I. HYDROLOGIA -ogólna nazwa na określenie nauki o wodzie; nauka przyrodnicza zajmująca się badaniem i opisywaniem hydrosfery; głównym przedmiotem jej badań jest krążenie wody w przyrodzie, z uwzględnieniem jej właściwości fizycznych i chemicznych.
Działy hydrologii:hydrometria, hydrografia, hydrologia ogólna, hydrologia dynamiczna, hydrologia regionalna, hydrologia stosowana (inżynierska)
Hydrometria -zbiera informacje ilościowe o obiektach wodnych, zjawiskach i procesach
jej przedmiotem badań są obserwacje wszelkich zjawisk hydrologicznych, a także pomiary niezbędne dla poznania ustroju hydrologicznego
Hydrografia (hydrologia opisowa)- jej przedmiotem badań są obiekty wodne (np. cieki, zbiorniki wodne, obszary zabagnio-ne, źródła) i zjawiska wodne
Hydrologia ogólna -nauka o wodach lądowych z informacją o obiegu wody i materii stałej na globie ziemskim
Hydrologia dynamiczna-nauka zajmująca się opisywaniem zjawisk hydrologicznych i zachodzących między nim zależności w funkcji czasu
Hydrologia stosowana-nauka związana bezpośrednio z praktycznym zastosowaniem hydrologii do rozwiązywania inżynieryjnych zadań wodno-gospodarczych (włączając doń także prognozy hydrologiczne)
Hydrologia regionalna-nauka badająca procesy hydrologiczne kształtujące się pod wpływem klimatu i środowiska przyrodniczego w różnych szerokościach geograficznych
Podział hydrologii ze względu na obiekt badań: hydrometeorologię, oceanografię, hydrologię rzek, hydrologię jezior,hydrologię bagien, hydrologię lodu, hydrologię źródeł, hydrologię gleb, hydrogeologię
Podział hydrologii ze względu na cechy wody: hydrofizyka, hydrochemia, hydrobiologia
III faza Międzynarodowego Programu Hydrologicznego (lata 1984-1989) w temacie 4 Hydrologia określonych regionów i obszarów lądów przyczyniła się do rozwoju następujących działów hydrologii: hydrologii obszarów suchych i półsuchych, hydrologii wilgotnych obszarów tropikalnych, hydrologii obszarów nadmiernie uwilgoconych, hydrologii obszarów przybrzeżnych, ujść i delt (m.in. przenikanie wód morskich do rzek, gospodarowanie wodami podziemnymi w strefach przybrzeżnych), hydrologii obszarów krasowych, hydrologii niewielkich wysp, hydrologii równin (nizin), hydrologii obszarów górskich.
Nowe działy hydrologii, badające stopień antropogenicznego przekształcenia hydrosfery i szukające dróg zrównoważonego zarządzania wodą w przyrodzie:
Þ hydrologia obszarów zurbanizowanych (miejskich i przemysłowych) –
dział hydrologii zajmujący się procesami hydrologicznymi na obszarach zurbanizowanych, gdzie obieg wody został silnie zmodyfikowany przez działalność człowieka, a jakość wód pozostawia wiele do życzenia;
Þ ekohydrologia - nauka stosowana wiążąca wiedzę hydrologiczną z elementami ekologii i hydrobiologii, zajmująca się badaniem możliwości zwiększenia odporności środowiska wodnego na zakłócenia antropogeniczne, wywołane przez człowieka, oraz badaniem możliwości wykorzystania właściwości ekosystemów wodnych jako narzędzi gospodarowania zasobami środowiska.
Obiektem jej badań są ekosystemy wodne (cieki, zbiorniki wodne, bagna), których stabilność jest uwarunkowana procesami przepływu energii, cyklem krążenia wody i cyklami biogeochemicznymi w zlewni, oraz ekotony woda/ląd – ekohydrologia bada ich rolę w ochronie wody, redukcji zanieczyszczeń obszarowych i regulacji procesów biotycznych w ciekach i zbiornikach wodnych w celu poprawy jakości wody.
