Υδρολογία-Εισαγωγικές έννοιες

Παρουσίαση με θέμα: "Υδρολογία-Εισαγωγικές έννοιες"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Υδρολογία-Εισαγωγικές έννοιες
Υδρολογία ορίζεται η επιστήμη η οποία περιγράφει την εμφάνιση, την κυκλοφορία και τη διανομή του νερού της γης, καθώς και την αλληλεπίδραση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων με το περιβάλλον.

2 αντικείμενο Στην επιστήμη της Υδρολογίας υπεισέρχονται ποικίλες και περίπλοκες διαδικασίες πρωταρχικού ενδιαφέροντος, όπως της εξάτμισης, βροχής, διήθησης, διαπνοής, αποθήκευσης και απορροής. Συνδέεται στενά με μια ευρεία ομάδα επιστημών, όπως είναι η βιολογία, η χημεία, η γεωπονία, η γεωγραφία, ……

3

4 Ιστορική εξέλιξη υδρολογίας
Ο άνθρωπος πριν από πολλούς αιώνες προέβη στην κατασκευή αξιόλογων υδραυλικών έργων, στηριζόμενος ως επί το πλείστον σε φιλοσοφικές θεωρίες Η περίοδος της σύγχρονης Υδρολογίας μπορεί να θεωρηθεί ότι άρχισε από τον 17° αιώνα κατά τον οποίο η γνώση των υδρολογικών φαινομένων άρχισε στηριζόμενη στις μετρήσεις. Από τον18°αιώνα αρχίζει η περίοδος της πειραματικής έρευνας των υδρολογικών φαινομένων και η ανάπτυξη της Υδραυλικής. Από το 1950 αρχίζει η μεγάλη ανάπτυξη με όλα τα σύγχρονα εργαλεία.

5 Προσδιοριστική ( μοντέλα)- Στατιστικ
Κλάδοι της Υδρολογίας Φυσική- τεχνική Επιφανειακή – Υπόγεια Προσδιοριστική ( μοντέλα)- Στατιστικ Η εφαρμογή της επιστήμης της Τεχνικής Υδρολογίας έχει συμβάλλει σημαντικά στην Υδραυλική , όπως έργα ανάπτυξης, αξιοποίησης υδατικών πόρων, κινδύνων κ.λ.π Οικουδρολογία (eco hydrology) Υδροοικολογία (Hydro ecology)

6 Υδρολογικός κύκλος Ο υδρολογικός κύκλος περιγράφει την αέναη κίνηση του νερού ανάμεσα στους ωκεανούς, την ατμόσφαιρα και την ξηρά, που συνοδεύεται και από αλλαγές ανάμεσα στην υγρή, την αέρια και τη στερεή φάση του νερού. Θεωρητικά η αρχή του υδρολογικού κύκλου «τοποθετείται» στην ατμόσφαιρα (συγκέντρωση υδρατμών)

7 Σχηματικά,

8 Βασικές διεργασίες Από το νερό που φθάνει στην επιφάνεια του εδάφους, ένα μέρος συγκρατείται από τη βλάστηση και εξατμίζεται ή διαπνέεται από τα φυτά, ένα άλλο μέρος διηθείται εντός του εδάφους και τέλος ένα τρίτο μέρος απορρέει επιφανειακά προς τα ρεύματα και τους ποταμούς καταλήγοντας στις λίμνες & θάλασσες. Από το νερό που διηθείται, ένα μέρος εξατμίζεται ή διαπνέεται και το υπόλοιπο διηθείται σε βαθύτερα στρώματα επαναφορτίζοντας τους υπόγειους υδροφορείς, πιθανόν επανεκρέει, χαμηλότερα.

9 Υδρολογικές μεταβλητές
Κατακρήμνιση (ύψος,ένταση, διάρκεια) Εξάτμιση ( ρυθμός, ύψος) Διήθηση(ρυθμός, ύψος) Παρεμπόδιση(ισοδύναμο ύψος) Κατακράτηση (ισοδύναμο ύψος) Απορροή (παροχή, όγκος, ισοδύναμο ύψος).

