Odpływ i charakterystyki zlewni

Materiał przygotowany z pomocą AI

Treść tego wpisu została wygenerowana z wykorzystaniem sztucznej inteligencji i nie została jeszcze zweryfikowana merytorycznie.

Ten materiał jest częścią cyklu Modelowanie odpływu ze zlewni

Odpływ i charakterystyki zlewni

1. Pojęcie odpływu

Odpływ to proces polegający na przemieszczaniu się cząstek wody pod wpływem siły ciężkości poza granice określonego obszaru. Proces ten może zachodzić w wyniku:

płynnych opadów atmosferycznych
topnienia szaty śnieżnej zalegającej na powierzchni terenu

Woda może odpływać na różne sposoby:

po powierzchni terenu
korytami cieków powierzchniowych
w gruncie, po warstwach mniej przepuszczalnych
podziemnie

Schemat kształtowania odpływu

Proces odpływu kształtuje się według następującego schematu:

Woda opadowa lub roztopowa, dostając się na powierzchnię zlewni, nie spływa natychmiast
Początkowo zatrzymuje się na roślinach i pokryciu terenu
Gromadzi się w zagłębieniach terenu, wypełniając retencję powierzchniową (zob. modele intercepcji i retencji)
Wsiąka w grunt, rozpoczynając proces odpływu podziemnego
Dopiero po pewnym czasie rozpoczyna się odpływ powierzchniowy

2. Typy odpływu

2.1. Odpływ podziemny

Odpływ podziemny to proces przemieszczania się wody w głąb gruntu, prowadzący do jej odprowadzenia poza granice określonego obszaru. Składa się z trzech głównych etapów:

A. Infiltracja

Proces wchłaniania wody przez grunt, prowadzący do jej przemieszczenia przez strefę nawietrzoną (aeracji) do strefy nasyconej (saturacji). Obejmuje następujące fazy:

Wsiąkanie: woda wypełnia większe przestrzenie w gruncie, trwa od kilku do kilkunastu minut
Przesiąkanie (infiltracja właściwa): rozpoczyna się po zakończeniu fazy wsiąkania. Ilość wchłanianej wody zależy od:
- rodzaju gruntu
- współczynnika filtracji
- stanu gruntu
- wilgotności początkowej

B. Filtracja

Proces rozpoczynający się, gdy woda opadowa osiąga horyzont wodonośny. Woda płynie zgodnie ze spadkiem zwierciadła wody podziemnej.

C. Drenowanie horyzontu wodonośnego

Ostatni etap odpływu podziemnego, w którym woda jest odprowadzana do cieków powierzchniowych, takich jak rzeki.

Warunki: drenowanie jest silniejsze, gdy poziom wody w rzece jest niski, co zwiększa spadek podziemnego zwierciadła wody
Miejsce: najczęściej występuje w dolinach rzecznych, gdzie podłoże stanowią aluwia rzeczne

2.2. Odpływ podpowierzchniowy

Odpływ podpowierzchniowy to proces przemieszczania się wody w głąb gruntu, ale powyżej poziomu wód gruntowych. Woda przemieszcza się po warstwach mniej przepuszczalnych, takich jak glina lub skały nieprzepuszczalne, zanim zostanie odprowadzona do cieków powierzchniowych lub wód gruntowych.

Charakterystyka:

Mechanizm: woda opadowa lub roztopowa wsiąka w grunt, a następnie przemieszcza się po warstwach mniej przepuszczalnych, tworząc tzw. spływ podpowierzchniowy
Warunki: proces jest bardziej intensywny w obszarach o zróżnicowanej przepuszczalności gruntów, gdzie warstwy mniej przepuszczalne zatrzymują wodę i kierują ją poziomo
Znaczenie: odpływ podpowierzchniowy odgrywa ważną rolę w zasilaniu rzek i strumieni, szczególnie w okresach bez opadów, gdy woda z głębszych warstw gruntu stopniowo dopływa do cieków

2.3. Odpływ powierzchniowy

Odpływ powierzchniowy to ruch wody po powierzchni terenu, który odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu odpływu w zlewniach. Może powstawać w wyniku różnych mechanizmów, a jego przebieg zależy od warunków opadowych, rodzaju gleby i ukształtowania terenu.