HYDROSFERA I JEJ WŁAŚCIWOŚCI Hydrosfera jest wodną powłoką Ziemi przenikającą atmosferę i litosferę, obejmującą wody atmosferyczne, powierzchniowe i podziemne w postaci gazowej, ciekłej i stałej. Wody hydrosfery gromadzą się w oceanach, morzach, jeziorach, rzekach, bagnach, pokrywie śnieżnej, lodowcach i zbiornikach wód podziemnych. Część hydrosfery, która obejmuje wody mórz i oceanów, jest nazywana oceanosferą, a ta, która obejmuje wody w postaci nie zanikającego lodu lodowcowego, morskiego i gruntowego, nosi nazwę kriosfery. Za pasy wodne hydrosfery są stałe, nie ulegają zmianie. Ocenia się je na około 1,4 mld km3
Ø wody oceanu światowego 96,5% zapasów wodnych
Ø wody podziemne 1,7% zapasów wodnych
w tym wody w strefie aktywnej wymiany do 100 m 0,76% zapasów
Ø wody glebowe 0,001% zapasów wodnych
Ø lodowce i stała pokrywa śnieżna 1,74% zapasów wodnych
Ø marzłoć trwała 0,002% zapasów wodnych
Ø jeziora 0,013% zapasów wodnych
Ø bagna 0,0008% zapasów wodnych
Ø rzeki 0,0002% zapasów wodnych
Ø para wodna w atmosferze 0,001% zapasów wodnych
Ø woda biologiczna 0,0001% zapasów wodnych
Hydrosfera jest zatem powłoką słoną; jedynie 2,5% jej zapasów wodnych, a więc 35 mln km3, to wody słodkie.
Ø lodowce i stała pokrywa śnieżna 68,7% ogólnej objętości wód słodkich
Ø marzłoć trwała 0,86%
Ø wody podziemne 30,1%
Ø jeziora (słodkie) 0,26%
Ø wody glebowe 0,05%
Ø bagna 0,03%
Ø rzeki 0,006%
Ø para wodna w atmosferze 0,04%
Ø woda biologiczna 0,003%
Hydrosfera jest w ciągłym ruchu wiążącym wszystkie jej części: oceany, morza, rzeki, jeziora, bagna, lodowce, wilgoć glebową, wody podziemne, wodę atmosferyczną.
Motorem tego ruchu są energia cieplna Słońca i siła ciężkości. Zjawisko ciągłego przemieszczania się wody między atmosferą, hydrosferą i litosferą nazywa się krążeniem wody w przyrodzie. Zachodzi ono w strefie obejmującej wierzchnią warstwę skorupy ziemskiej i troposferę, tj. od ok. 0,8 km litosfery do ok. 16 km atmosfery i stanowi zamknięty cykl obiegu wody, tzw. cykl hydrologiczny.
Faza atmosferyczna: parowanie wody, przenoszenie pary wodnej w atmosferze, jej kondensację i opad atmosferyczny
Faza kontynentalna: odpływ powierzchniowy, wsiąkanie, odpływ podziemny i różne formy retencji
Duży obieg wody ® ocean, atmosfera, kontynent, ocean Uczestniczy w nim co roku ok. 577 000 km3 wody tj. 0,04% zapasów wodnych hydrosfery
Mały obieg wody ® ocean, atmosfera lub atmosfera, kontynent Lądowa faza cyklu hydrologicznego ® Pk – Ek – Hk = DRk Pk > Ek
Oceaniczna faza cyklu hydrologicznego ®Po – Eo + Hk = DRo Po < Eo
Teoretycznie woda w hydrosferze jako całości wymienia się przeciętnie co 2800 lat;
oznacza to, że średnio każda drobina wody około 40 razy wyparowuje i 40 razy kondensuje w ciągu roku. Pojęcie wymiana wody charakteryzuje czas trwania wymiany całej objętości wody w danej części hydrosfery podczas obiegu wody (cyklu hydrologicznego).
