Povrchové vody - tekoucí. Motto : Řeky jsou tesařem svého vlastního obydlí Luna B. Leopold (1994)

Transkript

1 Povrchové vody - tekoucí Motto : Řeky jsou tesařem svého vlastního obydlí Luna B. Leopold (1994)

2 Odtok povrchových vod řeky říční sítě a jejich charakteristiky pozorování vodních stavů zpracování údajů o vodních stavech pohyb vody v otevřených korytech ( = průtok)

3 Odtok povrchových vod Zeměpisná poloha ovlivňuje klimatické poměry Orografické poměry neboli výškové a sklonitostní poměry Geologické poměry vliv na konfiguraci terénu na intenzitu zvětrávání vznik více nebo méně propustných horních vrstev Rostlinná pokrývka reguluje množství srážek zachycených na tělech rostlin množství vody vsáklé rychlost vody stékající po svazích velikost ztrát výparem atd. Člověk Odlesnění Budování nádrží Protipovodňová opatření Zásobování pitnou vodou Výroba elektrické energie

4 Odtok povrchových vod Vodní nádrže Neprotékané - akumulační účinek Protékané retardační účinek Regulační účinek nádrže Velikost nádrže Umístění nádrže na toku Zlepšují hydrologické vlastnosti povodí za povodní akumulují za sucha dotují Uměle budované - ovlivňují meteorologické a klimatologické poměry Součinitel jezernatosti K f F Bažiny Za sucha drží vodu a nepustí, je velká ztráta výparem Za dešťů se rychle nasáknou a voda po nic začne stékat

5 Říční síť Říční síť rón stružky údolí (erozí x tektonicky) koryto VODNÍ TOK (hlavní + přítoky) říční soustava říční síť POVODÍ ÚMOŘÍ

6 Vodní tok Charakteristika vodního toku přirozený Bystřina - značný sklon dna, nepravidelné dno Potok Řeka velké povodí, velké průtoky, větší délka koryta umělý Kanál přivaděč vody do míst, kde se využívá na zásobování vodou, pro zvýšení vodního stavu (v přehradě) Náhon nad vtokem do rybníka, stavidla, mlýnské kolo Stálý tok - nevysychá, hydraulicky spojen s podzemními vodami Občasný tok vysychá, naplněn jen v období dešťů, nebývá spojen s podzemními vodami Hlavní tok x přítok Délka toku staničení

7 Charakteristiky toku Pramen ústí, uzávěrový profil výron podzemní vody místo, kde se tok vlévá do - jiného toku ledovec - jezera, jezero apod. - moře - někdy do podzemí Stupeň vývinu toku (= stáří toku) d/l d- spojnice počátečního a koncového profilu L délka toku

8 Charakteristika říční soustavy hlavní tok + přítoky = říční soustava Řád toku - kategorie Hydrologické pořadí toku = počet posloupných zaústění do moře = řazení toků postupně od pramene po proudu k ústí I.kategorie ústí přímo do moře hlavní tok (Labe a Odra) II.kategorie ústí do I.kategorie (Vltava,Morava) III.kategorie ústí do II.kategorie (Sázava) IV.kategorie ústí do III.kategorie (Svratka) V.kategorie se nezavádí i když takové řeky existují

9 Charakteristika říční soustavy Podélný profil chod nadmořské výšky na povodí Schéma říčního systému toku Staničení vzdálenost od ústí k prameni

10 Uspořádání říční sítě dáno geomorfologií povodí rozdílnost propustnosti podloží, srážkový stín,.. horní toky horských řek, úzké povodí nižší nadmořské výšky

11 Uspořádání říční sítě stromkovitá radiální odstředná perovitá radiální dostředná rovnoběžná

12 Vliv tvaru říční sítě na Qk

13 Vliv tvaru říční sítě na Q k Q Q Q k Q k t t

14 Charakteristiky povodí Graf vývinu povodí Dává představu o ploše povodí jejím nárůstu po směru toku symetričnosti povodí

15 Charakteristiky povodí Hypsometrická (hypsografická) křivka Udává představu o výškových poměrech na povodí. Z mapy s vrstevnicemi planimetrováním určujeme plochy, na kterých je dosažena, příp. dosažena určitá nadmořská výška.

