Hydrografie
RNDr. Tomáš Hrdinka Katedra fyzické geografie a geoekologie e-mail:
[email protected]
Hydrografie – definice, pojmy • odvětví hydrologie, zabývající se sběrem, tříděním a klasifikací hydrologických dat • popisuje časoprostorové rozmístění vody v krajině (povodí)
Povodí • základní hydrologická oblast, v níž sledujeme odtokový proces a zjišťujeme vzájemný vztah bilančních prvků (hydrologická/bilanční rovnice) • území, z něhož odtéká voda z atmosférických srážek nebo akumulovaná v ledovcích a ve stálé sněhové pokrývce povrchovou i podzemní cestou do jediného závěrového profilu • 2 typy povodí: orografické a hydrogeologické
Povodí Orografické povodí je vymezeno rozvodní čárou (rozvodnicí), která probíhá přes nejvyšší kóty, mezi nimi ležící hřebeny a sedla v bezprostřední blízkosti sledovaného vodního toku k jeho závěrovému profilu (vždy kolmá na vrstevnice) Hydrogeologické povodí se obvykle shoduje s orografickým povodím, v oblastech se složitější geologickou stavbou (střídání propustných a nepropustných vrstev) však může podzemní voda odtékat do vedlejšího orografického povodí (např. část vody spadlé v povodí Otavy odtéká podzemní cestou do povodí Dunaje).
Povodí • stanovení hydrografické rozvodnice
Povodí • stanovení hydrografické rozvodnice
Povodí Stanovení průběhu orografické rozvodnice je obtížné na plochém rozvodí, na rovinách a v místech bifurkací. Bifurkace – situace, při níž jedno z ramen větvícího se vodního toku ústí do vedlejšího povodí (Orinoco – Casiquiare) nebo území, z něhož dochází k odtékání vody do více povodí zároveň (okolí Velkého Dářka) Říční pirátství – posouvání rozvodnice směrem do vedlejšího povodí (v důsledku zpětné eroze na horních úsecích vodních toků)
Plocha povodí, zdroje dat Podklady pro určení plochy povodí: 1. Mapy – topografické mapy (vojenské, základní, turistické) •
milimetrová síť
•
planimetr
2. GIS 3. Hydrologické poměry ČSSR I-III (tabulky) – v Základní geografické knihovně
Hydroekologický informační systém VÚV – http://heis.vuv.cz, ke stažení: •
Základní vodohospodářská mapa 1 : 50 000 (vektorová i rastrová)
•
vrstvy do GIS – např. říční síť, zdroje znečištění, chráněné oblasti přirozené akumulace vod, hydrogeologické rajóny
•
legislativa EU
Plocha povodí, zdroje dat
Hydrologické poměry ČSSR, II. díl
Základní vodohospodářská mapa 1 : 50 000, list Plzeň (http://heis.vuv.cz)
Hydrologické dělení Z hlediska hydrologického popisu byla vytvořena klasifikace, která číselně označuje hlavní povodí a jejich dílčí části kombinací čísel oddělených pomlčkou – číslo hydrologického pořadí. Toto číslo je uváděno v podobě osmimístného čísla a je sestaveno ze 4 skupin: A-BB-CC-DDD A příslušnost do povodí hlavního toku I. řádu B příslušnost do dílčího povodí hlavního toku C hydrologické pořadí dalšího dělení dílčích povodí D hydrologické pořadí detailních plošek povodí v rámci dílčích ploch povodí Systém hydrologické rajonizace dán Vyhláškou Ministerstva zemědělství o oblastech povodí č. 292/2002 Sb:
Povodí Labe - č. hydrologického pořadí 1 Povodí Odry - č. hydrologického pořadí 2 Povodí Dunaje - č. hydrologického pořadí 4 detailně viz např. http://www.trasovnik.cz/k_ainfcr/vodopis/hydrCLEN.htm
Graf vývoje povodí - kruhový • Vyjadřuje podíl plochy povodí na ploše levé, respektive pravé části povodí Zjednodušený graf vývoje povodí Berounky
Suchomlatský potok
Třemošná
Litavka Střela
Mladotický potok
Zbirožský potok
Rakovnický potok Klabava Loděnice Manětínský potok
Červený potok
Graf vývoje povodí - pravoúhlý • Vyjadřuje nárůst plochy povodí podle vzdálenosti od pramene (říční km 0)
Tvar povodí Gravelliův koeficient KG (KG≥1):
LR KG = 2 Pπ
LR … délka rozvodnice P … plocha povodí
• vyjadř vyjadřuje mí míru členitosti rozvodnice, resp. protá protáhlosti/kruhovosti povodí povodí • délka rozvodnice/obvod kruhu o stejné stejné ploš ploše jako je plocha povodí povodí
Koeficient protáhlosti povodí RE (0≤RE ≤ 1):
2 RE =
P π L
P … plocha povodí L … přímková vzdálenost od ústí k nejzazšímu bodu povodí
• prů průměr kruhu o stejné stejné ploš ploše jako je plocha povodí povodí/dé /délka povodí povodí
Tvar povodí Charakteristika povodí α : P … plocha povodí
w w⋅ L P α= = 2 = 2 L L L
w… průměrná šířka povodí L … přímková vzdálenost od ústí k nejzazšímu bodu povodí
povodí
P < 50 km2
P > 50 km2
protáhlé
α < 0,24
α < 0,18
0,24 < α < 0,26
0,18 < α < 0,2
α > 0,26
α > 0,2
přechodný typ vějířovité
Koeficient souměrnosti povodí KS (0≤KS ≤ 1):
PP − PL KS = P
PP … plocha pravé části povodí PL … plocha levé části povodí
Řádovost říční sítě • říční síť je hierarchicky uspořádána • 2 hlavní modely řádovosti říční sítě: absolutní a relativní
Absolutní řádovost • řád toku udává počet posloupných zaústění od moře • toky I. řádu ústí do moří/oceánů • toky II. řádu ústí do toků I. řádu atp.