10 Η κλίμακα στην υδρολογία
Η εισαγωγή της κλίμακας συνδέεται με την απομόνωση μιας ορισμένης γεωγραφικής περιοχής(χωρική) και μιας ορισμένης χρονικής περιόδου(χρονική), όπου μελετάται το κάθεφαινόμενο. Χωρική κλίμακα (λεκάνη απορροής) Χρονική κλίμακα ( ωρα, ημέρα, εβδομάδα…)

11 Η συμπεριφορά των υδρολογικών μεγεθών (διακύμανση στο χρόνο)
• Τυχαία συμπεριφορά, αλλά σύνθετη • Κανονικοί κύκλοι στην κλίμακα τωνεποχών του έτους (εποχιακή διακύμανση) • Τυχαίες διακυμάνσεις (ακανόνιστοι κύκλοι)σε όλες τις χρονικές κλίμακες • Χρονική και χωρική εξάρτηση

12 Χωρική κλίμακα • Δεν υπάρχει μια μοναδική λεκάνη απορροής για ένα
υδατόρευμα, αλλά για κάθε σημείο του ορίζεται και η αντίστοιχη λεκάνη απορροής Βασική κλίμακα για την επιστήμη της υδρολογίας Από λίγα m2 μέχρι τη λεκάνη απορροής του Νείλου Km2 διασχίζοντας 10 χώρες Οι μεγάλες λεκάνες χωρίζονται σε υπολεκάνες

13 Χρονική κλίμακα Χρονική μεταβλητότητα
Διάφορες (διακριτές) χρονικές κλίμακες, ανάλογα με τη φύση του προβλήματος – Υδρολογική ανάλυση έτη <…<1h – Καθορίζεται από το χρονικό βήμα των δεδομένων (πχ. Μετρήσεις στάθμης ποταμού σε ημερήσιο βήμα, βροχόπτωσης σε ωριαίο) – Καταιγίδες/πλημμ. - κλίμακες λεπτών , ώρας ημέρας – Αξιοποίηση υδατικών πόρων – μηνιαία ή ετήσια κλίμακα

14 Υδατικά διαμερίσματα

15 Όγκος x 1000 km3 Νερό στην ατμόσφαιρα 13 Επιφανειακά νερά Νερό στους ωκεανούς Αλμυρό νερό σε λίμνες 104 Γλυκό νερό σε λίμνες 125 Γλυκό νερό σε ποταμούς 1.25 Παγετώνες Νερό στη βιομάζα Υπόγεια νερά ~8000

16 Υδρολογικό ισοζύγιο Tο υδρολογικό ή υδατικό ισοζύγιο μιας λεκάνης απορροής είναι η μαθηματική έκφραση του υδρολογικού της κύκλου. Εκφράζεται εξισώνοντας τη διαφορά μεταξύ της εισροής και της εκροής σε μια λεκάνη απορροής, με το ρυθμό αλλαγής της αποθήκευσης νερού στη λεκάνη Δs, σε καθορισμένο χρόνο Δt. Αν η λεκάνη απορροής θεωρηθεί ως ένα σύστημα, ή ως ταμιευτήρας, στο οποίο είναι γνωστές μόνο η εισροή και εκροή και άγνωστες οι εσωτερικές διεργασίες( black box), το υδρολογικό της ισοζύγιο μπορεί να εκφραστεί ως εξής:

17 Υδρολογικό ισοζύγιο Όπου I και Ο είναι μέση εισροή και εκροή για το χρονικό διάστημα Δt,. Οι δείκτες1 και2 αντιστοιχούν στις τιμές στην αρχή και το τέλος του Δt= t2 –t1. Αν τα I και O μεταβάλλονται συνεχώς με το χρόνο τότε η παραπάνω εξίσωση μπορεί να γραφεί ως εξής:

18 Για μια λεκάνη απορροής, η εισροή μπορεί να συνίσταται σε βροχόπτωση, χιονόπτωση, χαλάζι και άλλες μορφές κατακρήμνισης. Η επιφανειακή απορροή, η ενδιάμεση απορροή, η υπόγεια απορροή, η εξάτμιση, η διαπνοή και η διήθηση, είναι οι συνηθέστερες συνιστώσες της εκροής. Η αποθήκευση της λεκάνης έχει και αυτή διάφορες συνιστώσες, η υπεδάφια αποθήκευση(μέσα στη ριζική ζώνη), η υπόγεια αποθήκευση(μέσα στους υδροφορείς) και η παρεμπόδιση (από βλάστηση, κτίρια),