II. WODY PODZIEMNE Typy genetyczne wód podziemnych:
wody infiltracyjne, wody kondensacyjne, wody juwenilne, wody reliktowe: (sedymentacyjne, infiltracyjne), wody metamorficzne
Woda w strefie aeracji(górnej)- para wodna, woda związana chemicznie (krystalizacyjna), woda związana fizycznie: (woda higroskopowa, woda błonkowata,), woda kapilarna (włoskowata), woda wolna (grawitacyjna),
Para wodna: występuje w powietrzu glebowym, może się przemieszczać w strefie aeracji biernie wraz z powietrzem glebowym pod wpływem zmian ciśnienia atmosferycznego, temperatury i wilgotności, albo aktywnie – na skutek dyfuzji, dzięki występowaniu gradientu prężności, w czasie przemieszczania przeobraża się w inne postacie wody dzięki kondensacji i sorpcji
Woda związana chemicznie (tzw. krystalizacyjna): jest składnikiem niektórych związków i minerałów glebowych (np. gipsu, wodorotlenków żelaza), nie rozpuszcza składników pokarmowych, jest niedostępna dla roślin, w sensie fizycznym ma postać stałą, nie bierze udziału w krążeniu wody w przyrodzie.
Woda związana fizycznie: jest związana z ziarnami skał siłami molekularnymi, jej ilość w strefie aeracji decyduje o możliwościach przemieszczania się wody wolnej grawitacyjnej w głąb skały, okrywa ziarna skały mikroskopijnymi warstewkami, ma ograniczone możliwości ruchu, nie odcieka pod wpływem siły grawitacji.
Ze względu na możliwości ruchu wyróżnia się jej dwie postacie:wodę higroskopową, wodę błonkowatą.
Woda higroskopowa: powstaje w wyniku adsorpcji pary wodnej z powietrza na powierzchni ziaren skały i drobin organicznych, jest ona z nimi związana w sposób najbardziej trwały, najbardziej adsorbują wodę cząstki koloidalne i ziarna frakcji iłowej, otacza ona ziarno częściowo lub całkowicie warstewką grubości ok. 2,76·10-2 mikrometra, ma właściwości zbliżone do sprężystego ciała stałego, nie ma zdolności ruchu ma dużą gęstość (2 g/cm3) i ma niską temperaturę zamarzania (-780C), nie rozpuszcza innych substancji, nie może być pobierana przez rośliny, przemieszcza się w postaci pary wodnej w zależności od zmian temperatury i wilgotności powietrza.
Woda błonkowata: otacza ziarno wraz z wodą higroskopową w postaci błonki, tworzy się wówczas, gdy skała osiągnie stan maksymalnej wilgotności higroskopowej, ma możliwość przemieszczania się wokół ziaren w kierunku cieńszej warstwy błonki, nie podlega działaniu siły ciężkości i nie ma wpływu na zmiany ciśnienia hydrostatycznego, zamarza przy temperaturze poniżej 00C, ma ograniczoną zdolność rozpuszczania soli, jej ilość w skale jest tym większa im mniejsza jest średnica ziaren.
Woda kapilarna (włoskowata): przemieszcza się w próżniach skalnych, jej występowanie jest wywołane napięciem powierzchniowym wody i przyleganiem do powierzchni skalnej pod wpływem sił międzycząsteczkowych, wysokość wzniosu kapilarnego zależy od średnicy włoskowatych porów i szczelin, w których znajduje się woda,
Wysokość wzniosu kapilarnego: żwiry 0,1-0,05 m,piaski średnioziarniste 0,15-0,35 m, piaski pylaste 1,0 –1,5 m, gliny piaszczyste 3,0-4,0 m, gliny zwięzłe i iły 3,5-8,0 m,
Woda kapilarna: występuje w stanie płynnym, wykazuje dużą ruchliwość, podlega sile ciężkości, przekazuje ciśnienie hydrostatyczne, przemieszcza się od wilgotności większej do mniejszej, zarówno w kierunku pionowym, jak i poziomym, aktywnie rozpuszcza i transportuje sole i drobne zawiesiny.