16 Charakteristiky povodí Průměrný sklon území (povodí) Jednodušeji, ale méně přesně : Průměrný sklon území (povodí) Střední šířka povodí Tvar povodí B T L H Hustota říční sítě I l h řs F B L 2 L max L F 2 L H B min F L Σl délka všech řek I 0 h l F h - krok vrstevnic Σ l - suma délek vrstevnic F - plocha povodí H min,max min a max nadmořská výška na povodí L délka toku F plocha povodí L délka povodí tvar F 50 km 2 F > 50 km 2 protáhlý < 0,24 < 0,18 přechodný 0,24 0,26 0,18 0,20 vějířovitý > 0,26 > 0,20

17 Geomorfologické vlastnosti údolí a koryt řek Říční údolí - protáhlé sníženiny zemského povrchu, jimiž protéká voda. Koryto - vodou vytvořená a zaplněná podélná brázda údolí Inundanční území - území nejbližší korytu řeky, zaplavované Údolnice (údolní osa) - spojnice nejnižších míst údolí v podélném směru Proudnice - spojnice míst s největšími rychlostmi v proudu vody, nad údolnicí Střednice - osa půdorysného obrazu koryta

18 Geomorfologické vlastnosti údolí a koryt řek Koryto formování koryta vertikální eroze hloubková mladá údolí - V horizontální eroze boční starší údolí U Erozí uvolněný materiál odnáší vodní tok jako a) rozpuštěný materiál, b) splaveniny, tj. hrubozrnné částice posunované a převalované po dně koryta vodním proudem, c) plaveniny, tj. jemnozrnný materiál rozptýlený ve vodě. Velikost eroze vodního toku závisí na dvou hlavních činitelích: a) na erozní schopnosti řeky, hydraulických vlastnostech, množství plavenin a splavenin, b) na odolnosti břehů a dna koryta.

19 Tvar koryta Sklon koryta I I H max L H min Spád koryta H max H min Horní tok - velký spád, vysoké rychlosti, ostrohranné úlomky, převažuje vertikální eroze, V Střední tok - spád je mírnější, začíná i usazování, úlomky zaoblenější, začíná probíhat i boční eroze Dolní tok - velmi mírný spád, prohlubuje se boční eroze, intenzivní meandrování, sedimentace jemného materiálu

20 Izobaty čáry spojující místa se stejnou hloubkou koryta -důležité pro lodní dopravu - musí se ověřovat a aktualizovat

21 Tvorba meandrů Vznik meandru vynucená (orografická) křivolakost toku přizpůsobení se toku geologickým a geomorfologickým poměrům hydraulická křivolakost důsledek podmínek proudění vody v korytě, nerovnoměrná odolnost břehů, přítomnost překážek ve vodě

22 Změna půdorysného profilu toku Tvorba meandrů

23 Vodočetné stanice, pozorování vodních stavů Vodní stavy = výška (úroveň) hladiny vody v řece Síť vodočetných stanic. Síť základní na hlavních tocích cca 1 stanice na 350 km 2 vyčísluje průtoky kromě vodočtů i limnigrafy h = f(t) pro předpovědní a varovnou službu Síť sekundární na hlavních tocích jako kontrolní, mezilehlé stanice hlavně na menších tocích doplňují a upřesňují údaje ze ZS Účelová síť je tvořena stanicemi, které poskytují přímé podklady pro závažné technické záměry - rozhodnutí o výškovém umístění mostní konstrukce, pro lodní dopravu, vyústění městských kanalizací,... Pro provoz vodohospodářských děl

24 Vodočetné stanice, pozorování vodních stavů Výběr místa vodoměrné stanice vodočetný profil má být pravidelný, málo proměnlivý dobře přístupný nesmí ležet přímo na soutoku řek Vodní stav měříme na vodočtech jako svislou vzdálenost hladiny od počátku vodočtu!!!!! Je to tedy relativní výška hladiny zaokrouhleně v celých cm Nula vodočtu - nivelovaná její nadmořská výška v dokumentaci hlásného profilu - nesmí být nad nejnižší očekávanou hladinou toku

