HIDROLOGIJA I HIDROLOGIJA I –– PREDAVANJAPREDAVANJA

GRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUGRAĐEVINSKI FAKULTET SVEUČČILIILIŠŠTA U RIJECITA U RIJECI

Prof.Prof.dr.dr.scsc.. NevenkaNevenka OOžžanianićć,, dipl.indipl.inžž..gragrađđ..

FIZIFIZIČČKE OSOBINE SLIVAKE OSOBINE SLIVA

-Fizičke osobine sliva kao oborinskog područja s kojega dio oborina (koji otječe) dotječe određenom profilu vodnog toka, sadržane su u njegovoj:

-Veličini-Obliku-Padu-Visinskim odnosima u slivu-Gustoći riječne mreže-Geološkim činiocima-Osobinama tla-Vegetaciji-Utjecaju ljudskog rada

FIZIFIZIČČKE OSOBINE SLIVAKE OSOBINE SLIVA- Topografska vododjelnica (spaja točke s najvećom nadmorskom visinom između dva sliva)- Hidrološka vododjelnica (definira granicu površina dva sliva sa kojih se vode slijevaju jednim ili drugim slivom). Ovisi o geološkoj građi sliva, pa se često naziva i hidrogeološkavododjelnica

- VELIČINA SLIVA – određuje se planimetriranjem (km2, ha..) sa topografskih karata ili koristeći elektroničkim alatima (GIS i sl.)- OBLIK SLIVA – o njemu ovisi koncentracija površinskih voda i karakter njihovog otjecanja, te dimenzije, oblik i uzdužni profil vodotoka.

LEPEZASTI- koncentracijanagla- mjerodavniintezitet vrlovelik- otjecanjekratkotrajno

DUGULJASTI- koncentracijaspora- intenzitet slab- otjecanjedugotrajno

TROKUTASTI-koncentracijanagla- intenzitet velik- otjecanjedugotrajnije

OPĆI-PRAVOKUTNI- koncentracija spora- velike vode dugotraju- otjecanjedugotrajno

Tipovi slivova prema obliku

-PAD SLIVA I VISINSKI ODNOSI U SLIVU

-Pad sliva nije u hidrološkom smislu posve definiran, već se često izjednačuje s padovima glavnog vodotoka i njegovih pritoka (odnos između hipsometrijske krivulje i krivulje površina).-Tako imamo bruto pad vodotoka i srednji pad vodotoka

-Najčešći pokazatelj odnosa u slivu – srednja (nadmorska) visina

-Najlakše se određuje planimetriranjem površina koje omeđuju susjedne izohipse, primjenjujući izraz:

∑=

=

=ni

i

iisl A

hAh

1

n - broj površina Ai

ih - srednja nadmorska visina površine Ai (mn.m.)

A – ukupna površina

gdje je:

- Oblik i karakteristike sliva su veoma važni elementi kod proračuna protoka i ostalih elemenata neophodnih pri regulaciji vodotoka.

a) Hipsometrijska krivuljab) Krivulja površina

-GUSTOĆA RIJEČNE MREŽE

-Definirana je izrazom: ∑=

=

=ku

uu

uu L

AD

1

1

gdje je:

u – red vodotoka

k – najviši red vodotokau promatranom slivu

Au – površina sliva vodotoka reda u

Lu – duljina vodotokareda u

-GEOLOŠKI ČINIOCI-Utječu na režim otjecanja (površinsko, podpovršinsko i podzemno)

Vrste strujanja iz vodotoka u podzemlje i obrnuto:-Normalno strujanje (prihranjivanje vodotoka iz podzemlja kod niskih vodostaja-Influentno strujanje (vodotok prihranjuje podzemlje neovisno o vodostaju)-Efluentno strujanje (vodotok se prihranjuje iz podzemlja neovisno o vodostaju)

-OSOBINE TLA-Sadržaj vode u tlu vezan je sa njegovom strukturom

- Funkcioniranje tla kao vodnog rezervoara ovisi o kompoziciji čestica gline, prašine i pijeska, te raspoloživog prostora između tih čestica

-Voda s površine popunjava prostor između zemljišnih čestica pod djelovanjem adhezije, površinske napetosti i/ili sile gravitacije, radi čega se voda klasificira kao: adhezijska voda (vlaga), kapilarna voda, temeljna ili gravitacijska voda (podzemna voda).

