistości, [km2],
Fp –
pole prostokąta o podstawie równej
wielkości zlewni i zalesieniu równym 100%,
[km2],
Λ1 – wskaźnik rozwinięcia lesistości:
(Fl1/Fp)100, [%],
Fo – powierzchnia gruntów ornych w zlewni: sumaryczna powierzchnia gruntów ornych w
zlewni, [km2],
Ο – stopień pokrycia gruntami ornymi:
(Fo/A)100, [%],
Fo1 –
powierzchnia pod krzywą rozwinięcia
gruntów ornych, [km2],
Fo –
pole prostokąta o podstawie równej
wielkości zlewni i pokryciu gruntami ornymi
równym 100%, [km2],
Ο1 – wskaźnik rozwinięcia gruntów ornych: (Fo1/Fo)100, [%],
Fz – powierzchnia łąk i pastwisk w zlewni: sumaryczna powierzchnia łąk i pastwisk w
zlewni, [km2],
Ψ – stopień pokrycia łąkami i pastwiskami: (Fz/A)100, [%],
Fz1 –
powierzchnia pod krzywą rozwinięcia łąk i
pastwisk, [km2],
Fz –
pole prostokąta o podstawie równej
wielkości zlewni i pokryciu łąkami i
pastwiskami równym 100%, [km2],
Ψ1 – wskaźnik rozwinięcia łąk i pastwisk:
(Fz1/Fz)100, [%],
Fu – powierzchnia zabudowy w zlewni:
sumaryczna
powierzchnia
obszarów
zurbanizowanych, zabudowanych w zlewni,
[km2],
Ζ – stopień zurbanizowania:
(Fu/A)100, [%],
Fu1 –
powierzchnia pod krzywą rozwinięcia
obszarów zurbanizowanych i zabudowanych,
[km2],
Fu –
pole prostokąta o podstawie równej
wielkości zlewni i pokryciu obszarami
zurbanizowanymi i zabudowanymi równym
100%, [km2],
Ζ1 – wskaźnik rozwinięcia zurbanizowania: (Fu1/Fu)100, [%].
CHARAKTERYSTYKI LITOLOGII PODŁOŻA
γ – współczynnik spływu powierzchniowego: część wody opadowej, która podlega
spływowi powierzchniowemu, [bezw.], por.
tab. III.2. (Soczyńska red. 1997),
N – wskaźnik nieprzepuszczalności gleb:
parametr
charakteryzujący
nieprzepuszczalność gleby, [%], por. tab.
1.2.4. (Pociask-Karteczka red. 2003),
p – porowatość gleby:
parametr
wyznaczany
doświadczalnie:
stosunek całkowitej objętości porów w
θ – aktualna wilgotność glebowa:
θ0 – higroskopijna wilgotność gleby:
θs – maksymalna wilgotność glebowa:
maer. – miąższość strefy aeracji:
Ks – współczynnik filtracji gleby:
pF – siła ssąca gleby:
K(θ) – współczynnik przewodności hydraulicznej gleby:
próbce gleby do objętości tej próbki, [%] lub
[bezw.],
zawartość wody w glebie, w danej chwili
parametr
wyznaczany
doświadczalnie:
stosunek całkowitej objętości wody w próbce
gleby do objętości tej próbki, [%] lub
[bezw.],
wilgotność gleby przy której nie następuje
już przepływ fazy ciekłej (poziom wody
higroskopijnej), [%] lub [bezw.],
maksymalna zawartość wody w glebie (stan
saturacji), [%] lub [bezw.],
głębokość do wody gruntowej: odległość,
liczona pionowo od powierzchni terenu do
najwyższego zwierciadła wody gruntowej,
parametr wyznaczany doświadczalnie, [m/s],
siła utrzymująca wodę w glebie, parametr ten
to: logarytm z wysokości słupa wody [cm]
odpowiadającego ciśnieniu z jakim woda jest
wiązana
w
glebie;
wyznaczany
doświadczalnie, por. rys. X.6. (Soczyńska
red. 1997),
Ks[(θ-θ0)/(θs-θ0)]m, gdzie m=3,0÷3,5
(Kowalik 1973, Kowalik, Zaradny 1974),
CHARAKTERYSTYKI STRUKTURY HYDROGEOLOGICZNEJ (STREFY NASYCENIA)
Parametry poniższe są wyznaczane empirycznie w
badaniach laboratoryjnych lub polowych:
kp – współczynnik przepuszczalności:
k – współczynnik filtracji:
μ – współczynnik odsączalności:
objętość płynu o jednostkowej lepkości
dynamicznej, który w jednostce czasu, pod
wpływem
jednostkowego
gradientu
potencjału ciśnienia przepływa przez
jednostkowy przekrój ortogonalny do
kierunku przepływu, [D], por. tab. 1.2.2.
(Pociask-Karteczka red. 2003),
prędkość filtracji przy spadku hydraulicznym
równym jedności, przy założeniu, że
przepływ wody podlega liniowemu prawu
filtracji Darcy’ego, [m/s], [m/d],
objętość wody odsączonej ze skały do
objętości tej skały, [%] lub [bezw.].