25 Vodočty Příklady správného odečítání vodočet laťový svislý vodočet svislý na pilotě Vodočet laťový šikmý (svahový)

26 Vodočty Vodočet pilotový pro pozvolné svahy

27

28

29 Limnigraf prům. Hd

30 Alarm při vysoké i nízké hladině Možnost odesílání SMS Napojení na PC... tlakové čidlo

31 Limnigraf na Výtoni z r.1906

32 Limnigraf na Visle z r.1899 Limnigraf nádrže Pastviny z r etimestamp=

33

34

35 Vodní stavy zpracování údajů Průměrný denní vodní stav základní jednotka Průměrný měsíční vodní stav Průměrné roční vodní stavy, příp. průměrný vodní stav za delší období, např. za celé období pozorování Průměrná čára překročení vodních stavů z mnohaletého pozorování Zprůměrování dob překročení daného vodního stavu Zprůměrování vodních stavů pro stejnou dobu nebo procento překročení

36 Vodní stavy zpracování údajů Dobu překročení se zpravidla vyjadřujeme ve dnech mluvíme o tzv. m-denních vodních stavech (průtocích apod.), v procentech celkové doby zpracování (pozorování) - hovoříme o p-procentních vodních stavech m = 355 denní stav p = 97,3 % p = 10 % m = 36,5 denní stav

37 PRŮTOKY

38 Průtoky Průtok Q (m 3 /s, l/s) objem vody, který proteče daným průtočným V profilem za jednotku doby (s) Q t Proteklé množství O (m 3 ) objem vody, který proteče průtočným profilem daným průtokem za delší čas (den, měsíc, rok) O Q. t Odtok x odtoková výška objem vody (m 3 ), odteklý z povodí x tlouštka vrstvy vody (mm), kterou by daný odtok vytvořil na ploše povodí Specifický průtok q m 3 /(s.km 2 ), l/(s.km 2 ) - objem vody v průměru odteklý z jednotky plochy za jednotku času q V P. t Důležité přepočty : 1 den = s 1 průměrný měsíc = 30,5 dne = 2, s 1 rok = 31, s 1 průměrný rok = 365,25 dne = 31, s

39 Základní charakteristiky odtoku Určení proteklého množství O za den z průměrného denního průtoku Q d O m s Q m s Odtok za průměrný měsíc (30,5 dní) ,5 s Q m s O m d Odtok za 1 rok (365 dní) O Odtok za průměrný rok (365,25 dní) m 31, s Q m s , s Q m s O m r

40 Základní charakteristiky odtoku Odtoková výška z proteklého množství 3 O m mm 2 P km Proteklé množství z odtokové výšky h o m 1000 h mm P km O o m 3 mm km m 10 m 10 m Průměrný roční průtok z roční odtokové výšky Q m s 1000 h 3 1 o r 6 2 mm P km 31, s

41 Základní charakteristiky odtoku Průměrný roční specifický odtok z roční odtokové výšky q h mm o m s km r 3 31, s Roční výška h o zprůměrného ročního specifického odtoku h o 1 2 mm q l s km 31, 536 r

42 Charakteristika pohybu vody Průtoky vody se v přirozených tocích mění podle množství spadlých srážek s proměnlivou dotací ze spodních vod s teplotou sucha Pohyb neustálený pro výpočet nepoužitelný, ale vyskytuje se nejčastěji průtoky se neustále mění v závislosti na čase ustálený - jen v poměrně krátkých časových obdobích průtok se prakticky nemění nerovnoměrný - vlivem - proměnlivého sklonu dna -různým příčným profilem -různou drsností koryta rovnoměrný - pro výpočet nejlepší jen v krátkých úsecích- důsledek sklonu a nerovností dna (drsnosti koryta) Laminární proudnice jednotlivých částic se neprotínají Turbulentní proudnice se protínají vodní víry spirálový tok v meandru

43 Tento obrázek nyní nelze zobrazit. Příčný profil koryta toku Průtočný profil je část příčného řezu korytem, kterým protéká voda P - plocha průtočného profilu B - šířka průtočného profilu O - omočený obvod délka omočené části průtočného profilu R - hydraulický poloměr (rádius) R P O

