Charakterystyki przepływu rzecznego. Przepływy i stany charakterystyczne.

Transkrypt

1 Charakterystyki przepływu rzecznego. Przepływy i stany charakterystyczne.

2 Przepływy główne Dysponując w określonym przekroju wodowskazowym ciągiem codziennych przepływów z pewnego okresu, moŝna dla tego zbioru obserwacji określić wartość maksymalną, minimalną, średnią i środkową. Okresy charakterystyczne rok hydrologiczny; półrocza XI-IV, V-X; miesiące.

3 Przepływy główne pierwszego rzędu WQ wysoki przepływ analogicznie WW wysoki stan SQ średni przepływ SW NQ niski przepływ NW ZQ zwyczajny (środkowy) przepływ ZW

4 Oznaczenia przepływów dla róŝnych okresów WQ 1986 wysoki (maksymalny) przepływ w roku hydrologicznym 1986 WQ V,1976 przepływ wysoki (maksymalny) w maju 1976 roku SQ VI, 1971 przepływ średni w czerwcu 1971roku NQ XI-IV,1986 przepływ niski (minimalny) w półroczu zimowym 1986

5

6 Przepływy główne drugiego rzędu WQ i analogicznie: WWQ wysoki wysoki przepływ ( wielka woda ) SWQ średni wysoki przepływ NWQ niski wysoki przepływ ZWQ zwyczajny (środkowy) wysoki przepływ SQ WSQ wysoki średni przepływ NQ WNQ ZQ WZQ SSQ średni średni przepływ SNQ SZQ NSQ - NNQ NZQ ZSQ - ZNQ ZZQ

7 Wykresy przepływów charakterystycznych

8 Przepływy główne drugiego rzędu oznacza się następująco: WWQ wysoki wysoki przepływ roczny (największy przepływ z maksymalnych przepływów rocznych) z okresu WWQ 1946, jak wyŝej z informacją, Ŝe przepływ ten nastąpił w 1946 roku SNQ VI, średni niski przepływ (średnia z minimalnych przepływów) czerwca z okresu NSQ V-X, niski średni przepływ (wartość minimalna ze średnich przepływów) półrocza letniego z okresu

9 Wyznaczanie stanów głównych I rzędu

10 Wykres stanów głównych I rzędu w kolejnych miesiącach

11 Analogicznie określa się stany charakterystyczne drugiego rzędu

12 Określanie stanów charakterystycznych na postawie przepływów charakterystycznych z krzywej przepływu

13 Metody określania przepływów głównych Metody statystyczne potrzebne pełne ciągi obserwacji przepływów dobowych z wielolecia

14 Metody określania przepływów głównych Metody pośrednie oparte na analogii hydrologicznej - metody polegające na uzupełnieniu przepływów lub stanów wody na podstawie informacji zawartych w ciągach, którymi dysponujemy, lub danych ze zlewni podobnych

15 Metody pośrednie oparte na analogii hydrologicznej cd. - metody bazujące na danych ze zlewni analogów umoŝliwiające ocenę przepływów w badanej zlewni MoŜliwe usytuowanie przekroju badanego do przekroju analoga - przekrój analog przekrój szukany Warunkiem zastosowania metody analogii jest podobieństwo zlewni (rozkład opadów, morfologia, pokrycie terenu).

16 Główne przypadki zastosowania metody analogii hydrologicznej Przypadek interpolacji najdokładniejszy Przypadek zlewni róŝnicowej pośrednia dokładność Przypadek ekstrapolacji najmniej dokładny Dla wszystkich tych przypadków wylicza się moduł przepływu (przepływ jednostkowy) - q, czyli przepływ przypadający na jednostkę powierzchni zlewni: g=q/a, gdzie A to powierzchnia zlewni.

17 Przypadek interpolacji x 2 1 Q x = q x A x lub dokładniej: Q x = Q 1 +q x (A x -A 1 ) 1 x przekrój analog przekrój badany q x =Q 2 -Q 1 /A 2 -A 1 Q 1, Q 2, Q x przepływy charakterystyczne w przekrojach, czyli np. SNQ 1, 2, X A 1,A 2,A x powierzchnie zlewni

18 Przypadek zlewni róŝnicowej 1 x 2 q r odpływ jednostkowy (moduł odpływu) ze zlewni róŝnicowej q r = Q 2 - Q 1 /A 2 -A 1 =Q r /A r Q x = q r A x

19 Przypadek ekstrapolacji najmniej dokładny 1 x q x =Q 1 /A 1 Q x = (q x A x ) n = Q 1 (A x /A 1 ) n n wykładnik przyjmujący róŝne wartości dla róŝnych przepływów np. dla SQ n=1, dla ZWQ O,6<n<0,92