Mechanizmy powstawania odpływu powierzchniowego:

Spływ ponadinfiltracyjny: powstaje, gdy natężenie opadu lub topnienia śniegu przewyższa zdolność infiltracji gleby. Woda zbiera się na powierzchni i zaczyna spływać, co prowadzi do erozji powierzchniowej
Spływ przedinfiltracyjny: występuje na przesuszonych glebach, gdzie tworzy się skorupa uniemożliwiająca infiltrację. Krótkotrwałe opady mogą w całości spłynąć po powierzchni, zanim gleba nasyci się wodą
Spływ wskutek podwyższonego zwierciadła wody gruntowej: pojawia się przy długotrwałych deszczach, gdy pory gleby są całkowicie wypełnione wodą, a zwierciadło wody gruntowej sięga powierzchni terenu. Infiltracja ustaje, a cała woda opadowa spływa po terenie

Fazy spływu powierzchniowego:

Spływ laminarny i turbulentny: gdy warstwa wody na powierzchni osiągnie odpowiednią grubość, rozpoczyna się spływ laminarny, który szybko przechodzi w turbulentny, powodując erozję. Woda płynie w postaci strug, pokonując nierówności terenu (detencję terenową)
Koncentracja spływu i tworzenie koryt: woda koncentruje się w strumienie, początkowo równoległe, później zbieżne, tworząc koryta epizodyczne. W miarę upływu czasu koryta mogą stać się trwałe, zwłaszcza jeśli sięgają poziomu wodonośnego i są zasilane wodami podziemnymi
Spływ do dolin rzecznych i stożków napływowych: woda spływa do dolin, tworząc stożki napływowe, gdzie może wsiąkać w aluwia (infiltracja przesunięta) lub bezpośrednio spływać do rzeki

Charakterystyka spływu powierzchniowego:

Krótkotrwały i nieregularny: występuje głównie podczas intensywnych opadów lub roztopów, charakteryzując się szybkim początkiem i krótkim czasem trwania
Wpływ na erozję i kształtowanie terenu: spływ turbulentny powoduje porywanie cząstek gruntu, prowadząc do erozji powierzchniowej i zmian w rzeźbie terenu
Zależność od warunków terenowych: na spływ wpływają nachylenie terenu, rodzaj gleby, wilgotność oraz obecność przeszkód naturalnych

3. Zlewnia i jej charakterystyki

Zlewnia to obszar, z którego wszystkie wody spływają do jednego, wspólnego odbiornika, jakim może być rzeka, jezioro, ocean itp. Zlewnia jest fundamentalnym pojęciem w hydrologii, ponieważ pozwala na analizę przepływów wodnych, procesów erozyjnych, a także zarządzanie zasobami wodnymi.

Dorzecze to obszar obejmujący cały system rzeczny, tj. rzekę główną i jej dopływy, z którego wody spływają z jednego systemu rzecznego.

3.1. Komponenty zlewni

Podstawowe komponenty zlewni:

Dział wodny: stanowi granicę zlewni i rozdziela kierunki odpływu wód do dwóch różnych systemów rzecznych
Źródła rzek: miejsca, w których rzeka zaczyna swój bieg, wypływając na powierzchnię terenu. Są kluczowym elementem w systemach rzecznych, stanowiącym początek przepływu wód
Dopływy: rzeki, strumienie lub potoki, które wpadają do głównego cieku wodnego lub innego odbiornika. Dopływy dostarczają dodatkowe ilości wody, osadów oraz składników odżywczych do głównego cieku wodnego
Rzeka główna: główny ciek wodny, do którego spływają wody z całej zlewni, w tym z dopływów i źródeł. Jest najważniejszą rzeką w danym systemie hydrologicznym. Rzeka główna zbiera wodę z całego dorzecza i kieruje ją do swojego ujścia
Ujście rzeki: miejsce, w którym rzeka kończy swój bieg, wpadając do większego zbiornika wodnego, takiego jak inne rzeki, jeziora, morza lub oceany

3.2. Charakterystyki zlewni

Zróżnicowanie przestrzenne i dynamika zjawisk hydrologicznych zależą od cech fizjograficznych zlewni. Warunki te są wyrażane przez następujące charakterystyki:

cechy geometryczne
morfometryczne
geomorfologiczne
hydrograficzne
geologiczno-glebowe
sposób użytkowania powierzchni zlewni

Charakterystyki te można wyrazić poprzez:

Kształt zlewni: określają formę, strukturę oraz rozkład przestrzenny obszaru zlewni
Rzeźba terenu: zespół form powierzchni Ziemi, takich jak góry, doliny, pagórki, równiny i kotliny
Warunki hydrograficzne: cechy i właściwości wodnych elementów środowiska w danym obszarze, obejmujące rozmieszczenie, ilość, jakość i dynamikę wód powierzchniowych i podziemnych
Warunki geologiczno-glebowe: cechy dotyczące budowy geologicznej podłoża oraz właściwości gleb, które wpływają na ich zdolność do retencji wody i wsparcia roślinności
Struktura użytkowania zlewni: wykorzystania terenu w obrębie zlewni, obejmujący różne typy działalności ludzkiej

4. Charakterystyki geometryczne zlewni

4.1. Parametry kształtu

Długość zlewni $L$ [km]: rozumiana najczęściej jako największa odległość w linii prostej między ujściem i najdalej oddalonym punktem na dziale wodnym

Maksymalna długość zlewni $L_{m}$ [km]: największa odległość mierzona wzdłuż rzeki między ujściem i najdalej oddalonym punktem na dziale wodnym

Średnia szerokość zlewni $B$ [km]: stosunek powierzchni zlewni do długości maksymalnej

$B = \frac{A}{L _{m}}$

gdzie:

$A$ — powierzchnia zlewni [km²]
$L_{m}$ — maksymalna długość zlewni [km]

Obwód zlewni $O$ [km]: całkowita długość działu wodnego

Wskaźnik wydłużenia zlewni $C_{w}$ [-]: iloraz średnicy koła o polu równym polu powierzchni zlewni do maksymalnej długości zlewni

$C_{w} = \frac{2}{L _{m}} \cdot \frac{A}{π}$

gdzie:

$L_{m}$ — maksymalna długość zlewni [km]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

Wskaźnik kolistości zlewni $C_{k}$ [-]: stosunek powierzchni zlewni do powierzchni koła o tym samym obwodzie co obwód zlewni

$C_{k} = \frac{A}{A _{k}} = \frac{4 π \cdot A}{O ^{2}}$

gdzie:

$A$ — powierzchnia zlewni [km²]
$A_{k}$ — powierzchnia okręgu o tym samym obwodzie co zlewnia [km²]
$O$ — obwód zlewni [km]

Powierzchnia zlewni $A$ [km²]: obszar ograniczony topograficznym działem wodnym

5. Charakterystyki morfometryczne zlewni (rzeźba terenu)

Wysokość maksymalna $H_{ma x}$ [m n.p.m.]: maksymalna rzędna terenu na obszarze zlewni

Wysokość minimalna $H_{min}$ [m n.p.m.]: minimalna rzędna terenu na obszarze zlewni, zazwyczaj przekrój zamykający zlewnię

Deniwelacja zlewni $Δ H$ [m n.p.m.]: różnica pomiędzy wysokością maksymalną a minimalną zlewni

$Δ H = H_{ma x} - H_{min}$

Średnia wysokość zlewni $H_{\overset{s}{ˊ} r}$ [m n.p.m.]: obliczana zazwyczaj jako średnia arytmetyczna wysokości maksymalnej oraz minimalnej zlewni

$H_{\overset{s}{ˊ} r} = \frac{H _{ma x} + H _{min}}{2}$

Wysokość środkowa $H_{m e d}$ [m n.p.m.]: wysokość powyżej lub poniżej której jest położona połowa powierzchni zlewni, można również ją przyjmować jako medianę (wartość środkowa) wysokości

Średni spadek zlewni $J$ [-]: określa średnie nachylenie stoków w obrębie zlewni, można go obliczyć jako stosunek deniwelacji do pierwiastka kwadratowego z powierzchni zlewni

$J = \frac{Δ H}{A}$

gdzie:

$Δ H$ — deniwelacja zlewni [km n.p.m.]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

6. Charakterystyki hydrograficzne zlewni

Długość rzeki $L$ [km]: odległość od ujścia do źródeł rzeki

Długość sieci rzecznej $L_{i}$ [km]: długość wszystkich cieków w zlewni

Liczba cieków $N_{i}$ [-]: liczba wszystkich cieków obszaru zlewni

Wskaźnik rozwinięcia rzeki $r$ [%]: stosunek długości rzeki do długości linii prostej łączącej źródło z ujściem

$r = \frac{L}{p ^{'}} \times 100$

gdzie:

$L$ — długość rzeki [km]
$p^{'}$ — długość linii prostej [km]

