H I D R O L O G I J AProf dr sc Josip PetraProf.dr.sc. Josip Petra

Asistenti: dr.sc. Duka Kuntek & Kristina Potoki, dipl.in.gra.

Literatura:[1] IVKO VUKOVI: OSNOVE HIDROTEHNIKE

PRVI DIO, Prva knjiga, poglavlje 2 : HIDROLOGIJAUdb ik S ili Z b Z b 1994Udbenik Sveuilita u Zagrebu, Zagreb, 1994

[2] DIONIS SREBRENOVI: PRIMJENJENA HIDROLOGIJATehnika knjiga, Zagreb, 1986.j g , g ,

[3] RANKO UGAJ: HIDROLOGIJAUdbenik Sveuilita u Zagrebu, Zagreb, 2000.

[4] HUSNO HRELJA: INENJERSKA HIDROLOGIJAUniverzitet u Sarajevu Graevinski fakultet, Sarajevo 2007.g.

[5] EUGEN AVLEK OSNOVE HIDROLOGIJE[5] EUGEN AVLEK: OSNOVE HIDROLOGIJEGeodetski fakultet Zagreb, 1992.

[6] DARKO MAJER: VODA od nastanka do upotrebeProsvjeta d.o.o., Zagreb 2004.

[7] LINSLEY, KOHLER, PAULHUS: APPLIED HYDROLOGYMc Graw-Hill Book Company, INC New York, Toronto, London

[8] VEN TE CHOW: BOOK OF APPLIED HYDROLOGYMc Graw-Hill Book Company, INC New York, Toronto, London

[9] HUSNO HRELJA: VJEROVATNOA I STATISTIKA U HIDROLOGIJI Graevinski fakultet u Sarajevu, Sarajevo 2000.

[10] OGNJEN BONACCI: OBORINE - GLAVNA ULAZNA VELIINA U[10] OGNJEN BONACCI: OBORINE GLAVNA ULAZNA VELIINA U HIDROLOKI CIKLUS

GEING - pouzee za geoloka istraivanja, SPLIT, 1994.

[11] STANISLAV TEDESCHI ZATITA VODA[11] STANISLAV TEDESCHI: ZATITA VODAUdbenik Sveuilita u Zagrebu, Zagreb, 1997.

H I D R O L O G I J A

Hidor ( ) vodaHidor ( ) - voda

Logos ( ) - rije

Rije je o vodi

DEFINICIJE:

Hidrologija je znanost koja prouava vremensku i prostornu g j j j p ppojavu vode na Zemlji i zakone njenog stalnog kruenja.

Hidrologija je znanost o vodnom omotau zemljine koreHidrologija je znanost o vodnom omotau zemljine kore.

HIDROLOGIJA je znanost koja se bavi pojavama, cirkulacijom, raspodjelom i svojstvima voda Zemlje i njezine atmosfere (Webster 1989)

G E O F I Z I K A

METEOROLOGIJA:fizika atmosfere znanost o atmosferskim

HIDROLOGIJA:znanost koja se bavi pojavama, cirkulacijom,

GEOLOGIJA:znanost koja prouava:- sastav i grau Zemljeznanost o atmosferskim

procesima

Klimatologija:

p j , j ,raspodjelom i svojstvima voda Zemlje i njezine atmosfere.

sastav i grau Zemlje,- prirodne procese na povrini i u dubini Zemljine kore koji g j

dio meteorologije znanost o klimi

Djeli se na:- OCEANOLOGIJU

mjenjaju oblik i grau kore- promjene fiziko-

f kih t i iSinoptika: Znanost o vremenu i prognozi vremena

- HIDROLOGIJU KOPNA geografskih tvorevina i organskog svijeta tijekom Zemljine povijesti

Vrijeme (klimatoloki): srednje stanje meteorolokih elemenata u kraem razdoblju

P O D J E L A H I D R O L O G I J E

OCEANOLOGIJA:- Fizika mora

HIDROLOGIJA KOPNA:- Hidrogeologija

OPA HIDROLOGIJA(hidrografija)- Kemija mora

- Geologija mora- Biologija mora

- Potamologija- Glaceologija- Limnologija

(hidrografija)