Woda wolna (grawitacyjna): występuje w strefie aeracji głównie w postaci wody wsiąkowej, woda wsiąkowa zapełnia niekapilarne przestwory skalne i przesuwa się w głąb pod wpływem siły grawitacji, występuje też w strefie aeracji jako woda wolna zawieszona.
Wody występujące w strefie aeracji (para wodna, woda związana fizycznie, woda kapilarna i woda wolna) są określane mianem wilgoci glebowej lub gruntowej. Miąższość strefy aeracji jest zmienna w czasie; zależy od wielkości zasilania.
Utwory wodonośne (warstwa wodonośna, wodonosiec) – utwory zawierające i przewodzące wodę wolną
Poziom wodonośny – przestrzeń skały porowej lub szczelinowej zatopionej w wodzie
Ilość wody wolnej w strefie saturacji(dolnej chyba wody gruntowe) zależy od wielkości wolnych przestrzeni w skale. Ich miarą są: porowatość; system drobnych próżni i kanalików między ziarnami skał okruchowych; określają ją współczynnik porowatości i wskaźnik porowatości;
szczelinowatość; system pęknięć i szczelin powstałych w skałach litych pod wpływem różnych procesów geologicznych; określają ją współczynnik gęstości szczelin i współczynnik szczelinowatości;
krasowatość; próżnie w skałach podlegających krasowieniu;
W poziomie wodonośnym woda porusza się w kierunku zgodnie z nachyleniem zwierciadła. W niektórych strukturach ruch wody odbywa się pod wpływem różnicy ciśnień hydrostatycznych
W poziomie wodonośnym, w którym woda znajduje się w ruchu, można wydzielić trzy strefy poziome: zasilania, spływu i drenażu
Zwierciadło wody podziemnej może być: swobodne i napięte
Powierzchnia piezometryczna – powierzchnia swobodnego zwierciadła wód podziemnych
Wody pod ciśnieniem biorą także udział w cyklu hydrologicznym.
W każdej warstwie wodonośnej pod ciśnieniem można wydzielić strefy: zasilania, ciśnienia pizometrycznego i drenażu
Te wody podziemne, które zasilają powierzchniowe obiekty hydrograficzne noszą nazwę wód potamicznych, te które nie mają z nimi kontaktu hydraulicznego są nazywane wodami apotamicznymi.
Hydroizobaty - linie łączące punkty odpowiadające jednakowym głębokościom od powierzchni terenu do swobodnego zwierciadła wody podziemnej
Hydroizohipsy - linie łączące punkty jednakowej wysokości swobodnego zwierciadła wody podziemnej w stosunku do poziomu morza.
Hydroizopiezy - linie łączące punkty o jednakowych wielkościach ciśnienia piezometrycznego (tj. wysokościach, do których wzniesie się zwierciadło wód napiętych).
Rodzaje wód podziemnych
Ze względu na charakter zwierciadła wody podziemne dzielimy na: wody o zwierciadle swobodnym (wody freatyczne), wody o zwierciadle napiętym (wody naporowe, napięte, pod ciśnieniem): wody artezyjskie, wody subartezyjskie
Ze względu głębokość występowania wody podziemne dzielimy na: wody przypowierzchniowe (hipodermiczne), wody gruntowe (freatyczne),wody wgłębne, wody głębinowe.Wody wgłębne mogą występować w jednej lub kilku warstwach wodonośnych. Jeśli warstwy te powstały w jednej epoce geologicznej, nazywamy je piętrem wodonośnym (np. piętro kredowe, piętro trzeciorzędowe, piętro czwartorzędowe).Zasilanie wód wgłębnych odbywa się: drogą infiltracji opadów atmosferycznych w wychodniach warstw wodonośnych, lub pośrednio przez szczeliny uskokowe albo różnego rodzaju okna hydrogeologiczne Okna hydrogeologiczne (przerwy w utworach nieprzepuszczalnych występujących w stropie warstwy z wodami wgłębnymi) mogą być erozyjne, sedymentacyjne
Wody głębinowe są to wody podziemne całkowicie odizolowane od powierzchni Ziemi kompleksami utworów nieprzepuszczalnych. Są to na ogół wody reliktowe; nie biorą udziału w cyklu hydrologicznym.Są to wody nieodnawialne, znajdują się w bezruchu. Są na ogół silnie zmineralizowane, występują pod wysokim ciśnieniem; często są to cieplice.