19 Βασική εξίσωση ισοζυγίου P: ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΗ/PRECIPITATION, R: ΕΠΙΦ
Βασική εξίσωση ισοζυγίου P: ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΙΣΗ/PRECIPITATION, R: ΕΠΙΦ. ΑΠΟΡΡΟΗ/RUNOFF, G: ΥΠΟΓΕΙΑ ΑΠΟΡΡΟΗ/GROUND, Ε: ΕΞΑΤΜΙΣΗ/EVAPORATION, Τ: ΔΙΑΠΝΟΗ/TRANSPIRATION

20

21 Υδρολογικοί όροι και οι μονάδες μέτρησής τους
• ΚΑΤΑΚΡΗΜΝΗΣΗ (P) – βροχή, χιόνι, χαλάζι – Ύψος (mm) – Ένταση (mm/h) • ΕΞΑΤΜΗΣΗ (Ε) / ΕΞΑΤΜΙΣΟΔΙΑΠΝΟΗ (ΕΤ) • ΔΙΗΘΗΣΗ G (mm) – Ακόρεστη ζώνη (εδαφική υγρασία) – Κορεσμένη – Υπόγειος Υδροφορέας • ΑΠΟΡΡΟΗ R – Επιφανειακή – Ενδιάμεση Άμεση – Υπόγεια - Εκφόρτιση στα ποτάμια – Επιφανειακή (mm) – Ροή ποταμού (m3/h)

22 Ασκηση 1. Βροχόπτωση έντασης 5 mm/h, έπεσε σε λεκάνη απορροής έκτασης 4 km2 για 6 ώρες. Στην έξοδο της λεκάνης μετρήθηκε απορροή κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ίση με m3. Πόση από την ποσότητα της 6ωρης βροχόπτωσης μετατράπηκε σε υδρολογικές απώλειες; Λύση Η συνολική εισροή στη λεκάνη απορροής κατά τη διάρκεια του επεισοδίου βροχόπτωσης, σε μονάδες όγκου ήταν:

23 ενώ η εκροή που μετρήθηκε στην έξοδο ήταν:
Η διαφορά μεταξύ της εκροής και της εισροής δίνει τις ζητούμενες υδρολογικές απώλειες, δηλαδή:

24 Ο ρυθμός των απωλειών, εκφρασμένος σε μονάδες ισοδύναμου ύψους νερού, ανά επιφάνεια λεκάνης και χρόνο είναι:

25 Ασκηση 2 Λίμνη σταθερής επιφάνειας m2 έχει σε δεδομένο μήνα εισροή 0.42 m3/s, αντίστοιχη εκροή 0.36 m3/s και αύξηση του αποθέματος m3. Ένας βροχογράφος που είναι δίπλα στη λίμνη, μέτρησε για τον εν λόγω μήνα συνολική βροχόπτωση 27 mm. Αν υποτεθεί ότι οι διαφυγές από τη λίμνη είναι ασήμαντες, να προσδιοριστεί η μηνιαία εξάτμιση της λίμνης. Λύση Θα εφαρμοστεί και εδώ η γενική εξίσωση του υδατικού ισοζυγίου, που στη συγκεκριμένη περίπτωση λαμβάνει την εξής μορφή:

26

27 Έννοιες & υπολογισμοί Σημειακό ετήσιο ύψος βροχής. Είναι το άθροισμα των 12 μηνιαίων τιμών βροχόπτωσης Ετήσιο ύψος βροχής. Γίνεται επιφανειακή αναγωγή των σημειακών μηνιαίων μετρήσεων αθροίζονται οι 12 τιμές Ογκος απορροής. Το γινόμενο της παροχής επι τον αντίστοιχο χρόνο Ισοδύναμο ύψος απορροής. Το πηλίκο του όγκου απορροής προς την εκταση λεκάνης. Ετήσιος συντελεστής απορροής. Το πηλίκο του όγκου απορροής προς ετήσιο ύψος βροχής.