Krętość rzeki $k$ [%]: iloraz długości rzeki w linii prostej oraz długości doliny

$k = \frac{L}{L ^{'}} \times 100$

gdzie:

$L$ — długość rzeki [km]
$L^{'}$ — długość doliny [km]

Spadek wyrównany rzeki $I$ [-]: stosunek różnicy wysokości źródła i ujścia do długości rzeki

$I = \frac{H _{\overset{z}{ˊ} r} - H _{u}}{L}$

gdzie:

$H_{\overset{z}{ˊ} r}$ , $H_{u}$ — wysokość źródeł oraz ujścia rzeki [m n.p.m.]
$L$ — długość rzeki [km]

Gęstość sieci rzecznej $D$ [km⁻¹]: iloraz sumy długości wszystkich cieków w zlewni i powierzchni zlewni

$D = \frac{L _{i}}{A} \times 100$

gdzie:

$L_{i}$ — długość wszystkich cieków zlewni [km]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

Wskaźnik częstości cieków $F_{u}$ [km⁻²]: iloraz łącznej liczby cieków i powierzchni zlewni

$F_{u} = \frac{N _{i}}{A}$

gdzie:

$N_{i}$ — liczba cieków zlewni [-]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

Wskaźnik zabagnienia $W_{b}$ [%]: stosunek powierzchni zajętej przez bagna i mokradła do powierzchni zlewni

$W_{b} = \frac{B _{i}}{A} \times 100$

gdzie:

$B_{i}$ — suma powierzchni bagien i mokradeł w zlewni [km²]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

Wskaźnik jeziorności $W_{J EZ}$ [%]: stosunek powierzchni zajętej przez jeziora do powierzchni zlewni

$W_{J EZ} = \frac{J EZ}{A} \times 100$

gdzie:

$J EZ$ — suma powierzchni jezior w zlewni [km²]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

7. Charakterystyki geologiczno-glebowe zlewni

Współczynnik przepuszczalności $k_{p}$ [-]: objętość wody, która przepływa w jednostce czasu przez określony przekrój skały i przy określonej różnicy ciśnień hydrostatycznych. Jednostką współczynnika jest darcy (δ). Wartość 1 darcy oznacza taką przepuszczalność ośrodka skalnego, w którym przez 1 cm² przekroju w czasie 1 s przesiąknie 1 cm³ cieczy o lepkości 1 centypauza przy różnicy ciśnień 1 at na długości 1 cm.

Współczynnik filtracji $k$ [m·s⁻¹]: ujmuje zależność między spadkiem hydraulicznym a prędkością filtracji wody. Zależy on zarówno od własności skały (rozmiarów porów, ziaren, ich formy, rozkładu, szorstkości), jak i od lepkości i mineralizacji wody podziemnej.

Współczynnik spływu powierzchniowego $B$ [-]: określa część wody opadowej, która podlega spływowi powierzchniowemu, zatem pozostała część podlega wsiąkaniu. Współczynnik ten uwzględnia:

rodzaj podłoża
przewodność hydrauliczną
genezę i typy rzeźby

Współczynnik nieprzepuszczalności gleb Bołdakowa $N$ [%]: charakteryzuje stopień nieprzepuszczalności podłoża:

dla utworów całkowicie nieprzepuszczalnych: $N = 100$
dla całkowicie przepuszczalnych: $N = 0$

8. Charakterystyki użytkowania zlewni

Do opisu użytkowania terenów zlewni wykorzystuje się wskaźniki użytkowania $W_{u \overset{z}{˙}}$ [%]. Wyrażają one stosunek powierzchni danego użytku (zurbanizowany, rolniczy, leśny) do całkowitej powierzchni zlewni:

$W_{u \overset{z}{˙}} = \frac{F _{i}}{A} \times 100$

gdzie:

$F_{i}$ — powierzchnia zajęta przez dany użytek [km²]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

9. Źródła informacji przestrzennych zlewni

9.1. Sieć hydrograficzna

Mapa Podziału Hydrograficznego Polski (MPHP): mapa będąca podstawą oficjalnego podziału Polski pod kątem hydrografii. MPHP przedstawia sieć hydrograficzną Polski oraz części dorzecza Odry i Wisły leżących poza jej granicami.

9.2. Topografia

Numeryczny Model Terenu (NMT/DEM): numeryczna reprezentacja wysokości topograficznej powierzchni terenu wraz z algorytmem interpolacyjnym umożliwiającym odtworzenie jej kształtu w określonym obszarze.

