Hidrologija
5 (100%) 1 vote

Hidrologija

Vandens ištekliai

1.Hidrologijos ryšiai su kitais mokslais

Hidrologija- mokslas apie žemynų paviršiaus vandenis, tiriantis jų savybes, dinamiką ir ryšį su kitais geografinės sferos elementais. Bendroji hidrologija susideda iš kelių organiškai tarpusavyje susijusių dalių:

• Hidrometrijos – tiria metodus ir prietaisus vandens tėkmių judėjimui ir būsenai nustatyti, taip pat nagrinėja vandens tėkmių matavimo ir duomenų tvarkymo būdus.

• Hidrografijos – tiria ir aprašo upių ir kitų vandens telkinių morfologiją, vandens rėžimą, ūkinę reikšmę ir panaudojimo galimybes.

• Žemynų hidrologijos – tiria upes, ežerus, tvenkinius ir kt. vandens telkinius bei jų visumą konkrečioje teritorijoje, taip pat žmogaus veiklos įtaką vandens kaitai telkiniuose. Žemynų hidrologijos uždavinys – nustatyti bendruosius žemynų vandens formavimosi bei rėžimo dėsningumus: hidrografinio tinklo susidarymo, drėgmės apykaitos, hidrologinių ir meteorologinių veiksnių bei paklotinio paviršiaus sąlygų ryšius

• inžinerinė hidrologijos – tiria hidrologijos dėsnių taikymą, sprendžiant įvairių hidrotechninių statinių projektavimo ir konstravimo klausimus. Detaliai nagrinėja hidrologinių charakteristikų skaičiavimo bei prognozavimo klausimus.

Bendroji hidrologija priklauso gamtos mokslams, tiriantiems žemės planetos, kartu ir jos hidrosferos savybes. Todėl ji savo ruožtu yra susijusi su keletu atskirų, jai artimų mokslų, būtent: meteorologija, fizika, matematinė statistika, hidrogeologija, hidrodinamika, hidrochemija, okeanologija, glaciologija ir pelkėtyra.

Hidrologijos mokslo pradžia siekia gilią senovę. Jau pirmaisiais žmogaus egzistavimo metais vanduo buvo būtiniausias jo buities elementas. Lietuvoje hidrometrija ir hidrologija kaip disciplinos pirmą kartą buvo pradėtos dėstyti 1922 m Dotnuvoje. Mokslo pradininkas – S. Kolupaila.

2.Vandens išteklių kompleksinis naudojimas

2.1.Kompleksinio naudojimo reikšmė

Vanduo yra nepakeičiamas gamtos turtas. Su juo susijusi žmogaus buitis, rekreacija, pramonė, hidroenergetika, žuvininkystė, žemės ūkis ir vandens transportas. Vandens apytakos gamtoje dėka formuojasi Žemės klimatas, jos paviršius, vandens telkiniai žemynuose, vietovės fiziniai geografiniai veiksniai. Nors žemės planetoje vandens yra daug (1386 mln. km3), tačiau gėlo vandens ištekliai nėra dideli – tik 2,53 %. Žmonijos ūkinėje veikloje daugiausia naudojama ta gėlo vandens dalis, kuri vandens apytakos dėka nuolat pasipildo – tai upių ir vandens telkinių vanduo. Pagal ūkinę svarbą antroje vietoje yra požeminis vanduo. Vanduo, esantis atmosferos sniego, lietaus ar liūties pavidalo, periodiškai drėkina įvairius žemės regionus. 2.2. Žemynų vandens kaita

Vandens objektų būklės ypatumai tam tikru laikotarpiu yra vandens kaita. Vandens kaitos sąvoka yra gana plati, apimanti:*Vandens lygių, *Nuotakio (vandeningumo), *Ledo reiškinių, *Vandens temperatūros, *Vandens tėkmės nešamų kietų dalelių (nešmenų), *Ištirpusių vandenyje medžiagų sudėties ir koncentracijos, *Upių vagų kitimų daugiamečius, sezoninius ir paros svyravimus. Vandens kaitai taip pat priskiriami bangavimo ir tėkmės greičio pokyčiai.