Relativní řádovost • toky I. Řádu jsou pramenné úseky vodních toků • ke zvýšení řádu dochází jen při soutoku dvou toků stejného řádu • říční síť se mění v závislosti na ročním odbobí, při jarním tání roste počet zdrojnic toku, během podzimního období sucha počet zdrojnic a tím i řádovost kledá • při srovnávání dvou toků je nutné vycházet ze stejných podkladových map
Řádovost říční sítě
Hortonovy zákony uspořádání říční sítě • počet toků určitého řádu klesá geometrickou řadou splou se stoupajícím číslem řádu (relativní řádovost) • průměrná délka toku určitého řádu geometricky stoupá spolu s rostoucím číslem řádu • průměrná plocha povodí toku určitého řádu geometricky stoupá s rostoucím číslem řádu
Výškopisné poměry povodí Převýšení Δh (m):
∆h = hmax − hmin
hmax, hmin … nadmořská výška nejvyššího/nejnižšího bodu v povodí
Průměrný sklon povodí I (bezrozměrné desetinné číslo, v ‰ , ve º): • součet svislých ploch/součet vodorovných ploch mezi vrstevnicemi
∆h ⋅ Σl I= P
I = tgα
Δh … výškový krok vrstevnic ΣI … součet délek vrstevnic P … plocha povodí
Výškopisné poměry povodí Průměrný sklon povodí I (bezrozměrné desetinné číslo, v ‰ , ve º):
∆h hmax − hmin I= = P P
hmax, hmin … nadmořská výška nejvyššího/nejnižšího bodu v povodí
∆h α
I = tgα
Pokud tg α = 1 (I = 100 %), činí α = 45 º
√P
Koeficient reliéfu RH (m):
Rh =
∆h L
L … přímková vzdálenost od ústí k nejzazšímu bodu povodí
Hypsografická křivka • vyjadřuje podíl plochy určitých výškových pásem na celkové ploše povodí • vyjadřuje vlastnosti reliéfu - pomocí ní lze zjistit objem, střední výšku a typickou výšku Konstrukce hypsografické křivky: • rozdělení celkového převýšení do intervalů • stanovení plochy, připadající na jednotlivé intervaly • vynesení do grafů stanovená nadm. výška
0,25
680
1,55
476
36,78
418
87,89
385
99,13
320
100
282
Graf hypsografické křivky nadmořská výška (m n.m.)
% celkové plochy povodí nad stanovenou nadm. výškou
480 430 380 330 280 0
10
20
30
40
50
60
% plochy povodí
70
80
90
100
Hypsografická křivka • výpočet objemu: objem topografického tělesa (povodí) lze určit na základě plochy vymezené hypsografickou křivkou a oběma osami
• střední volumetrická výška: vS = v0 + V/P, kde v0 je min. nadmořská výška, V je objem topografického tělesa a P jeho plocha • typická výška: nejčetnější výška topografického tělesa, nachází se v ní největší část topografické plochy. V místech malého sklonu vedeme tečny k hypsografické křivce a hledáme inflexní bod (nejmenší sklon tečny)
Hustota říční sítě Hustota říční sítě r (km·km-2): • součet délek vodních toků/plocha povodí
ΣL r= P
ΣL … součet délek vodních toků všech řádů P … plocha povodí
Je dána morfologií povrchu, půdními, vegetačními, klimatickými poměry, land-usem.
