Hydrometria- jest działem hydrologii zajmującym się zbieraniem informacji ilościowych o obiektach wodnych, zjawiskach i procesach; jej przedmiotem są obserwacje wszelkich zjawisk hydrologicznych( zmiany poziomu wód pow.i podziemnych orz form ich zarastania i zlodzenia). A także pomiarów (spadku zwierciadła wód płynących, prędkości i natężeniu przepływu)
Hydrografia- zwana także hydrologia opisową, jest nauką zajmującą się opisywaniem obiektów wodnych (cieków zbiorników wodnych, obszarów zabagnionych).obecnie zajmuje się rejestracją wód dna ziemi.
Hydrogeologia – nauka o występowaniu, ruchach, składzie, przemianach i zasobach wód podziemnych, związana ściśle z geologią dynamiczną, tektoniką, geologią itp.
Hydrochemia- dyscyplina naukowa badająca skład chemiczny wód powierzchniowych, podziemnych i opadowych
Glacjologia- gałąź nauk o Ziemi zajmująca się rozprzestrzenianiem i funkcjonowaniem lodowców oraz ich przyrodniczych uwarunkowaniami; bada wielkość i formy lodowców
Kriologia- nauka zajmująca się wszystkimi rodzajami lodu w przyrodzie
Krenologia-obejmuje zagadnienia przyrodniczych uwarunkowań występowania źródeł, sposobów ich zasilania, badania wydajności wypływów, termiki i składu chemicznego wody.
Limnologia- dział hydrologii zajmujący się wodami stojącymi: jeziorami itp., bada bilans wody, ustrój hydrologiczny, ustrój termiczny i lodowy zbiorników wodnych.
Potamologia- nauka o rzekach i wszystkich wodach płynących, obejmuje ustrój hydrologiczny, sposób zasilania, spływy pow., fiz.i chem.właścowości, zlodzenia rzeki, dynamika koryta rzecznego, erozja, transport, akumulacja.
Paludologia- dział hydrologii zajmujący się bagnami
Pedohydrologia- dział hydrologii zajmujący się wodami wyst.w glebie
2. Procesy towarzyszące krążeniu wody w przyrodzie
Cykl hydrologiczny - naturalny obieg wody na Ziemi. Obejmuje on procesy zachodzące zarówno w atmosferze takie jak: parowanie, kondensacja, opady, transport wilgoci; biosferze: pobieranie wody i jej oddawanie w procesie oddychania czyli transpiracji, jak i w litosferze: wsiąkanie, spływ podziemny i powierzchniowy. W cyklu hydrologicznym wyróżnia się obieg duży i mały.
Tylko część wody na kuli ziemskiej podlega cyklowi hydrologicznemu. Znaczne jej ilości są okresowo (w skali procesów geologicznych) wyłączone z obiegu (retencja). Do wody wyłączonej z obiegu zalicza się:
* lodowce i pokrywy śnieżno-lodowe - zwłaszcza na biegunach
* wodę głębinową w jeziorach, morzach i oceanach
* głębinowe wody podziemne
Przez obieg duży rozumie się procesy zachodzące w skali globalnej i mające wpływ na ogólny bilans wody. Jest to:
* parowanie z oceanów
* kondensację w atmosferze
* przemieszczanie się pary wodnej nad kontynenty
* opad na lądy
* wsiąkanie
* spływ podziemny i powierzchniowy, ponownie zasilający oceany
Obieg mały, to lokalna cyrkulacja wody nie wpływająca znacząco na globalny bilans wody:
* W obrębie oceanów jest to:
o parowanie
o kondensacja
o opad
* W obrębie kontynentów:
o wsiąkanie
o odpływ
Woda na Ziemi występuje w postaci:
* ciekłej - w morzach i oceanach oraz na lądach, jako wody powierzchniowe: rzeczne, jeziorne oraz podziemne
* stałej - kryształki lodu w atmosferze, śnieg, lodowce, wieloletnia zmarzlina
* gazowej - para wodna w atmosferze i glebie
Woda ta znajduje się w ciągłym ruchu. W ciągu roku:
* z oceanów paruje ok. 383 000 km3 wody (warstwa wody o grubości około 1m)
* na powierzchnię oceanów spada ok. 347 000 km3 wody
* z lądów paruje ok. 63 000 km3 wody
* na powierzchnię lądów spada ok. 99 000 km3 wody
* z lądów do morza spływa ok. 36 000 km3 wody.