Przykładowe źródła DEM:

EU-DEM: cyfrowy model wysokościowy obejmujący całą Europę, opracowany w ramach programu Copernicus. Oferuje jednolitą siatkę wysokościową o rozdzielczości 25 metrów
Copernicus DEM: globalny model wysokościowy o różnych rozdzielczościach (30 i 90 metrów), dostępny dla użytkowników w Europie i na świecie
Numeryczny Model Terenu (NMT) Geoportal.gov.pl: polski Geoportal udostępnia szczegółowe numeryczne modele terenu dla obszaru Polski w różnych rozdzielczościach, w tym 1×1 metr, regularnie aktualizowane na podstawie lotniczego skaningu laserowego
SRTM (Shuttle Radar Topography Mission): globalny zestaw danych wysokościowych o rozdzielczości 90 metrów dla większości świata i 30 metrów dla USA
ASTER GDEM: globalny model wysokościowy o rozdzielczości około 30 metrów, obejmujący niemal całą powierzchnię Ziemi

9.3. Użytkowanie terenu

Baza Corine Land Cover (CLC): przedstawia zmienność przestrzenną struktury użytkowania państw Europy. Użytki są klasyfikowane według pięciu głównych poziomów:

Obszary zurbanizowane
Obszary rolnicze
Obszary leśne
Mokradła
Zbiorniki wodne

Inne źródła danych o użytkowaniu terenu:

Urban Atlas: szczegółowe dane o użytkowaniu terenu w obszarach miejskich Europy (Copernicus Land Monitoring Service)
Baza Danych Obiektów Topograficznych (BDOT10k): szczegółowe dane o użytkowaniu terenu w Polsce (Geoportal.gov.pl)
Baza Danych Obiektów Ogólnogeograficznych (BDOO): dane o użytkowaniu terenu w Polsce w skali 1:250 000 (Geoportal.gov.pl)
MODIS Land Cover Type Product (MCD12Q1): globalne dane pokrycia terenu oparte na obserwacjach satelitarnych MODIS (NASA)

9.4. Podłoże glebowe

Mapy glebowe: narzędzia przedstawiające rozmieszczenie różnych typów gleb na danym obszarze.

Główne źródła danych o podłożu glebowym:

FAO Soil Map of the World: klasyczna globalna mapa glebowa wykorzystywana do analiz środowiskowych i rolniczych
SoilGrids (https://soilgrids.org): cyfrowa baza danych glebowych o wysokiej rozdzielczości, tworzona przez ISRIC
Global Hydrologic Soil Groups (ORNL DAAC): zbiór danych o właściwościach hydrologicznych gleb świata, przydatny w modelowaniu hydrologicznym
Polska Mapa Glebowa (PMG): szczegółowa mapa gleb Polski opracowana przez IUNG-PIB
BDG — Baza Danych Gleb Polski: systematyczna baza danych o glebach Polski, zawierająca informacje o ich typach, właściwościach i rozmieszczeniu

10. Charakterystyka zlewni według użytkowania

Sposób użytkowania terenu ma kluczowy wpływ na bilans wodny i reżim odpływu ze zlewni. Zmiany w pokryciu terenu modyfikują infiltrację, retencję oraz spływ powierzchniowy, co może prowadzić do intensyfikacji powodzi lub deficytu wód gruntowych.

Podział zlewni ze względu na sposób użytkowania terenu:

Naturalne (leśne): równowaga hydrologiczna, dominacja procesów infiltracji i retencji naturalnej, niskie ryzyko powodzi
Rolnicze: zmienne warunki odpływu w zależności od sposobu uprawy i melioracji, ryzyko erozji wodnej
Zurbanizowane: zwiększony spływ powierzchniowy, ograniczona infiltracja, duże ryzyko gwałtownych wezbrań

10.1. Zlewnie leśne

Wpływ lasów na klimat lokalny:

Tereny leśne mają największy wpływ na kształtowanie się odpływu w porównaniu z innymi formami użytkowania. Lasy oddziałują na lokalne warunki klimatyczne:

Lasy tworzą lokalny mikroklimat, który różni się od makroklimatu
W lasach średnie temperatury są niższe, wilgotność powietrza wyższa, a prędkość wiatru mniejsza niż na terenach otwartych
Parowanie z powierzchni gruntu jest mniejsze w lesie niż poza nim
Zazwyczaj na obszarach leśnych obserwuje się większe opady atmosferyczne
W terenach górskich lasy mogą zwiększać ilość osadów (mgły, osady stałe)