-VEGETACIJA

-Utjecaj biljnog pokrova nekog sliva od bitnog je značaja na režim otjecanja. - zadržavanje vode na lišću i granju- sprečavanje erozije zemljišta- kod listopadnog drveća ovisi o godišnjem dobu- utječe i na topljenje snijega (sporije se topi i duže zadržava pod zaštitom šume)

- UTJECAJ LJUDSKOG RADA

- aktivnosti u poljoprivredi, šumarstvu i urbanizmu- izvedba hidrotehničkih radova i objekata (isušivanje poplava, izgradnja nasipa za obranu od poplava, regulacija vodotoka, izgradnja akumulacija i retencija u različite svrhe…

PROCESI U SLIVUPROCESI U SLIVUPROCESE U SLIVU čine vremenski promjenjivi parametri zemaljske faze hidrološkog ciklusa: evapotranspiracija, upijanje, površinski procesi, podpovršinski procesi i procesi u riječnom koritu

-EVAPOTRANSPIRACIJA

-Evaporacija + transpiracija = gubici vode u hidrološkom ciklusu kada se voda u obliku vodene pare vraća u atmosferu

- UPIJANJE

- Infiltracija – prolazak vode s površine u unutrašnjost tla i njeno kretanje prema slobodnoj površini podzemne vode- Procjeđivanje (filtracija) – strujanje vode kroz zasićenu sredinu- Na intenzitet infiltracije (mm/h) utječe veći broj povezanih čimbenika: jačina oborina, fizičke osobine tla (poroznost, granulacija, sadržaj vlage..) stanje površine tla (gustoća i vrsta biljnog pokrova), kemijski sastav zemljišnih čestica, temperatura tla i dr.

- POVRŠINSKI PROCESI

- Intercepcija – zadržavanje dijela oborina na lišću i granama vegetacije

- Zadržavanje vode u udolinama – voda ne otječe površinski već se infiltrira i/ili evaporira

- Nagomilavanje i topljenje snijega – oko 300 mm svježeg snijega odgovara visini kiše od 25 mm

- Površinsko otjecanje – ako je intenzitet oborina malen, manji od upijanja ili evapotranspiracije tlo će upiti svu oborinu ili će ona ispariti, a ako je veća dolazi doPOVRŠINSKOG OTJECANJA

- to je nejednoliko (prostorno promjenjivo) i neustaljeno (vremenski promjenjivo) tečenje

- VRIJEME KONCENTRACIJE SLIVA – vrijeme koje je potrebno da elementarni efektivni volumen vode s najudaljenije točke sliva dospije do mjesta opažanja.

- vrijeme tečenja po površini sliva – tsl (h)- vrijeme tečenja u vodotocima višeg i nižeg reda – tv (h)

tc = tsl + tv (h)

- Izokrone – linije koje povezuju točke u prostoru između kojih je jednako vrijeme putovanja elementarnog volumena vode- položaj im se mijenja zbog promjenjivih vrijednosti kišnih intenziteta i infiltacije

- PODPOVRŠINSKI PROCESI

- Kretanje zemljišne vlage

- Podpovršinsko otjecanje – otjecanje vode kroz rastresit (porozan) i nezasićen sloj tla

- brzo potpovršinsko (direktno otjecanje)- sporo potpovršinsko (bazno otjecanje

- Perkolacija – poniranje vode kroz dublje slojeve tla prema slobodnoj površini podzemne vode

- Strujanje podzemne vode – kretanje vode kroz zasićeno porozno tlo

- PROCESI U RIJEČNOM KORITU

- Evaporacija- Tečenje vode (protok)- Pronos nanosa- promjena oblika (deformacija) korita

- OTJECANJE

- Otjecanje je efektivni dio oborina koje otječu- Hidrogram – grafički prikaz promjene protoka Q u vremenu t

- Oblik hidrograma

- razdoblje porasta- razdoblje vršnog dijela - razdoblje opadanja

- Vršni protok se javlja u pravilu u trenutku kada u formiranju otjecanja sudjeluje cijeli sliv. U principu (ne uvijek), taj trenutak definira vrijeme koncentracije tc