Vandens kaitos būna sureguliuotos arba natūralios. Priklausomai nuo vandens objektų rūšies būna upių vandens kaita, ežerų ir tvenkinių vandens kaita, požeminio vandens bei pelkių vandens kaita. Vandens kaitos elementais vadinami tie reiškiniai ir procesai (vandens lygio, vandeningumo, vandens temperatūros ir kiti svyravimai), kurių visuma apibūdina vandens objektų hidrologinę kaitą. Svarbiausias hidrologinės kaitos rodiklis – upių nuotakis. Nuo jo dydžio priklauso tam tikros teritorijos vandens ištekliai, hidroenergijos ir apskritai vandens ūkio raida.

Pagrindiniai hidrologinės kaitos rodikliai yra šie:

1. Debitas (Q) – vandens kiekis, pratekantis tėkmės skerspločiu per sekundę (m3/s). 2.Hidromodulis (nuotakio modulis) (q) – vandens kiekis, nutekantis per sekundę nuo baseino ploto vieneto (l/s km2). 3. Nuotakis (W) – natūralus vandens nutekėjimas, vykstant vandens apytakai gamtoje, per tam tikrą laiką (km3) W = QT. 4. Nuotakio aukštis (A) – vientisas vandens sluoksnio aukštis mm, kuris susidarytų visą nuotakio tūrį vienodai paskleidus upės baseino plote. 5. Nuotakio koeficientas ( ) – nuotakio aukščio ir kritulių aukščio per tą patį laikotarpį santykinis dydis. Parodo, kokia dalis kritulių vandens tenka nuotakiui. 6. Modulinis koeficientas (K) – bet kokio nuotakio charakteristikų dydžio ir to paties dydžio vidutinės aritmetinės reikšmės santykinis dydis. Charakterizuoja vandeningumą.

2.3. Vandens išteklių tyrimo metodai

Vandens telkinių hidrologinė kaita geriausiai apibūdinama ilgalaikių natūrinių stebėjimų metu. Tačiau praktiškai tai nėra įmanoma, nes vandens telkinių daug, jų įvairovė taip pat didelė. Visur įrengti stebėjimų stotis ar postus neįmanoma. Be to ir ekonomiškai netikslinga įrengti pernelyg tankų stebėjimo stočių ar postų tinklą. Taigi esant retesniam stebėjimų stočių ar postų tinklui matematinės statistikos metodais įmanoma nustatyti priklausomybes tarp hidrologinių reiškinių ir juos formuojančių veiksnių. Tokiu būdu hidrologinių reiškinių vystymosi dėsningumus įmanoma susieti su vietovės klimatiniai
veiksniais.

Yra įvairūs sprendimo metodai: 1. Pagrįstas ryšys tarp hidromodulio ir baseino ploto q = f(F). 2. Pagrįstas vidutinių (norminių) hidromodulių izolinijų žemėlapio panaudojimu. Taikant šiuos du metodus praktiškai įmanoma apskaičiuoti svarbiausias hidrologines charakteristikas ir padaryti svarbias, hidrologinę kaitą charakterizuojančias išvadas tuomet, kai nėra pakankamai tankaus vandens matavimo stočių ar postų tinklo ir natūrinių stebėjimo duomenų. Hidrologinių reiškinių fizinių savybių tyrimams taip pat naudojamas eksperimentinis metodas.

2.4. Urbanizacijos ir kitų antropogeninių procesų įtaka vandens ištekliams

Svarbiausi antropogeniniai veiksniai, turintys įtakos vandens ištekliams, yra šie: 1. Nuotakio reguliavimas tvenkiniais. 2. Tinkamų karjerų rekultyvavimas. 3. Agrotechninės priemonės. 4. Hidrotechninė melioracija. 5. Komunalinis bei pramoninis vandentiekis. 6. Urbanizacija Dėl antropogeninių veiksnių įtakos kinta upių vandeningumas bei vandens užterštumas. Pramonės augimas ir žmonių koncentracija miestuose – didelė problema tinkamai naudoti vandens išteklius. Šias problemas sprendžia hidrologijos mokslo šaka – miestų hidrologija, nagrinėjanti urbanizacijos poveikį vandens kaitai ir jos kokybei.

