3. Stan i gáĊbokoĞü wody...14

(1)

PPOPOOLLLIIITTTEEECCCHHHNNNIIIKKKAAAKKRKRRAAAKKOKOOWWWSSSKKKAAA

IININNSSSTTYTYYTTTUUUTTTIIINNNĩĩYĩYYNNNIIIEERERRIIIIIIIIIGGOGOOSSSPPPOOODDDAAARRRKKKIIIWWOWOODDDNNNEEEJJJ ZZAZAAKKKààAàAADDDHHYHYYDDDRRROOOLLLOOOGGGIIIIII

H HY H Y Y D D D R RO R O O L LO L O O G GI G I IA A A m ma m a at t t e er e r ri i ia a a á áy á y y p p p o om o m mo o oc c c n n n i ic i c cz z z e e e

ddrdrriiinnĪnĪĪ...MMMaararreeekkkBBOBOODDDZZZIIIOOONNNYYY

KKrKrraaakkkóóówww220200000666

SPIS TREĝCI

1. Wprowadzenie...2

2. Pomiar wysokoĞci opadu...7

3. Stan i gáĊbokoĞü wody...14

4. Metody pomiaru objĊtoĞci przepáywu...28

5. Literatura...38

(2)

Laboratorium z meteorologii i hydrologii – wprowadzenie - 2 -

WPROWADZENIE do LABORATORIUM z METEOROLOGII i HYDROLOGII

METEOROLOGIA bada zjawiska i procesy zachodzące w atmosferze ziemskiej, jest dziaáem geofizyki i stanowi jedną z nauk fizycznych (meteoros - unoszący siĊ w powietrzu, logos - nauka).

HYDROLOGIA (hydro- + logos ‘nauka’) geogr., fiz., biol. nauka stanowiąca czĊĞü geofizyki, zajmująca siĊ badaniem wáaĞciwoĞci wody w obrĊbie wszystkich sfer Ziemi oraz jej obiegiem w przyrodzie.

Podstawowym Ĩródáem poznania procesów zachodzących w przyrodzie są obserwacje dokonywane na stacjach meteorologicznych i posterunkach wodowskazowych.

W zaleĪnoĞci od poáoĪenia geograficznego i wáaĞciwoĞci podáoĪa procesy te wykazują duĪą zmiennoĞü w czasie i przestrzeni. Raz zaobserwowane warunki nigdy siĊ juĪ nie powtarzają, ta "niepowtarzalnoĞü" powoduje, Īe tak waĪne jest rejestrowanie moĪliwie duĪej liczby parametrów meteorologicznych. Uzyskane dane są materiaáem do prac naukowych nt. atmosfery ziemskiej, a takĪe są wykorzystywane do prognozowania pogody. Odbiorcy prognoz meteorologicznych są róĪni, stąd wiele róĪnych typów prognoz.

POLSKA SIEû METEOROLOGICZNA

Polską sieü meteorologiczną tworzą trzy rodzaje stacji pracujących w ramach Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej:

¾ Stacje meteorologiczne (ok. 60) - najwaĪniejsze, zakres obserwacji szeroki, sáuĪący m.in. do sporządzania prognozy warunków pogodowych, mającej duĪe znaczenie dla komunikacji, (szczególnie lotniczej i morskiej), rolnictwa czy budownictwa. Najmniej 8 obserwacji na dobĊ.

¾ Posterunki meteorologiczne ( ok. 260) - zakres mniejszy. Wyniki wykorzystywane w nauce i dla planowania przestrzennego. 3 obserwacje na dobĊ.

¾ Posterunki opadowe ( ok. 500) - raz na dobĊ mierzy siĊ opad i pokrywĊ ĞnieĪną.

¾ Posterunki wodowskazowe (ok. 500) – pomiar stanu raz w ciągu doby, pomiar i okreĞlenie przepáywu

¾ Istnieje szereg stacji nie wchodzących do sieci IMGW, a zakáadanych przez placówki naukowe dla celów badawczych. Min. Politechnika Krakowska (Zakáad Hydrologii) posiada 2 stacje badawcze (w StróĪy – zlewnia rzeki TrzebuĔki oraz w Wielkiej Puszczy – zlewnia potoku Wielka Puszcza), oprócz standardowych obserwacji hydro- meteorologicznych prowadzone są tam obserwacje specjalne nie tylko z uwagi na wykorzystane przyrządy, ale równieĪ na czĊstoĞü samych pomiarów.

Stacja badawcza eksperymentalnej zlewni w Wielkiej Puszczy

Terminy i zakres obserwacji:

Obserwacje meteorologiczne powinny byü miĊdzy sobą porównywalne, a wiĊc na caáym obszarze Polski ustalono w jakich terminach, jakimi przyrządami (obecnie nastĊpują zmiany w tym wzglĊdzie) i w jaki sposób zainstalowanymi bĊdą wykonywane pomiary.

Na stacjach meteorologicznych pomiary są wykonywane w godzinach: 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 i 21 przy czym cztery z nich są gáównymi terminami synoptycznymi: 00, 06, 12 i 18 GMT. Na posterunkach meteorologicznych obserwacje wykonuje siĊ w trzech terminach: 07, 13 i 19 (w lecie) oraz 8, 12, 18 (w zimie). Posterunki opadowe prowadzą pomiar o godzinie 07.

Pomiarami meteorologicznymi objĊto zespóá parametrów fizycznych powietrza, wody atmosferycznej oraz gleby, do których naleĪą:

¾ temperatura powietrza (na róĪnych wysokoĞciach nad poziomem gruntu) i gleby (na róĪnych gáĊbokoĞciach), a takĪe niekiedy wody (w zbiornikach wodnych),

¾ ciĞnienie powietrza (przy powierzchni ziemi ale takĪe jego pionowy rozkáad),

¾ wilgotnoĞü powietrza (takĪe jej pionowy rozkáad wraz z powierzchniową warstwą gruntu),

¾ kierunek i prĊdkoĞü wiatru (na róĪnych wysokoĞciach),

¾ skáadowe bilansu promieniowania i bilansu cieplnego,

¾ widzialnoĞü, przeĨroczystoĞü i zanieczyszczenie powietrza,

¾ parametry charakteryzujące wymianĊ wody miĊdzy atmosferą, a powierzchnią Ziemi, takie jak: opady atmosferyczne (we wszystkich stanach skupienia wody), osady oraz parowanie z powierzchni gruntu i wód.

¾ pomiar stanu i przepáywu.

Do mierzenia wyĪej wymienionych parametrów wykorzystuje siĊ caáą gamĊ metod i przyrządów pomiarowych, od najstarszych i najprostszych po najnowsze zdobycze techniki.

Przyrząd pomiarowy skáada siĊ z czujnika, systemu przenoszenia i wskaĨnika.

Najistotniejszą czĊĞcią jest czujnik. Jest to, bowiem ten element, który reaguje na zmianĊ mierzonego parametru. Systemy przenoszenia mogą byü mechaniczne (ukáad dĨwigni i przekáadni) lub elektryczne (elektroniczne). WskaĨniki natomiast mogą byü róĪne ze wzglĊdu na rodzaj elementu wskaĨnikowego wyróĪnia siĊ nastĊpujące typy przyrządów:

¾ mierniki - miarą mierzonej wielkoĞci jest wychylenie wskazówki (mechaniczne lub elektryczne),

¾ rejestratory - mierzona wielkoĞü przekazywana i rejestrowana w sposób ciągáy.

Mechaniczne noszą nazwĊ samopisów - zapis graficzny. Elektryczne lub elektroniczne mogą mieü zapis analogowy lub cyfrowy.

¾ rejestratory odlegáoĞciowe - zawierają system przekazywania impulsów czujnika na wiĊksze odlegáoĞci drogą przewodową lub radiową.

STACJA METEOROLOGICZNA

WiĊkszoĞü obserwacji prowadzi siĊ w ogródku meteorologicznym. Jest to odsáoniĊty, ogrodzony obszar o powierzchni wyrównanej i poroĞniĊtej trawą. Powinien byü odsuniĊty od wysokich elementów w terenie, o co najmniej piĊciokrotną wysokoĞü tych elementów

Ogródek meteorologiczny na terenie zlewni Wielka Puszcza

(3)

Przyrządy meteorologiczne sáuĪące do okreĞlania temperatury i wilgotnoĞci powietrza są umieszczane w specjalnej, Īaluzjowej klatce, chroniącej je przed dziaáaniem promieni sáonecznych, opadów, osadów i silnych wiatrów. Klatka jest ustawiona na czterech nogach tak, Īeby zbiorniki zawieszonych w niej pionowo termometrów znajdowaáy siĊ na wysokoĞci 2 m nad powierzchnią gruntu. Drzwiczki klatki są skierowane na póánoc.

Oprócz klatki w ogródku znajdują siĊ:

deszczomierz (lub deszczomierze), poletko z termometrami gruntowymi i termometrem minimalnym przy powierzchni gruntu oraz wiatromierz. W niektórych stacjach znajduje siĊ szereg dodatkowych przyrządów pomiarowych (pluwiograf, zmarzlinomierz, aparatura aktynometryczna i wiele innych).

CzĊĞü przyrządów znajduje siĊ w pomieszczeniu stacji - są to przyrządy do pomiaru ciĞnienia (barometr, barograf, aneroid), a takĪe aparatura do wymiany i czĊĞci zapasowe.

Obserwacje naleĪy wykonywaü w takiej kolejnoĞci, aby termometry suchy i zwilĪony byáy odczytane dokáadnie w danym terminie. Do obowiązków obserwatora naleĪy odczytanie i zanotowanie wskazaĔ wszystkich przyrządów oraz postawienie reperu na paskach przyrządów samopiszących. Repery wykonuje siĊ w kaĪdym terminie obserwacyjnym przez podniesienie i opuszczenie piórka samopisu, które w ten sposób rysuje kreskĊ poprzeczną w stosunku do kreĞlonej krzywej.

Klatka meteorologiczna Z miejsca o dobrej widocznoĞci obserwator ocenia zachmurzenie, rodzaj chmur i zjawiska meteorologiczne, a takĪe ocenia widzialnoĞü poziomą i stan gruntu. W okresie zimowym, w porannym terminie obserwacyjnym, mierzy gruboĞü pokrywy ĞnieĪnej.