Wpływ zlewni leśnych na kształtowanie odpływu:

Regulacja odpływu: lasy regulują odpływ wody, kierując znaczną część na drogę podziemną, co zwiększa odpływ podziemny kosztem powierzchniowego
Redukcja wezbrań: w zlewniach leśnych przepływy wezbraniowe są mniejsze i opóźnione w czasie w porównaniu z zlewniami niezalesionymi
Właściwości gleb: gleby leśne charakteryzują się dużą porowatością, co ułatwia wsiąkanie wód roztopowych
Nakładanie się fal: w dolnych biegach rzek może dochodzić do nakładania się fal wezbraniowych, co pogarsza sytuację powodziową
Przepływy niżówkowe: w zlewniach zalesionych zależą od głębokości zalegania zwierciadła wody podziemnej i spadku

Ilościowe wskaźniki zalesienia:

Stopień zalesienia ( $λ_{l}$ [%]):

$λ_{l} = \frac{F _{i}}{A} \times 100$

gdzie:

$F_{i}$ — powierzchnia zajęta przez lasy [km²]
$A$ — powierzchnia zlewni [km²]

Wskaźnik rozwinięcia lesistości ( $ε$ [%]):

Pozwala na liczbowe ujęcie wpływu rozmieszczenia lasów na odpływ. Sporządza się wykres rozwinięcia lesistości przez naniesienie na układ współrzędnych:

oś odciętych: powierzchnia zlewni do określonego przekroju rzeki ( $A_{i}$ )
oś rzędnych: stopień zalesienia tej części zlewni ( $λ_{l}$ )

$ε = \frac{F _{w}}{F _{p}} \times 100$

gdzie:

$F_{w}$ — powierzchnia zawarta pod wykresem rozwinięcia lesistości [cm²]
$F_{p}$ — całkowita powierzchnia prostokąta o podstawie równej wielkości zlewni $A_{c}$ oraz wysokości $λ = 100%$ [cm²]

Interpretacja wskaźnika:

Wartości bliskie 100% wskazują na korzystne rozmieszczenie lasów (w górnej części zlewni)
Niższe wartości oznaczają niekorzystne rozmieszczenie lasów (w dolnej części zlewni)

10.2. Zlewnie rolnicze

Zlewnie rolnicze to obszary wykorzystywane do produkcji roślinnej, ogrodniczej lub zwierzęcej. Mogą być użytkowane przez:

Grunty orne
Trwałe użytki zielone (pastwiska, łąki)
Ogródki przydomowe
Sady i szkółki drzew owocowych
Trwałe plantacje (np. chmielu, wikliny, herbaty, kawy, trzciny cukrowej, winnice)

Wpływ działalności rolniczej na kształtowanie odpływu:

Wpływ ten jest uzależniony od rodzaju upraw, sposobu upraw oraz pory roku i fazy rozwoju:

Rodzaj upraw:

Różne uprawy (np. zboża, ziemniaki) różnie wpływają na odpływ
Rośliny w pełnym rozwoju utrudniają spływ, podczas gdy odkryty grunt może go ułatwiać

Sposób upraw:

Kierunek orki, pozostawianie ugorów i miedz wpływają na spływ i retencję wody
Zabiegi agrotechniczne zmieniają warunki hydrologiczne

Pora roku i faza rozwoju:

Fazy rozwoju roślin (siew, pełny rozwój, zbiory) wpływają na procesy spływu, parowania i wsiąkania
Odkryty grunt po zbiorach może ułatwiać spływ lub wsiąkanie, w zależności od spadków terenu

10.3. Zlewnie zurbanizowane

Zlewnie zurbanizowane to obszary, w których powierzchnia terenów uszczelnionych przekracza 5%.