Najwięcej wody gromadzą oceany (97,2%), jest to jednak woda słona. Woda słodka, niezbędna do życia dla człowieka i większości organizmów lądowych stanowi zaledwie 2,5% objętości hydrosfery, obliczanej na około 1,4 mld km3. Większość (około 80%) wody słodkiej jest uwięziona w lodowcach lub pod powierzchnią Ziemi, jako wody podziemne. Najłatwiej dostępnym źródłem wody słodkiej są rzeki i jeziora.
4. Wody podziemne
a) Pochodzenie
wody podziemne są związane z litosferą, a ich pochodzenie może być różne, mogą być to wody:
- infiltracyjne- tworzą się w warstwach Ziemi wskutek przesiąknięcia opadów atmosferycznych. Ilości wód uzależnione są od wielu czynników, głównie od ilości opadów, rzeźby terenu i zdolności skał do przewodzenia wody. Wody infiltracyjne mogą przenikać na duże głębokości, nawet do kilku km w głąb Ziemi.
- kondensacyjne – powstają w wyniku skraplania(kondensacji) pary wodnej
-juwenilne- powstają w ostatnim etapie krzepnięcia magmy podczas jej wędrówki ku pow.Ziemi. Wody te czasami w postaci gejzerów i gorących źródeł wydobywają się na powierzchnie.
-reliktowe- tzw.szczotkowe, nie biorą udziału w globalnym w obiegu wody. W zależności od wieku wyróżnia się wody reliktowe sedymentacyjne, które są pozostałościami wód jeziornych lub w morskich w osadach dennych tych zbiorników. Reliktowe infiltracyjne są nieodnawialne, mogą ulec całkowitemu wyczerpaniu.
b) właściwości fizyko- chem.
- woda w strefie aeracji- miąższość od kilku cm do ponad 100 m
Para wodna
Woda związana chemicznie- (krystalizacyjna) ma formę stała i nie bierze udziału w krążeniu wody w przyrodzie
Woda związana fizycznie- to woda związana siłami molekularnymi z cząsteczkami gleby
Woda higroskopowa – nie zdolności ruch ma dużą gęstość niską temp.zamarzania( -78 C), nie rozp.innych sub., nie może być pobierana przez rośliny, przemieszcza się w postaci pary wodnej.
Woda błonkowata- tworzy warstewki wody znajdujące się dalej od powierzchni niż otoczka higraskopwa. Charakteryzuje się zdolnością rozpuszczania soli i poruszania
Woda kapilarna- jej występowanie w porach i szczelinach jest wywołane napięciem powierzchniowym wody. Występuje w pobliżu strefy saturacji. Wyst.w stanie płynnym wykazuje dużą ruchliwość
Woda wolna- (grawitacyjna) przesuwa się w głąb pod wpływem grawitacji
- woda w strefie saturacji- strefa nasycania , jej ilość zależy od wolnych przestrzeni w skale wód porusza się zgodnie z nachyleniem zwierciadła lub różnicy ciśnień hydrostatycznych. Niektóre wody są w stanie bezruchu, można wydzielić trzy strefy: zasilania, spływu, drenażu.