Paski w samopisach zmienia siĊ codziennie rano (przyrząd o zapisie dobowym) lub w poniedziaáki rano (zapis tygodniowy) i wtedy teĪ nakrĊca siĊ zegary i uzupeánia tusz w piórkach samopiszących.

Obserwator powinien Ğledziü zmiany pogody takĪe pomiĊdzy terminami obserwacji, powinien dbaü o czystoĞü i sprawnoĞü przyrządów.

Obecnie coraz czĊĞciej wykorzystuje siĊ najnowsze zdobycze techniki do pomiaru i rejestracji zjawiska meteorologicznych. Dane mierzone w terenie są przekazywane drogą telefoniczną lub drogą radiową bezpoĞrednio do stacji badawczych (odbiorców) i zapisywane w sposób cyfrowy.

Radiowa stacja meteorologiczna. Pomiar:

temperatura,

wilgotnoĞü, opady, wiatr, temp. punku rosy, temperatura

odczuwalna. Rejestracja danych (433 MHz - zasiĊg 200 m).

Radiowa stacja meteorologiczne

POSTERUNKI WODOWSKAZOWE

Posterunki wodowskazowe są to specjalne przekroje na ciekach koryt rzecznych, w których prowadzone są obserwacje stanów i przepáywów wody. Lokalizacja posterunków wodowskazowych musi zapewniaü moĪliwoĞü caáododobowych obserwacji przy caáym zakresie pomiarowym (moĪliwoĞü dokonania obserwacji przy kaĪdym przepáywie wystĊpującym w cieku). Posterunek powinien byü zlokalizowany w przekroju, który bĊdzie stabilny (brak akumulacji i erozji) oraz w miejscu, w którym na poziom wody nie mają wpáywu inne elementy czy obiekty (budowle hydrotechniczne, dopáywu czy odpáywu wody).

Na posterunkach pomiaru stanu wody dokonuje przy pomocy wodowskazów (najczĊĞciej są to áaty wodowskazowe). W przypadku obserwacji ciągáej stosuje siĊ limnimetry.

Profil wodowskazowy na cieku Wielka Puszcza

ZAPISYWANIE wyników obserwacji - dzienniki i wykazy.

Wyniki obserwacji z okresu jednego miesiąca zapisywane są w przeznaczonych do tego dziennikach. Są to:

¾ Dziennik synoptyczny - dla stacji meteorologicznych,

¾ Dziennik klimatologiczny - na posterunkach meteorologicznych,

¾ Dziennik temperatury gruntu.

BezpoĞrednio po obserwacji wpisuje siĊ do dzienników wskazania przyrządów i wyniki spostrzeĪeĔ wizualnych. NastĊpnie uwzglĊdnia siĊ poprawki do wartoĞci odczytanych i wyznacza z tablic potrzebne charakterystyki. Po ostatniej, wieczornej obserwacji oblicza siĊ wartoĞci Ğrednie dobowe poszczególnych parametrów i dokonuje siĊ zestawieĔ przebiegu zjawisk w danej dobie.

Co miesiąc zestawia siĊ:

¾ miesiĊczny wykaz spostrzeĪeĔ meteorologicznych,

¾ miesiĊczny wykaz opadowy,

¾ wyniki pomiaru temperatury gruntu.

Po przepisaniu wyników codziennych obserwacji do wykazu, sporządza siĊ charakterystyki miesiĊczne:

¾ wartoĞci Ğrednie miesiĊczne,

¾ sumy miesiĊczne opadu i parowania,

¾ wartoĞci ekstremalne,

¾ liczby dni o charakterystycznych wartoĞciach poszczególnych parametrów,

¾ rozkáad wiatrów.

(4)

Podobnie zapisuje siĊ obserwacje stanów wody, które przelicza siĊ na przepáyw w danym profilu uĪywając do tego krzywej konsumcyjnej. W okreĞlonych okresach czasu sprawdza siĊ zgodnoĞü krzywej z rzeczywistym przepáywem poprzez pomiar przepáywu.

OPRACOWANIE pasków z przyrządów samopiszących.

Ze wzglĊdu na czas obrotu bĊbna z taĞmą wyskalowanego papieru, rozróĪniamy samopisy dobowe i tygodniowe.

Do ciągáego zapisu ciĞnienia sáuĪy barograf (pasek papieru z wykresem zmian ciĞnienia nosi nazwĊ barogram), temperatury - termograf (wykres - termogram), wilgotnoĞci wzglĊdnej - higrograf (wykres - higrogram), opadów - pluwiograf (wykres - pluwiogram), a usáonecznienia - heliograf (zapis - heliogram).

Wszelkie niedokáadnoĞci przyrządów samopiszących powodują, Īe wartoĞci parametrów odczytane z wykresu obarczone są báĊdami. W dokonywaniu poprawek pomagają repery zaznaczone w czasie obserwacji wykonywanych przyrządem podstawowym (np. barometrem rtĊciowym).

Opracowanie pasków polega na odczytaniu i wyliczeniu wartoĞci poprawionych, mierzonego elementu w Īądanych odstĊpach czasu (godzinowych lub mniejszych). Obecnie paski podlegają obróbce komputerowej. Pierwszą czynnoĞcią jest wprowadzenie poprawek czasowych - jeĞli reper z danej godziny nie pokrywa siĊ z odpowiednią linią siatki na pasku samopisu, naleĪy odstĊpy miĊdzy kolejnymi reperami podzieliü na tyle czĊĞci ile godzin dzieli zaznaczone nimi obserwacje. NastĊpną czynnoĞcią jest odczytanie wartoĞci parametrów w przyjĊtych odstĊpach czasu (n p godzina) i wpisanie ich do formularza. W terminach obserwacji (7, 13, 19 – w lecie; 8, 12, 18 – w zimie) wyliczamy róĪnicĊ pomiĊdzy odczytem z samopisu (np. barografu) i przyrządu podstawowego (barometru) - stanowi ona poprawkĊ do odczytu z samopisu. PoprawkĊ rozkáadamy równomiernie na poszczególne odstĊpy czasu (np. godzinne) i po dodaniu (z uwzglĊdnieniem znaku) otrzymujemy wáaĞciwą wartoĞü mierzonego elementu. Zostają do wyznaczenia wartoĞci ekstremalne, które nie zawsze wystĊpują w peánych godzinach. Do ich odczytów wprowadza siĊ poprawkĊ Ğrednią z wartoĞci poprawek dla sąsiednich godzin.

Heliograf nie jest typowym samopisem. TaĞma jest tu przepalana przez SáoĔce i stąd moĪemy wnioskowaü o czasie i natĊĪeniu usáonecznienia. Opracowanie polega na odczytaniu z dokáadnoĞcią do 0,1 godziny czasu bezpoĞredniego Ğwiecenia SáoĔca i wpisaniu tej wartoĞci do formularza. UwzglĊdniamy nawet najsáabsze Ğlady wypalenia.

Opracowanie pluwiogramu polega na odczytaniu sum opadów w przedziaáach czasu (np. godzina) i czasu trwania opadu.

Roczniki meteorologiczne i hydrologiczne

Wyniki obserwacji meteorologicznych i hydrologicznych odpowiednio zestawione i obliczone są publikowane przez IMGW w „Rocznikach meteorologicznych”. Roczniki ukazują siĊ od 1921 roku i w róĪnych okresach zmieniaáy swoją formĊ i zawartoĞü, pozostając jednym, czasem wieloczĊĞciowym rocznikiem. Po roku 1982 roczniki przestaáy byü dostĊpne, obecnie IMiGW oferuje dane odpáatnie w postaci zapisów na páytach CD.

Codzienne mapy synoptyczne z godziny 00 i 12 GMT są publikowane w „Biuletynach synoptycznych”.

UĞrednione dane z okresów wieloletnich zamieszczane są w publikacjach i pracach naukowych (atlasy opadów, atlasy klimatyczne itp.) Instytutu lub poszczególnych jego pracowników.

POMIAR WYSOKOĝCI OPADU - 7 -

OPAD

Opad jest to produkt kondensacji pary wodnej, który w stanie staáym (Ğnieg, grad) lub ciekáym (deszcz) dociera do powierzchni terenu.

Od opadu naleĪy odróĪniü osady - stanowiące równieĪ produkt kondensacji - ze wzglĊdu na odmienny sposób ich formowania.

Opad mierzymy wysokoĞcią warstwy wody, jaka powstaáaby na terenie gdyby byá szczelny, páaski i nie byáoby parowania. WysokoĞü opadu wyraĪamy w mm.

Opad wyraĪony w mm odnosi siĊ do punktu pomiarowego i jego najbliĪszego otoczenia. JeĞli pod uwagĊ bierze siĊ obszar objĊty opadem wówczas wygodniej jest posáugiwaü siĊ objĊtoĞcią opadu, jaka spada na dany teren w jednostce czasu. Mówimy wówczas o wydajnoĞci opadu (ale w poáączeniu z jednostką czasu na jednostkĊ powierzchni).

Dla przykáadu:

JeĞli na pow. 1 m² - spadnie deszcz o wysokoĞci 1 mm to objĊtoĞü wody wyniesie - 1 litr JeĞli na pow. 1 ha - spadnie deszcz o wysokoĞci 1 mm to objĊtoĞü wody wyniesie - 10 m³ JeĞli na pow. 1 km²- spadnie deszcz o wysokoĞci 1 mm to objĊtoĞü wody wyniesie -1000 m³

Rodzaj opadów atmosferycznych.

Jako najczĊĞciej wystĊpujące opady moĪna wymieniü: deszcz, mĪawkĊ, Ğnieg z deszczem, krupy ĞnieĪne i grad.

DESZCZ - opad záoĪony z kropel wody o Ğrednicy wiĊkszej niĪ 0,5 mm. Jest to najczĊĞciej pojawiający siĊ opad w naszym klimacie.

MĩAWKA - opad drobnych kropelek wody o Ğrednicy mniejszej od 0,5 mm, które spadają bardzo wolno i są áatwo przenoszone przez wiatr w kierunku poziomym.