20 Ostatnią (najmniej dokładną) grupą metod są metody wzorów empirycznych. Przepływy średnie i niskie popularnie stosuje się wzory Iszkowskiego NNQ = 0,2ν Q śr [m 3 /s] Q śr = 0,03171 α P A SNQ = 0,4 ν Q śr P - wysokość średniego rocznego opadu wyraŝona w metrach A - powierzchnia zlewni w km 2 α, ν - współczynniki empiryczne dobierane z tabel, α - współczynnik odpływu

21 Przepływy wysokie Wzór Iszkowskiego WWQ = c w m P A [m 3 /s] c w współczynnik zaleŝny od wielkości i fizjograficznego charakteru zlewni m współczynnik zaleŝny od wielkości zlewni P opad roczny [m] A powierzchnia zlewni [km 2 ] Wzór Spechta WWQ = 0,287 J k φ A [m 3 /s] J największe natęŝenie deszczu [mm/h] k współczynnik redukujący największe natęŝenie opadu występujące w centrum ulewy na wartość natęŝenia średniego na obszarze zlewni, φ współczynnik odpływu redukujący wartość natęŝenia deszczu a wartość odpływu A powierzchnia zlewni [km 2 ]

22

23

24 WWQ w małych zlewniach Małe zlewnie to takie, które mają powierzchnię < 100 km 2 Izochrona izolinia równego czasu dopływu do przekroju badawczego

25

26 Q = φ I Tm A φ współczynnik spływu I Tm - intensywność deszczu miarodajnego, czyli takiego, którego czas trwania jest równy czasowi spływu cząstki wody z najdalszego punktu zlewni! A powierzchnia zlewni

27 Przepływy o określonym czasie trwania Czasy trwania przepływów o wartościach naleŝących do pewnego przedziału określa się na podstawie hydrogramów ciągłych lub dyskretnych.

28

29 Przepływy konwencjonalne NajwyŜszy przepływ Ŝeglowny Q max,ŝ Przepływ odpowiadający takiemu stanowi wody, powyŝej którego Ŝegluga nie powinna się odbywać. Ustalany na wysokości stanu brzegowego, jako SWQ, Q max60%. NajniŜszy przepływ Ŝeglowny Q min,ŝ Przepływ poniŝej, którego nie moŝe odbywać się Ŝegluga. Ustalana jst ze względu na wymaganą głębokość i szerokość drogi wodnej zapewniającej swobodny ruch statków. Przepływ dozwolony Q doz. (Q dozw. ) Największy przepływ, który nie powoduje szkód powodziowych. Przy braku informacji naleŝy go ustalić jako SWQ roczne lub Q max.50%. NaleŜy brać pod uwagę równieŝ przepływ odpowiadający stanowi brzegowemu, powyŝej którego woda wlewa się na tereny zalewowe. Przepływ dopuszczalny Q dop. Zakłada wystąpienie nieznacznych szkód powodziowych np. wskutek zrzutu

30 Przepływ nienaruszalny Q n Graniczna wartość przepływu, poniŝej którego przepływy nie powinny być zmniejszane na skutek działalności gospodarczej.

31 Kryteria określania Q n : - hydrobiologiczne Q nh (ochrona ekosystemu cieku) - ochrony ekosystemu Q ns lądowego (tereny prawnie chronione) - krajobrazowe Q nk (prawo do powszechnego korzystania z wód) Q n = MAX ( Q nh Q ns Q nk )

32 Określenie przepływów charakterystycznych: średniego niskiego z miesięcznych (SNQ m ) i niskiego rocznego (NQ r ) na przykładzie hydrogramu przepływu dla profilu Koprzywnica w 1978 roku (wg Witczak i in., 2002).

33 Zasady określenia przepływu nienaruszalny wód podziemnych dla przykładowej zlewni Koprzywianki Q DP zasoby dyspozycyjne wód podziemnych przyjęte na poziomie odpływu podziemnego z wielolecia Q o o gwarancji 50% (Qo p=50% ) pomniejszonego o przepływ nienaruszalny Q nn =1,0 SNQ r

34 Przepływy o określonym prawdopodobieństwie występowania Przepływ miarodajny - Q m - to obliczeniowy przepływ wezbraniowy, o prawdopodobieństwie pojawiania się określonym w załączniku do rozporządzenia Ministra Środowiska, na podstawie którego projektuje się budowle hydrotechniczne. Przepływ kontrolny - Q k - to przepływ, na podstawie którego sprawdza się bezpieczeństwo budowli w wyjątkowym układzie obciąŝeń. Zdolność przepustowa i sposób uŝytkowania urządzeń upustowych w stałych budowlach hydrotechnicznych powinny zapewniać bezpieczeństwo budowli piętrzących w czasie przejścia wezbrań obliczeniowych Q m i Q k.

35