Rodzaje wód pow.:
-przypowierzchniowe- hipotermiczne, tworzą zabagnienia stosunkowo duże parowanie z pow.ich zwierciadła
- gruntowe- zasilane przez wody opadowe i powierzchniowe
- wgłębne- wyst. W warstwach wodonośnych przykrytych skałami trudno przepuszczalnymi, mogą być zasilane z innych poziomów wodonośnych
- głębinowe – całkowicie odizolowane kompleksami utworów nieprzepuszczalnych
Ze względu na rodzaj skał, w których woda występuje, wody dzielimy na:
-warstwowe- wypełniają pory skalne
- szczelinowe – wyst.w spękanych skałach osadowych
- krasowe- wyst.w próżniach, kanałach
5. Rzeki
- długość – określa się wzdłuż linii nurtu. Kilometrowanie rozpoczyna się od ujścia w górę rzeki aż do źródeł
- rozwinięcie- jest to stosunek długości rzeki do linii prostej łączącej źródło z ujściem
-krętość- jt. Stosunek długości rzeki do długości jej doliny
-szerokość
-spadek-wielkość charakteryzująca profil podłużny rzeki i dynamikę wody rzecznej. Jest to stosunek różnicy wysokości, jakie rzeka pokonuje od źródeł do ujścia (lub na wybranym odcinku), do długości rzeki. Spadek rzeki wyraża się w promilach
- gęstość- jest to iloraz sumy długości cieków różnego rzędu i powierzchni pola rozpatrywanego obszaru.
-przepływ- ilość wody, przepływającej przez poprzeczny przekrój koryta rzeki w jednostce czasu. Najczęściej podawana jest w m³/s.
-odpływ- ilość wody (mierzona w l, m3 lub km3) odpływająca przez przekrój poprzeczny koryta rzeki u jej ujścia w ciągu roku
6.Pomiary stanów wód w rzece
to wzniesienie zwierciadła wody w danym przekroju rzeki
ponad przyjęty umownie poziom (tzw. zero wodowskazu, umiejscowione zazwyczaj pod
dnem rzeki). Jest to więc miara względna. Nie naleŜy mylić stanu wody z głębokością rzeki w
danym miejscu. Głębokość to wzniesienie zwierciadła wody ponad dno rzeki
CEL POMIARÓW:
Odpływ w ciekach jest główną drogą eksportu materii (roztworów i substancji stałych) z obszaru zlewni. Ładunek opuszczających zlewnię substancji oblicza się z pomiarów objętości odpływu i wyników analiz stężeń roztworów i zawiesin.
Mierzona zmienność stanów wody jest wynikiem różnorodnego, zmiennego w czasie zasilania zlewni rzecznej. Stąd kilkuletni - a najlepiej wieloletni - zbiór codziennych stanów i przepływów wody pozwala na wyznaczenie stanów i przepływów charakterystycznych - głównych, okresowych i prawdopodobnych - które w pełni charakteryzują reżim hydrologiczny rzeki po przekrój wodowskazowy. Są one także sumarycznym odbiciem procesów krążenia wody w zlewni.
ZALECANA METODYKA:
Znajomość przepływu jest niezbędna dla obliczenia bilansu zlewni. Najkorzystniejszym rozwiązaniem jest zainstalowanie stałego przelewu z samopisem rejestrującym w sposób ciągły stan wody. Pomiar stanów wody prowadzi się w odpowiednio wybranych przekrojach poprzecznych koryta rzeki - tzw. przekrojach wodowskazowych. Na znajdujących się tam posterunkach wodowskazowych prowadzi się kontrolę "napełnienia" koryta rzeki wodą albo za pomocą urządzeń rejestrujących (limnigrafów/limnimetrów), albo odczytów na łacie wodowskazowej przez obserwatora. Limnigrafy rejestrują wyniki pomiarów analogowo na taśmie papierowej, a limnimetry prowadzą rejestrację cyfrową w bloku pamięciu, tzw. data logerze. Zarówno łaty wodowskazowe, jak i limnigrafy/limnimetry powinny być tak usytuowane, aby przy pomiarze wyeliminować między innymi wpływ falowania, zjawisk lodowych.
Rytm wahań stanów wody w rzece jest zmienny i kształtowany przez zasilanie powierzchniowe i podziemne. Jest to czynnik decydujący o wyborze aparatury pomiarowej do kontroli stanów, a tym samym i przepływów w rzece.