44 Pohyb vody v otevřeném korytě V průtočném profilu je rychlost u dna téměř 0 u hladiny není max max je těsně pod hladinou nad nejhlubším místem toku Příčný profil s vykreslenými izotachami Q = v.s 0,78 0, 93 ve svislici v s v Rozdělení rychlosti v s max Rozdělení povrchových rychlostí v v s p 0,8 0,95

45 Určení a vyhodnocení průtoků Přímým měřením Měřením bodových (místních) rychlostí Pitotovou trubicí Hydrometrickou vrtulí Měřením průměrné průřezové rychlosti Plováky Chemickým měřením Výpočtem empirickými vzorci Hydraulickými způsoby

46 Přímé měření průtoku Měrné nádoby alespoň 3 měření času Q V t Automatické sklopné nádoby

47 Určení průtoků změření bodových rychlostí Používá se kde nemůžeme měřit přímo průtoky (velké průtoky, nedostatek sklonu apod.) musíme mít dostatečný počet měření v průtočném profilu při známé ploše průtočného profilu koryta použijeme tzv. rovnice kontinuity Q = v. S

48 Určení průtoků změření bodových rychlostí Žhavený drátek tenký Pt nebo W drátek žhavený el. proudem Pitotova trubice (1717) 2 v h v 2gh 2g Pitotova trubice h POUŽITÍ V LABORATORNÍM MĚŘÍTKU v

49 Určení průtoků změření bodových rychlostí HYDROMETROVÁNÍ Hydrometrické vrtule podle orientace osy svislá osa vodorovná osa podle velikosti malé střední těžké podle způsobů upevnění na tyči malé hloubky na laně (závaží) Citlivost vrtule závisí na tvaru na stoupání šroubovice čím větší stoupání, tím rychleji se vrtule otáčí na průměru propeleru

50 Určení průtoků změření bodových rychlostí Hydrometrická vrtule vodorovná osa svislá osa svislá osa tárování vrtule v = α + β.n s

51 Určení průtoků změření bodových rychlostí Měření 3 tyče dlouhé 1,5 m vespod destička proti zaboření do bahna vrtule 5 cm od konce tyče rychlosti v rozmezí 0,02-0,03 až 5 m/s výběr bodů požadovaná přesnost ukazatel směru

52 Určení průtoků změření bodových rychlostí Vrtule na laně Torpédo pro větší rychlosti z mostu nebo loďky kg velké rychlosti hluboké toky hmotnost 100 kg a více cos l h l h vychylování směrem proudu protizávěs h l h cos l

53 Určení průtoků změření bodových rychlostí Hlavní zásady pro měření vrtulí 1. Měrný profil přímý úsek pravidelné dno kolmo na směr proudění 2. Znalost průtočného průřezu sondovací svislice zaměření dna sondovacími tyčemi 3. Vzdálenost sondovacích svislic (jejich počet) měrné lano značky po 5, 10 až 100 cm (0 je na levém břehu) vzdálenost sondovacích svislic malé toky cm (do šíře toku 5 m) střední toky 1 2 m (1 m při šířce toku 5 20 m) velké toky 5 10 m 4. Počet bodů ve svislici největší vzdálenost bodů ve svislici 1 m hustěji při povrchu a u dna 5. Doba měření v jednotlivých bodech s (alespoň 4 signály) Úplné měření Neúplné měření 5 bodů 3 body 2 body 1 bod dno 0,2 H 0,2 H 0,2 H 0,4 H 0,4 H 0,4 H 0,8 H 0,8 H 0,8 H povrch

54 Určení průtoků z měření bodových rychlostí

55 Určení průtoků změření bodových rychlostí Hydrometrická torpéda pro větší rychlosti

56 Určení průtoků změření bodových rychlostí

57 FlowTracker pracuje na Dopplerovském principu provedení 2D nebo 3D měří rychlosti a automaticky vyhodnocuje průtoky

58 senzor Ultrazvukový průtokoměr ADCP Rio Grande směr proudění v vody odrazná částice (výrobce RD Instruments, USA) RiverSurveyor (výrobce RD Instruments, USA) Průtok vyhodnocen v programu Agila 1834 m 3.s -1 (