ĝNIEG - opad krysztaáków lodu, które mają zwykle delikatną, rozgaáĊzioną strukturĊ. Podstawową formą cząstek tego opadu są gwiazdki szeĞcioramienne o piĊknej i bogatej kompozycji. Przy temperaturach nieco niĪszych od zera krysztaáki áączą siĊ zwykle w páatki (ĞnieĪynki), a te czĊsto w duĪe páaty.

ĝNIEG Z DESZCZEM - opad Ğniegu i deszczu lub mokrego Ğniegu, wystĊpujący w temperaturach zbliĪonych do zera i wyĪszych od zera.

KRUPY ĝNIEĩNE - opad biaáych, kulistych lub stoĪkowatych ziarenek o Ğrednicy od 2 do 5 mm.

Podczas spadania na twarde podáoĪe odbijają siĊ i rozpryskują.

GRAD - opad kulek lub bryáek lodu nieforemnego ksztaátu (gradzin) o Ğrednicy do 50 mm, czasami wiĊkszych. Pada przy temperaturach wyĪszych od 0^oC, w ciepáej porze roku, zwykle towarzyszy mu burza atmosferyczna. NajczĊĞciej wystĊpuje w niĪszych szerokoĞciach geograficznych, a najwiĊksze gradziny spotykane są w strefie miĊdzyzwrotnikowej.

Znane są ponadto takie opady, jak deszcz marznący, mĪawka marznąca, Ğnieg ziarnisty, ziarna lodowe i sáupki lodowe.

Opady moĪna takĪe podzieliü na ciągáe, z przerwami, przelotne i roszące.

OPADY CIĄGàE - są to opady deszczu lub Ğniegu trwające przez dáuĪszy czas bez przerwy (wiĊcej niĪ 6 godzin) lub z bardzo krótkimi przerwami, o przeciĊtnym i dosyü równomiernym natĊĪeniu (wiĊkszym niĪ 0,5 mm/godz.), obejmujące na ogóá swym zasiĊgiem duĪe obszary. Padają zwykle z chmur warstwowych deszczowych Ns i Ğrednich warstwowych As uformowanych przy wznoszeniu siĊ powietrza wzdáuĪ powierzchni frontowych.

OPADY Z PRZERWAMI - są to równomierne opady, zazwyczaj o maáym natĊĪeniu, z chmur warstwowych, padające z przerwami.

OPADY PRZELOTNE - są to opady zwykle krótkotrwaáe o zmiennym, lecz duĪym natĊĪeniu (ulewy).

Pochodzą z chmur káĊbiastych deszczowych (Cb). Opadom przelotnym towarzyszą czĊsto silne i porywiste wiatry oraz burze, báyskawice i grzmoty. Opady te, dlatego są zazwyczaj krótkotrwaáe, Īe pochodzą z oddzielnych chmur lub z chmur wystĊpujących w stosunkowo wąskich strefach opadowych, szybko przemieszczających siĊ frontów cháodnych.

(5)

OPADY ROSZĄCE - są to niewielkie opady bardzo drobnej mĪawki lub bardzo maáych ĞnieĪynek, pochodzące z chmur niskich warstwowych (St) lub káĊbiasto-warstwowych (Sc).

Inne podziaáy:

OPADY OROGRAFICZNE - związane z rzeĨbą terenu i wystĊpują po dowietrznej stronie gór.

Poziomo przemieszczająca siĊ masa powietrza napotykając na przeszkodĊ w postaci gór ulega spiĊtrzeniu i wznosi siĊ po zboczu do góry. Ocháadza siĊ adiabatycznie w wyniku, czego powstają chmury i ciągáe, na ogóá dáugotrwaáe, opady (do kilku dni).

DZESZCZE ULEWNE - ulewami nazywamy takie opady, które w krótkim czasie dają duĪe iloĞci wody.

Ten rodzaj opadu charakteryzowany jest przez nastĊpujące parametry: natĊĪenie, czas trwania oraz wydajnoĞü.

Osady atmosferyczne.

Do najczĊĞciej wystĊpujących u nas osadów atmosferycznych zaliczamy: rosĊ, szron, szadĨ i goáoledĨ.

ROSA - jest to zbiór kropelek wody tworzących siĊ bezpoĞrednio na powierzchni gleby, roĞlinnoĞci i przedmiotach znajdujących siĊ na powierzchni Ziemi, w wyniku kondensacji pary wodnej otaczającego powietrza w temperaturze wyĪszej od 0^oC. Osad ten powstaje wówczas, gdy temperatura wymienionych powierzchni spada poniĪej temperatury punktu rosy otaczającego jej powietrza. Przyczyną takiego oziĊbienia jest zwykle wypromieniowywanie energii cieplnej z powierzchni czynnej, które osiąga najwiĊksze wartoĞci podczas bezchmurnych nocy.

Dlatego bezchmurne noce sprzyjają powstawaniu rosy. IloĞü osadzającej siĊ rosy roĞnie wraz ze wzrostem wilgotnoĞci przygruntowej warstwy powietrza. Im wiĊcej pary wodnej zawiera przygruntowe powietrze, tym wiĊcej jej moĪe siĊ skraplaü w postaci rosy przy odpowiednim spadku temperatury. DuĪy wpáyw na iloĞü i czĊstoĞü wystĊpowania rosy wywiera prĊdkoĞü wiatru.

SZRON - jest to osad lodu o wyglądzie krystalicznym powstający w podobny sposób jak rosa, ale przy temperaturze powietrza niĪszej niĪ 0^oC.

SZADħ - jest to uwarstwiony osad w postaci ziarenek lodu, o barwie biaáej lub jasno-peráowej, osiągający niekiedy znaczną gruboĞü, dochodzącą nawet do 200 mm i wiĊcej. Gromadzi siĊ na wyziĊbionych poniĪej 0^oC drzewach, krzewach, przewodach telekomunikacyjnych, budynkach itp., przewaĪnie po stronie zwróconej do wiatru, który niesie wilgotne powietrze lub czĊsto mgáĊ. W odróĪnieniu od szronu, do którego podobna jest budowa, szadĨ powstaje w kaĪdej porze doby. W wysokich górach osad ten czĊsto odgrywa bardzo duĪą rolĊ ze wzglĊdu na czĊste pojawianie siĊ i na znaczne iloĞci wody, jakie wnosi w ogólny bilans produktów kondensacji pary wodnej. SzadĨ obciąĪa i áamie gaáĊzie drzew, obrywa przewody telekomunikacyjne. Szkody wywoáane w ten sposób mają niekiedy charakter katastrofalny.

W Polsce, na obszarach nizinnych szadĨ wystĊpuje zwykle tylko w cháodnej porze roku i to bardzo rzadko. ĝrednia roczna liczba dni z tym osadem wynosi zaledwie kilka dni.

GOàOLEDħ - jest to gáadki, szklisty osad lodu tworzący siĊ na powierzchni gleby oziĊbionej do temperatury niĪszej lub nieco wyĪszej od 0^oC i na przedmiotach znajdujących siĊ na niej, w wyniku zamarzania przecháodzonych spadających kropel deszczu lub mĪawki. Osad ten osiąga znaczną gruboĞü, zwáaszcza na przedmiotach wystawionych na bezpoĞredni wpáyw wiatru, i podobnie jak szadĨ, wyrządza wówczas duĪe szkody, áamiąc gaáĊzie, a nawet sáupy telekomunikacyjne itp.

Mgáy

Mgáą nazywamy zawiesinĊ bardzo maáych kropelek wody (rzadziej, przy bardzo niskich temperaturach, krysztaáków lodu lub jednych i drugich jednoczeĞnie) w powietrzu, zmniejszając widocznoĞü poziomą poniĪej 1 km². Mgáa tworzy biaáą zasáonĊ przesáaniającą krajobraz. JeĞli przy wystĊpowaniu takiej zasáony widzialnoĞü jest wiĊksza niĪ 1 km, wówczas zjawisko to nazywamy nie mgáą, lecz zamgleniem. Owo zmniejszenie widzialnoĞci stanowi kryterium przy obserwacjach mgáy.

Mgáa powstaje zwykle wskutek oziĊbienia siĊ powietrza poniĪej punktu rosy, przy czym skraplanie siĊ pary wodnej nastĊpuje tuĪ nad glebą lub na stosunkowo niewielkich odlegáoĞciach od powierzchni Ziemi. Wskutek maáych rozmiarów kropelki mgáy unoszą siĊ w powietrzu i bardzo wolno opadają. Pod wzglĊdem sposobu powstawania moĪna rozróĪniü takie gáówne rodzaje mgieá, jak: radiacyjną i frontową.

MGàA RODIACYJNA - nazywana równieĪ mgáą z wypromieniowania, powstaje przy silnym oziĊbieniu siĊ powierzchni Ziemi wskutek wypromieniowania ciepáa z jej powierzchni, od niej oziĊbia siĊ powietrze i gdy jego temperatura spadnie poniĪej punktu rosy, zawarta w powietrzu para wodna skrapla siĊ. Mgáa radiacyjne utrzymuje siĊ albo tuĪ przy glebie, jako mgáa przyziemna (niska), albo siĊga do kilkuset metrów wysokoĞci i nosi wtedy nazwĊ mgáy wysokiej (górnej).

Mgáa przyziemna pojawia siĊ u nas najczĊĞciej w drugiej poáowie lata i na jesieĔ, podczas pogodnych i bezwietrznych nocy. Związana jest z nocną inwersją temperatury powietrza. Po wschodzie SáoĔca, a takĪe wraz z pojawieniem siĊ silniejszego wiatru, mgáa i inwersja zanikają. W páaszczyĨnie poziomej mgáa przyziemna rozprzestrzenia siĊ zwykle w formie oddzielnych páatków, przewaĪnie w zagáĊbieniach terenu, w sąsiedztwie bagien, na polanach leĞnych, a wiĊc nad obszarami silnie wyziĊbionymi wskutek duĪego wypromieniowywania efektywnego.