Jeżeli w przekroju wodowskazowym nie można zainstalować rejestratora stanów wody, wtedy podstawą kontroli napełnienia koryta jest łata wodowskazowa. Należy zaznaczyć, że łata wodowskazowa powinna być zainstalowana także w przypadku automatycznej rejestracji stanów wody - wtedy służy do kontroli poprawności zapisów limnigraficznych.
W zależności od przedziału wahań stanów wody w przekroju ustala się adekwatną do danej sytuacji liczbę pomiarów terminowych w ciągu doby:
· . trzy razy na dobę w terminach 6:00, 12:00 i 18:00 GMT,
· . dwa razy na dobę w terminach 6:00 i 18:00 GMT,
· . raz na dobę o 6:00 GMT.
W przypadku rejestracji, stan wody - np. przy kroku czasowym Dt = 1h - jest dla każdej godziny przetwarzany na przepływ według aktualnej krzywej konsumcyjnej - najczęściej stablicowanej. Wartość dobowa przepływu jest wtedy obliczana jako średnia arytmetyczna z 24 wartości godzinowych. Natomiast przy pomiarach terminowych każdy pomierzony stan wody jest - jak podczas rejestracji - zamieniany na przepływ, a wartość średnią przepływu dla doby obliczamy jako średnią arytmetyczną z wartości terminowych. W przypadku jednego pomiaru wartość pomierzonego rano stanu zamieniana na przepływ stanowi tzw. przepływ codzienny, co jest oczywiście bardzo dużym przybliżeniem, tym większym, im większa jest amplituda stanów wody na wodowskazie.
Jeżeli jest to możliwe należy obliczać średni dobowy odpływ z równania krzywej konsumcyjnej profilu hydrometrycznego stosując wynik jednorazowego w ciągu odczytu stanu wody. W czasie wezbrań konieczne są częstsze pomiary stanu - nawet co godzinę w szybko reagujących na zasilanie zlewniach górskich.
Stanowisko poboru próbek do analiz właściwości fizykochemicznych zlokalizowane winno być niedaleko od przelewu/profilu hydrometrycznego. Unikać należy możliwości zanieczyszczenia próbki materiałami konstrukcyjnymi przelewu. W przypadku braku przelewu próbki pobierane są w nurcie, w połowie głębokości cieku, za pomocą batometru. W płytkich ciekach, gdzie użycie batometru jest niemożliwe należy próbkę pobrać tak, aby zminimalizować możliwość jej zanieczyszczenia.
Wodę z cieków pobiera się co najmniej raz w miesiącu. Wyższa frekwencja podnosi znacznie precyzję obliczeń bilansowych. Na wzrost dokładności ma również znaczny wpływ zastosowanie zmiennej częstotliwości opróbowania zależnie od objętości przepływu (częściej przy wysokich stanach wezbraniowych, rzadziej przy stabilnych stanach niżówkowych).
Osobne próbki do analiz metali śladowych pobiera się do pojemników mytych roztworami kwasu. Natychmiast po pobraniu należy je utrwalić. Zalecane jest także ich niezwłoczne przesączenie.
Próbki przeznaczone do oznaczania rozpuszczonego węgla organicznego transportuje się i przechowuje w szklanych butelkach.
Butelki przemywać należy przed użyciem wodą zdejonizowaną. Pozostały sprzęt kilka dni przed użyciem płukać trzeba w rozcieńczonym kwasie, a następnie przechowywać w workach z obojętnego tworzywa.
Zalecane jest, aby praktycznie wszystkie próbki zostały przesączone. Może jednakże to wpływać na wynik niektórych analiz. Dlatego też można tę procedurę pominąć w przypadku czystych naturalnych wód powierzchniowych. Przesączanie jest wszakże elementem procedury analitycznej w niektórych oznaczeniach (rozpuszczony węgiel organiczny). Stosować należy wtedy sączki membranowe o średnicy por 0,40-0,45 um (np. Whatman 42 lub GFC) przed użyciem przemyte zdejonizowaną wodą.