- Pomorska meteorologija- Geofizika mora- Primjenjena oceanologija

- Talmatologija

INENJERSKA HIDROLOGIJA:Hid t ij- Pomorske prognoze

- Kozmofotooceanologija- Oceangrafija

- Hidrometrija- Hidroloke analize i opisi- Hidroloki prorauni- Hidroloka predvianja i prognozed o o p edv j p og o e

REGIONALNA HIDROLOGIJAAEROFOTO HIDROLOGIJAKOZMOFOTOHIDROLOGIJA

Z A D A C I H I D R O L O G I J E

Prikupljanje hidrolokih podataka i podloga(mjerenje, motrenje, monitoring)

Primarna obrada hidrolokih podataka i podloga Provedba hidrolokih analiza koritenjem suvremenih teorijskih spoznaja Oblikovanje rezultata provedenih istraivanja i analiza primjereno potrebama

inenjerske prakse.

Dravna institucija za provedbu temeljnih hidrolokih zadataka:DHMZ Dravni hidrometeoroloki zavod:

hidroloka i meteoroloka mjerenja, primarne obrade mjerenih podataka, meteoroloke i hidroloke prognoze

ZADACI DHMZ_a

- osnivanje, razvoj i odravanje osnovne mree hidrolokih stanica;

- osmatranje, mjerenje, prikupljanje, obrada i publiciranjeih hid l kih d kosnovnih hidrolokih podataka;

- izrada izvjetaja o stanju nacionalnih vodnih resursa;

- izrada i objavljivanje operativnih hidrolokih prognoza;

- izrada hidrolokih osnova i studija za potrebe projektiranja u hidrogradnji;u hidrogradnji;

- unaprijeenje cjelokupne hidroloke djelatnosti u funkciji efikasnijeg i kvalitetnijeg izvravanja osnovnih zadataka;

- razvoj informacijskog sustava;

- obuka i usavravanje kadrova;j ;

- meunarodni kontakti s hidrolokim slubama i udrugama

G O S P O D A R E NJ E V O D A M A osvrt s aspekta uloge hidrologije

ZAKON O VODAMA: NN BR. 153/2009 HRVATSKE VODE dravna tvrtka za gospodarenje vodama

VODNOGOSPODARSKE GRANE

KORITENJE VODA I VODOTOKA- Opskrba naselja vodom- Opskrba industrije tehnolokom vodom p j- Navodnjavanje- Koritenje vodnih snaga (hidroenergetika)- Plovni putovi i plovidbena infrastrukturaPlovni putovi i plovidbena infrastruktura - Ribogojstvo u ureenim ribnjacima- Eksploatacija graevinskog materijala iz vodotoka- Rekreacija, turizam i sportovi na vodamaRekreacija, turizam i sportovi na vodama- Specijalni korisnici (vojne potrebe, i drugo)

UREENJE I ZATITA OD TETNOG DJELOVANJA VODAU j li k ij ljit i d ( ti i tit i j b ji )- Ureenje slivova, konzervacija zemljita i voda (antieroziona zatita i ureenje bujica)

- Regulacije rijeka i ureenje obala- Obrana od poplava- Ureenje i kanalizacija oborinskih voda u urbanim sredinama j j- Odvodnjavanje poljoprivrednih povrina

ZATITA VODA U OKVIRU ZATITE IVOTNE SREDINEOd d j d ilh d (k l d h d l d )- Odvodnja otpadrilh voda (kanalizacija otpadnih voda naselja i industrije)

- Proiavanje otpadnih voda- Popravljanje reima malih voda- Ouvanje ekosistema u svim prirodnim i umjetnim akvatorijama i njihovom okoliuj p j j j

UPRAVLJANJE I GOSPODARENJE VODAMA- Planiranja dugoronog razvoja vodoprivrede - Voenje dugorone vodne politike zemlje (vodoprivredna osnova)- Upravljanje potronjom - mjere planske tednje vode - Pravna zatita voda i prostora (zakon o vodama)- Vodno pravo i njegovo unapreenjeVodno pravo i njegovo unapreenje- Meunarodna vodna politika i suradnja