MGàA ADWEKCYJNA - tworzy siĊ wówczas, gdy napáywające ciepáe i wilgotne powietrze ocháadza siĊ wskutek przepáywu lub stagnacji nad znacznie cháodniejszym podáoĪem. Okresem sprzyjającym powstawaniu mgáy adwekcyjnej jest raczej cháodna pora roku, przede wszystkim listopad i grudzieĔ. WystĊpuje ona u nas w tym czasie dosyü czĊsto przy adwekcji wilgotnego powietrza zwrotnikowo - morskiego lub ciepáego powietrza polarno - morskiego. SiĊga do wysokoĞci wielu setek metrów. Towarzyszy jej zwykle dosyü silny wiatr.

Sposoby pomiaru opadu

Pomiar opadu polega na zmierzeniu wysokoĞci warstwy wody jaka spada na badany teren. Wykonuje siĊ go na stacjach meteorologicznych i wybranych posterunkach opadowych. Pomiar odbywa siĊ przy uĪyciu przyrządów standardowych (deszczomierzy i pluwiografów) bądĨ przy uĪyciu czujników wchodzących w skáad automatycznego systemu rejestracji danych. Deszczomierze mierzą sumy dobowe (wpisywane zawsze za poprzednią dobĊ). Są to najczĊĞciej blaszane pojemniki o okreĞlonej powierzchni wlotu, posiadające we wnĊtrzu zbiornik na wodĊ opadową. Mimo prostej konstrukcji pomiar opadu obciąĪony jest báĊdami wywoáanymi deformacją strugi w pobliĪu samego deszczomierza, zwilĪeniem Ğcianek naczynia przez opad, parowaniem wody ze zbiornika.

Pomiar wysokoĞci opadu za pomocą deszczomierza

Pomiary opadu na posterunkach opadowych przeprowadza siĊ 1 raz dziennie o godz. 7⁰⁰. Dla celów synoptycznych mierzy siĊ opad cztery razy na dobĊ oraz dodatkowo w pewnych szczególnych przypadkach. Wyniki pomiarów wpisuje siĊ do dziennika obserwacyjnego, przy czym pamiĊtaü naleĪy, Īe zmierzoną sumĊ dobową wpisuje siĊ do dziennika z datą dnia poprzedniego. Pomiar opadu wykonuje siĊ przy pomocy specjalnie do tego celu wyskalowanej menzurki, która w dolnej czĊĞci posiada skalĊ skaĪoną, pozwalającą na odczytywanie opadów mniejszych od 1 mm. Menzurka dostosowana jest do powierzchni standardowej równej 200 cm² i wyskalowana jest bezpoĞrednio w mm wysokoĞci opadu. Wlewając do menzurki objĊtoĞü wody zgromadzonej w naczyniu odczytujemy na skali wprost wysokoĞü danego opadu.

Deszczomierz Hellmanna

Przyrząd standardowy stosowany do wysokoĞci 500 m. n. p. Skáada siĊ z odbiornika, podstawy, zbiornika, wkáadki uĪywanej podczas opadów Ğniegu oraz trzymadáa sáuĪącego do zawieszenia przyrządu na paliku. Powierzchnia chwytna wynosi 200 cm². Deszczomierz przytwierdza siĊ do sáupka tak, by wlot do niego znajdowaá siĊ w poziomie na wysokoĞci 1 m nad powierzchnią terenu. PowyĪej 500 m n.p.m.

deszczomierze montuje siĊ tak by ich powierzchnia wlotowa znajdowaáa siĊ na wysokoĞci 1,5 m nad powierzchnią terenu.

(6)

BáĊdy w pomiarze deszczomierzem Hellmanna Opad mierzony deszczomierzem obarczony jest báĊdem spowodowanym dziaáaniem wiatru, który powoduje, Īe czĊĞü kropli deszczu jest wywiewana znad powierzchni chwytnej deszczomierza.

Opracowane poprawki wskazują, Īe ich wartoĞü roĞnie wprost proporcjonalnie do kwadratu prĊdkoĞci. W celu unikniĊcia zakáóceĔ spowodowanych wiatrem stosuje siĊ specjalne osáony deszczomierzowe.

Poprawka na parowanie wiąĪe siĊ z wpáywem deficytu wilgotnoĞci powietrza i prĊdkoĞci wiatru na proces parowania wody zgromadzonej w zbiorniku. W okresie letnim moĪna przyjąü wielkoĞü parowania od 0,2 – 0,5 mm na dzieĔ.

Poprawka na zwilĪenie deszczomierza spowodowana jest stratą opadu, który spáywając do dolnego zbiornika zwilĪa Ğcianki deszczomierza.

Jednorazowe zwilĪenie deszczomierza wynosi 0,26 mm, z czego na górną czĊĞü (naczynie przechwytujące opad) przypada 0,15 mm.

Deszczomierz Hellmanna

Pluwiograf

Pluwiograf

Pluwiografy rejestrują przebieg opadu dostarczając tym samym peánej informacji o przebiegu procesu.

Są to urządzenia rejestrujące przebieg zjawiska w ciągu caáego rozpatrywanego okresu czasu. Zbudowane są z obudowy metalowej, czĊĞü chwytna skáada siĊ z otworu wlotowego o powierzchni standardowej 200 cm2 zakoĔczonej dnem wyksztaáconym w postaci lejka. Zbierany opad poprzez lejek, gumowym wĊĪem dostaje siĊ do zbiorniczka, w którym znajduje siĊ páywak. Przymocowane za pomocą prĊta poáączonego z páywakiem piórko, przylegające do taĞmy papieru nawiniĊtej na metalowy bĊben poruszany mechanizmem zegarowym, kreĞli wykres zwany pluwiogramem, przedstawiający aktualny stan wody w zbiorniczku, odpowiadający sumie opadu od jego początku do momentu analizowanego.

PoniewaĪ objĊtoĞü zbiorniczka jest ograniczona (10 mm), wyposaĪono go w urządzenie przelewowe oparte na zasadzie dziaáania lewara.

DziĊki temu pomiar opadu nie zaleĪy od jego wysokoĞci. W miejsce zbiorniczka wprowadza siĊ czĊsto urządzenia korytkowe, znacznie áatwiejsze w obsáudze i znacznie pewniejsze.

Skáada siĊ ono z dwóch bliĨniaczych korytek umieszczonych pod otworem wlotowym w ten sposób, by po wypeánieniu siĊ wodą jednego z nich nastąpiá wywrócenie, powodujące umieszczenie pod otworem wlotowym drugiego z nich (zobacz: deszczomierz korytkowy).

Analiza zarejestrowanych w ten sposób pojedynczych opadów pozwala na odczytanie początku i koĔca opadu, czasu jego trwania, wyodrĊbnienia okresów o róĪnych natĊĪeniach opadu w przyjĊtych jednostkach czasu. Pluwiogram to krzywa sumowa opadu, której koniec wskazuje caákowitą wysokoĞü zarejestrowanego opadu. JeĪeli poáączymy koniec tej krzywej z jej początkiem uzyskamy prostą, której nachylenie do osi odciĊtych przedstawia Ğrednie natĊĪenie zarejestrowanego opadu. Nachylenie stycznej do krzywej w dowolnym jej punkcie przedstawia natĊĪenie chwilowe dla danego punktu. NajwiĊksze nachylenie stycznej do krzywej przedstawia maksymalne natĊĪenia opadu.

Pluwiograf

Deszczomierz wagowy

Deszczomierz wagowy

Do ciągáej rejestracji opadu w czasie sáuĪą deszczomierze sprzĊgniĊte z rejestratorami.

Jednym z takich rozwiązaĔ jest deszczomierz wagowy. Zasada dziaáanie jest zbliĪona do deszczomierza Hellmana, z tą jednak róĪnicą, Īe zbiornik, w którym gromadzi siĊ opad znajduje siĊ na wadze. Waga jest sprzĊgniĊta z rejestratorem, który rejestruje przyrost wagi (objĊtoĞci) opadu w czasie – co póĨniej jest przeliczane na wysokoĞü opadu.

Takie rozwiązanie wymaga jednak, aby obserwator (raz na dobĊ) opróĪniaá zbiornik.

Deszczomierz korytkowy

Innym rozwiązaniem do ciągáego pomiaru deszczu jest deszczomierz korytkowy.

Deszczomierz skáada siĊ z dwóch symetrycznych zbiorników (korytek) podpartych centralnie.

ObjĊtoĞü korytek jest znana. Podczas wystąpienia opadu korytka są wypeániane naprzemian. W wyniku napeániania zmienia siĊ ciĊĪar i po caákowitym napeánieniu korytka zachwiana zostaje równowaga w wyniku, czego urządzenie przechyla siĊ. NastĊpuje wówczas opróĪnienie jednego z korytek, a drugie napeánia siĊ. Rejestrator zlicza liczbĊ przechyleĔ urządzenia i na tej podstawie okreĞla siĊ objĊtoĞci (wysokoĞü) opadu w czasie.

Deszczomierz korytkowy

(7)

Automatyczne stacje opadowe

Automatyczne stacje opadowe pozwalają na ciągáą rejestracje wysokoĞci opadów czasie, dodatkową zaletą tego rozwiązania jest moĪliwoĞü Przekazywania danych na drogą radiową do stacji pomiarowych i ich rejestracja na noĞnikach cyfrowych. Przyspiesza to znacznie analizĊ zachodzących zmian, jak równieĪ uáatwia gromadzenie danych.

Radiowydeszczomierz o zasiĊgu 200 m. Pomiar 1 h, 24 h, caákowity, wykres opadów z 24 h.

Stacja meteorologiczna w aluminiowej obudowie (wodoodporna). Pomiar temperatury, wilgotnoĞci,

ciĞnienia, opady, kierunek i prĊdkoĞü wiatru, temp. punktu rosy, temp. odczuwalna

(radiowa 86.8 MHz, zasiĊg do 1000 m).

Deszcze nawalne, natĊĪenie, wydajnoĞü, skala Chomicza

Deszcze o duĪym natĊĪeniu i krótkim czasie trwania nazywamy deszczami nawalnymi. Z pojĊciem deszczu nawalnego áączy siĊ jego natĊĪenie i wydajnoĞü.

NatĊĪeniem opadu (intensywnoĞcią) nazywamy stosunek wysokoĞci opadu do czasu jego trwania i wyraĪamy go w mm/min.