Vandens telkinių įrengimas, vandentiekio ir vandens valymo įrenginių statyba iš esmės pakeičia natūralų nuotakio rėžimą. Antropogeninių veiksnių įtaka didesnė mažų upelių baseinuose. Neracionaliai panaudojant mažų upelių vandenį jie gali visai degraduoti ir turėti neigiamos įtakos vietovės ekologijai.

3.Vandens pasiskirstymas ir jo įtaka Žemės planetoje

3.1 Žemynai, vandenynai ir jūros

Žemės planetos paviršiui būdingas bendras nuolydis link jūrų ir vandenynų ir kitas – link uždarių nenuotakiųjų rajonų. Žemės planetos žemynai dalijami į 2 pagrindines dalis: nuotakinę (periferinę) ir nenuotakinę (uždarąją). Nuotakinę dalį sudaro žemės paviršiaus rajonai, kuriuose vanduo nuolydžio kryptimi teka upeliais ir upėmis į jūras ir vandenynus. Nenuotakinę žemynų dalį sudaro žemynų rajonai, kalnų atskirti nuo jūrų ir vandenynų. Šių rajonų vanduo į jūras ir vandenynus nenuteka, o susitelkia į nenuotykinius ežerus, išgaruoja ir infiltruotasi į gilesnius grunto sluoksnius, sudarydamas požeminius vandens telkinius. Vandenynai ir jūros užima 71 %, o žemynai – 29 % paviršiaus ploto. Didesnė žemynų dalis yra Šiaurės pusrutulyje (39,3 %). Visas vandenynų, iš dalies ir požeminis bei ežerų vanduo yra sūrus. Vertingiausias ir plačiausiai naudojamas gėlas vanduo, kuris sudari tik 2,53 % viso vandens kiekio.

3.2. Vandens apytaka gamtoje

Nuo saulės radiacijos priklauso procesai, vykstantys atmosferoje ir hidrosferoje – tai vandens garavimas, debesų susidarymas, krituliai lietaus ir sniego pavidalo, ledynų ir sniegynų tirpimas, dirvos tėkmė, sudarantys dėsningą grandį bendroje vandens apytakoje, vykstančioje gamtoje.

Gamtoje vyksta 3 vandens apytakos ciklai: 1. mažasis (okeaninis) – iš jūrų ir vandenynų išgaravęs vanduo nepatenka į žemyną, bet kondensuojasi ir vėl lietaus ar sniego pavidalu iškrinta jūrų ir vandenynų paviršiuje. 2. didysis – išgaravusio vandens dalis koncentruojasi ir iškrinta jūrų ir vandenynų paviršiuje, o likusi dalis oro srovių pernešama į žemynus ir ten, iškritusi krituliais, grioviais, upeliais vėl grįžta į jūras ir vandenynus. 3. Žemyninis (kontinentinis) – dalis žemynuose iškritusių kritulių, nepatekusi į upelius, išgaruoja, kondensuojasi ir vėl krituliais iškrinta žemynų paviršiuje.

Vandens apytakos dėka hidrosferoje vyksta nuolatinis dalies vandens judėjimas – garavimas ir atsistatymas.

4. Žemės planetos vandens balansas

Vandens balansas – tai kiekybiška vandens apytaka gamtoje. Daugiamečių stebėjimų metu nustatyta, kad žemės planetos jūrų ir vandenynų lygis ir upių nuotakis iš esmės nekinta. Todėl pagrįstai galima teigti, kad tarp į žemynus patenkančio vandens kiekio ir paviršinio bei požeminio nuotakio yra pusiausvyra. Garavimo nuostoliai yra kompensuojami upėmis ir požeminiais kanalais atitekančio vandens.

4.1 Vandens balanso elementai ir lygtys

Krituliai – (Xv, Xž)

Garavimas nuo žemynų ir vandenynų paviršiaus – (Zv, Zž)

Nuotakis (suminis) – Ys

Vandens balanso lygtis: jūrų ir vandenynų Zv = Xv+ Y; žemynų Zž = Xž- Y

Suminis nuotakis Ys= Xž- Zž.