PORIJEKLO I SVOJSTVA VODE

Prvi dan vladala je tama - tama i tiina. Bog je stvorio nebo i zemlju. Njegov se duh kretae nad tamom i preko voda, i Bog ree: Neka bude svjetlo... Drugi dan Bog je stvorio nebeski svod. U njegaNeka bude svjetlo... Drugi dan Bog je stvorio nebeski svod. U njega je smjestio oblake da zadravaju vlagu. I taj svod Bog prozva nebom. Trei dan Bog je skupio sve vode pod nebom. Nazvao ih je morima a suhu zemlju kopnom Peti dan Bog pogleda na kopno imorima, a suhu zemlju kopnom... Peti dan Bog pogleda na kopno i na mora, te ree: "Neka u vodi nastane ivot".(Knjiga postanka, 1: 1-2, 9-10)

Znanstveni pokuaji tumaenja porijekla vode neminovno dovode do teorija o nastanku svemirateorija o nastanku svemira.

Veliki prasak - prije nekih 10 do 18 milijardi godina

Svojstva vodeVoda je prirodni spoj vodika i kisika Postoje tri izotopa vodika 1H (protij H) 2H (deuterijVoda je prirodni spoj vodika i kisika. Postoje tri izotopa vodika 1H (protij, H), 2H (deuterij, D) i 3H (tricij, T), kao i tri izotopa kisika 16O, 17O, 18O, pa bi teoretski moglo postojati 18 tipova molekula vode. U prirodi postoji iznimno malo izotopa , 3H, 17O i 18O , pa je najea molekula vode 1H216O. Znatno manje ima 2H216O (D2O) te 1H2H16O (HD16O).2 2 2Za praktine svrhe voda se oznaava sa H2O.

Voda je najrairenija kapljevina na Zemlji.

Struktura vode ovisi o faznom (agregatnom) stanju (vrstom, kapljevitom ili plinovitom)

U plinovitom stanju molekule su slobodno pokretne, to ovisi o kinetikoj energiji molekule Ta energija zavisi od tlaka i temperature vode. Polarne osobine molekule vode odnosno kohezijske sile nisu izraene.

U tekuem stanju molekule vode manje su pokretne zbog manje kinetike energije. Zbog manjih razmaka molekula dolaze do izraaja elektrostatike privlane sile i vodikove veze,

k d k h l k ltako da se stvaraju nakupine vie povezanih molekula.

U vrstom stanju (led) kinetika energija molekula je vrlo mala. Molekule su meusobno povezane vodikovim vezama u prostornom obliku po tetraedarskom rasporedu. Srednji

k i l k l k i l j ki l d ij j k lj i j drazmak izmeu molekula u kristalnoj reetki leda veije nego onaj u kapljevitu stanju vode, pa je obujam iste mase leda vei za 9% od obujma kapljevine.

Fizikalna svojstva vodeFizikalna svojstva vode najee se izraavaju gustoom, viskoznosti, povrinskom napetosti, te toplinskim, elektrinim i optikim svojstvima.

Gustoa vode ovisi o faznom stanju (vrsto kapljevito plinovito) te o tlaku iGustoa vode ovisi o faznom stanju (vrsto, kapljevito, plinovito) te o tlaku i temperaturi. U kapljevitom stanju pri tlaku 101,3 x 103 Pa (1 bar) najvea je gustoa vode na temperaturi 3,98C i iznosi 1,0 kg/dm3

P i j l k 10 b i d i i i 3 4CPovienjem tlaka na 10 bara istu gustou voda postie pri temperaturi 3,4C.

Povienjem temperature vode smanjuje se gustoa, pa na toki vrelita, odnosno pri temperaturi 100C i tlaku 1 bar, gustoa vode je 0,958 kg/ dm3.

Gustoa vode smanjuje se i hlaenjem. Na toki ledita, pri tlaku od 1 bara i temperaturi 0C, gustoa vode kao kapljevine je 0,9998 kg/dm3, a prelaskom u vrstu fazu (led) dolazi do naglog pada gustoe te iznosi 0,917 kg/dm3vrstu fazu (led) dolazi do naglog pada gustoe te iznosi 0,917 kg/dm .

Objanjenje za ovu pojavu je promjena molekularne strukture, odnosno pojava kristalizacije leda. Prelaskom vode iz kapljevite u plinovitu fazu, gustoa se smanj je po ienjem temperat re a po ea a po ienjem tlaka na istojsmanjuje povienjem temperature, a poveava povienjem tlaka na istoj temperaturi.