WydajnoĞü opadu jest to objĊtoĞü opadu, jaka spadáa na jednostkĊ powierzchni w jednostce czasu i wyraĪamy ją w l/s·ha lub w m3 /s·km2.

Czas trwania opadu jest to czas od chwili wystąpienia opadu do jego zakoĔczenia.

Podstawową jednostką intensywnoĞci opadu jest jednostka wyraĪona w mm/min lub mm/godz.

NatĊĪenie opadu mierzy siĊ teĪ w jednostkach objĊtoĞci opadu przypadających na jednostkĊ czasu – sekundĊ- i jednostkĊ powierzchni np. ha lub km² powierzchni. Tego typu jednostki stosuje siĊ np. do projektowania kanalizacji miejskiej odprowadzającej wody burzowe.

NaleĪy pamiĊtaü, Īe wydajnoĞü opadu odnosi siĊ do caáego opadu natomiast natĊĪenie odnosi siĊ do pewnego przedziaáu czasu.

W Polsce deszcze nawalne wystĊpują tylko w lecie, najczĊĞciej w czerwcu, lipcu i sierpniu. Deszcze nawalne z racji swojej wydajnoĞci, która wiąĪe siĊ z zagroĪeniem powodziowym, podlegają klasyfikacji. Prowadzona jest ona w zaleĪnoĞci od natĊĪenia opadu. W Polsce klasyfikacją deszczu zajmowaá siĊ miĊdzy innymi Chomicz. Analizowaá on zaleĪnoĞü wydajnoĞci opadu od czasu jego trwania i na bazie uzyskanych wyników sporządziá wykresy, gdzie na osi odciĊtych przedstawiony jest czas trwania opadu, na osi rzĊdnych odpowiadająca mu suma. ZaleĪnoĞü mająca ksztaát paraboli pozwala na okreĞlenie kaĪdego zdarzenia opadowego i jego klasyfikacjĊ. MoĪna w ten sposób porównywaü ze sobą róĪne deszcze zarówno pod wzglĊdem wydajnoĞci jak i natĊĪenia. Chomicz przez wydajnoĞü rozumie caákowitą sumĊ opadu.

Ogólne równanie, które staáo siĊ podstawą opracowywanych nomogramów i tabel pozwalających na klasyfikacjĊ deszczów o duĪym natĊĪeniu ma nastĊpującą postaü:

t u

D

gdzie: u - wydajnoĞü deszczu w mm

v - wspóáczynnik wydajnoĞci opadu równy

D 2

²

k

k - numer skali Chomicza t - czas trwania opadu w minutach

Skala Chomicza

Kategoria deszczu StopieĔ

skali Wspóáczynnik wydajnoĞci

opadu v OkreĞlenie Znak literowy

0 0.0 - 1.0 zwykáy deszcz

1 1.01 - 1.40 silny deszcz Ao

2 1.41 - 2.00 deszcz ulewny – I st A1

3 2.01 - 2,82 deszcz ulewny – II st A2

4 2.83 - 4.00 deszcz ulewny - III st A3

5 4.01 - 5.65 deszcz ulewny - IV st A4

6 5.66 - 8.00 deszcz nawalny - V st B1

7 8.01 - 11.30 deszcz nawalny – VI st B2

8 11.31 - 16.00 deszcz nawalny – VII st B3

9 16.01 - 22.61 deszcz nawalny – VIII st B4

10 22.62 - 32.00 deszcz nawalny – IX st B5

11 32.01 - 45.23 deszcz nawalny – X st B6

12 45.24 - 64.00 deszcz nawalny – XI st B7

Polska jest krajem, w którym deszcze nie osiągają najwyĪszych natĊĪeĔ. NajczĊĞciej notowane kategorie deszczu to deszcze ulewne III i IV stopnia.

Pomiar pokrywy ĞnieĪnej

Zasoby wody w Ğniegu okreĞla siĊ na podstawie pomiarów punktowych gruboĞci szaty ĞnieĪnej wykonywanych za pomocą przyrządów staáych (áata Ğniegowa) lub przenoĞnych (laska Ğniegowa). Pomiary muszą byü wykonywane na wiĊkszym obszarze w wielu punktach, poniewaĪ róĪnice gruboĞci szaty ĞnieĪnej są bardzo duĪe.

Metoda trójkątów polega na wytyczeniu trójkąta o bokach dáugoĞci ok. 1 km. GruboĞü pokrywy ĞnieĪnej okreĞla siĊ na bokach trójkąta w odlegáoĞciach co 100 m (osobno w terenie otwartym i zalesionym). Metoda poligonów polega na wytyczeniu w terenie ciągu poligonowego oraz na pomiarze gruboĞci szaty ĞnieĪnej w punktach wierzchoákowych zaáoĪonego poligonu. Najbardziej praktyczna jest metoda patrolowa, polegająca na obraniu na mapie kierunków patrolu, natomiast punkty pomiarowe wyznacza siĊ w trakcie pomiaru. Pomiary wykonuje siĊ nie rzadziej, niĪ co 20 dni w okresie przyrastania pokrywy ĞnieĪnej i nie rzadziej niĪ co 5 dni w okresie jej zanikania. Na podstawie wyników pomiarów punktowych wykreĞla siĊ linie jednakowych gruboĞci pokrywy ĞnieĪnej – izohiony.

ĝrednią gruboĞü warstwy Ğniegu w zlewni oblicza siĊ metodą izohiet.

Zapas wody w pokrywie ĞnieĪnej na obszarze caáej zlewni oblicza siĊ jako iloczyn punktowego zapasu wody i powierzchni obszaru.

Skrajnym przypadkiem retencji zimowej są lodowce tworzące siĊ na obszarach, na których Ğnieg wystĊpuje caáy rok.

Przyrząd do pomiaru pokrywy ĞnieĪnej

IloĞü wody zawartej w Ğniegu, zwaną zapasem wody w pokrywie ĞnieĪnej h okreĞla siĊ ze wzoru:

] [ 10

10

h h mm

h _s _Ğn _s

w

Ğn

U

J

U

^gdzie:

Jw – ciĊĪar objĊtoĞciowy wody, Jw = 1 [g/cm³], hs – gruboĞü pokrywy ĞnieĪnej [cm], UĞn – gĊstoĞü Ğniegu [g/cm³].

(8)

POMIAR STANU I GàĉBOKOĝCI WODY - 14 -

POMIAR STANU WODY I GàEBOKOĝCI WODY

Stan wody - wysokoĞü zwierciadáa wody ponad poziom (zerowy) porównawczy.

GáĊbokoĞü - wysokoĞü zwierciadáa wody ponad dno cieku.

Napeánienie - wysokoĞü zwierciadáa wody ponad dno teoretyczne (dotyczy profilu cieku). Dno teoretyczne – jest to dno wyznaczone przez zwierciadáo wody przy przepáywie równym zero.

napeánienie dno teoretyczne (Q=0 m³/s)

stan wody

gáĊbokoĞü

poziom (zerowy) porównawczy

POMIAR STANU WODY

Stany wody są podstawową charakterystyką hydrologiczną rzeki. Mierzy siĊ je za pomocą wodowskazów. Miejsce prowadzenia pomiarów stanów wody nazywa siĊ posterunkiem wodowskazowym, natomiast punkt na rzece, w którym zainstalowany jest wodowskaz, nosi nazwĊ profilu wodowskazowego.

Profile wodowskazowe:

Profil wodowskazowy powinien byü tak zlokalizowany, aby moĪliwe byáo wáaĞciwe funkcjonowanie posterunku.

Lokalizacja profilu winna speániaü nastĊpujące warunki:

9 koryto rzeki w profilu wodowskazowym powinno byü zwarte, jednolite i mieĞciü (w miarĊ moĪliwoĞci) caáy przepáyw rzeki,

9 zwierciadáo wody w profilu wodowskazowym powinno byü swobodne (nie powinno znajdowaü siĊ pod wpáywem spiĊtrzeĔ i depresji wywoáanych przez czynniki naturalne i sztuczne),

9 dno rzeki nie powinno ulegaü zmianom (erozji lub akumulacji), jak równieĪ nie powinno zarastaü roĞlinnoĞcią rzeczną,

9 profil musi byü tak dobrany, aby istniaáy w nim dogodne warunki techniczne do zaáoĪenia wodowskazu oraz by moĪna byáo zapewniü dobrą ochronĊ wodowskazu przed uszkodzeniami,

9 wodowskaz musi byü áatwo dostĊpny dla obserwatora przy kaĪdym stanie wody, odczytanie zaĞ podziaáki wodowskazowej moĪliwe o kaĪdej porze (równieĪ w nocy).

Wodowskazy:

Wodowskazy áatowe

NajczĊĞciej spotykany typ wodowskazu, stosowany przez sáuĪby hydrologiczne.

NajwaĪniejszą czĊĞcią skáadową tego wodowskazu jest áata wodowskazowa oraz

podziaáka.

(9)

Istotnym elementem wodowskazu jest poziom zera podziaáki wodowskazowej.

Poziom ten, ustalany niwelacyjnie i jest w zasadzie dowolny. W praktyce poziom zera wodowskazu przyjmuje siĊ poniĪej najniĪszego stanu wody lub z uwagi na erozjĊ denną powodującą pogáĊbianie dna rzeki (w ten sposób unika siĊ odczytów ujemnych).

àaty wykonywane są z róĪnych materiaáów: drewno, metal, tworzywo sztuczne. WyposaĪone są w podziaáki. Skala podziaáki oraz cyfry mogą byü namalowane lub wypalone, lub stanowiü jednolitą caáoĞü z áatą (odlew z Īeliwa lub aluminium). NajczĊĞciej podziaáka skáada siĊ z segmentów o dáugoĞci od 60 – 100 cm, które są przymocowane do áaty.

Lokalizacja áat wodowskazowych:

Wodowskaz wolno stojący na palu

Wodowskaz przy filarze mostu

Wodowskaz przy izbicy.

Typy wodowskazów áatowych:

àata prosta – podziaáka na áacie jest okreĞlona co 2 cm (dokáadnoĞü odczytu co 1 cm) opisana poprzez 3 cyfry. àatĊ taką moĪna stosowaü w przypadku niezbyt duĪych wahaĔ stanów wody – najczĊĞciej póánocna czĊĞü Polski.

