• primárny vstup – zrážkový úhrn

Vplyv fyzicko-geografických parametrov územia na hydrologický cyklus v povodí

Sú naozaj zrážky nezávislé?

Na čo môžu vplývať parametre povodia?

• na vznik odtoku vody v krajine

• na priebeh odtoku vody v krajine

• na priestorové rozdelenie odtoku vody v krajine

Čo je nezávislé na parametroch povodia?

Atmosférické zrážky

• Zrážky, či už kvapalné alebo pevné sú jedinou vstupnou veličinou do hydrologického cyklu v povodí.

• Ich množstvo a časové rozloženie predurčuje veľkosť odtoku ako aj jeho časové rozloženie, t.j. režim odtoku.

• Zrážky sú produktom kondenzácie vodnej pary v atmosfére. Zdrojom vodnej pary pre atmosféru je najmä aktívny povrch, preto množstvo vodnej pary s výškou klesá.

Hladina kondenzácie

Dážď

Krúpy

Búrkový oblak

Sneh

len dážď v letnom období

v lete lejak, v zime silné sneženie

Cu

Cb

Cumulus

Cumulonimbus

Oblaky s vertikálnym

vývojom

- kupa

- bouřková kupa

dlhodobý dážď alebo sneženie

mrholenie, drobný dážď, slabé

sneženie

slabý dážď, slabé sneženie

Ns

Nc

St

Nimbostratus

Stratocumulus

Stratus

Nízke oblaky

- dešťová sloha

- slohová kupa

- sloha

mrholenie,

drobné sneženie

Ac

As

Altocumulus

Altostratus

Stredné oblaky

- vyvýšená kupa

- vyvýšená sloha

bez zrážok

bez zrážok

bez zrážok

Ci

Cc

Cs

Cirrus

Cirrocumulus

Cirrostratus

Vysoké oblaky

- řasa

- řasová kupa

- řasová sloha

SLatinsky

Zrážky

Označenie

Typ oblaku

Vrstevnica

Reálne tvary reliéfu

Kolmý priemet do roviny

Úloha srážek v hydrologickém cyklu

• Zrážky, či už kvapalné alebo pevné sú jedinou vstupnou veličinou do hydrologického cyklu v povodí.

• Ich množstvo a časové rozloženie predurčuje veľkosť odtoku ako aj jeho časové rozloženie, t.j. režim odtoku.

• Z hľadiska tvorby povrchového odtoku a najmä jeho prípadných negatívnych dôsledkov sú z jednotlivých druhov zrážok najdôležitejšie dažde.

• Rozoznávame dažde normálne (bežné), ktoré majú menšiu výdatnosť a kratšiu dobu trvania, takže dažďová voda vsakuje do pôdy a okrem nepriepustných povrchov nevzniká okamžitý povrchový odtok.

• Druhým typom sú dažde extrémne, ktoré sa vyznačujú buď veľkou intenzitou a kratším trvaním (tzv. krátkodobé dažde) alebo nižšou intenzitou a dlhým trvaním (dlhodobé napr. cyklonálne dažde). Extrémne dažde už vyvolávajú okamžitý povrchový odtok.

• Pri klasifikácii týchto dažďov vychádzame z ich intenzity (i):

• i = (mm.min-1)

• kde Hz je výška zrážok a t je doba ich trvania. Klasifikácia krátkodobých dažďov podľa intenzity je uvedená v tabuľke.

t

Hz

• Okrem hodnoty intenzity dažda pracujeme aj s hodnotou jej ekvivalentu, ktorý je vyjadrený objemom vody na jednotku plochy za jednotku času.

• Nazývame ju špecifická výdatnosť dažďa – qz (l.s-1.ha-1 alebo m3.s-1.km-2). Vzťah medzi intenzitou a špecifickou výdatnosťou je nasledovný:

• qz = 166,7 i (l.s-1.ha-1) alebo qz = 16,67 i (m3.s-1.km-2)• kde 166,7 resp. 16,67 sú prevodové koeficienty. Napr. pri intenzite 1 mm.min-1 je prevod na l.s-1.ha-1 nasledujúci:• 1 mm.min-1 = 1/60 = 0,01667 mm.s-1 = 0,01667 l.s-1.m-2 =

0,01667.10000 = 166,7 l.s-1.ha-1. Pre prevod na m3.s-1.km-2 platí:• 1 mm.min-1 = 1/60 = 0,01667 mm.s-1 = 0,01667 l.s-1.m-2 =

(0,01667/1000).1000000 = 16,67 m3.s-1.km-2

Špecifickým druhom vertikálnych zrážok je sneh. Pri priaznivých klimatických podmienkach ostáva na zemskom povrchu a spôsobuje dočasnú akumuláciu vody v povodí v pevnom stave.

Jednoduchým prevodom hmotnostných jednotiek na jednotky objemové (1 l vody = 1 kg vody) získavame informáciu o vodnej hodnote snehovej pokrývky, čo je objem vody, ktorý vznikne roztopením snehovej vrstvy príslušnej hrúbky. Vodnú hodnotu snehu udávame v % alebo ako bezrozmerné číslo.

Ak teda vynásobíme výšku snehovej pokrývky v mm vodnou hodnotou snehu, získame údaj o výške vodného stĺpca, ktorý by z tohto snehu vznikol.

Ak údaj o vodnej hodnote snehu vynásobíme plochou povodia, ktorá je pokrytá snehovou pokrývkou s touto vodnou hodnotou, získavame informáciu o potenciálnej zásobe (objeme) vody v povodí, ktorá je obsiahnutá v snehovej pokrývke.