Viskoznost vode (unutranje trenje) ovisi o temperaturi i tlaku. Viskoznost vode poveava se snienjem temperature, ali ne ravnomjerno. Znatno se vie poveava pribliavanjem toki ledita.To je posljedica stvaranja nakupina veeg broja molekula vre povezanih. Prelaskom u led gubi se fenomen viskoznosti vode.

Viskoznost vode pod promjenom tlaka mijenja se ovisno o temperaturi vode. Pri niim temperaturama (nie od 30C) viskoznost se vode smanjuje s porastom tlaka. Pri viim

( i d 30C) l k i i k dtemperaturama (vie od 30C), porastom tlaka poveava se i viskoznost vode.

Viskoznost vodene pare poveava se s porastom temperature, a slino kao i kod drugih plinova viskoznost je gotovo neovisna o tlaku.

Povrinska napetost vode razmjerno je velika zbog jakih kohezijskih sila izmeu molekula. Povrinska napetost raste sa snienjem temperature

Povrinska napetost vode ovisi o osobinama materije s kojom voda granii. Tako pri temperaturi 25C t t i d d di k i i 71 8 10 3 N/ t kl 95 9 10 325C napetost povrine vode u dodiru sa zrakom iznosi 71,8 x 10-3 N/m, sa staklom 95,9 x 10-3N/m, a s pijeskom 76,7 x 10-3 N/m.

Na povrinsku napetost vode utjeu otopljene tvari u vodi. Neke tvari u vodi poveavaju povrinsku napetost neke znatno snizuju povrinsku napetost vode i pri malim koncentracijamapovrinsku napetost, neke znatno snizuju povrinsku napetost vode i pri malim koncentracijama. (npr. deterenti).

Povrinska napetost kapljevine znaajna je za pojavu dizanja ili sputanja kapljevine u kapilarama. Velika povrinska napetost vode omoguava dizanje vode u tlu i u drugim poroznim materijalima p p g j g p j(beton, drvo, cigla ...). Ovisno o strukturi tla, odnosno veliini promjera kapilara, mogue je dizanje i zadravanje vode iznad razine podzemne vode na visini 1,7 do 2,5 m, to je znaajno za ivot i rast biljki.

Specifini toplinski kapacitet (masena koliina topline) vode je 4.180 J/(kg K) pri 25C. Povienjem temperature do 35C specifini toplinski kapacitet se smanjuje, a iznad te temperature jednakomjerno raste.

Specifini toplinski kapacitet leda je 2.090 J/(kg K).

Relativno visoka temperatura kljuanja vode i toplinski kapacitet ine ju povoljnom za prijenos i izmjenu topline u industriji, kao i za nakupljanje (apsorpciju) sunevetopline na Zemlji (mora, oceani). p j ( , )

Elektrina svojstva vode su posljedica strukture vode. Elektrina provodljivost iste vode je mala, a poveava se kad voda sadri otopljene soli.

Optika svojstva vode izraavaju se proputanjem svjetlosti. Prozirnost vode ovisi o duljini svjetlosnog vala. Voda dobro proputa vidljivi dio spektra, pa je voda bez boje i prozirna.j p

Voda dobro apsorbira naranaste i crvene svjetlosne valove, pa je voda u dubljim slojevima plavo-zelenkaste boje.

lij d ij i f dij l j l ih l d k lj li kUslijed apsorpcije infracrvenog dijela svjetlosnih valova, voda skuplja toplinsku energiju Suneva zraenja, to je bitno za ivot na Zemlji.

Kemijska svojstva vodei t j i i i ijizraena su otapanjem i ionizacijom.

Otapanje u vodi mnogih krutih i plinovitih tvari ovisi o svojstvima tih tvari.

Zbog velike postojanosti i elektrinih osobina te ustrojstva molekula, voda je vrlo prikladna kao otapalo.

Otopivost neke tvari u vodi ovisi o osobinama te tvari i o mogunosti stvaranja vodikovih veza izmeu molekula. Tvari kod kojih su izraene adhezijske sileizmeu molekula vode i tih tvari nazivaju se hidrofilnim, a one kod kojih adhezijaizmeu molekula vode i tih tvari nazivaju se hidrofilnim, a one kod kojih adhezija prema vodi nije izraena nazivaju se hidrofobne. Hidrofobne tvari u vodi naelno se ne otapaju. Otopivost hidrofilnih tvari ovisi o jaini adhezijskih sila.