Stupeň vývoje toku
d l
d … přímková vzdálenost od pramene k ústí l … skutečná délka toku
Uspořádání říční sítě 1)
stromovité stromovité
2)
listovité
3)
pravoúhlé
4)
radiá radiální lní
5)
vějířovité ovité
6)
paralelní paralelní
7)
prstencovité prstencovité
8)
neuspoř neuspořádané dané
9)
dostř dostředivé edivé
10)
nesoumě nesouměrné rné
1
2
5
3
6
8
4
7
9
10
Uspořádání říční sítě
Uspořádání říční sítě
Vliv tvaru povodí a uspořádání říční sítě na odtokové poměry
Podélný profil toku • základní kladní vyjá vyjádření ení výš výškopisných pomě poměrů říční soustavy • odrá odráží geologické geologické a geomorfologické geomorfologické pomě poměry povodí povodí • umožň uje hodnotit vývojová umožňuje vývojová stá stádia jednotlivých toků toků
Charakter říčního koryta
divoč divočící tok
meandrují meandrující tok
anastomó anastomózní zní tok
Meandry Vznik meandru: • vynucená (orografická) křivolakost toku - přizpů izpůsobení sobení se toku geologickým a geomorfologickým pomě poměrům
• hydraulická křivolakost – volné zákruty - důsledek slož složitých podmí podmínek proudě proudění v korytě korytě, nerovnomě nerovnoměrná rná odolnost a struktura bř břehů ehů, přítomnost př překá ekážek ve vodě vodě
Vývoj meandrů • nepř nepřetrž etržitá itá erozně erozně-akumulač akumulační činnost v důsledku nerovnomě nerovnoměrné rného rozdě rozdělení lení rychlostí rychlostí proudě proudění v př příčném profilu koryta • částice vody směř ujíí setrvač směřuj setrvačností ností šikmo ke břehu • zde nará narážejí ejí a rozruš rozrušují ují břeh – nárazový bř břeh (výsepní í , konká á vní í ) (výsepn konk vn • na protilehlé protilehlém bř břehu dochá dochází k poklesu rychlostí ecíí schopnosti a tí rychlostí proudě proudění, unáš unášec tím k sedimentaci – nánosový bř břeh (jesepní (jesepní, konvexní konvexní)
• meandry se dí díky té této činnosti nepř nepřetrž etržitě itě vyví vyvíjejí její dvě dvěma hlavní hlavními smě směry - zvě zvětšová ování amplitudy meandrů meandrů - posun v meandrové meandrovém pá pásu
Vývoj meandrů • amplituda meandrů meandrů se zvě zvětšuje dí díky erozně erozně-akumulač akumulační činnosti • postupně postupně dochá dochází ke vzniku zaklesnutých meandrů meandrů • pokud se dvě dvě protilehlá protilehlá ramena meandru př přiblí iblíží příliš liš blí blízko, dochá dochází k zaš zaškrcení krcení meandru, vzniku mrtvé mrtvého ramene a druhotné druhotnému např napřímení mení toku • zákruty volných meandrů meandrů se pozvolna posunují posunují ve smě směru sklonu údolní dolního dna (posun meandrové meandrového pá pásu)
Hydrologická bilanční rovnice VS = VVcelk . + VOcelk . ± VZ
nebo
H S = HVcelk . + H Ocelk . ± H Z
VS… objem srážek VET … objem celkového výparu (evapotranspirace) Vocelk. … objem celkového odtoku (povrchového a podpovrchového) VZ …objem změny zásob vody v říční síti (vodní nádrže)
Or = Qa ⋅ t
Or Ho = P
• odtokový koeficient e (%) :
• specifický odtok q (l·s-1·km-2):
He = Hs − Ho Ho e= Hs
Qa q= P
Or … roční objem odtoku Qa … dlouhodobý prům. roč. průtok t … počet sekund v roce P …plocha povodí Ho … odtoková výška He … výška celk. výparu Hs … výška srážek
Příčný profil koryta toku prů průtoč točný profil – je to část př příčného řezu korytem, kterým proté protéká voda
P … plocha průtočného profilu B … šířka průtočného profilu O … omočený obvod (perimetr) - délka omočené části průtočného profilu R … hydraulický poloměr (rádius) - plocha průtočného profilu/délka omočeného obvodu - vyjádření odporu třením o dno a břehy
P R= O
Vztah morfometrie koryta k odtokovým poměrům • hlavní faktory, ovlivňující parametry odtoku: - tvar př příčného profilu – hydraulický polomě poloměr - sklon čáry energie – sklon hladiny - drsnost dna
• hydrotechnický výpočet rychlosti proudění v (m·s-1) - Chézyho rovnice:
v = c⋅ R⋅I v … rychlost proudě proudění R … hydraulický polomě poloměr I … sklon hladiny toku c … Chézyho rychlostní rychlostní souč součinitel (vyjadř (vyjadřuje drsnostní drsnostní pomě poměry v toku)