Zv+ Zž = Xv+Xž

Zv – vidutinis metinis garavimas nuo jūrų ir vandenynų paviršiaus

Zž – vidutinis metinis garavimas nuo žemynų (sausumų) paviršiaus

Xv – vidutinis metinis kritulių kiekis, iškritęs jūrų ir vandenynų paviršiuje

Xž – vidutinis metinis kritulių kiekis, iškritęs žemynų paviršiuje

Ys – metų suminis nuotakis (paviršinis ir požeminis).

Vandens balanso elementų sąvokos:

*Garavimas – garų susidarymo procesas, kai skysčio molekulės atitrūksta nuo laisvojo skysčio paviršiaus. Šio proceso metu į atmosferą išgaruoja apie 2/3 kritulių. Procesas, kada vandenį išgarina augalai, vadinamas transpiracija. O kai vanduo išgaruoja nuo sniego ar ledo paviršiaus, aplenkdamas skystąją fazę – sublimacija. Garavimo intensyvumas priklauso nuo drėgmės deficito ( garų kiekio trūkumo ore iki prisotintų garų būklės), jis savo ruožtu priklauso nuo vandens ir garų temperatūros,
taip pat nuo oro slėgio ties paviršiumi. *Krituliai – tai garų koncentracijos proceso dėka susidarę lietaus lašai, sniegas ar kruša, iškritę ant žemės ar vandens paviršiaus. Yra 3 kritulių tipai: 1. Cikloniniai – susidaro šilto ir šalto oro srovių susidūrimo vietoje. Jei šiltas oras išstumia šaltą, tuomet lietus būna silpnas ir iškrenta didelėje teritorijoje. , jei šaltas oras išstumia šiltą – tuomet susiformuoja liūtys. 2. Konvenciniai – susidaro kondensuojantis vandens garams, kurie su šilto oro srovėmis pakyla į šaltus (aukštesnius) atmosferos sluoksnius. 3. Orografiniai – susidaro panašiai kaip ir konvenciniai, tiktai oro srovės atšąla kildamos kalnų šlaitais. Tai lokalinės kilmės krituliai.

Krituliai apibūdinami intensyvumu, trukme ir bendru kiekiu. Intensyvumas – tai kritulių kiekis, iškritęs per laiko vienetą. Kritulių trukmė matuojama paromis, valandomis arba minutėmis, o bendras kiekis – vandens sluoksnio aukštis (mm).

Krituliai, iškritę žemyne, pasiskirsto labai nevienodai dėl skirtingos baseinų padėties jūrų ir vandenynų atžvilgiu, vietovės reljefo, vyraujančių vėjų krypties ir kt. *Nuotakis – tai vandens tekėjimas nuolydžio kryptimi žemės paviršiumi. Jis prasideda nuo vandens tėkmių susidarymo momento ir pasibaigia joms įtekėjus į jūras ir vandenynus. Siaurąja prasme – vandens kiekis (tūris), Veikiamas žemės traukos jėgos, nutekantis nuolydžio kryptimi per tam tikrą laiką.

4.2.Vidutinės daugiametės kritulių, garavimo ir nuotakio normos

4. 3. Vandens ištekliai

Vykstant nuolatinei vandens apytakai gamtoje, vanduo patenka į žemynus. Ten jis mechaniškai ardo uolienas, formuoja žemės paviršių. Patekęs į gilesnius grunto sluoksnius sudaro požeminius vandens telkinius.

Vandens ištekliai plačiai naudojami daugelyje sričių. Vanduo tiekiamas gyvenvietėms bei pramonės įmonėms. Hidroenergetika. Vandens transportas, žemių drėkinimas ir daugelis kitų svarbių žmogaus ūkinės veiklos sričių būtų neįmanomi neturint reikiamų vandens išteklių.

Vandens telkiniuose ir upėse yra apie 0,27 % visų gėlo vandens atsargų. Pagrindinė gėlo vandens masė glūdi Antarktidos, Grenlandijos bei kalnų viršūnių ledynuose.