àata prosta

Wodowskaz grupowy – w przypadku, gdy zakres pomiarów na áacie jest doĞü duĪy

stosuje siĊ áaty dzielone. Wchodzą one w skáad jednego wodowskazu

i mają wspólny poziom (zera) odniesienia. Powinny byü tak

usytuowane, aby podziaáki „zachodziáy na siebie” (w przypadku

stanów granicznych moĪna dokonywaü jednoczeĞnie odczytu na

dwóch sąsiadujących áatach). Pozwala to na zmniejszenie siĊ

wysokoĞci poszczególnych áat i lepszą ochronĊ przed uszkodzeniem.

(10)

Wodowskaz grupowy

Wodowskaz schodkowy – stosowany w korytach uregulowanych. Fragmenty áat są przymocowane do schodów usytuowanych na skarpach cieku. Przy tego typu poáoĪeniu áat odczyt jest bardzo dokáadny, poniewaĪ áata usytuowana jest bokiem do nurtu (nie nastĊpuje podpiĊtrzanie wody na wodowskazie).

Wodowskaz schodkowy

àaty skoĞne – montowane na skarpach cieków po regulacji (w Īáobach). W tego typu áatach podziaáka jest skaĪona (wielkoĞü skaĪenia zaleĪy od kąta nachylenia skarp cieku).

Przy takim poáoĪeniu áat odczyt jest bardzo dokáadny, poniewaĪ áata usytuowana jest bokiem do nurtu (nie nastĊpuje podpiĊtrzanie wody na wodowskazie).

àata skoĞna

Wodowskaz palowy – skáada siĊ z szeregu pali wbitych w przekroju poprzecznym

rzeki w dno i skarpy. Gáówki pali mają okreĞlone rzĊdne ponad poziom porównawczy. Pomiar polega na okreĞleniu wzniesienia zwierciadáa wody ponad gáówką pala zanurzonego w wodzie.

Stosowany na nieuregulowanych ciekach.

Wodowskaz palowy

àaty cyfrowe – stosowane na wodach niezamarzających. Zasada dziaáania áat cyfrowych oparta jest o magnes, który umieszczony jest w páywaku poruszającym siĊ w rurze. Na zewnątrz rury umieszcza siĊ kontaktory (urządzenie, które zamyka obwód pod wpáywem pola magnetycznego). Pod wpáywem zmian poziomu wody - páywak przesuwa siĊ i powoduje zamkniĊcie obwodu w kontaktorze umieszczonym na odpowiedniej wysokoĞci. Po zamkniĊciu obwodu impuls elektryczny przekazywany jest do rejestratora.

àata cyfrowa kontaktory

rejestrator

páywak z magnesem

(11)

Wodowskazy páywakowe Wodowskazy skáadają siĊ z páywaka, utrzymującego siĊ na powierzchni wody oraz podnoszącego siĊ i opadającego wraz ze zmianami stanów wody. Páywak zawieszony jest na lince sprzĊĪonej z mechanizmem wskazującym. Na rzekach szybko páynących páywaki umieszcza siĊ zazwyczaj w rurach lub studniach stojących na brzegu i poáączonych z rzeką. Zgodnie z zasadą naczyĔ poáączonych zwierciadáo wody w rurze znajduje siĊ na tej samej wysokoĞci co w rzece.

Wodowskaz páywakowy, ze skalą tarczową

Wodowskazy maksymalne

Na rzekach górskich oraz maáych ciekach, na których wezbrania są gwaátowne i krótkotrwaáe, gdy nie ma moĪliwoĞci zaáoĪenia limnimetru, stosuje siĊ wodowskazy maksymalne. Urządzenia te pozawalają na zarejestrowanie kulminacji wezbrania wystĊpującego pomiĊdzy terminami obserwacji wodowskazowych.

Limnimetry

Limnimetr – przyrząd do rejestracji zmiany stanu wody w czasie. Przyrząd skáada siĊ 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 nazwĊ mareografów. W przekrojach wodowskazowych, w których zainstalowane są limnigrafy, w celu kontroli ich dziaáania zakáada siĊ przewaĪnie wodowskazy áatowe.

Urządzenie pomiarowe – przenosi wszelkie zmiany zwierciadáa wody w profilu wodowskazowym na urządzenie rejestrujące. Stosowane są limnimetry:

¾ páywakowe

¾ ciĞnieniowe

¾ elektroniczne

Urządzenia rejestrujące mogą byü:

¾ mechaniczne

¾ analogowe

¾ cyfrowe

Limnigrafy páywakowe – urządzeniem pomiarowym jest wodowskaz páywakowy. W zaleĪnoĞci od sposobu zainstalowania páywaka

rozróĪnia siĊ limnigrafy:

Limnigraf KB-2

¾ rurowe – stosowane na mniejszych rzekach, o niewielkiej amplitudzie stanów wody. Ze wzglĊdu na ustawienie rury rozróĪnia siĊ limnigrafy wolno stojące i brzegowe. Dopáyw wody moĪe odbywaü siĊ poprzez otwór w korku lub w páaszczu rury. Zapobiega to przenoszeniu falowania wody w rzece na zwierciadáo wody w rurze. Aby zapobiec zamarzaniu wody w rurze, wlewa siĊ do rury ropĊ naftową, której warstwa pokrywa powierzchniĊ wody. Ponad rurą umieszczona jest budka lub skrzynka, w której znajduje siĊ urządzenie rejestrujące,

¾ z ujĊciem poziomym – są najczĊĞciej stosowane. Wylot rury powinien znajdowaü siĊ poniĪej najniĪszego znanego stanu wody. Rura zakoĔczona jest ksztaátką skierowaną zgodnie z biegiem rzeki. Na rzekach o zmiennym dnie czĊsto zakáada siĊ rury na róĪnych poziomach. Rejestrator znajduje siĊ w budce nad studnią i jest umieszczany powyĪej najwyĪszego stanu wody,

¾ lewarowe – wykonanie takich limnigrafów jest bardziej ekonomiczne,

poniewaĪ nie ma potrzeby wykonywania robót ziemnych przy zakáadaniu rury

poziomej, jednak eksploatacja jest bardziej káopotliwa.

(12)

a) b)

Limnigrafy páywakowe: a) w rurze na palu wolnostojącym; b) w rurze na murze oporowym

c) d)

Limnigrafy páywakowe: c) w studni z ujĊciem poziomym; d) w studni poáączonej z wodą lewarem

Limnigrafy ciĞnieniowe - Zasada dziaáania limnigrafów ciĞnieniowych,

zwanych równieĪ pneumatycznymi lub manometrycznymi, polega na pomiarze ciĞnienia wody, jakie panuje w okreĞlonym punkcie przekroju wodowskazowego.

Schemat limnigrafu ciĞnieniowego

Limnigrafy nadąĪne - Oparte na ukáadach elektronicznych. W limnigrafach tego typu

urządzenie pomiarowe stanowi czujnik – sonda, zawieszona na lince przewodzącej. Czujnik skáada siĊ z dwóch elektrod. PoáoĪenie czujnika w stosunku do zwierciadáa wody wywoáuje odpowiedni sygnaá w elektronicznym ukáadzie sterującym, zwanym ukáadem nadąĪnym. Ukáad pozostaje w spoczynku, gdy zwierciadáo wody znajduje siĊ miĊdzy elektrodami. Przy zmianie poziomu wody obydwie elektrody mogą znaleĨü siĊ pod lub ponad zwierciadáem wody. Wówczas w ukáadzie nadąĪnym wzbudzone zostają sygnaáy sterujące, uruchamiające silnik elektryczny, który powoduje obrót sprzĊĪonego z nim bĊbna linowego, a tym samym podnoszenie lub obniĪenie czujnika. Ruch bĊbna ustaje, gdy zwierciadáo znajdzie siĊ ponownie miĊdzy elektrodami. Opisane urządzenie nie zapewnia jednak zadowalającej dokáadnoĞci pomiaru przy szybkich zmianach poziomu zwierciadáa wody.

Limnigraf nadąĪny

(13)

Limnigraf strunowy – opracowany przez W.Gądka z Politechniki Krakowskiej.

Wykorzystano w nim zaleĪnoĞü czĊstotliwoĞci drgaĔ struny metalowej od siáy napinającej strunĊ. Metalowa struna pobudzana jest do drgaĔ impulsem elektrycznym poprzez elektromagnesy.

Drgania struny zgodnie z prawem Maxwella wytwarzają zmienne pole elektryczne. Zmiana siáy naprĊĪającej strunĊ powoduje zmianĊ czĊstotliwoĞci jej drgaĔ, co jest rejestrowane prze czujnik.

W przypadku pomiaru wahaĔ stanów wody, siáą zmieniającą naprĊĪenie struny jest parcie hydrostatyczne wywoáane przez sáup wody na czujniku.

Limnigraf strunowy

Sonda poziomowskazowa - skáada siĊ z áaĔcucha rezystorów. Zmiany zwierciadáa wody powodują zatopienie pewnej liczby rezystorów, co zmienia rezystancjĊ sondy proporcjonalnie do liczby zatopionych rezystorów.

Sonda ultradĨwiĊkowa – pomiar zmian stanu wody przy pomocy fal ultradĨwiĊkowych. Czujnik jest montowany nad ciekiem i wysyáa wiązkĊ fali ultradĨwiĊkowej, która po odbiciu wraca do czujnika. Na podstawie czasu przebiegu fali ultradĨwiĊkowej okreĞla siĊ odlegáoĞü zwierciadáa wody od czujnika i zarazem stan wody. CzĊstotliwoĞü wiązki powinna tak byü dobrana, aby ignorowane byáy zjawiska atmosferyczne (deszcz, Ğnieg, mgáa). Na pomiar nie powinno mieü wpáywu falowanie wody. Urządzenie doĞü kosztowne w zakupie i eksploatacji z uwagi na duĪy pobór energii elektrycznej.

Czujnik wypornoĞciowy – przyrząd ten skáada siĊ z drąĪka podpartego w jednym punkcie. Na jednym koĔcu drąĪka znajduje siĊ páywak (element wypornoĞciowy), na drugim przeciwwaga. Pod wpáywem zmian zwierciadáa wody páywak zmienia swoją pozycje, co powoduje przechylanie siĊ drąĪka. Wychylenie drąĪka okreĞla stan wody.