Kod tvari koje se rastavljaju na ione djeluju Coulombove privlane sile izmeu iona soluta i molekula vode. Pojava vezivanja iona soluta i molekula vode naziva se hidratacija.

Otapanje plinova u vodi ovisi o tlaku plina u dodiru s vodom te o temperaturi vode. Kad otopljeni plinovi i kemijski reagiraju s vodom, p p j p j g j ,otopivost plinova znatno se poveava.

Povienjem temperature vode smanjuje se otopivost plinova u vodi.Poveanjem tlaka plina u dodiru s vodom poveava se otopivost plinova.

Za tehnoloke potrebe esto se otopivost plinova izraava koeficijentom ij li T j b j li lj j di i i b j d iapsorpcije plina. To je obujam plina otopljen u jedinici obujma vode pri

odreenoj temperaturi i tlaku .

Na otopivost plina u vodi utjee i koliina otopljenih soli u vodiNa otopivost plina u vodi utjee i koliina otopljenih soli u vodi. Otopivost plina vea je u istoj vodi nego u vodi koja sadri otopljenih soli.

Kapljevine koje sadre molekule s hidroksilnim skupinama (OH ) zatimKapljevine koje sadre molekule s hidroksilnim skupinama (OH ) zatim merkapto-skupinama (SH ) i amino-skupinama (NH2 ) dobro se otapaju.Kapljevine s nepolarnim molekulama (ugljikovodici, ulja i masti) slabo se otapaju u vodi.p jNeke kapljevine djelomino se mjeaju s vodom, ali iznad ili ispod neke kritine temperature.

Elektrolitika disocijacija ili ionizacija molekule vode je povratna.

H2O H+ + OH

Istodobno u vodi postoje molekule vode H2O zatim vodikovi ioni H+, hidroksid-ioni OH, a uslijed hidratacije iona jo i hidronij-ioni H3O .

Voda je slab elektrolit. Konstanta disocijacije moe se izraziti odnosom:

K = [H+ ] [OH ] [H2O]

S obzirom na to to je disocijacija molekule vode slaba, realno je pretpostaviti da je koncentracija molekula vode stalna, pa slijedi da je stalan i, p j j

Kw = [H+ ] [OH ]

Izraz Kw naziva se ionski produkt vode. Ionski produkt je stalna vrijednost bez obzira na koncentraciju vodikovih iona i hidroksid-iona Mijenja se s promjenom temperature vodekoncentraciju vodikovih iona i hidroksid iona. Mijenja se s promjenom temperature vode.

U istoj vodi [H+] = [OH ] = 10 7 mol/1, a ionski produkt vode je 10 14 mol/1 pri temperaturi 25C.

Uobiajeno je da se negativnim logaritmom koncentracije vodikova iona H+ oznaava osobinaUobiajeno je da se negativnim logaritmom koncentracije vodikova iona H+ oznaava osobina reakcije vodene otopine:

pH = - log [H+]

Tako pri vrijednosti pH = 7 vodena otopina naziva se neutralnom. Kad je vrijednost pH vea od 7vodena otopina je lunata, a ako je pH manji od 7, vodena je otopina kisela. Te vrijednosti vrijede za temperaturu vode od 25C, a za druge temperature vrijednosti su dane u literaturi [11] (Tedeschi)

POKAZATELJI KAKVOE VODE

FIZIKALNI POKAZATELJI Rasprene tvariKEMIJSKI POKAZATELJI Mutnoa Boja

Ukupno otopljene tvari Koncentracija H iona

Miris i okus Temperatura

Alkalinitet Tvrdoa vode

BIOLOKI POKAZATELJI Stupanj saprobnosti Stupanj bioloke proizvodnje

Otopljeni plinovi Organske tvari Hranjive tvari Stupanj bioloke proizvodnje

Mikrobioloki pokazatelji Stupanj otrovnosti

Hranjive tvari Kovine Ostali kemijski pokazatelji Stupanj otrovnosti

Indeks razlikeOstali kemijski pokazatelji