Vandenynai – 96,54 %, ledynai ir pastovi sniego danga – 1,75 %, požeminiai vandenys – 1,69 %, gėlas vanduo – 2,53 %.

5. Vandens kadastras ir hidrologinės prognozės

5.1. Vandens kadastro turinys

Vandens kadastras – pagrindinių žinių apie upes ir kitus vandens telkinius rinkinys. Jame sutelkti duomenys yra labai svarbūs sprendžiant įvairius vandens ūkio klausimus, kaip vandens objektus praktiškai panaudoti. Pagrindinės vandens kadastro dalys: 1)bendroji nagrinėjamos teritorijos fizinė – geografinė apžvalga, 2)vietovės klimatiniai veiksniai, 3)teritorijos hidrografija, 4)vandens matavimo stočių ir postų sąrašas ir hidrometeorologinis tinklas, 5)hidrometeorologinių stebėjimų duomenys (vandens lygių, debitų, nešmenų, ledo reiškinių, vandens temperatūros, vandens cheminės būklės), 6) skirtingų vandens telkinių vandens balanso elementai, 7)atskirų vandens telkinių analizė ir jų praktinės reikšmės įvertinimas ,8)bendrosios išvados apie teritorijos vandens telkinius. Remiantis pagrindine hidrografine bei hidrologine medžiaga, sudaromi vandens ūkio atskirų sričių kadastrai: hidroenergetikos, vandens transporto, žemės ūkio melioracijos ir kt. Lietuvos kadastro dalys – 4:1)išanalizuoti ir aprašyti Lietuvos upių ir upelių vagų ilgiai bei baseinų plotai, 2)Nemuno upės nuotakis, 3)duomenys apie Lietuvos upių debitus, vagų nuolydžius ir jų ruožų hidroenergetinį galingumą, 4)Lietuvos upių nuotakio reguliavimo perspektyvos ir apibūdintos realios reguliavimo galimybės.

5.1.1.Vandens ūkinis bei energetinis kadastras

Kiekvieno krašto vandens ūkinis ir hidroenergetinis potencialai yra svarbūs, todėl jų racionalus panaudojimas yra reikšmingas bendram krašto ūkiui. Tačiau racionaliai panaudoti vandens išteklius galima tik žinant upių ir kitų vandens telkinių sistemų ir baseinų pagrindines charakteristikas. Daugelio krašto ūkio šakų plėtotė priklauso nuo teisingo ir racionalaus vandens išteklių panaudojimo, su kuriuo glaudžiai yra susijęs energetikos, pramonės, ypač chemijos bei popieriaus ir celiuliozės, žemės ūkio, vandens transportas, kelių tiesimas. Norint plėtoti krašto gerovę teisinga kryptimi iš anksto reikia turėti susistemintas žinias apie viso krašto ar rajono vandens išteklius, t.y. turėti vandens ūkio ir hidroenergetikos kadastrą. Kadastrų apimtys bei juose pateiktų duomenų pobūdis privalo atitikti jiems keliamus reikalavimus. Hidrologiniuose metraščiuose sukaupti duomenys yra svarbūs rengiant vandens kadastrą.

5.1.2. Vandens kadastro sudarymo principai

Vandens kadastro sudarymą aprobuoja valstybių vandens ūkio įstatymai. Vandens kadastras apima vandens telkinių kiekybės ir kokybės rodiklių ir jų panaudojimo apskaitos duomenis, vandens vartotojų ir naudotojų registraciją bei vandens išteklių vertinimą. Kadastrų duomenys periodiškai atnaujinami. Valstybiniai vandens kadastrai sudaromi vandens panaudojimo kontrolės ir apsaugos tikslams. Valstybiniai vandens kadastrai paprastai susideda iš 3 skyrių: paviršinis vanduo, požeminis vanduo ir vandens panaudojimas. Kiekviename skyriuje pateikiami
duomenys: vandens objektų bei naudotojų katalogai, kasmetiniai duomenys apie vandens kaitą, kokybę bei panaudojimą, daugiamečiai duomenys apie vandens kaitą, išteklius, kokybę bei panaudojimą. Pagrindinis vandens išteklių vertinimo tikslas – nustatyti, kaip reikėtų naudoti kiekvieną vandens telkinį bei jo tūrį, kad krašto ūkis gautų kuo didesnę ekonominę naudą.