Sonda ultradĨwiĊkowa

Czujnik wypornoĞciowy czujnik

fale ultradĨwiĊkowe

páywak

przeciwwaga drąĪek

(14)

POMIAR GàĉBOKOĝCI

Do pomiaru gáĊbokoĞci sáuĪą przyrządy zwane sondami.

Sondy drąĪkowe

Sondy drąĪkowe są to sztywne drąĪki drewniane lub metalowe (wykonane ze stali, aluminium lub mosiądzu), o przekroju owalnym lub kolistym. Z reguáy na drąĪkach znajduje siĊ podziaáka 1-, 5- lub 10-centymetrowa. Do pomiarów hydrotechnicznych stosuje siĊ sondy z podziaáem 1- centymetrowym. Dolny koniec sondy zakoĔczony jest talerzem lub szpikulcem. W sondzie zakoĔczonej talerzykiem istnieje moĪliwoĞü oparcia o dno zbudowane z luĨnego materiaáu (piasek, muá). W przypadku sondy z drąĪkiem okutym moĪna punktowo oprzeü sondĊ na dnie kamienistym.

Sondy ciĊĪarkowe Przy gáĊbokoĞciach wiĊkszych niĪ

4 m i prĊdkoĞciach wiĊkszych niĪ 1 m/s stosowane są sondy ciĊĪarkowe. Sondy te wykonywane są zazwyczaj z Īelaza lub oáowiu w ksztaácie kul, soczewek lub torped i zawieszone na lince stalowej.

Sondy o masie do 3 kg opuszcza siĊ rĊcznie. CiĊĪsze sondy opuszcza siĊ do wody ze specjalnych wyciągów linowych zaopatrzonych w liczniki. Przy wiĊkszych gáĊbokoĞciach stosuje siĊ czujnik, który sygnalizuje oparcie sondy na dnie.

W ciekach o duĪych prĊdkoĞciach przepáywu napór hydrodynamiczny wody oddziaáuje na sondĊ i linĊ, powodując odchylenia. W tych wypadkach naleĪy pomiar zweryfikowaü o poprawkĊ zaleĪną od prĊdkoĞci przepáywu, gáĊbokoĞci wody oraz masy liny i ciĊĪarka.

Echosondy

Echosonda (sonda akustyczna) dziaáa na zasadzie odbicia fali ultradĨwiĊkowej od dna rzeki lub zbiornika wodnego. Podczas pomiaru na zwierciadle wody (lub w jego pobliĪu) umieszcza siĊ Ĩródáo i odbiornik dĨwiĊku. Nadajnik echosondy wysyáa fale akustyczne w postaci krótkich impulsów, które dochodzą do dna, odbijają siĊ od niego i powracają do odbiornika. Na postawie czasu przebiegu fal okreĞla siĊ gáĊbokoĞü wody.

Podstawowym elementem echosondy jest indykator sterujący caáą aparaturą oraz wskazujący mierzoną gáĊbokoĞü.

Produkowana w Polsce echosonda SP-405/2 sáuĪy do pomiaru gáĊbokoĞci w zakresie od 0 do 45 m. Minimalny zasiĊg pomiaru waha siĊ w granicach od 0.5 do 0.8 m. Báąd pomiaru okoáo 1.5%

a) b)

Echosonda: a) schemat, b)SP-405/2

Literatura

A.Byczkowski - „Hydrologia”; tom.1; Wydawnictwo SGGW - Warszawa 1996

(15)

Pomiar objĊtoĞci przepáywu -28

METODY POMIARU OBJĉTOĝCI PRZEPàYWU

Pomiary objĊtoĞci przepáywu mają na celu okreĞlenie iloĞci wody Q przepáywającej w cieku naturalnym lub sztucznym w jednostce czasu t.

gdzie: V – objĊtoĞü przepáywającej wody [m³, dcm³],

t

Q V

t – czas [s, min].

Mogą one byü wykonywane w róĪny sposób, przy czym wybór odpowiedniej metody pomiaru zaleĪy zarówno od rodzaju i wielkoĞci cieku wodnego, jak i od rodzaju posiadanych przyrządów.

RozróĪnia siĊ dwie grupy metod pomiarowych:

A. Metody jednoparametrowe nazywane równieĪ bezpoĞrednimi, polegają na pomiarze jednej zmiennej funkcji opisującej przepáyw, np. wysokoĞü strumienia wody przelewającej siĊ przez przelew.

B. Metody wieloparametrowe nazywane poĞrednimi polegają na pomiarze kilku zmiennych mających wpáyw na wielkoĞü przepáywu, takich jak prĊdkoĞü Ğrednia, powierzchnia przekroju hydrometrycznego i inne.

W zaleĪnoĞci od sposobu okreĞlania prĊdkoĞci rozróĪnia siĊ trzy rodzaje metod:

a) metody polegające na pomiarze powierzchni przekroju i prĊdkoĞci punktowej w tym przekroju, b) metody polegające na pomiarze prĊdkoĞci wody na pewnym odcinku (pomiary odcinkowe) i powierzchni

przekroju przeciĊtnego na tym odcinku cieku,

c) metody polegające na pomiarze przekroju poprzecznego i spadku zwierciadáa wody w tym przekroju.

Przykáady metod pomiaru i obliczania przepáywu

A. Metody jednoparametrowe

1. Pomiar za pomocą podstawionego naczynia

Jest to najprostsza metoda polegająca na pomiarze iloĞci wody dopáywającej do podstawionego wycechowanego naczynia. Znając objĊtoĞü naczynia V i czas jego napeánienia t, okreĞla siĊ natĊĪenie przepáywu. Jest to metoda najdokáadniejsza, lecz moĪliwoĞü jej stosowania ogranicza siĊ do cieków o bardzo maáym przepáywie.

Pomiar metodą podstawionego naczynia 2. Pomiar za pomocą przelewów

Metoda wymaga zainstalowania w przekroju pomiarowym przelewu, którego ksztaát jest zaleĪny od amplitudy zmian przepáywu. Przepáyw obliczamy ze wzorów, mierząc wysokoĞü warstwy przelewającej siĊ wody h w odlegáoĞci co najmniej 3h od przelewu z uwagi na krzywiznĊ zwierciadáa wody nad przelewem.

Pomiar napeánienia na przelewie

Sposoby instalacji przelewu w korycie cieku NajczĊĞciej stosowanymi przelewami są:

a) przelew Ponceleta - jest to przelew prostokątny ze zwĊĪeniem bocznym i dolnym.

gh 2 3 h

Q 2

P

²^/³

gdzie:

Q – przepáyw [m³/s],

b – szerokoĞü przelewającej siĊ wody [m], h – wysokoĞü warstwy wody [m],

P

- wspóáczynnik wydatku przelewu

¸¸

¹

·

¨¨

©

§

¸¸¹

·

¨¨©

§

¸

¹

¨ ·

©

§

¸¸

¸

¹

·

¨¨

¨

©

§

¸¹

¨ ·

©

§

¸¹

¨ ·

©

§

p h

h B 5 b . 0 6 1 . 1 h

B 3 b 615 . 3 B 037 b . 0 578 . 0

4 2

2

P

Przelew Ponceleta b) przelew Thomsona - jest to przelew trójkątny ze zwĊĪeniem bocznym.

5 .

h2

k Q

gdzie:

k = -0.000191 h + 0.014325 Dla

D

90^o

5 .

h2

014 . 0

Q 40 < h < 250 cm

Przelew Thomsona

Napeánienie

h [cm] Przepáyw

Q [m³/s]

40 0.448 60 1.235 80 2.534 100 4.427 120 6.984 140 10.267 150 12.200 160 14.336 180 19.244 200 25.044 220 31.782 240 39.505 Aby uáatwiü obliczenie przepáywu za pomocą

przelewów, opracowano tabele, z których odczytuje siĊ wartoĞci przepáywu dla pomierzonych wysokoĞci napeánienia.

Zainstalowane w przekroju koryta przelew i áata wodowskazowa umoĪliwiają w sposób áatwy i dokáadny okreĞlenie wielkoĞci przepáywu.

WartoĞci napeánienia i przepáywu dla przelewu Thomsona 250 43.750

3. Metoda kolorymetryczna

Znajduje ona zastosowanie dla maáych potoków górskich charakteryzujących siĊ duĪą burzliwoĞcią ruchu, co zapewnia dobre wymieszanie dawki wskaĨnika z páynącą wodą. MetodĊ tĊ stosuje siĊ w zakresie przepáywów od 0.02 do 4.00 m³/s.

(16)

Polega ona na wprowadzeniu do wody páynącej korytem potoku roztworu znacznika (barwnika) o znanym stĊĪeniu, przy czym wprowadzenie to moĪe odbywaü siĊ poprzez dozowanie ciągáe z wydatkiem q lub zrzut jednorazowy.

Metoda kolorymetryczna

W przekroju kontrolnym pobiera siĊ próbki wody zabarwione znacznikiem, których stĊĪenie mierzy siĊ przyrządem zwanym kolorymetrem zaopatrzonym w fotokomórkĊ. Przez badane próbki zabarwionej wody przepuszcza siĊ wiązkĊ Ğwiatáa, która wpada do fotokomórki poáączonej z galwanometrem o duĪej czuáoĞci.

MiĊdzy stopniem rozcieĔczenia barwnika a wskazaniami galwanometru istnieje związek, który przedstawia krzywa tarowania.

Metoda jednorazowego zrzutu znacznika polega na punktowym wprowadzeniu caáej objĊtoĞci roztworu znacznika w krótkim czasie. Wskutek zjawiska dyspersji wytworzy siĊ fala znacznika, której przejĞcie przez przekrój kontrolny zarejestrowane jest jako krzywa stĊĪeĔ w funkcji czasu.

WielkoĞü przepáywu Q obliczamy ze wzoru:

dt C Q M

T

³

p

gdzie:

Q - aktualna wielkoĞü przepáywu w cieku (l/s),

M - masa wprowadzonego znacznika (mg), Cp - stĊĪenie roztworu w próbkach pobranych w przekroju kontrolnym (mg/l), t – czas (s).