Czas transportu i przechowywania powinien być w miarę możliwości zredukowany do minimum. W przypadku niektórych "czułych" oznaczeń np. zasadowości czy też form azotu maksymalny okres między poborem próbek a analizami laboratoryjnym nie powinien przekroczyć 24 godzin. Aby uniknąć zmian chemicznych związanych z aktywnością mikroorganizmów i zanieczyszczeniami, butelki z próbkami transportuje się w torbach z tworzywa chroniących od światła słonecznego i w miarę możliwości w izotermicznych pojemnikach. Do czasu rozpoczęcia analiz butelki przechowuje się w temperaturze 4°C i w ciemności.
przyrządy:
Do pomiarów stanów wody czyli określenia wzniesienia zwierciadła wody służy
wodowskaz
, którym jest pionowo ustawiona łata z podziałką co 2 cm. Stan wody odczytuje
się z dokładnością do 1 cm, od 1 do 3 razy w ciągu doby a w czasie wezbrań nawet co 1 godzinę
Limnimetr – przyrząd do rejestracji zmiany stanu wody w czasie. Przyrząd składa
się z urządzenia pomiarowego i urządzenia rejestrującego.
Limnigraf – przyrząd rejestrujący w sposób graficzny zmiany stanu wody w czasie.
Limnigrafy przystosowane do rejestracji zmian stanów wody na
brzegach mórz noszą nazwę mareografów. W przekrojach
wodowskazowych, w których zainstalowane są limnigrafy, w celu
kontroli ich działania zakłada się przeważnie wodowskazy łatowe.
Urządzenie pomiarowe – przenosi wszelkie zmiany zwierciadła wody w profilu
wodowskazowym na urządzenie rejestrujące. Stosowane są
limnigrafy:
pływakowe
ciśnieniowe
elektroniczne
Urządzenia rejestrujące mogą być:
analogowe
cyfrowe
Limnigrafy pływakowe – urządzeniem pomiarowym jest wodowskaz pływakowy.
W zależności od sposobu zainstalowania pływaka rozróżnia się
rurowe – stosowane na mniejszych rzekach, o niewielkiej amplitudzie stanów
wody. Ze względu na ustawienie rury rozróżnia się limnigrafy wolno stojące
i brzegowe. Dopływ wody może odbywać się poprzez otwór w korku lub
w płaszczu rury. Zapobiega to przenoszeniu falowania wody w rzece na
zwierciadło wody w rurze. Aby zapobiec zamarzaniu wody w rurze, wlewa się
do rury ropę naftową, której warstwa pokrywa powierzchnię wody. Ponad rurą
umieszczona jest budka lub skrzynka, w której znajduje się urządzenie
rejestrujące,
z ujęciem poziomym – są najczęściej stosowane. Wylot rury powinien
znajdować się poniżej najniższego znanego stanu wody. Rura zakończone
jest kształtką skierowaną zgodnie z biegiem rzeki. Na rzekach o zmiennym
dnie często zakłada się rury na różnych poziomach. Rejestrator znajduje się
w budce nad studnią i jest umieszczany powyżej najwyższego stanu wody,
lewarowe – wykonanie takich limnigrafów jest bardziej ekonomiczne,
ponieważ nie ma potrzeby wykonywania robót ziemnych przy zakładaniu rury
poziomej, jednak eksploatacja jest bardziej kłopotliwa
7. transport rumowiska rzecznego
Rumowisko rzeczne - materiał stały i rozpuszczony transportowany przez rzekę.
Ze względu na sposób transportu rumowisko dzieli się na:
· toczyny - głazy i odłamki skalne przetaczane po dnie lub przesuwane podczas dużych wezbrań
· wleczyny - otoczaki, żwiry, piaski wleczone po dnie, które w czasie ruchu nie tracą kontaktu z dnem,
· unosiny - transportowane w masie wody najdrobniejsze cząstki mineralne i organiczne, których ciężar właściwy jest większy od ciężaru właściwego wody
· zawiesiny - zwykle jest to materiał organiczny o ciężarze właściwym mniejszym od wody
· roztwory - związki chemiczne wyługowane ze skał przez wodę
8. Kanały
Kanał wodny – sztuczny ciek wodny, fragment drogi wodnej, którego celem jest połączenie istniejących naturalnych dróg wodnych. Tak powstałe drogi wodne znacznie ułatwiają żeglugę i wydatnie skracają czas podróży statków.
