Hydraulika a hydrologie

Transkript

1 Hydraulika a hydrologie

2 Názvy vědních oborů Hydor voda Logos výskyt Aulos - žlab Hydor + logos Hydor + aulos hydrologie hydraulika

3 Hydrologie Věda, která se systematicky a vlastními prostředky zabývá zákonitostmi výskytu a oběhu vody v přírodě Využití Vodní stavby, hydrotechnika Krajinné inženýrství a hydromeliorace Zdravotní inženýrství Dále stavebnictví a jiné rezorty

4 Dělení hydrologie Hydrologie oceánů Hydrologie pevniny Hydrometeorologie Potamologie Limnologie Glaciologie Hydropedologie

5 Styčné obory Meteorologie a klimatologie Pedologie a geologie Agrotechnika Hydraulika Využívá Matematiku, teorii pravděpodobnosti a statistiku, fyziku, chemii a další

6 Vývoj hydrologie Starověké civilizace Do 15 stol. - intuice a dohady Do 19. stol. pozorování, měření, experimenty, modernizace, matematizace Od r.1900 jako samostatný vědní obor (Pitotova trubice, Chézyho rovnice, Hydrometrická vrtule

7 Koloběh vody na zemi Vo = So + P Vp = Sp P Vo + Vp = So + Sp

8 Povodí

9 Orografické a hydrologické povodí

10 Srážkoodtokový proces v povodí

11 Srážkoodtokový proces v povodí

12 Modelování SOP Složité modely - hydraulika Hydrologické modely - zjednodušení Základní bilanční rovnice - extrémní zjednodušení!!! H o H s H v H o H s H v H R..

13 Meteorologie a klimatologie Meteorologie jevy probíhající v zemské atmosféře momentální stav atmosféry předpovědi počasí Klimatologie nauka o podnebí klasifikace podnebí a vymezování klimatických oblastí studium kolísání a změn klimatu

14 Srážky Skupenství - kapalné, pevné Vzniku - vertikální, horizontální Orografické - přechod oblačnosti přes horské masívy Regionální - malá intenzita, velká zasažená plocha, dlouhá doba trvání povodně ve velkých povodích Přívalové - velká intenzita, malá zasažená plocha, krátká doba trvání povodně v malých povodích

15 Deště Kapalné vertikální srážky Intenzita Periodicita i A B C p m M [mm.h-1] Průměrná doba opakování N 1 p M m [počet roků]

16 Deště Truplovy diagramy

17 Měření srážek Ombrometr, ombrograf, totalizátor

18 Měření srážek Impulsní srážkoměr

19 Měření srážek Meteorologický radar

20 Měření srážek Meteorologická družice - METEOSAT

21 Měření srážek Normály ročních úhrnů

22 Předpovědi srážek Lace Orografie v ČR Aladin

23 Sněhová pokrývka V VO Vodní hodnota. V VS Hustota m V SN SN Měření: sněhoměrná lať, sněhoměrné snímky, družice Tání sněhové pokrývky Metoda stupeň-den HV H. SN H 45,72. k. T D

24 Vlhkost ovzduší Absolutní vlhkost -, e e Relativní vlhkost - r 100 E Maximální vlhkost - max, E - koresponduje s teplotou Sytostní doplněk d Vlhkoměry psychrometry vlasové kondenzační

25 Výpar Výpar z vodní hladiny Výpar z holé půdy Výpar z rostlin (z povrchu, z pórů - transpirace, evapotranspirace) Klimatický výpar

26 Výpar z vodní hladiny V průměru 1 4 mm za den V průměru mm za rok Šermerův výparoměr

27 Výpar z půdy Lyzimetr Popova

28 Geografičtí činitelé povodí Fyzikálně geometrické vlastnosti (poloha, velikost, tvar, sklonitost) Geologické vlastnosti (rychlost vsaku, drsnost, proudění v nenasycené a nasycené zóně) Vegetační pokryv (rychlost povrchového odtoku, infiltrace) Říční síť (rychlost odtoku vody z povodí)