Przepáyw fali znacznika przez przekrój kontrolny Poprawne wyniki pomiaru moĪna uzyskaü, gdy:

- przepáyw Q jest staáy podczas trwania pomiaru,

- nie ma strat znacznika przy przejĞciu od przekroju dozowania do przekroju kontrolnego, - caáka C dt

T

³

p ma wartoĞü staáą w poszczególnych punktach przekroju,

- odcinek pomiarowy pozbawiony bocznych dopáywów jest zwarty bez szerokich rozlewisk i martwych zastoisk wodnych. Jego dáugoĞü oraz warunki przepáywu powinny gwarantowaü zupeáne wymieszanie wprowadzonego roztworu wskaĨnika z wodą w rzece.

DáugoĞü odcinka L ustala siĊ, wlewając roztwór fluoresceiny w przekroju 0 i obserwując miejsce,

w którym fluoresceina zabarwi wodĊ na caáej szerokoĞci rzeki. L wynosi zazwyczaj L 3l

y

6l

NajczĊĞciej stĊĪenie barwnika oraz liczbĊ próbek pobieranych w przekroju pomiarowym okreĞla siĊ stosownie do istniejących warunków przepáywu. JeĪeli szerokoĞü cieku jest mniejsza niĪ 5 m, wtedy próbki naleĪy pobieraü ze Ğrodka rzeki, jeĞli jest wiĊksza od 5 m, wówczas dodatkowo pobiera siĊ próbki w odlegáoĞci 0.25 m od obydwu brzegów.

Metoda kolorymetryczna w pratyce

Wprowadzanie barwnika Pobieranie próbek OkreĞlanie stĊĪenia

B. Metody wieloparametrowe

Metody wieloparametrowe dzielimy na punktowe i odcinkowe.

Metody punktowe polegają na mierzeniu prĊdkoĞci w wybranych punktach przekroju poprzecznego.

Metody punktowe

Przekrój wybrany do pomiaru nazywamy przekrojem hydrometrycznym. Powinien on byü regularny, poáoĪony na prostym odcinku rzeki i wytyczony prostopadle do kierunku ruchu wody.

Przed przystąpieniem do wáaĞciwego pomiaru naleĪy odczytaü stan wody na wodowskazie i zanotowaü datĊ i czas jego wykonania. Podczas wykonywania pomiaru naleĪy kontrolowaü stan wody na wodowskazie lub tymczasowo wbitym paliku w dno rzeki przy brzegu. Pomiar przepáywu skáada siĊ z dwóch czĊĞci: sondowaĔ gáĊbokoĞci i pomiaru prĊdkoĞci. Aby dokonaü sondowania przekroju naleĪy nad zwierciadáem wody rozciągnąü wyskalowaną linĊ pomiarową lub taĞmĊ.

Przekrój poprzeczny koryta rzecznego

(17)

Koniec liny (zero podziaáki) powinien byü umocowany na brzegu lewym, tak aby odczyty podziaáki wzrastaáy od brzegu lewego do prawego. GáĊbokoĞü naleĪy mierzyü tym gĊĞciej, im mniej regularny jest ksztaát dna koryta.

Do pomiaru gáĊbokoĞci sáuĪą sondy. Są to rurki mosiĊĪne lub aluminiowe zaopatrzone w dolnym koĔcu w talerz i krótki kolec, co pozwala na ich dobre oparcie o dno. Sondy zwykle mają ĞrednicĊ 20 mm i naciĊtą podziaákĊ co 1 cm. Wykorzystywane są do maáych i Ğrednich gáĊbokoĞci. GáĊbsze przekroje mierzone są za pomocą sond sztywnych z podziaáem co 5 lub 10 cm. Do sondowania duĪych zbiorników wodnych jezior i mórz wykorzystuje siĊ echosondy. Z powierzchni wody wysyáane są impulsy dĨwiĊkowe w kierunku dna zbiornika i za pomocą odpowiednich aparatów odbiorczych przyjmowane odbite fale dĨwiĊkowe. Znając prĊdkoĞü rozchodzenia siĊ fal w wodzie (1500 m/s) oraz mierząc czas potrzebny na przejĞcie fali na drodze nadajnik no odbiornik, moĪna okreĞliü gáĊbokoĞü zbiornika.

Zasady rozmieszczenia sondowaĔ i pionów hydrometrycznych w przekroju poprzecznym (wg IMGW) Rozmieszczenie sondowaĔ Rozmieszczenie pionów hydrometrycznych Lp.

przy szerokoĞci rzeki do nie rzadziej jak co przy szerokoĞci rzeki do liczba pionów

1 2 m 0.2 m 2 m minimum 3

2 10 m 0.5 m 10 m 4 – 6

3 30 m 1.0 m 30 m do 8

4 80 m 2.0 m 80 m do 10

5 200 m 5.0 m 200 m do 12

6 ponad 200 m 10.0 m ponad 200 m ponad 15

Rozmieszczenie punktów pomiarowych w pionie hydrometrycznym (wg IMGW)

Przy przepáywie swobodnym Przy pokrywie lodowej lub zarastaniu koryta GáĊbokoĞü

h [cm] Rozmieszczenie punktów

pomiarowych Liczba punktów

pomiarowych Rozmieszczenie punktów

pomiarowych Liczba punktów pomiarowych

< 0.2 m 0.4 h 1 0.5 h 1 0.2 – 0.6 m 0.2 h

0.4 h 0.8 h

3 0.15 h

0.5 h 0.85 h

3

> 0.6 m przy dnie 0.2 h 0.4 h 0.8 h przy powierzchni

5 przy dnie

0.2 h 0.4 h 0.8 h przy powierzchni

6

Po przesondowaniu przekroju poprzecznego koryta wyznacza siĊ w nim piony hydrometryczne, w których dokonuje siĊ pomiaru prĊdkoĞci wody na róĪnych gáĊbokoĞciach..

Do punktowych pomiarów prĊdkoĞci przepáywów sáuĪą máynki hydrometryczne.

1 - skrzydeáka, 2 - oĞ máynka,

3 - sprĊĪynka stykowa izolowana, 4 - trzpieĔ stykowy na kóáku zĊbatym, 5 – dzwonek

Schemat máynka hydrometrycznego

Zasada dziaáania máynka hydrometrycznego jest nastĊpująca:

Skrzydeáka umieszczone na osi poziomej ustawia siĊ pod prąd wody. Obracają siĊ one wraz z osią, na której naciĊta jest Ğlimacznica. Porusza ona kóáko zĊbate, na którym mieĞci siĊ trzpieĔ. W miarĊ obrotu kóáka zĊbatego zbliĪa siĊ on do sprĊĪynki stykowej 3. ZetkniĊcie trzpienia ze sprĊĪynką zamyka obwód elektryczny, co sygnalizowane jest sygnaáem dĨwiĊkowym,

(dzwonek). ZetkniĊcie to nastĊpuje za kaĪdym peánym obrotem kóáka zĊbatego, któremu odpowiada dokáadnie okreĞlona liczba obrotów skrzydeáek. Czas upáywający miĊdzy kolejnymi sygnaáami mierzy siĊ stoperem.

WielkoĞü obciąĪenia i Ğrednica linki PrĊdkoĞü

wody [m/s]

WielkoĞü obciąĪenia

[KG]

ĝrednica linki [mm]

1 10 – 15 1.0 1 - 2 25 – 50 1.5 – 1.8 2 – 3 50 – 75 2.0 – 3.0 Máynek hydrometryczny moĪe byü mocowany na rurze bądĨ zawieszony

na linie. Sposób pierwszy jest stosowany w przypadku, gdy gáĊbokoĞü w pionie pomiarowym nie przekracza 3 metrów. W praktyce jednak pomiar máynkiem zamocowanym na rurze jest káopotliwy juĪ przy gáĊbokoĞci 2 m i prĊdkoĞci wody powyĪej 1.5 m/s.

W przypadku koniecznoĞci zawieszenia máynka na linie naleĪy

dobrze dobraü odpowiednie jego obciąĪenie i ĞrednicĊ linki zawieszenia ³ ^{75 - 100} ^{3.0 – 4.0} ObciąĪenie máynka powinno mieü ksztaát opáywowy, tak aby stawiaáo jak najmniejszy opór páynącej wodzie; unika siĊ przez to zbytniego odchylenia linki od pionu. PoniewaĪ jednak zawsze wystĊpuje pewne jej odchylenie, to przy okreĞlaniu gáĊbokoĞci zanurzenia máynka naleĪy dáugoĞü linki pomnoĪyü przez cosinus kąta odchylenia.

Po opuszczeniu máynka do wody na Īądaną gáĊbokoĞü moĪna rozpocząü pomiar prĊdkoĞci.

RównoczeĞnie z wystąpieniem sygnaáu dĨwiĊkowego, który przyjmuje siĊ za zerowy, uruchamia siĊ stoper.

W chwili wystąpienia nastĊpnego sygnaáu odczytuje siĊ (nie wyáączając stopera) czas z dokáadnoĞcią do 0.2 s i otrzymaną wartoĞü wpisuje siĊ do dzienniczka pomiarowego.

Metoda punktowa w praktyce

Sondowanie Zestaw: máynek + rejestrator Pomiar prĊdkoĞci wody máynkiem hydrometrycznym PomiĊdzy prĊdkoĞcią wody a liczbą obrotów skrzydeáek máynka zachodzi związek liniowy, który jest wyraĪony równaniem:

n v D E

gdzie:

v - prĊdkoĞü wody (m/s),

n - liczba obrotów skrzydeáek máynka na sekundĊ,

E

D

, - wielkoĞci staáe, okreĞlone na podstawie tarowania i podane w metryce máynka.

Pomiary prĊdkoĞci wykonane w poszczególnych pionach hydrometrycznych sáuĪą do okreĞlenia tachoid, krzywych rozkáadu prĊdkoĞci w pionach.

Dzieląc pole tachoidy przez wysokoĞü otrzymujemy Ğrednią prĊdkoĞü w pionie.

ZaleĪnoĞü prĊdkoĞci przepáywu od gáĊbokoĞci (tachoida)