-Hidrogram se može razdvojiti na komponente - direktnog otjecanja- baznog otjecanja

- Jedinični hidrogram – hidrogram direktnog otjecanja nastao od 1 mm efektivne oborine Hef koja je ravnomjerno pala na cijelu slivnu površinu, konstantnom jačinom i tijekom zadanog vremenskog intervala T (5 min do 24 sata)

Za jedan sliv se moZa jedan sliv se možže konstruirati jedinie konstruirati jediniččni ni hidrogramhidrogram bilo kojeg bilo kojeg trajanja T.trajanja T.

T-satni jedinični hidrogram i njegov uzrok - hijetogram jediničneoborine trajanja T

Metode sintetiMetode sintetiččkih kih hidrogramahidrograma

Pojednostavljenje postupka konstrukcije sintetiPojednostavljenje postupka konstrukcije sintetiččkog kog hidrogramahidrograma dala je dala je ameriameriččka institucija ka institucija ««TheThe SoilSoil ConservationConservation ServiceService--aa»» svojom preporukom svojom preporukom o upotrebi sintetio upotrebi sintetiččkog kog hidrogramahidrograma u vidu trokuta koji je u vidu trokuta koji je defiinirandefiiniran::maksimalnim protokom maksimalnim protokom QQmax,pmax,p = = UUmaxmax PPe,pe,p

vremenom porasta vremenom porasta

i vremenom opadanja i vremenom opadanja TTrr = K = K TTpp

gdje su: gdje su: ttpp -- vrijeme "zakavrijeme "zakaššnjenja" slivanjenja" slivaTTkk -- mjerodavno trajanje kimjerodavno trajanje kiššeeK K -- faktor sliva, koji je funkcijafaktor sliva, koji je funkcijapovrpovrššine slivaine slivaUUmaxmax -- maksimalna maksimalna ordinataordinatajedinijediniččnog nog hidrogramahidrogramaPPee,P,P -- efektne (neto) kiefektne (neto) kišše,e,

za mjerodavno trajanje za mjerodavno trajanje TTkk..

2T

tT kpp +=

Aproksimacija stvarnoga hidrograma trokutom

-Oborinski činioci koji utječu na oblik hidrograma – jačina i trajanje oborina

-Meteorološki činioci koji utječu na oblik hidrograma – pravac i brzina kretanja oborina

-Topografski činioci koji utječu na oblik hidrograma –veličina, pad i oblik sliva, gustoća riječne mreže i reljef

- Geološki činioci (posredstvom jačine upijanja, sadržaja vlage u tlu i razine podzemne vode)- Biološki činilac (vegetacija)- Antropogeni činilac

- KOEFICIJENT OTJECANJA (C)

- Odnos efektivnih oborina Hef (mm) i bruto oborina Hb (mm) ili odnos volumena otjecanja i volumena oborine pale na neku površinu

- Deficit otjecanja – razlika pale oborine i efektivnog otjecanja

n

nnsr AAA

ACACACC

++++++

=......

21

2211- Srednji koeficijent otjecanja:

gdje su:C1, C2, ..., Cn – koeficijenti otjecanja različitih tipova ili vrsta površinaA1, A2, ..., An – pripadajući dijelovi određena tipa/vrste površine

UTJECAJ AKUMULACIJE I/ILI RETENCIJE NA OBLIK HIDROGRAMA

Osnovna svrha akumulacije i/ili retencije je spljoštenje vodnog vala (vrha hidrogranma)

Out from R1+inter-catchment area

Out from R2 +inter-catchment area

Accumulation R1

Accumulation R3

Accumulation R2

Discharge from catchment area

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14

time (hours)

Q (m

3 /s)

incamingW.V.

transformedW.V.

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14time (hours)

Q (m

3 /s)

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8 10 12 14time (hours)

Q (m

3 /s)

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12 14tim e (hours )

Q (m

3 /s)

incam ing - untrans form ed W.V.-present s ituation-

Usporedni prikaz maksimalnog 100-godišnjeg vodnog vala za postojeće stanje i nakon izgradnje planiranih retencija