Rodzaje wód podziemnych - ze względu na rodzaj skał, w których woda występuje, wody podziemne dzielimy na: wody warstwowe (porowe), wody szczelinowe, wody krasowe. Zwierciadło wód szczelinowych nie ma charakteru ciągłego – w tym samym masywie skalnym wody maja łączność hydrauliczną.
Zasilanie wód krasowych jest intensywne, woda opadowa wlewa się przez lejki, kominy, studnie i szczeliny krasowe. W układzie krążenia wód krasowych wyróżnia się ruch pionowy, zasilający, i ruch poziomy wyprowadzający te wody na powierzchnię. Strefa pionowego przepływu wód krasowych tylko częściowo nasycona wodą to strefa wadyczna. Przechodzi ona w strefę wadyczno-freatyczną, często utożsamianą z poziomem głównej rzeki podziemnej. Strefa, w której wszystkie próżnie i szczeliny masywu wypełnia woda wolna poniżej najniższego poziomu zwierciadła wód podziemnych to strefa freatyczna.
III. Nieskoncentrowane wypływy wód podziemnych:
MŁAKA, WYCIEK, WYSIĘK, WYKAP
Młaki to powierzchniowe, rozlewne wypływy wody podziemnej zatorfione lub zabagnione, dające na ogół odpływ. Występują tam, gdzie nastąpiło zahamowanie swobodnego odpływu podziemnego. Woda utrzymująca się długo na powierzchni terenu powoduje zabagnienie terenu i rozwój roślinności hydrofilnej.
Wyciek jest to bardzo słaby, przeważnie powierzchniowy wypływ wody podziemnej z warstwy wodonośnej lub zwietrzeliny skalnej dający na zewnątrz widoczny odpływ. Przeważnie wycieki występują na zboczach dolin lub w korytach rzecznych. W górach wyciek na skalnych stokach (stromym zboczu), gdzie woda skapuje kroplami nazywa się wykapem. WYCIEK - bardzo słaby wypływ wody podziemnej z odsłoniętej warstwy wodonośnej lub zwietrzeliny skalnej. Wysięk to miejsce słabego, powierzchniowego sączenia się wód podziemnych z utworów luźnych lub odsłoniętych szczelin skalnych powodującego zawilgocenie terenu bez widocznego odpływu na zewnątrz. Wysięki dzielimy na: Wysięki ewaporacyjne - bilans wodny wysięku zamyka się po stronie rozchodu wyłącznie przez parowanie; Wysięki infiltracyjne – bilans wodny wysięku zamyka się po stronie rozchodu wyłącznie przez infiltrację wody w grunt obok wysięku; Wysięki infiltracyjno-ewaporacyjne - bilans wodny wysięku zamyka się po stronie rozchodu przez parowanie i infiltrację wody w grunt obok wysięku. WYKAP - wykapywanie wody, dające słaby odpływ
IV. Liniowe obiekty hydrograficzne Sieć rzeczna
Sieć rzeczna – wszystkie cieki naturalne i sztuczne na danym obszarze
System rzeczny – rzeka główna wraz z dopływami
Rzeka główna: jest to najdłuższy ciek w systemie rzecznym, albo ten, który prowadzi najwięcej wody, albo ten, którego źródła są położone najwyżej, albo ten, którego kierunek biegu wskazuje, że jest rze...
maharette