29 Říční síť Řády toků

30 Říční síť Konvexní a konkávní břeh

31 Říční síť Konvexní a konkávní břeh

32 Říční síť Vliv protáhlého a vějířovitého povodí na průběh odtoku

33 Vodní stavy - měření Limnigrafická stanice

34 Bodové rychlosti - měření Hydrometrická vrtule

35 Stanovení průtoku měrným profilem Q u( x, y) d x d y A A dq Harlacher Q B h v d B B s 0 0 A s d B

36 Měrná křivka průtoku Q a b h c 2 h Q a h b c

37 Režim vodních toků Průběh průtoku Q d, Berounka/Křivoklát, 1937

38 Odtokové poměry H H o, a s, a Součinitel odtoku Specifické dlouhodobé průměrné odtoky - q a

39 Zpracování hydrologických dat Q D Q, Q, C V,Q C S,Q E Q Pravděpodobnostní křivky Statistické charakteristiky

40 Maximální průtoky Hydrogram povodně 40

41 Maximální průtoky p = 1- e -p p = 1- e -1/N N p 0,01 0,02 0,05 0,10 0,18 0,39 0,63 p 0,01 0,02 0,05 0,10 0,20 0,50 1,00 N Q N Stanovení N-letých maximálních průtoků 41

42 Tvar návrhového hydrogramu povodně Typický tvar 42

43 Metoda izochron t V 1 = H 1.U 1 V 2 = H 2.U 1 + H 1.U 2 V 3 =H 3.U 1 + H 2.U 2 + H 1.U 3 V 4 = H 4.U 1 + H 3.U 2 + H 2.U 3 + H 1.U 4 V = H(U 1 + U 2 + U 3 + U 4 ) Q = H/ t U 1 + U 2 + U 3 + U 4 ) Q N = i N. S P. 43

44 Maximální průtoky malá povodí Q N = i N. S p. Tab. p' 1 N i N N p k Intenzitní vzorec 44

45 Součinitelé odtoků Číslo Způsob zastavění a druh pozemku, příp. druh úpravy povrchu Sklonitost území do 1% 1-5% nad 5% I Zastavěné plochy ( střechy) 0,90 0,90 0,90 II Asfaltové a betonové vozovky, dlažby se zálivkou 0,70 0,80 0,90 III Obyčejné dlažby (pískové spáry) 0,50 0,60 0,70 IV Štěrkové silnice, dlažba ze štětového kamene 0,30 0,40 0,50 V Nezastavěné plochy 0,20 0,25 0,30 VI Hřbitovy, sady, hřiště 0,10 0,15 0,20 VII zelené pásy, pole, louky 0,05 0,10 0,15 VIII Lesy 0,00 0,05 0,10 Poznámka: V tabulce uvedení odtokoví součinitelé mají platnost pro půdu střední propustnosti. U propustné půdy (písek) se zmenšuje o 10%, při nepropustné (jíl, skála) se zvyšuje o 10%. 45

46 Odtokové poměry Součinitel odtoku Specifický odtok q H H Q S p o, a s, a Specifické dlouhodobé průměrné odtoky - q a 46

47 Maximální průtoky malá povodí Exponenciální vzorce q A Q 100 p 100 n n n 1 S S p S p p A S A Q N = Q 100 N CN - křivky (DesQ) H o ( H H S S I I a a ) 2 A, V o = H o S P A =1000/CN 10 potenciální maximální retenci povodí I a = 0,2 A počáteční retence povodí v bezodtokové fázi 47

48 Minimální průtoky Absolutní minimální průtok - Q abs min N-letý minimální průtok - Q N,min Q 20,min Q 50,min Q 100,min m - denní vody - Q md Q 270d Q 355d Q 365d Q 10,min Minimální zůstatkový průtok Q 355d Iszkowského vztah - Q 0,2. n. Q abs, min a a n a 0.3;0. 8 Analogie - Q Q A a x a K Q Q A 330d x 330d Q Q A 50min x 50min

49 Vodní nádrže dv = [ Q( t ) - O(V(t)) ] dt dv Q( t) O( V ( t)) dt Základní rovnice nádrže

50 Vodní nádrže Batygrafické křivky

51 Vodní nádrže Funkční prostory v údolní nádrži

52 Vodní nádrže Transformace hydrogramu povodně - V RN