Wpływ uszczelnienia na kształtowanie odpływu:

Zakłócenie infiltracji:

Zabudowa powoduje zwiększone odprowadzanie wód opadowych, co ogranicza naturalną infiltrację wód do gruntów
Większość opadów spływa po powierzchni terenu, zamiast być absorbowana przez glebę

Intensyfikacja opadów burzowych:

Zabudowa może przyczynić się do intensyfikacji opadów burzowych, co zwiększa ryzyko powodzi

Skrócenie czasu odpływu:

Zabudowa skraca czas odpływu wód, co oznacza, że woda szybciej dociera do rzek
To może prowadzić do gwałtownych i nieprzewidywalnych przepływów rzecznych, zwiększając ryzyko powodzi

Retencja zlewni:

Większy odpływ ze zlewni zurbanizowanej jest spowodowany utratą zdolności retencyjnej zlewni. Retencja całkowita zlewni opisywana jest jako:

$R_{c} = R_{i} + R_{p n} + R_{w} + R_{rz} + R_{d} + R_{g l} + R_{g r} + R_{b o}$

gdzie:

$R_{i}$ — retencja szaty roślinnej
$R_{p n}$ — retencja powierzchni nieprzepuszczalnych
$R_{w}$ — retencja wód otwartych
$R_{rz}$ — retencja koryt rzek i cieków
$R_{d}$ — retencja obszarów depresyjnych
$R_{g l}$ — retencja glebowa
$R_{g r}$ — retencja gruntowa
$R_{b o}$ — retencja obszarów bezodpływowych

W przypadku terenów zurbanizowanych retencja całkowita zmniejsza się wskutek:

Mniejszego udziału powierzchni pokrytych roślinnością
Większego udziału terenów nieprzepuszczalnych (drogi, place, dachy budynków), na których woda się zatrzymuje, ale z których szybciej paruje i odpływa do odbiornika
Mniejszego udziału powierzchni gleb
Mniejszego odpływu wody do gruntów
Likwidacji małych zbiorników wodnych, mokradeł, zagłębień terenu

Skutki urbanizacji dla odpływu:

W wyniku zmian zagospodarowania i zmniejszania się retencyjności zlewni:

Wzrasta wielkość przepływu kulminacyjnego $Q_{ma x}$ fali wezbraniowej wywołanej opadem (roztopami)
Zwiększa się objętość wody odpływającej w czasie wezbrania
Zmniejsza się czas między początkiem opadu a kulminacją fali (następuje przyspieszenie odpływu ze zlewni)

Parametry modelu Nasha dla zlewni zurbanizowanych — zob. model Nasha dla zlewni zurbanizowanych.

Podsumowanie

Powyżej przedstawiono kompleksowe podstawy dotyczące odpływu i charakterystyk zlewni. Omówiono trzy główne typy odpływu (powierzchniowy, podpowierzchniowy, podziemny) oraz ich mechanizmy. Szczegółowo opisano zlewnie i ich komponenty, wraz z metodami ilościowego opisywania charakterystyk geometrycznych, morfometrycznych, hydrograficznych, geologiczno-glebowych oraz użytkowania terenu.

Wskazano źródła informacji przestrzennej niezbędne do analizy zlewni (DEM, CLC, mapy glebowe) oraz omówiono specyfikę trzech głównych typów zlewni: leśnych (charakteryzujących się retencją naturalną i spowolnionym odpływem), rolniczych (o zmiennych warunkach odpływu) oraz zurbanizowanych (z ograniczoną infiltracją i zwiększonym ryzykiem gwałtownych wezbrań).

Zrozumienie tych procesów i charakterystyk jest kluczowe dla zrównoważonego gospodarowania wodami i minimalizacji negatywnych skutków antropopresji.

Baza wiedzy

Przeglądaj

Odpływ i charakterystyki zlewni

Odpływ i charakterystyki zlewni

1. Pojęcie odpływu

Schemat kształtowania odpływu

2. Typy odpływu

2.1. Odpływ podziemny

2.2. Odpływ podpowierzchniowy

2.3. Odpływ powierzchniowy

3. Zlewnia i jej charakterystyki

3.1. Komponenty zlewni

3.2. Charakterystyki zlewni

4. Charakterystyki geometryczne zlewni

4.1. Parametry kształtu

5. Charakterystyki morfometryczne zlewni (rzeźba terenu)

6. Charakterystyki hydrograficzne zlewni

7. Charakterystyki geologiczno-glebowe zlewni

8. Charakterystyki użytkowania zlewni

9. Źródła informacji przestrzennych zlewni

9.1. Sieć hydrograficzna

9.2. Topografia

9.3. Użytkowanie terenu

9.4. Podłoże glebowe

10. Charakterystyka zlewni według użytkowania

10.1. Zlewnie leśne

10.2. Zlewnie rolnicze

10.3. Zlewnie zurbanizowane

Podsumowanie

Zobacz także

Graf

Spis treści

Odnośniki zwrotne