Z tohto dôvodu majú informácie o výške snehovej pokrývky a jej vodnej hodnote zásadný význam pre prognózu veľkosti odtoku a napríklad manipuláciu s hladinou vodnej nádrže, t.j. vytvorením dostatočného zásobného objemu v nádrži.

Ůkol 1Vypočítajte, na aký objem je nutné znížiť objem

vodárenskej nádrže Šance, aby bola schopná zadržať 50% objemu vody sústredenej v zásobe snehovej pokrývky? Bude postačovať ochranný objem nádrže na riešenie tejto úlohy?

Pokladové údaje:• Celkový objem nádrže 61,8 mil m3

– Z toho stály objem 2,5 mil m3

zásobný objem 43,1 mil m3

ochranný objem 16,2 mil m3

• Plocha povodia toku Ostravica po nádrž 146,3 km2

Ďalšie podkladové údaje:Priemerná výška snehovej pokrývky (napr. 15.3) 460 mm

Vodná hodnota snehu 0, 75

ŘešeníVýpočet zásoby vody v snehovej pokrývke:460 mm x 0,75 = 345 mm = 0,345 m3.m-2 x 146 300 000 m2 = = 50 473 500 m3 /2 = 25 236 750 km3

• V hydrologickej praxi sa používa metóda teplotného faktora.

• Je to empirická metóda, ktorá pracuje s dostupnými hydrometeorologickými údajmi.

Podstata metódy je vyjadrená rovnicou:HT = a . D • kde HT je vrstva vody, ktorá sa roztopí za 1 deň

v cm, a je koeficient vyjadrujúci vplyv klimatických podmienok na topenie snehu a D je priemerná hodnota kladných teplôt v priebehu 24 hodín.

Závislosť zrážkového úhrnu na nadmorskej výške• Vertikálne členenie georeliéfu výrazne ovplyvňuje úhrny zrážok

v jednotlivých oblastiach. • Efekt náveternosti a záveternosti pomerne výrazne mení

hodnotu zrážkových úhrnov na staniciach s porovnateľnou nadmorskou výškou.

• Pribúdanie zrážkových úhrnov s rastúcou nadmorskou výškou vyjadrujeme hodnotou pluviometrického gradientu, ktorý predstavuje prírastok zrážkového úhrnu pri zmene nadmorskej výšky o 100 m. Pre výpočet ročného úhrnu zrážok vzhľadom na nadmorskú výšku stanice môžeme použiť niekoľko vzťahov.

Podľa Gregora (pre bývalú ČSSR) je možné úhrn zrážok HZ vypočítať pomocou nadmorskej výšky stanice HA nasledovne:

• HZ = 1/2 HA + 560, pre polohy do 650 m n.m a• HZ = 3/5 HA + 560, pre polohy viac ako 650 m n.m.

• Šamaj a Valovič zostavili pre územie Slovenska vzťah HZ = 591 + 0,162 HA + 0,00031HA

2

Na základe údajov o zrážkových úhrnoch a nadmorských výškach 132 staníc na území Slovenska v období rokov 1951 – 80 sme odvodili niekoľko závislostí.

Vychádzali sme zo základnej funkcie HZ = f(HA) a pomocou lineárnej regresie sme odvodili závislosť HZ a HA.

Urobili sme niekoľko „pokusov“ s nasledujúcimi výsledkami.

Keď sme použili všetky stanice bez akejkoľvek selekcie výsledkom bol nasledujúci vzťah

Keď sme zo súboru staníc vylúčili tie, pri ktorých sa vzhľadom na ich polohu dal predpokladať efekt náveternosti alebo záveternosti dostali sme nasledujúcu závislosť

Pri rozdelení súboru staníc podľa nadmorskej výšky podľa Gregora do a nad 650 m n.m sme dostali nasledujúce výsledky

URČENIE ZRÁŽKOVÉHO ÚHRNU V POVODÍ• Meranie zrážok = bodová hodnota (v mieste

stanice, resp. zrážkomeru)• Hodnotu hydrologickej bilancie určujeme pre

plochu = povodie vodného toku• Na ploche povodia môže byť 1 až n

zrážkomerných staníc v rôznych polohách (náveternosť) a v rôznych nadmorských výškach, t.j. môžeme mať n rôznych hodnôt zrážkových úhrnov

zrážkomery

Otázka:• Akú hodnotu dosadíme do rovnice hydrologickej

bilancie?Odpoveď:• Jednoduchý aritmetický priemerProblém:• Jednoduchý aritmetický priemer nezohľadňuje výškové

ani polohové umiestnenie staníc a teda ani hodnotu nameraného úhrnu zrážok a výsledok bude veľmi skreslený najmä pri väčších tokoch s výrazným výškovým rozdielom (napr. Morava alebo Ostravica)

Riešenie:• Tak vypočítajme nejakú inú priemernú hodnotu • Najčastejšie využívame vážený aritmetický

priemer

n

nn

FFF

FHzFHzFHzHz

...

......

21

2211

Na základe váženého aritmetického priemeru je založených niekoľko grafických metód.

• Hortonova polygónová metóda

Metóda izohyet

Zrážkové úhrny v mesiacoch júl 1995 – 2001 pre povodie Boca v Nízkych Tatrách

1.7. - 31.7. 1995

1.7. - 31.7. 1996

1.7. - 31.7. 1997

1.7. - 31.7. 1998

1.7. - 31.7. 1999

1.7. - 31.7. 2000

1.7. - 31.7. 2001