5.2. Hidrologinės prognozės ir sąvokos

5.2.1. Hidrologinių prognozių struktūra, jų klasifikavimas

Hidrologinės prognozės skirstomos į trumpalaikes – spėjama apie reiškinį, įvyksiantį vėliau kaip po 10 parų ir ilgalaikes. – šios prognozės apibūdina panašius reiškinius žymiai anksčiau. Ilgalaikės prognozės skirstomos: 1)preliminarios –pateikia tik orientacinius duomenis apie būsimus reiškinius;2)kokybinės – laukiamas hidrologinis reiškinys įvertinamas 3 balų sistema (apibūdinami aukšti vandens lygiai, labai dideli debitai); 3)kiekybinės – be įprastinio būsimo reiškinio apibūdinimo, nusako ir reiškinio įvykio datą bei jo elementų pobūdį. Visais atvejais hidrologinėms prognozėms keliami šie reikalavimai: jos turi būti pakankamai tikslios ir patikimos, jomis turi būti apibūdintas pakankamai ilgas išankstinis laikotarpis. Priklausomai nuo reiškiniui apibūdinti duomenų pobūdžio ir turinio prognozės skirstomos į 6 pogrupius: hidrometrinės(išvados pagrįstos vandens matavimo postų ir stočių duomenimis), hidrometeorologinės(hidrometriniais ir meteorologiniais duomenimis), grynai hidrologinės (tik hidrologinėmis charakteristikomis), sinoptinės(hidrometrinėmis ir klimatinėmis charakteristikomis), mišrios (kompleksiniais duomenimis) ir periodinės (periodiškai pasitaikančiais hidrometeorologiniais reiškiniais). Hidrometrinės prognozės yra pačios seniausios ir praktikoje taikomos dažniausiai.

5.2.2. Prognozių tarnybos ir uždaviniai

Prognozių tarnybos struktūras ir jų darbą nagrinėja prognostika – mokslas apie prognozavimo dėsnius ir metodus. Egzistuoja teorinė – tiria prognozavimo ypatumus, jo metodo kūrimo ir optimalaus tarpusavio derinimo principus- ir taikomoji – priklauso mokslinėms ir mokymo disciplinoms, kaip jų teorija –prognostika. Svarbiausi prognozių tarnybų uždaviniai yra pažinti prognozuojamus procesus, nustatyti jų plėtotę ir įvertinti inertiškumą. Būdingiausi prognozavimo metodai: ekstrapoliacija, modeliavimas ir ekspertų apklausa. Prognozavimo uždaviniai sprendžiami keliais etapais: 1)preliminariai nustatomi prognozavimo objekto tikslai, hipotezės ir metodai, 2)nustatomas prognozavimo fonas (surenkami duomenys apie šalutinius veiksnius), 3)sudaromas bazinis modelis, 4)sudaromas bazinio modelio tyrimų etapas, 5)įvertinamas gautų rezultatų patikimumas, 6)paruošiamos rekomendacijos.

6. Aerokosminių metodų taikymas hidrosferos objektuose

Bet kurios vandens kiekio pokyčio stadijos pagrindinis veiksnys yra vandens apytaka gamtoje, nes skirtingus vandens kiekio pokyčius lemia krituliai ir garavimas. Todėl labai svarbu stebėti pradinę jų būklę ir visą kaitos specifiką. Tai įmanoma atlikti distanciniais matavimais, taikant aerokosminius metodus ir įrangą. Tai yra pagrindas formuotis naujai hidrologijos krypčiai – globalinei hidrologijai, kurios tikslas – aerokosminiais metodais tirti ir aiškinti vandens išteklių formavimosi ypatybes dideliuose Žemė planetos regionuose, esančiuose skirtingose hidrometeorologinėse sąlygose.

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2721 žodžiai iš 9001 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.