Kanał wodny łączący dwa morza to kanał żeglugi morskiej. Prowadzi się je zazwyczaj przez wąskie przesmyki. Niektóre z nich skróciły drogę statków nawet o kilka tysięcy kilometrów. Czasami za kanał żeglugi morskiej uznaje się pogłębiony tor wodny w płyciznie oddzielającej dwa akweny.
Natomiast kanał wodny łączący rzeki i jeziora to kanał żeglugi śródlądowej. Gęsta sieć rzeczna i przecinające je kanały tworzą śródlądowe szlaki wodne. Najkorzystniejsze jest budowanie kanałów w miejscach, gdzie dział wód jest stosunkowo niski, a żeglowne odcinki wód zbliżają się do siebie na małą odległość. Do pokonywania różnic poziomów wody wynikających z ukształtowania terenu służą śluzy lub pochylnie.
Kanał wodny jest sztuczną arterią wodną zwykle o trapezowym przekroju poprzecznym, ubezpieczonych skarpach, zaopatrzoną w urządzenia hydrotechniczne, w zależności od przeznaczenia wyróżnia się kanały:
· żeglugowe - czyli budowle najczęściej ziemne, które oprócz toru wodnego na ogół mają obiekty takie jak: śluzy, syfony, lewary, bramy, nabrzeża przeładunkowe. Ta sztuczna drga wodna jest podzielona na stanowiska o różnych poziomach zwierciadła wody za pomocą śluz, podnośni lub pochylni. Są najczęściej przedłużeniem naturalnych dróg wodnych lub łączących drogi wodne różnych systemów przez pokonanie działu wodnego. Również są to kanały boczne (lateralne, równoległe), biegnące wzdłuż rzek na odciekach, na których problemem byłoby zapewnienie wymaganych parametrów nawigacyjnych.
· Wśród nich wyróżnia się kanały żeglugowe morskie głębokowodne (kanały: Kiloński, Koryncki, ) oraz żeglugowe śródlądowe o szerokości do 100m i głębokości do 3m i więcej, (np. kanały: Erie w Stanach Zjednoczonych, Welland w Kanadzie, Kanał Śródlądowy w Niemczech.
· melioracyjne - (odwadniające i nawadniające)jako podstawę systemu melioracyjnego ,od którego odgałęziają się kanały boczne - rowy melioracyjne ( np. Kanał Fergański, w Polsce: kanał Wieprz-Krzna)
· przemysłowe i energetyczne, doprowadzające (lub odprowadzające) wodę do zakładów przemysłowych i energetycznych (np. Kanał Łączański".
9. Jeziora w Polsce i na świecie – ich geneza i typologia
- tektoniczne- wyst.w obniżeniach tektonicznych na równinach (Górne. Wiktorii, Ładoga)
-wulkaniczne- powstały w wyniku działalności wulkanów
Kraterowe- w kraterach nie czynnych wulkanów
Kalderowe- w kalderach wygasłych wulkanów
Lawowe podparte potokiem lawy
- polodowcowe- powstałe w wyniku erozyjnej i akumulacyjnej działalności kontynentalnych i górskich lodowców
Rynnowe(Hańcza)
Morenowe ( Śniadrwy)
Oczka i wytopiska
Kotły i kociołki
Sandrowe
przywozowe i drumlinowi
lodowcowe górskie( Morskie Oko)
- krasowe- powstałe w zapadliskach lub lejach na obszarach zbudowanych ze skał wapiennych
- rzeczne- tzw.starorzecza
-deltowe- położone w deltach dużych rzek ( Dąbie, Druzno)
-przybrzeżne- powstałe przez oddzielenie od morza niewielkich zatok( Łebsko, Gardno, Jamno)
-eoliczne- powstałe w zagłębieniach między wydmami
-b...
Expedyt